李小軍

(中鐵二十三局集團第六工程有限公司, 重慶 401120)

重慶市地處我國西部，地理位置和氣候特征造就了重慶市堆積體、孤石形成的洞室地質(zhì)的特殊工程性質(zhì)。隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，新一輪西部大開發(fā)的強力推進，在此類復雜環(huán)境下的橋梁建設(shè)日漸增多，其深厚覆蓋層及滑坡對建筑物的危害也越來越引起人們的重視。

目前，在堆積體和深厚覆蓋層地區(qū)建筑物下部結(jié)構(gòu)大多采用樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。在工程建設(shè)中，樁基礎(chǔ)能夠很好滿足在各種復雜地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)施工，同時具有較好的強度、剛度和穩(wěn)定性。超長樁基礎(chǔ)因其群樁甚至是單樁豎向承載力較高、豎向剛度較大、不均勻沉降不會過大、抵抗豎向荷載和側(cè)向荷載能力強等突出優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于各種控制變形要求高的橋梁基礎(chǔ)中。

超長樁基具有施工難度大，安全、質(zhì)量風險高的特點。在樁基礎(chǔ)的施工階段，由于施工單位管理水平差異、施工人員素質(zhì)參差不齊以及施工技術(shù)不盡完善、適用，會不可避免地留下質(zhì)量隱患，甚至會造成的一些重大的安全事故。

近年來，施工中容易出現(xiàn)鋼筋籠偏位、樁基縮徑，或者直徑在40 cm左右的鉆渣在進行二次清孔時易堵塞導管，在混凝土澆筑中出現(xiàn)斷樁、夾渣，樁基密實度和垂直度無法保證等問題[1]。以上問題的出現(xiàn)對混凝土澆筑施工造成嚴重影響。本文以西溪河特大橋右幅P12號墩樁基施工為工程依托，提出了基于本工程實際的澆筑質(zhì)量控制的施工方法。

1 工程概況及施工技術(shù)特點

1.1 工程概況

重慶巫溪至陜西鎮(zhèn)坪高速公路(重慶)西溪河特大橋為分離式雙幅橋。單幅橋面凈寬12.5 m，設(shè)計荷載采用公路-Ⅰ級。如圖1所示，橋型布置為T梁+連續(xù)剛構(gòu)+T梁布置，其引橋P12號墩基礎(chǔ)為2根φ2.0 m鉆孔灌注樁基，樁中心間距為7.2 m，設(shè)計樁長為92 m。

圖1 重慶西溪河特大橋右幅立面布置

橋址區(qū)地層巖性主要為3種巖性，以頁巖為主，層理發(fā)育。其中第四系崩坡基層碎塊石土，主要分布于巫溪岸及鎮(zhèn)坪岸，土石分級為Ⅳ級；第四系沖洪積卵石土，主要分布于西溪河河床，土石分級為Ⅲ級硬土；第四系殘坡積層，含碎石粉質(zhì)黏土及志留系上統(tǒng)徐家壩群頁巖、砂巖、泥巖，分布于全橋范圍內(nèi)。P12墩樁基礎(chǔ)區(qū)域有厚度達80 m左右第四系堆積體，其堆積碎石直徑一般2～100 cm之間，有些超過200 cm，結(jié)構(gòu)中密。

1.2 施工技術(shù)特點

(1)對于深覆蓋層堆積體地區(qū)樁基施工方法的選擇大都處于經(jīng)驗階段，沒有進行系統(tǒng)的分析研究，而對于施工過程中常見問題的分析及相應(yīng)對策也有待于進一步完善。

(2)鋼筋籠的加工、存放和運輸都有很高的要求，其質(zhì)量會大大影響施工進度，對后續(xù)的鋼筋籠下方和定位施工起著關(guān)鍵作用?；炷翝仓?、流管等運輸保證也是需加強重視的。

(3)導管下放澆筑時的自身垂直度及密封不牢固很可能會使在水下澆筑混凝土時導致卡管等問題[2]。超長灌注樁基位于巖層區(qū)域，巖層區(qū)域存在巖層裂隙，澆筑時會從裂隙間大量流失混凝土漿，產(chǎn)生很大的混凝土浪費與質(zhì)量問題。

(4)由于樁位區(qū)域?qū)儆谛逼露逊e體，常年受雨水侵蝕，地下水豐富。鉆孔及灌注混凝土施工常在水下進行，施工人員不能直接接觸到且不清楚水中的情況，可能發(fā)生樁基澆筑密實度無法得到保障等問題。

(5)深覆蓋層堆積體地區(qū)樁基施工成樁質(zhì)量檢測方法大多采用傳統(tǒng)的檢測方法，如何選用適合深覆蓋層堆積體地區(qū)的樁基成樁檢測方法，以便更快速高效地進行施工監(jiān)控和成樁質(zhì)量檢測。

2 樁基澆筑施工工藝

根據(jù)現(xiàn)場實際情況和技術(shù)方案比選，本文對此類特殊環(huán)境樁基澆筑工藝進行了總結(jié)闡述，提出了適合本工程的創(chuàng)新性施工工藝。

2.1 施工流程

沖擊鉆成孔灌注樁施工流程如圖2所示。

圖2 樁基礎(chǔ)澆筑施工流程

2.2 成孔后驗收與準備

2.2.1 施工準備

施工場地應(yīng)滿足施工要求，施工平臺提前搭設(shè)及檢查，按施工需要組織各相關(guān)人員和機械設(shè)備進場，并確保各機械工作正常。

按照設(shè)計要求在廠內(nèi)將鋼筋籠各分段制作好，且需通過嚴格的質(zhì)量檢驗和監(jiān)理工程師核對好后才能用運輸車運輸至現(xiàn)場指定位置堆放。確保運輸過程中對鋼筋籠無損壞，運輸過程中標志牌不得刮掉，便于校對檢驗。

2.2.2 清孔檢查及驗收

驗收上一道工序，主要是對成孔質(zhì)量在規(guī)定時間內(nèi)是否滿足下一道工序的開展進行驗收，保證孔低沉渣在理論和所需控制范圍內(nèi)。清孔合格后，若4 h之內(nèi)不能馬上澆筑混凝土，或再次檢查其成渣厚度大于3 cm的話，則需要再次清孔。確保一次清孔的質(zhì)量達設(shè)計要求，為二次清孔打好基礎(chǔ)。

2.3 鋼筋籠施工

2.3.1 鋼筋籠加工

鋼筋籠在鋼筋加工場集中加工綁扎，其鋼筋連接采用優(yōu)質(zhì)45#碳素結(jié)構(gòu)鋼制成的直螺紋套筒。在鋼筋籠加工前應(yīng)將鋼筋進行調(diào)直并去除鱗屑等。

鋼筋籠尺寸應(yīng)符合設(shè)計要求，在骨架主筋外側(cè)設(shè)置耳筋以此來控制保護層厚度，在環(huán)向每2 m對稱安裝4個。應(yīng)該對每組綁扎及焊接成型后鋼筋籠，懸掛寫明樁號及鋼筋籠節(jié)段號等信息的標志牌。尤其對于地面標高不同的定位鋼筋骨架更應(yīng)標志清楚。

2.3.2 聲測管安裝

在鋼筋籠內(nèi)側(cè)按設(shè)計要求布置聲測管，即采用φ57 mm，壁厚3 mm的鍍鋅鋼管所制作的4根聲測管在籠內(nèi)側(cè)對稱布置。聲測管采用絲扣式接頭，將頂部連續(xù)接長到平齊施工平臺并封閉頂部。聲測管按2 m一道采用U型卡在鋼筋籠上固定牢固。安裝聲測管的同時向管內(nèi)注水，以此確保聲測管無漏水且質(zhì)量完好。聲測管安裝垂直度偏差應(yīng)在0.5%范圍內(nèi)，且應(yīng)使聲測管接頭處孔壁有圓滑平順過渡面。如圖3所示。

圖3 聲測管安裝示意

為保證工程整體進度目標，縮短樁基工作完成時間與承臺工作開始時間之間的時距，所有樁基聲測管露出地面0.5 m，加快樁基檢測速度。每根聲測管比設(shè)計圖紙加長1.5 m。

2.3.3 鋼筋籠定位

首先通過定位鋼筋搭接長度、孔口標高及設(shè)計樁頂?shù)葦?shù)據(jù)確定鋼筋籠最頂端定位筋的長度，經(jīng)計算檢查確認無誤后才可焊接定位筋。在定位鋼筋頂端設(shè)置頂?shù)跞?，?根工字鋼平行的放入頂?shù)跞Φ紫?，鋼筋籠被2個工字鋼支撐的型鋼拖住并固定。

2個工字鋼之間間距應(yīng)超過導管外徑30 cm以上。卸下吊繩后，將工字鋼和支撐型鋼用短鋼筋相連焊牢。用焊接頂?shù)跞順酥径ㄎ唤钏?，并將其焊接在平行的兩根工字鋼上，有效避免鋼筋籠被孔中導管和其他設(shè)備碰撞而使其位置偏移或掉入孔中，同樣也可防止因混凝土澆筑導致的鋼筋籠上浮[3]。灌注樁鋼筋骨架制作和安裝質(zhì)量執(zhí)行標準見表1。

表1 灌注樁鋼筋骨架制作和安裝質(zhì)量標準 單位：mm

2.3.4 鋼筋籠吊裝

現(xiàn)場采用30 t級汽車吊進行此樁基鋼筋籠吊裝。為防止鋼筋籠因起吊時受力不均勻而發(fā)生變形，即采用2點式吊裝方案。

按鉛錘姿態(tài)來看，第一吊點的位置在鋼筋籠頂端加固筋處，第二吊點在鋼筋籠底端往上的三分點上。起吊時，先等第一吊點位置起吊到有足夠高度時再提起第二吊點，兩點起吊速度互相配合，直至鋼筋籠到合適位置并沿長度方向垂直孔面，即可解除第二吊點，并檢查鋼筋籠在吊起過程中是否彎曲，若發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時調(diào)整，保證鋼筋籠順直。扶正鋼筋籠并緩緩進入孔口內(nèi)，以防擺動撞著孔壁，如下放受阻禁止強行下入，應(yīng)及時采取措施。嚴格謹慎的放入鋼筋籠，當位置到達第一吊點附近的加固筋處時，通過設(shè)置型鋼從加勁箍下方穿過，將鋼筋籠臨時支撐在孔口，且型鋼下部設(shè)置厚度超過護筒外露長度20～30 cm的枕木+型鋼組合支撐，作為骨架支承的型鋼不得與護筒直接接觸，如圖4所示。

圖4 鋼筋籠骨架支撐體系示意

此節(jié)段鋼筋籠吊裝完后，挪開臨時支撐，將鋼筋籠繼續(xù)下方至第一吊點位置的加勁箍處，并按以上所述暫時支撐，至此第一節(jié)鋼筋籠吊裝完畢，第二節(jié)吊裝即重復之前的操作，保證上、下2節(jié)鋼筋籠處在同一豎直線上即可，如圖5所示。

圖5 鋼筋籠吊裝示意

為保證超長樁基鋼筋籠的吊裝安全，在每節(jié)段骨架最上端的加強箍筋處加焊1處加強箍筋，2排箍筋焊點錯開，如圖6所示。

圖6 加強箍筋焊點位置示意

2.4 澆筑施工準備

2.4.1 安放導管

導管采用專用的螺旋絲扣導管，配置3套符合現(xiàn)場的標準型孔徑的導管。導管應(yīng)具有足夠強度，且內(nèi)壁面應(yīng)光滑平順、局部無凹凸。應(yīng)先對導管壁厚進行稱重檢查是否滿足使用要求，隨后對舊導管進行試壓。安裝導管應(yīng)先進行試拼裝，再進行水密性試驗檢驗導管是否合格[4]。

導管安裝與下放作業(yè)時，將導管用固定卡盤逐節(jié)接長，同時使用汽車吊及專業(yè)吊具鉛錘下放導管至距孔底大概30 cm即可。

拼裝和下方導管過程中應(yīng)嚴格記錄好其各分節(jié)實際尺寸等參數(shù)和保證正確的各分節(jié)組合順序。根據(jù)設(shè)計要求提供專業(yè)吊具，使其能方便地調(diào)整導管位置并固定，進而提高施工效率。應(yīng)小心輕放導管，保持鉛垂下放至孔底，以防鋼筋籠受到碰撞。下放過程中，記錄好節(jié)數(shù)及參數(shù)，下放到孔底設(shè)計位置后，應(yīng)確保實際長度與理論長度吻合，誤差要控制到規(guī)范范圍內(nèi)。導管接長應(yīng)逐一檢查橡膠密封圈是否完好，導管法蘭應(yīng)擰緊。

2.4.2 二次清孔

導管安裝完畢后，應(yīng)再次檢查孔底沉渣是否滿足要求，采用沉淀盒放到孔底的方法，檢查沉渣厚度是否超過5 cm。若發(fā)現(xiàn)不符合要求，即進行二次清孔，采用正循環(huán)壓漿法，禁止繼續(xù)鉆進加大孔深來替代清孔。

前階段清孔采用高流量高黏度泥漿循環(huán)措施，使孔內(nèi)粗顆粒及孔渣浮在孔口。在清孔過程中，安排專人負責全程的孔渣撈取，并實時測量是否沉渣厚度降到要求值和泥漿含砂率是否變化，以便作出調(diào)整。清孔后期使用低黏度泥漿進行壓漿清孔。在清孔前期，若出現(xiàn)孔內(nèi)無粗砂粒且含砂率過低，而后期確因為使用低黏度泥漿清孔導致出現(xiàn)孔底沉渣反而變厚的現(xiàn)象，這表明前階段清孔使用的泥漿黏度還不夠，使砂粒懸浮在泥漿里無法浮在孔口，則清孔未成功。清孔后，分別從樁孔底部、中部和頂部泥漿中取樣試驗并取3者試驗平均值作為試驗結(jié)果。

清孔質(zhì)量應(yīng)達到如下要求：孔內(nèi)泥漿相對密度1.03～1.15 g/cm3，膠體率大于98%，含砂率低于2%，黏度在18 Pa·s左右，泥漿相對密度低于1.10。沉渣厚度應(yīng)小于5 cm。二次清孔成果需交工程監(jiān)理檢查是否合格，并簽字確認，隨后在規(guī)定時間內(nèi)灌注水下混凝土。

2.5 水下混凝土澆筑

2.5.1 混凝土生產(chǎn)與運輸

根據(jù)設(shè)計樁身混凝土的強度，在項目部試驗室進行水下混凝土配合比試驗和設(shè)計，并確保整樁灌注時間不超過首批混凝土的初凝時間，并報監(jiān)理工程師檢驗認可后實施。

2.5.1.1 混凝土配合比優(yōu)化

混凝土配合比原材料主要包括拌合水、膠結(jié)材、外加劑、骨料等。充分考慮樁基受水影響，水下混凝土通常要求更高強度等級，本樁基水下混凝土強度等級采C30，但按照C35強度等級來優(yōu)化設(shè)計[5]。對水泥用量及性能、水灰比、水膠比、粗細骨料、砂率、外加劑、摻合料等各項原材料進行配合比優(yōu)化實驗，最終能夠設(shè)計確定出滿足本樁基各項性能要求的水下混凝土配合比。

混凝土通過確定的配合比在拌合站集中拌合。保證混凝土最優(yōu)的黏聚性與和易性[6]，其混凝土坍落度控制在18～22 cm之間。

2.5.1.2 混凝土運輸

運輸混凝土應(yīng)防止混凝土振動及減少運輸時間，來避免降低其流動性能和發(fā)生離析，導致澆筑時產(chǎn)生堵管現(xiàn)象。

2.5.2 樁身混凝土灌注

2.5.2.1 首批混凝土封底

首批混凝土澆筑采用剪球法。把隔水球安裝在漏斗下，將所需量混凝土澆筑在漏斗內(nèi)，然后通過切斷隔水球鐵絲使混凝土落至孔底埋住導管，應(yīng)保證首批混凝土量滿足要求，且導管底部始終被混凝土填充和首次埋置深度超過1.0 m。

2.5.2.2 混凝土正常灌注

在完成首批混凝土澆筑即封底后，不應(yīng)停頓，應(yīng)繼續(xù)澆筑混凝土，保證連續(xù)性。使導管埋深始終保持在2～6 m范圍內(nèi)，如超過6 m則及時提升導管，以此循序漸進的澆筑[7]。若出現(xiàn)混凝土澆筑不連續(xù)時，為確保混凝土正常翻漿，因在澆筑過程中上下提動導管，保證間隔15 min進行一次。

每次拆管前，孔內(nèi)混凝土面應(yīng)采用不低于4 kg重量的測錘進行數(shù)據(jù)測量，邊澆邊提導管的同時根據(jù)導管現(xiàn)有長度來確定拆除多余導管的長度，但導管埋深應(yīng)始終保持在上述范圍內(nèi)，確保灌注質(zhì)量。

當混凝土澆筑到離孔口5 m以內(nèi)時，應(yīng)放慢澆筑和提管速度，直至澆至超過樁頂設(shè)計高程0.8 m，則可消除沉渣對混凝土的影響，也能使樁頂質(zhì)量得到保證。整樁灌注時間不應(yīng)超過首批混凝土的初凝時間。澆筑完成后，應(yīng)注意將導管先提拔和反插，然后連續(xù)將導管垂直提出，這樣樁芯混凝土密實度更能得到保證。澆筑完成待強度滿足要求后，按樁頂標高所在位置破樁頭(圖7)。

圖7 水下灌注混凝土施工工藝流程

2.5.3 混凝土澆筑注意事項

水下混凝土澆筑前，應(yīng)嚴格填寫成孔和鋼筋籠質(zhì)量檢查相關(guān)表格，應(yīng)確保100%合格方可澆筑混凝土。

在澆筑混凝土時，每工作班換班時都應(yīng)制作試件，且保證每根樁留取至少3組試件。應(yīng)對試件進行標準養(yǎng)護，待強度達到后進行強度測試，將測試數(shù)據(jù)填入試驗報告單中。

每次上提導管前，必須測量混凝土標高，確保導管在有效埋深范圍內(nèi)，方可提導管。謹慎并慢慢上提導管，通過安裝防護加勁板和護罩來防止導管上提過程中掛住鋼筋籠，造成不必要的損失。上提導管時，對導管埋深和導管內(nèi)外混凝土面的高差應(yīng)進行專門精確測量，對混凝土澆筑量和混凝土面相對兩者之間的標高也應(yīng)實時記錄，并填入水下混凝土澆筑記錄表中。以此分析擴孔率，及時發(fā)現(xiàn)澆筑過程中的問題并報告施工負責人，及時進行處理。

本樁混凝土澆筑完后，應(yīng)清理好漏斗和導管等機具設(shè)備，并檢查是否有問題，以便直接給下一樁孔使用。灌注過程中，導管拆除間隔時間應(yīng)盡量縮短。澆筑混凝土完畢后，在初凝時應(yīng)將定位鋼筋及時切斷，使混凝土正常收縮，而不被鋼筋籠所影響鋼筋混凝土正常的粘結(jié)力。

2.6 澆筑施工常見問題及處理措施

在本文此類地質(zhì)條件下進行樁基灌注施工，由于施工相關(guān)經(jīng)驗不足和對這方面研究少，往往會出現(xiàn)很多問題。常常發(fā)生導管堵管等相關(guān)問題[8]，也時常出現(xiàn)混凝土流失及斷樁等危害。根據(jù)施工經(jīng)驗和理論知識的分析總結(jié)，給出這些問題系統(tǒng)的處理方法。

2.6.1 導管問題

導管堵管可能受導管法蘭盤接縫處漏、滲水 導管裂縫、氣泡隔離、混凝土級配與水灰比、灌樁不連續(xù)等諸多因素影響。根據(jù)不同情況通常采用許多處理辦法：

(1)混凝土剛開始澆筑時，若因壓水導致滲漏水出現(xiàn)，則應(yīng)立即提出導管并進行處理，以免后續(xù)造成大問題。

(2)在澆筑完首批混凝土后，其導管口處在混凝土中很深的位置發(fā)生導管堵塞，采用提升導管來達到減輕水壓的效果，進而能夠使導管內(nèi)混凝土繼續(xù)澆筑。

(3)若澆筑到樁井四分點附件位置時發(fā)生導管堵塞，需迅將導管提起來，將導管內(nèi)已澆混凝土全部清空并作全面處理，若強行灌注，可能導致發(fā)生斷樁和本樁此位置強度無法滿足要求，導致整樁質(zhì)量大大降低。

(4)若澆筑到中間至距孔口7 m這段區(qū)域位置時導管堵塞且澆筑無法繼續(xù)時，采用抽水并開挖的又不能解決，可采取措施挽救此樁并避免損失巨大：①若混凝土未初凝，提出導管，在規(guī)定時間內(nèi)把導管內(nèi)混凝土排除干凈，解決好其他導管問題，并重新將導管放入原混凝土中，澆筑前需保證導管內(nèi)水抽取干凈，再重新澆筑混凝土;②若混凝土已初凝，若繼續(xù)采用上述辦法澆筑，可能導致斷樁。應(yīng)采取換用較小直徑(小于鋼筋籠直徑)沖擊鉆鉆頭鉆入混凝土，使其露出新鮮混凝土，同時清理出碎渣，重新用更高強度混凝土壓水澆筑。

(5)若澆筑到至孔口5 m這段范圍內(nèi)導管堵塞，應(yīng)馬上從混凝土中提出導管，根據(jù)施工情況，可采取下整護筒、圍堰開挖護坡等辦法進行處理。

2.6.2 混凝土澆筑漏漿與斷樁

(1)漏漿處理。在澆筑混凝土完畢后，若察覺到混凝土面下降，則樁孔出現(xiàn)漏漿。需再次補充澆筑混凝土到合適位置，再觀察其變化情況，待穩(wěn)定后拔出導管，這樣能夠避免因混凝土面下降導致的斷樁危害[9]。

(2)斷樁處理。若斷樁情況出現(xiàn)在澆筑混凝土首封或首封才完畢后，應(yīng)馬上停止灌注，吊出鋼筋籠，重新利用沖擊鉆鉆孔，重復之前操作，再將混凝土重新澆筑。若在護筒內(nèi)發(fā)生斷樁且混凝土已終凝，即停止?jié)仓炷?，待澆筑的混凝土到達15天后強度后，抽干并清除護筒內(nèi)泥漿，清除摻雜在混凝土中的泥漿，露出新鮮的混凝土面，并對其鑿毛處理，將鋼筋上泥漿清除干凈，然后通過護筒為模板繼續(xù)澆筑混凝土，使其形成整體。

2.7 成樁檢測

樁身質(zhì)量和承載能力是確保樁基質(zhì)量的重要因素，主要對樁基豎向單樁承載力和完整性進行檢測[10-11]。進行檢測樁基前，應(yīng)先將樁身存在的淤塞不斷沖洗至孔底。待樁身混凝土強度到達設(shè)計規(guī)范7d強度即進行檢測，結(jié)合目前趨勢，本樁采用無損超聲波檢測，以到達Ⅰ類樁為目標，質(zhì)量檢測標準如表2所示。檢測方法[12]有：

表2 鉆孔樁質(zhì)量檢測標準

(1)單樁制取混凝土試件至少5組進行強度試驗。

(2)采用鉆桿垂線法和探孔器設(shè)備測定孔型、孔徑及樁基垂直度，監(jiān)理工程師及時復查檢測結(jié)果。

(3)待樁身強度不小于15 MPa且超過設(shè)計強度70%，需對樁開展超聲波完整性檢測。

(4)按設(shè)計要求在樁中鉆芯取樣檢測，對樁身混凝土澆筑的質(zhì)量進行檢查。

最后，對成樁還應(yīng)進行樁身應(yīng)力觀測和樁側(cè)土摩阻力測量。

3 結(jié)束語

結(jié)合重慶西溪河特大橋右幅P12號墩樁基澆筑施工，本文系統(tǒng)地闡述了鋼筋籠施工、水下混凝土澆筑和成樁檢測技術(shù)。針對在此復雜地質(zhì)環(huán)境下鋼筋籠施工及定位與下方、水下混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計、澆筑和質(zhì)量控制技術(shù)進行創(chuàng)新，很好地解決了鋼筋籠偏位、樁基縮徑、導管堵管、漏漿、斷樁等問題。經(jīng)過實踐證明，本文介紹的方法效果較好。經(jīng)過成樁檢測，檢測樁基承載能力與樁身質(zhì)量結(jié)論是樁基質(zhì)量較好，為Ⅰ類樁。