葉成威 方明耀

一、工程簡(jiǎn)述

南四湖二級(jí)壩除險(xiǎn)加固工程溢流壩交通橋位于溢流壩堰頂上方，順壩向長(zhǎng)度為400.0m，橋面汽車荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，橋面高程為38.50m，橋面總寬為12.0m，行車道寬度為9.0m，交通橋共20 跨，單跨跨度為20.00m，采用裝配式后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁橋。基礎(chǔ)均為C30 混凝土鉆孔灌注樁，橋墩設(shè)計(jì)樁徑1.8m 灌注樁38 根，樁長(zhǎng)26.8m；橋臺(tái)設(shè)計(jì)樁徑1.2m 灌注樁8 根，樁長(zhǎng)18.0m。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告主要地質(zhì)情況為：面層～31.6m 淤泥質(zhì)壤土；31.6～29.2m 粘土；29.2～26.7m 重粉質(zhì)壤土；26.7～14.7m 中粉質(zhì)壤土；14.7m 以下為重粉質(zhì)壤土。

二、材料籌備、施工設(shè)備選型

（一）原材料選擇與籌備

為確保工程質(zhì)量，考慮周邊原材料市場(chǎng)供應(yīng)情況，施工單位選擇向商品混凝土公司購(gòu)買混凝土攪拌和運(yùn)輸服務(wù)。混凝土原材料以及外加劑全部由施工單位購(gòu)買并運(yùn)送至商品混凝土公司倉(cāng)庫(kù)單獨(dú)存放，使用時(shí)由施工單位派人監(jiān)督使用，防止未經(jīng)施工單位檢驗(yàn)和監(jiān)理簽認(rèn)的原材料投入到工程中。水泥、鋼筋經(jīng)建管、監(jiān)理、施工三方考察認(rèn)定使用“中聯(lián)”水泥、“山東萊鋼”鋼筋。

護(hù)壁泥漿采用膨潤(rùn)土、優(yōu)質(zhì)粘土拌制。

（二）施工設(shè)備選型

灌注樁施工設(shè)備的選擇對(duì)能否保證施工質(zhì)量以及功效的高低起著至關(guān)重要的作用。選擇合適的施工設(shè)備是實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制的首要條件。泥漿護(hù)壁回旋鉆成孔灌注樁的施工設(shè)備主要包括成孔的鉆機(jī)、泥漿循環(huán)設(shè)備、鉆桿、鉆頭與保徑圈，成樁的導(dǎo)管、料斗、球塞、混凝土拌制與輸送設(shè)備。

根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)及現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地，并經(jīng)建管、監(jiān)理考察，施工單位試選國(guó)峰250 車載式鉆機(jī)和DFH-300B 作為本工程的主要鉆機(jī)機(jī)型。國(guó)峰250 鉆機(jī)參數(shù)為：發(fā)電機(jī)功率75kW；鉆頭最大直徑2500mm，最大深度≤300m；動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速9r/min；動(dòng)力頭扭矩20000kN·m；砂石泵流量600m3/h，揚(yáng)程40m，功率37kW；泵吸式反循環(huán)排渣；鉆桿螺紋連接1948mm×2m；鉆塔高6m；整機(jī)外形9m×2.4m×3.3m；整機(jī)重15t。鋼筋籠吊裝選擇25t 汽車吊；電焊機(jī)采用30kVA。

三、試驗(yàn)樁選擇及成果

為有效地檢驗(yàn)鉆孔灌注施工設(shè)備及施工工藝的可靠性，在全面開(kāi)展施工前必須進(jìn)行試驗(yàn)性鉆孔、灌注等工藝。通過(guò)試樁可以驗(yàn)證地質(zhì)資料與實(shí)際地質(zhì)是否相符、樁基施工工藝、灌注工藝和鉆機(jī)是否合理，以及推測(cè)拌和站的混凝土供應(yīng)能力，以便在施工中進(jìn)行改進(jìn)。

溢流壩交通橋共46 根灌注樁，線型布置，范圍在20m×20 跨=400m 內(nèi)。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告以及建管、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方會(huì)議商定，選擇具有普遍代表性的19#樁進(jìn)行試驗(yàn)性施工。

試樁前施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及試驗(yàn)?zāi)康木幹屏恕躲@孔灌注樁成孔工藝試驗(yàn)方案》，并報(bào)項(xiàng)目監(jiān)理部進(jìn)行審核批復(fù)。

施工單位首先采用反循環(huán)鉆機(jī)國(guó)峰250 進(jìn)行試鉆，施工至地下4m，土層中含砂量迅速增加，為確保施工質(zhì)量防止塌孔，經(jīng)研究施工單位立即改用正循環(huán)DFH-300B 鉆機(jī)。成孔后，19#樁孔參數(shù)如表1。

表1 19#樁孔參數(shù)表

四、施工組織與質(zhì)量控制

（一）場(chǎng)地布置及施工準(zhǔn)備

溢流壩交通橋位于溢流壩堰頂，東西向布置。因溢流壩堰頂被國(guó)道（G518）借用，是湖東湖西唯一交通道路，且有二級(jí)壩內(nèi)貨運(yùn)碼頭，交通流量非常大。施工單位在堰頂南側(cè)修建了導(dǎo)行道路，對(duì)灌注樁施工區(qū)域進(jìn)行封閉隔離。

施工單位充分考慮場(chǎng)內(nèi)空間和施工便利情況，布置2 臺(tái)套鉆機(jī)，分別在9#、38#樁同時(shí)向中間陸續(xù)進(jìn)占施工。泥漿池全部布置在堰頂北側(cè)鋪蓋位置，泥漿池大小根據(jù)灌注樁設(shè)計(jì)混凝土量4 倍（灌注樁68m3×4=約272m3）以及重復(fù)利用和沉渣清理情況考慮，泥漿池設(shè)置為15m×20m×1.2m=約360m3。

因溢流壩堰頂兼顧車輛通行，經(jīng)多次加固維修后，現(xiàn)存表層為鋼筋混凝土厚45cm，下部以漿砌石為主，厚約0.6～0.8cm。鉆機(jī)就位前以樁位坐標(biāo)為圓心破除半徑1.2m 范圍內(nèi)的鋼筋混凝土和漿砌石，經(jīng)人工清理后埋設(shè)高2.0m 鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒壁厚4mm，直徑為2.0m，埋設(shè)時(shí)必須高出地面30cm，防止異物掉入樁孔，四周空隙處用粘土分層回填密實(shí)，防止穿孔。鋼護(hù)筒埋設(shè)過(guò)程必須經(jīng)常復(fù)核其中心位置與樁位重合，偏差不應(yīng)超50mm，垂直度不應(yīng)超1%。

鉆機(jī)就位后，底座和頂部要平穩(wěn)，先利用水準(zhǔn)尺對(duì)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行粗平，調(diào)平后用水準(zhǔn)儀檢測(cè)頂面是否水平；鉆機(jī)頂部起吊滑輪緣、轉(zhuǎn)盤中心和樁位中要求在同一鉛垂線上，偏差不得大于20cm。

（二）鉆孔施工

開(kāi)鉆前施工單位需書面上報(bào)監(jiān)理工程師，申請(qǐng)開(kāi)鉆施工，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查復(fù)核鉆頭定位、轉(zhuǎn)盤平整度、泥漿制備情況、泥漿檢測(cè)設(shè)施、人員等合格后，方可正式開(kāi)鉆施工。

開(kāi)鉆時(shí)必須慢速鉆進(jìn)，鉆頭全部進(jìn)入地層后，方可逐步加速鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中需時(shí)刻注意泥漿的比重和含沙率變化，根據(jù)變化情況確定添加粘土或清水，并根據(jù)地質(zhì)報(bào)告判斷鉆頭進(jìn)入何種地質(zhì)情況，預(yù)判后續(xù)可能遇到情況。因故停鉆時(shí)，應(yīng)保持筒內(nèi)水頭大于護(hù)筒外水頭，且泥漿的比重及粘度要符合護(hù)壁要求以防塌孔、縮頸。

在溢流壩交通橋灌注樁鉆孔施工過(guò)程中，遇到以下2 種特殊情況：

1.孤石

13#樁孔施工至地表下6.4m（高程約為+27.7m）時(shí)，鉆頭產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，無(wú)法進(jìn)鉆。施工作業(yè)人員立即匯報(bào)至現(xiàn)場(chǎng)管理人員和監(jiān)理，經(jīng)建管、監(jiān)理、施工、作業(yè)人員會(huì)商，根據(jù)表狀初步判斷為小塊孤石，進(jìn)入孔壁約1/4，可采用高轉(zhuǎn)速低進(jìn)尺，使鉆機(jī)不產(chǎn)生劇烈震動(dòng)為準(zhǔn)，施鉆過(guò)程中適當(dāng)增加泥漿比重。經(jīng)過(guò)約10小時(shí)的施鉆，孤石被磨移，影響進(jìn)尺段有2.4m。為防止偏斜，建議在該段提升一次鉆頭，并進(jìn)行復(fù)鉆一次。

2.砂層

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，當(dāng)28#、29#樁孔施工至地表下約8m（高程約為+26.1m）時(shí)遇到砂層，地質(zhì)報(bào)告中表述該砂層為中粗砂或砂混壤土。作業(yè)人員感覺(jué)觸碰到砂層時(shí)，立刻停鉆進(jìn)行含砂量檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)確認(rèn)進(jìn)入砂層后，立即調(diào)整泥漿比重為≥1.14g/cm 和粘度19～28Pa·s。為防止塌孔和縮頸，泥漿比重和粘度將保持至混凝土灌注。在砂層中鉆孔進(jìn)占時(shí)，一定要放緩進(jìn)尺速度和漿液高度，確保泥漿護(hù)壁效果。

成孔后，監(jiān)理工程師需立即對(duì)孔深、孔徑（不小于設(shè)計(jì)孔徑）、傾斜度（小于1.0%）進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，禁止用超鉆來(lái)代替孔深。

鉆桿測(cè)量孔斜法：將帶有鉆頭的鉆桿放入孔內(nèi)封底，在孔口處的鉆桿上裝一個(gè)與孔徑或護(hù)筒內(nèi)徑一致的導(dǎo)向環(huán)，使鉆桿保持在樁孔中心線位置。然后采用帶有扶正圈的鉆孔測(cè)斜儀對(duì)鉆桿進(jìn)行分點(diǎn)測(cè)斜，并將測(cè)得的各點(diǎn)數(shù)值在坐標(biāo)儀上描點(diǎn)作圖，即求得樁孔的偏斜值。

孔底標(biāo)高=實(shí)測(cè)孔深（測(cè)繩測(cè)量或鉆桿）+地面標(biāo)高

（三）清孔

經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后，立即進(jìn)行第一次清孔。本工程采用反循環(huán)鉆孔，對(duì)清孔較為有利，對(duì)沉渣清除較快速、干凈。

終孔后，將鉆頭提至距孔底的0.2～0.3m 處，使之空轉(zhuǎn)，將殘存在孔底的鉆渣吸出；必要時(shí)投入適量純堿以提高泥漿比重和膠結(jié)能力，使沉渣排出孔外。一般第一次清孔時(shí)間為30～60min 為宜。

因鋼筋籠吊裝及導(dǎo)管安裝需一定時(shí)間，為防止該段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的沉渣超出設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，導(dǎo)管安裝完成后必須進(jìn)行沉渣和泥漿比重檢測(cè)，如需等待混凝土到位時(shí)間，必須開(kāi)展二次清孔。

（四）鋼筋籠制作與吊裝

根據(jù)施工單位施工經(jīng)驗(yàn)，本工程按整節(jié)鋼筋籠制作完成后，其整體鋼度較大，可采用單根單節(jié)吊裝，既能保證鋼筋籠的焊接質(zhì)量，又可方便施工，并能提高施工進(jìn)度。制作φ12cm 厚3cm 中心帶孔的混凝土餅，在主筋外側(cè)每2m 設(shè)置一道，每道裝4～5 個(gè)，既能保證鋼筋籠保護(hù)層厚度，又可方便鋼筋籠下滑。其他鋼筋籠按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行制作焊接。鋼筋籠制作完成后，必須經(jīng)監(jiān)理工程師檢查驗(yàn)收，合格后進(jìn)行聲測(cè)管安裝。

聲測(cè)管現(xiàn)有較成熟的成品，連接采用多道“O 型”橡膠圈密封，質(zhì)量可靠，安裝方便。聲測(cè)管安裝固定后必須進(jìn)行注水加壓，檢驗(yàn)端頭、連接部位的密封性，加壓過(guò)程中如有滲水需拆除重新連接安裝，并檢查密封圈和聲測(cè)管是否受損，如有受損直接進(jìn)行更換，不建議修復(fù)使用。鋼筋籠放置時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，在吊裝前對(duì)聲測(cè)管的密封性進(jìn)行一次復(fù)檢。

鋼筋籠吊裝采取四吊點(diǎn)法整籠吊裝，1 號(hào)吊鉤牽引直徑16mm 可滑動(dòng)鋼絲繩為兩個(gè)吊點(diǎn)。2 號(hào)吊鉤牽引吊裝扁擔(dān)（扁擔(dān)鋼絲繩同為16mm）為兩個(gè)吊點(diǎn)。吊裝時(shí)1 號(hào)吊鉤和2 號(hào)吊鉤先同時(shí)起吊上升，待鋼筋籠達(dá)到約為鋼筋籠一半長(zhǎng)度高度時(shí)停止起吊，然后2 號(hào)吊鉤緩緩上升到鋼筋籠呈約30 度夾角時(shí)，1 號(hào)吊鉤緩慢下降到2 號(hào)吊鉤鋼絲繩稍微松弛，然后重復(fù)上述動(dòng)作直至鋼筋籠完全豎直，此期間嚴(yán)禁出現(xiàn)兩吊鉤配合不默契出現(xiàn)的鋼筋籠變形現(xiàn)象。

為防止起吊過(guò)程中鋼筋籠發(fā)生偏轉(zhuǎn)碰撞，對(duì)鋼筋籠質(zhì)量產(chǎn)生影響或發(fā)生安全事故，鋼筋籠兩頭必須綁上斜拉安全繩，在鋼筋籠未豎直前，不得解除斜拉安全繩。

鋼筋籠吊裝到位后，應(yīng)檢查鋼筋籠中心孔位偏差（參考鉆孔偏差不應(yīng)大于5cm），在鋼筋籠保護(hù)層允許的條件下，盡量進(jìn)行調(diào)整。

（五）導(dǎo)管選擇和安裝

導(dǎo)管在工地上首次使用時(shí)，需進(jìn)行地面試裝，并進(jìn)行試壓試驗(yàn)，合格后進(jìn)行編號(hào)及標(biāo)尺標(biāo)注。溢流壩交通橋灌注樁經(jīng)試配選用φ300mm 口徑，壁厚5mm，管節(jié)長(zhǎng)2m，漏斗下加配節(jié)長(zhǎng)1.0m 和0.5m 導(dǎo)管。導(dǎo)管每次使用時(shí)必須檢查內(nèi)壁是否干凈順滑，防止隔水球塞通過(guò)受阻。

鋼筋籠就位并檢驗(yàn)合格后，需立即下導(dǎo)管。導(dǎo)管安裝要求連接牢固、嚴(yán)密，導(dǎo)管應(yīng)位于孔位中央，灌注前應(yīng)進(jìn)行升降試驗(yàn)；灌注首批混凝土?xí)r，導(dǎo)管下口距孔底的距離一般在30～40cm 為宜。

（六）混凝土水下灌注

灌注前需確定首灌料料斗容量，按設(shè)計(jì)指標(biāo)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工高程計(jì)算：

式中：

V—灌注首批混凝土所需數(shù)量（m3）；

D—樁孔直徑（m）；

H1—樁孔底至導(dǎo)管底端間距，一般為0.4m；

H2—導(dǎo)管初次埋置深度（m）；

d—導(dǎo)管內(nèi)徑（cm）；

h1—樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外（或泥漿）壓力所需的高度，即h1=HW×RW/RC；

HW—井孔內(nèi)水或泥漿深度（m）；

RW—井孔內(nèi)水或泥漿重度（kN/m3）；

RC—混土拌合物重度（24kN/m3）；

V=π×1.82/4×（0.4+1.0）+π×0.32/4×26.1×1.05/2.4=4.37m3。

灌注前導(dǎo)管口必須塞放隔水栓（球），防止灌注過(guò)程中導(dǎo)管內(nèi)泥漿與混凝土混合，造成離析、斷樁等質(zhì)量事故發(fā)生。當(dāng)首批混凝土在料斗中方量大于4.37m3時(shí)，快速釋放隔水栓（球），混凝土依靠自身重力快速滑入孔底，并將導(dǎo)管出口掩埋。首批混凝土拌制時(shí)，可適當(dāng)增加水泥和黃砂使用量，提高混凝土坍落度，使混凝土能快速包裹導(dǎo)管出口，可提高灌注質(zhì)量。

首批混凝土在料斗內(nèi)迅速下降時(shí)，后續(xù)混凝土即可持續(xù)傾倒進(jìn)料斗，形成連續(xù)灌注。在灌注過(guò)程中，導(dǎo)管的埋深一般不宜小于2m 或大于6m；灌注速度較快，導(dǎo)管較堅(jiān)固，并有足夠的起重能力時(shí)，導(dǎo)管埋深可以適當(dāng)加大埋深?；炷凉嘧⑺俣瓤刂圃诨炷脸跄龝r(shí)間以內(nèi)的同時(shí)，必須合理地加快灌注速度，這對(duì)提高混凝土的灌注質(zhì)量十分重要。

在混凝土快速灌注過(guò)程中，必須時(shí)刻注意鋼筋籠是否因混凝土灌注過(guò)快造成上浮。此時(shí)要立即采取措施，放慢混凝土的澆筑速度，反復(fù)地用鉆機(jī)上的卷?yè)P(yáng)機(jī)“慢提快落”導(dǎo)管，即慢慢地將浮出的鋼筋籠子帶回澆筑的混凝土中。復(fù)位后，調(diào)整導(dǎo)管，減小導(dǎo)管埋深，并在鋼筋籠口增設(shè)配重。

為確保樁頂質(zhì)量，在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上灌一定高度，可按孔深、成孔方法及清孔方法確定，本工程取1.2m。

當(dāng)混凝土灌注到樁長(zhǎng)2/3 時(shí)，可按照現(xiàn)使用混凝土量，估算后段樁長(zhǎng)所需混凝土量，并且初步計(jì)算該樁的充盈系數(shù)?；炷脸溆禂?shù)能間接反映該樁的質(zhì)量，鉆孔灌注樁充盈系數(shù)不得小于1.10，理想狀態(tài)在1.15，有砂層或孤石時(shí)充盈系數(shù)略大，當(dāng)充盈系數(shù)小于1.0 時(shí)，即可認(rèn)定為廢樁。溢流壩交通橋46 根灌注樁充盈系數(shù)最小1.10，最大1.45。

（七）灌注樁質(zhì)量檢測(cè)

溢流壩交通橋施工單位委托安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院分2 批次進(jìn)行超聲波檢測(cè)，經(jīng)測(cè)定46 根灌注樁全部為Ⅰ類樁；隨機(jī)抽取5 根樁基進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)測(cè)，經(jīng)檢測(cè)單樁承載力全部滿足設(shè)計(jì)要求■