反循環(huán)鉆孔灌注樁施工工藝控制

徐鋒　何小琦

【摘 要】在內(nèi)河港口樁基礎(chǔ)施工過程中，采用反循環(huán)鉆孔灌注樁施工工藝進(jìn)行施工，可以極大地提高鉆孔灌注樁的成孔效率、縮短工期。本文通過對阜陽港潁州港區(qū)一期碼頭工程所采用的反循環(huán)鉆孔孔灌注樁的施工案例，介紹了反循環(huán)鉆孔孔灌注樁的施工組織、施工準(zhǔn)備、鉆孔、鋼筋綁扎、澆筑水下混凝土及質(zhì)量檢驗(yàn)等工藝，對反循環(huán)鉆孔鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量控制進(jìn)行了一些有益的探討。

【關(guān)鍵詞】反循環(huán)；鉆孔灌注樁；施工；質(zhì)量控制

0.引言

阜陽港位于安徽省阜陽市潁州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)三十里鋪鎮(zhèn)花園村，是沙潁河整治工程安徽段的項(xiàng)目之一。阜陽港潁州港區(qū)一期工程碼頭樁基工程共有199根鉆孔灌注樁，其中碼頭鉆孔灌注樁115根（43m）、64根（38m），樁徑Φ1.0m，引橋鉆孔灌注樁均長31.7m，樁徑Φ0.8m。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，場地淺層為工程特性較差的粉質(zhì)粘土、粉土、細(xì)砂，向下以較好的粉質(zhì)粘土為主。結(jié)合工程的地質(zhì)情況，本港區(qū)鉆孔灌注樁采用QZ1000型和QZ1500型反循環(huán)鉆機(jī)鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁，導(dǎo)管法灌注水下混凝土。

1. 施工組織安排

由鉆孔樁施工隊(duì)負(fù)責(zé)施工。初期施工人員須10人，高峰期施工人員須40人。施工隊(duì)由一名施工隊(duì)長負(fù)責(zé)管理施工。所需的主要施工機(jī)械、設(shè)備見表1-1。

2. 施工準(zhǔn)備

2.1 鉆孔場地應(yīng)清除雜物、換除軟土、平整壓實(shí)，場地位于陡坡、水中或淤泥中時(shí)，用枕木或型鋼等搭設(shè)工作平臺(tái)，平臺(tái)必須堅(jiān)固穩(wěn)定，能承受施工作業(yè)時(shí)所有靜、活荷載。

2.2 埋設(shè)鋼護(hù)筒，護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大20cm，護(hù)筒頂面高出施工地面20～30cm。護(hù)筒埋置深度須符合下列規(guī)定：砂性土應(yīng)≥2m，黏性土應(yīng)≥1m。當(dāng)表層土質(zhì)松軟時(shí)應(yīng)將護(hù)筒埋置到較堅(jiān)硬密實(shí)的土層中的深度不小于0.5m。岸灘上埋設(shè)護(hù)筒，在護(hù)筒四周回填黏土并分層夯實(shí)；護(hù)筒頂面中心與設(shè)計(jì)樁位偏差不大于50mm，傾斜度不大于1%。

2.3 開挖泥漿池，選用膨潤土、CMC、PHP、純堿等配制優(yōu)質(zhì)泥漿。根據(jù)地層情況及時(shí)調(diào)整泥漿性能，本工程的泥漿性能指標(biāo)見表2-1。

3. 鉆孔

3.1 鉆機(jī)就位前，對主要機(jī)具及配套設(shè)備進(jìn)行檢查、維修。

3.2 鉆孔前，按施工設(shè)計(jì)所提供的地質(zhì)、水文資料繪制地質(zhì)剖面圖，掛在鉆臺(tái)上。針對不同地質(zhì)層選用不同的鉆頭、鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)速度及適當(dāng)?shù)哪酀{比重。

3.3 開鉆時(shí)宜低擋慢速鉆進(jìn)，鉆至護(hù)筒以下1米后再以正常速度鉆進(jìn)。對使用反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔，應(yīng)先將鉆頭提離孔底20厘米，待泥漿循環(huán)通暢后方可開鉆。

3.4 鉆進(jìn)過程中要及時(shí)濾渣，同時(shí)經(jīng)常注意地層的地質(zhì)變化，發(fā)現(xiàn)有變化時(shí)須撈取渣樣，判斷地層的地質(zhì)類型，記入記錄表中，同時(shí)要同設(shè)計(jì)部門提供的地質(zhì)剖面圖進(jìn)行比較，撈取的鉆渣樣須編號(hào)進(jìn)行保存，以方便分析和檢查。

3.5 要經(jīng)常檢查護(hù)壁泥漿的參數(shù)指標(biāo)是否滿足要求。

3.6 開始鉆進(jìn)時(shí)，須適當(dāng)控制進(jìn)尺，使初期成孔豎直、圓順，防止孔位偏心、孔口坍塌[1]。

3.7鉆孔深度一旦達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度時(shí)，對孔徑、孔深、孔形、孔位等指標(biāo)進(jìn)行檢查，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，立即填寫終孔檢查證，并經(jīng)駐地監(jiān)理工程師認(rèn)可，方可進(jìn)行孔底清理和灌注水下混凝土的準(zhǔn)備工作。

4.清孔

4.1 本項(xiàng)目根據(jù)地質(zhì)情況采用反循環(huán)清孔方式。

4.2 清孔時(shí)注意事項(xiàng)：清孔標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，抽出的泥漿手摸無2～3mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s。

4.3澆筑水下混凝土前應(yīng)檢查沉渣厚度，沉渣厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求；如沉渣厚度超出規(guī)范要求，則利用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔。

5. 鉆孔樁鋼筋籠制作、安裝

5.1 對于本工程項(xiàng)目由于樁基較短，鋼筋籠全部制作成整體，采用一次吊裝就位的方法施工。

5.2鋼筋籠制作時(shí)，按設(shè)計(jì)尺寸做好加強(qiáng)箍筋，標(biāo)出主筋的位置。把主筋擺放在平整的工作平臺(tái)上，并標(biāo)出加強(qiáng)筋的位置。焊接時(shí)，使加強(qiáng)筋上任一主筋的標(biāo)記對準(zhǔn)主筋中部的加強(qiáng)筋標(biāo)記，扶正加強(qiáng)筋，并用木制直角板校正加強(qiáng)筋與主筋的垂直度，然后點(diǎn)焊[2]。在一根主筋上焊好全部加強(qiáng)筋后，用機(jī)具或人轉(zhuǎn)動(dòng)骨架，將其余主筋逐根照上法焊好，然后吊起骨架閣于支架上，套入盤筋，按設(shè)計(jì)位置布置好螺旋筋并綁扎于主筋上，點(diǎn)焊牢固。

5.3設(shè)置鋼筋籠骨架鋼筋保護(hù)層。主筋的焊接使用雙面搭接焊進(jìn)行焊接，同一個(gè)截面上接頭數(shù)量符合規(guī)范要求，主筋同加強(qiáng)鋼筋采用焊接連接。鋼筋骨架的保護(hù)層厚度可用焊接鋼筋“耳朵”或轉(zhuǎn)動(dòng)混凝土墊塊，設(shè)置密度按豎向每隔2m設(shè)一道，每一道沿圓周布置8個(gè)[2]。見圖5-1。

5.4鋼筋籠骨架的運(yùn)輸采用鋼管焊成幾個(gè)托架用翻斗車進(jìn)行牽引方法運(yùn)輸。

6.鋼筋籠起吊和安放

6.1 鋼筋籠起吊。 鋼筋籠焊接完成后， 鋼筋籠安裝使用汽車吊采用兩點(diǎn)法進(jìn)行吊裝，第一吊點(diǎn)可設(shè)在鋼筋籠骨架的下部，第二點(diǎn)可設(shè)在鋼筋籠骨架長度的中點(diǎn)到上三分點(diǎn)之間。由于本項(xiàng)目鋼筋籠骨架比較長，在起吊前須對骨架內(nèi)部臨時(shí)綁扎至少兩根杉木桿以增強(qiáng)骨架剛度。起吊時(shí)，先起吊第一吊點(diǎn)，使骨架籠骨架稍離開地面，再同第二吊點(diǎn)一起起吊。等待鋼筋籠全部離開地面以后，停止起吊第一吊點(diǎn)，并繼續(xù)起吊第二個(gè)吊點(diǎn)。伴隨著第二個(gè)吊點(diǎn)上升的同時(shí)放松第一個(gè)吊點(diǎn)，直到鋼筋籠骨架垂直地面時(shí)停止起吊。這時(shí)解除第一起吊點(diǎn)，對骨架順直情況進(jìn)行檢查，對彎曲的鋼筋應(yīng)整直。當(dāng)鋼筋骨架吊入孔口以后，扶正骨架使其慢慢下降，禁止擺動(dòng)骨架碰撞孔壁，解除綁扎的杉木桿。當(dāng)?shù)诙€(gè)吊點(diǎn)接近孔口時(shí)須進(jìn)行臨時(shí)支撐。將吊鉤移到骨架上端，取出臨時(shí)支承，將骨架下降至設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。在孔口牢固定位，以免在灌注水下混凝土過程中發(fā)生浮籠現(xiàn)象。

6.2鋼筋籠定位。首先測定孔口的高程，計(jì)算出定位鋼筋的長度，核算無誤后進(jìn)行定位焊接。采用拉十字線方法，確定鋼筋籠中心位置，再通過護(hù)樁找到樁位中心，要確保鋼筋籠中心位置和樁位中心一致。接著把兩根工字鋼平行的插入定位骨架鋼筋頂端的頂?shù)跞ο旅?，把兩根枕木平行的放在護(hù)筒的兩邊 ，枕木比護(hù)筒高出5cm左右，用枕木支撐整個(gè)定位骨架。

7.砼灌澆筑

7.1導(dǎo)管技術(shù)要求灌注水下砼采用鋼導(dǎo)管灌注，采用導(dǎo)管內(nèi)徑為25-30cm。使用前應(yīng)導(dǎo)管進(jìn)行接頭抗拉與水密承壓試驗(yàn)，只有符合要求的導(dǎo)管才能使用。水密試驗(yàn)時(shí)的水壓力值要大于等于1.3倍的孔內(nèi)水深壓力值，也應(yīng)大于等于焊縫和導(dǎo)管壁可能承受灌注砼時(shí)最大內(nèi)壓力p的1.3倍[3]。

P=rchc-rwHw （1）

式中：p—導(dǎo)管可能受到的最大內(nèi)壓力（kPa）；

rc—砼拌和物的重度（24kN/m3）；

hc—導(dǎo)管內(nèi)砼柱最大高度（m）；

rw—井孔內(nèi)溶液的重度（kN/m3）；

Hw—井孔內(nèi)溶液的深度（m）。

7.2安裝導(dǎo)管。導(dǎo)管采用φ25-30鋼管，每節(jié)長2～3m，同時(shí)配1～2節(jié)1～1.5m的短導(dǎo)管。鋼導(dǎo)管要有光滑、圓順的內(nèi)壁，內(nèi)徑一致，接口嚴(yán)密。導(dǎo)管直徑要求滿足樁徑和砼澆筑速度。對試驗(yàn)符合要求的導(dǎo)管，采用從下到上次序進(jìn)行編號(hào)并標(biāo)示出尺度。組裝后對導(dǎo)管軸線偏位，要求不超過井孔深度的0.5%同時(shí)滿足不大于10cm的要求，試壓力為孔底靜水壓力的1.5倍。按作業(yè)平臺(tái)的高度和井孔深度來按的長度。決定導(dǎo)管長度按孔深和工作平臺(tái)高度決定。鉆孔上口到漏斗底距離，應(yīng)確保大于中間一節(jié)導(dǎo)管長度。導(dǎo)管安裝完成后，應(yīng)確保導(dǎo)管低部到井孔底有25～40cm的距離。

8. 首批封底混凝土

計(jì)算和控制首批封底混凝土數(shù)量，使砼下落時(shí)的沖擊能量能夠把導(dǎo)管里泥漿擠出，同時(shí)確保導(dǎo)管下口被埋入砼深度不小于1m，導(dǎo)管底口與孔底的距離為25-40cm。為控制樁底沉渣厚度，減少后期沉降量，要保證砼具有沖開樁底沉渣的沖擊能量。

8.1首批灌注砼的數(shù)量公式

V≥ （H1+H2）πD2/4+h1πd2/4 （2）

h1=Hwrw/rC （3）

H1—導(dǎo)管底口到砼樁底的高度；

H2—首批灌注砼的最小深度（導(dǎo)管底口到砼面的高度）為1m，

h1—泥漿底部到砼面的高度，保證導(dǎo)管埋入砼中的深度不小于1m。

8.2開閥。打開漏斗閥門，放下封底砼，第一批砼灌入井孔底以后，立即探測井孔內(nèi)混凝土面標(biāo)高，把導(dǎo)管埋入砼的深度計(jì)算出來，如符合要求，可以進(jìn)行正常灌注澆筑。

8.3水下砼澆灌。樁基礎(chǔ)砼澆筑使用砼攪拌車運(yùn)輸，灌注過程應(yīng)連續(xù)緊湊地進(jìn)行作業(yè)，禁止?jié)仓型就９?。在灌注過程中，應(yīng)控制導(dǎo)管的埋置深度在2～4m。同時(shí)應(yīng)對井孔內(nèi)砼面的標(biāo)高經(jīng)常進(jìn)行測探，以便即時(shí)對導(dǎo)管埋深進(jìn)行調(diào)整。導(dǎo)管拆除時(shí)間一般控制在15min之內(nèi)完成。要立即清洗干凈已經(jīng)拆下的管節(jié)，并整齊堆放。當(dāng)砼面升到鋼筋骨架下端時(shí)，可采取防止骨架被砼浮起的措施：①盡量縮短砼總的澆注時(shí)間。②對砼面到達(dá)骨架底部時(shí)，要緩慢澆筑砼，并應(yīng)確保鋼筋籠底部至導(dǎo)管底口的距離在1-3m，以減小混凝土從導(dǎo)管底口出來后向上的沖擊力[4]；③當(dāng)鋼筋骨架埋置深度達(dá)到4-5m后，須將導(dǎo)管提升，減少砼對導(dǎo)管的埋置深度，這樣可增加導(dǎo)管底部以下的骨架埋置長度，從而增強(qiáng)砼對鋼筋骨架的握裹力。

為確保樁頂質(zhì)量，在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上應(yīng)加灌100cm以上，以便灌注結(jié)束后將此段混凝土清除。

8.4灌注砼測深方法。灌注水下砼時(shí)，采用測繩法經(jīng)常探測孔內(nèi)混凝土面至孔口的深度，以控制導(dǎo)管埋深。

8.5泥漿清理。鉆孔樁施工中，應(yīng)將產(chǎn)生大量廢棄的泥漿，經(jīng)泥漿分離器處理后，運(yùn)往指定的廢棄泥漿的堆放場地，并做妥善處理。

9. 質(zhì)量檢測

本項(xiàng)目的鉆孔樁全部采用小應(yīng)變檢測。對質(zhì)量有問題的樁，鉆取樁身混凝土鑒定檢驗(yàn)。對鉆孔樁鉆孔允許偏差檢查控制參數(shù)見表10-1，對鉆孔樁鋼筋骨架允許偏差見表10-2 。

10. 結(jié)論

本文通過以上對應(yīng)按要求對施工準(zhǔn)備、定位、鉆孔、成孔、灌注、檢查等工藝的介紹，為工程技術(shù)人員對反循環(huán)鉆孔灌注樁施工工藝提供經(jīng)驗(yàn)積累。

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作者簡介：

徐鋒（1974-），男，漢，安徽滁州市人，合肥工業(yè)大學(xué)碩士，安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木系講師。

課題項(xiàng)目：

2010年安徽省高等學(xué)校省級質(zhì)量工程項(xiàng)目（20101583）。