漕河渡槽鉆孔灌注樁施工及處理措施

袁 浩

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

1 工程概況

漕河渡槽是南水北調(diào)中線總干渠上的一座大型交叉建筑物，全長2300m，建筑物級別為1級，設(shè)計流量125m3/s，加大流量150m3/s，地震設(shè)計烈度6度。渡槽由進口漸變段、進口閘室段、落地槽段、渡槽槽身段、出口閘室段和出口漸變段等部分組成。渡槽槽身段76個槽墩中59個采用灌注樁基礎(chǔ)，20m槽跨單墩下設(shè)8根直徑1.5m混凝土灌注樁，30m槽跨單墩下設(shè)12根直徑1.5m混凝土灌注樁。

2 工程地質(zhì)

建筑物區(qū)地貌形態(tài)為河流侵蝕堆積成因的不對稱寬谷地貌，兩岸山體一般高程60.0～80.0m，最大高程約200.0m。以滿易公路為界分為東西兩部分。

公路以西地層巖性為：黃土狀壤土、微含碎石的黃土狀粘土、微含碎石的紅粘土及燧石條帶白云巖。強風(fēng)化基巖地層透水性差，地下水量小且埋藏較深。1994年勘察地下水埋深15～25m，地下水位高程38.0～41.0m；2003年補充勘察地下水埋深30m左右，地下水位高程18.0～24.0m。

公路以東地層巖性為：砂壤土、卵石、含壤土碎石、含碎石壤土及燧石條帶白云巖。巖土透水性較好，1994年勘察時地下水豐富，埋深僅2～3m，地下水位高程41.0m，抽水試驗卵石滲透系數(shù)為63.9m/d；1996年后由于連年干旱，地下水位逐年下降；2001年補充勘察地下水埋深19～21m，地下水位高程24.0～30.4m。建筑物區(qū)鉆孔中發(fā)現(xiàn)基巖發(fā)育溶洞、溶隙及裂隙，大多深0.2～0.4m，極少數(shù)達2m。

3 灌注樁施工問題及處理措施

3.1 樁端持力層以下存在夾層

3.1.1 施工問題

漕河渡槽樁基施工完成后，采用靜載進行樁基檢測。檢測中發(fā)現(xiàn)51-5樁的荷載～沉降關(guān)系與其他樁基的荷載～沉降關(guān)系差異較大，初步懷疑樁底沉渣厚度大。檢驗樁底沉渣厚度的最有效方法為鉆芯取樣，此方法既可以探明樁底沉渣厚度，又可以探明樁底巖石風(fēng)化情況。因此對51-5樁基進行取芯檢查，在高程14.7m時見樁底，取芯孔進入巖層6m，在孔底下0～8cm為弱風(fēng)化巖，巖石呈柱狀；8～45cm巖芯呈1～4cm塊狀，巖塊強度較高；45～95cm巖樣呈紅粘土碎石狀，紅粘土具可塑性，碎石大部分強度較低；其余巖芯大部完整。

從取芯檢查發(fā)現(xiàn)，樁下沉渣厚5cm、碎塊層厚45cm、破碎帶夾泥層厚50cm對樁基十分不利，是造成樁基受荷時發(fā)生大量沉降變形的主要原因。

3.1.2 形成原因

從樁基成孔過程看，51-5樁弱風(fēng)化巖面線在15.2m高程以上，根據(jù)要求樁基達到弱風(fēng)化均需進行四方鑒定，51-5樁進行了巖面線鑒定，按設(shè)計要求樁端至少進入弱風(fēng)化巖0.5m，鑒定高程為15.2m。在樁端下部14.3m高程存在高角度裂隙破碎帶，盡管破碎帶夾泥層厚50cm，但鉆孔過程中達不到該層，施工過程中所取渣樣均為新鮮渣樣，故當(dāng)?shù)竭_高程14.7m時，判斷樁基已進入弱風(fēng)化巖0.5m，就終孔澆注混凝土。樁基成孔采用沖擊鉆成孔，到達14.7m時，由于存在裂隙破碎帶，在沖擊力作用下，僅有的40cm余的巖石被擊碎，形成鉆芯取樣所出現(xiàn)的破碎情況，嚴重降低了樁基承載力。

3.1.3 處理措施

利用取芯孔對樁底進行高壓沖洗，然后用C30水泥漿進行灌漿。灌漿結(jié)束14d后對樁基進行低應(yīng)變檢查，并進行靜荷載試驗，檢查結(jié)果顯示滿足設(shè)計要求。

3.2 樁基造孔過程中孔斜

樁孔造孔過程中出現(xiàn)孔斜屬常見問題，其主要原因有以下方面：

3.2.1 鉆機安裝不平或安裝不穩(wěn)定

施工過程中基礎(chǔ)發(fā)生不均勻變形導(dǎo)致鉆機不平，從而影響鉆孔垂直度，造成孔斜。處理方法：加固鉆機平臺，使鉆機安裝平整和穩(wěn)固，確保鉆具中心垂線與樁孔位中心重合。

3.2.2 鉆具在鉆進過程中遇到孤石、塊石

由于鉆具兩側(cè)巖土硬度不一，鉆具向軟的一方傾斜，造成樁孔傾斜。遇此種情況，應(yīng)立即停鉆回填粘土、碎石，甚至是塊石或片石，反復(fù)沖擊造壁，孔壁穩(wěn)定后繼續(xù)鉆進。

為有效控制孔斜，要求每進尺1.0～2.0m復(fù)測1次，發(fā)現(xiàn)孔斜超標(biāo)，立即停止鉆進，分析原因并及時糾正。漕河渡槽共計616根樁，要求孔斜率不大于0.5%，僅1根樁超過標(biāo)準(zhǔn)，為0.6%。

3.3 混凝土澆注過程中鋼筋籠上浮

漕河渡槽樁基均為嵌巖端承樁，配通長鋼筋，初灌鋼筋籠底部，導(dǎo)管尚未埋于混凝土中，若初灌混凝土量過大，混凝土對鋼筋籠的上沖力過大；導(dǎo)管掩埋過長，提升時易搖晃，難以對準(zhǔn)籠的中心，易發(fā)生掛籠現(xiàn)象；導(dǎo)管在混凝土中埋置深度過大，鋼筋籠會被混凝土頂托上浮。

預(yù)防鋼筋籠上浮，關(guān)鍵是要嚴格細致地下好鋼筋籠，并將其牢固地綁扎或點焊于孔口。下放導(dǎo)管時，應(yīng)使導(dǎo)管順樁孔中心位置而下。在灌注過程中，要徐徐灌注混凝土，一般灌注速度控制在2m/h以內(nèi)，以減少混凝土對鋼筋籠向上的沖力。及時測量混凝土面，確保導(dǎo)管正常埋置深度在2～4m。

3.4 樁頂段混凝土質(zhì)量差

3.4.1 樁頂上部混凝土疏松、有氣泡、夾泥

樁身上部由于缺乏壓力，與樁周土接觸應(yīng)力低，而受荷時荷載應(yīng)力最大，因此樁身破壞最易發(fā)生在樁身上部。

3.4.2 病因分析

檢測混疑土面高程頻次不夠，預(yù)留的灌注混凝土高度不足，上部壓力小，混凝土密度低；導(dǎo)管內(nèi)混凝土高度減小，壓力降低，而導(dǎo)管外的泥漿及所含渣土隨混凝土澆注稠度增加、比重增大，泥漿、浮漿與混凝土接觸摻混，造成夾泥、疏松。

3.4.3 預(yù)防措施

增加檢測混凝土面的頻次，并檢測泥漿的各項指標(biāo)，在樁頂設(shè)計標(biāo)高以上加灌一定高度的混凝土，要求澆注高程高出樁頂高程0.5～1.0m，一般取上限或更多，以保證設(shè)計標(biāo)高以下的混凝土符合設(shè)計要求。泥漿指標(biāo)不滿足設(shè)計要求時，應(yīng)及時調(diào)整。

3.5 斷樁

斷樁是指樁身混凝土在某一部位出現(xiàn)不連續(xù)或某一部位的混凝土嚴重變質(zhì)，中間被沖洗液等疏松體及泥土充填的間斷樁。斷樁影響了樁身的整體性，降低了樁體混凝土強度，以致影響樁基承載力，不能滿足設(shè)計要求，是樁基施工中嚴重的質(zhì)量事故，處理費用高，工期長。

3.5.1 形成原因

（1）灌注作業(yè)因故中斷過久，表層混凝土失去流動性，而繼續(xù)灌注的混凝土頂破表層而上升，將有浮漿泥渣的表層覆蓋包裹，形成斷樁。造成灌注作業(yè)中斷的原因：①卡管，骨料級配不合理，含有大粒徑的碎石；②混凝土出拌和機時間過長或運輸路程過長，已產(chǎn)生離析或局部初凝現(xiàn)象而直接用于灌注；③埋管過深，導(dǎo)管在混凝土中埋置過深，鋼筋籠變形，灌注時間過長，混凝土已初凝，內(nèi)阻力增長，導(dǎo)管被卡死在混凝土內(nèi)；④導(dǎo)管嚴重漏水，不得不將導(dǎo)管拔出；⑤突然停電、機械故障或突降暴雨等無法預(yù)測情況發(fā)生，使中途停頓時間太長，不得不將導(dǎo)管提離混凝土而形成斷樁。

（2）灌注時測深不準(zhǔn)或計算錯誤將導(dǎo)管提升過高，以致導(dǎo)管底部脫離混凝土層形成斷樁。

3.5.2 預(yù)防

（1）灌注前要對各個作業(yè)環(huán)節(jié)和崗位進行認真檢查，制訂有效的預(yù)防措施。

（2）優(yōu)化混凝土配合比，控制骨料的最大粒徑，采用水工二級配混凝土，導(dǎo)管直徑要求不小于30cm，控制混凝土的坍落度在18～22cm。

（3）灌注中嚴格遵守操作規(guī)程，保證灌注作業(yè)連續(xù)進行，有條不紊。

（4）反復(fù)細心測量混凝土面，以此作為拆卸導(dǎo)管的標(biāo)準(zhǔn)。

（5）灌注過程中導(dǎo)管提升應(yīng)勻速、平穩(wěn)，慢慢起升。

（6）控制灌注時間在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

（7）要保證設(shè)備的正常工作，并有備用設(shè)備。

（8）灌注前配備備用電源。

（9）要注意天氣預(yù)報，合理安排灌注時間。

3.5.3 處理措施

（1）36-11樁為漕河渡槽澆注的最后1根樁基，設(shè)計樁長20.5m，施工過程中發(fā)現(xiàn)基巖面起伏較大，巖面線抬高，設(shè)計樁長減小為16.4m。終孔驗收后澆注混凝土樁，澆注過程中由于停電，備用電已撤離現(xiàn)場，不得不終止?jié)沧?，形成了斷樁?/p>

根據(jù)施工記錄的混凝土灌入量和樁基混凝土面測量資料，澆注樁長4.5m?，F(xiàn)場對比了接樁與重鉆2個方案，考慮澆注長度不大，接樁工期又不允許，選擇重新造孔澆注，要求孔底高程至少低于原孔底20cm。處理后該樁通過低應(yīng)變檢測，為1類樁。

（2）22-5樁設(shè)計樁長27m，樁頂高程53.937m，當(dāng)澆注到51m高程時，突降暴雨，被迫停止?jié)沧ⅲ纬闪藬鄻?。根?jù)現(xiàn)場澆注的情況，只有3m就到設(shè)計樁頂高程，推薦采用接樁方案處理。

樁孔位內(nèi)回填壤土到地面高程，半個月后采用人工挖孔方法挖至混凝土澆注面，鑿出上部混凝土不密實的50cm，采用常態(tài)混凝土澆注到設(shè)計樁頂高程。該樁通過樁基靜載試驗，滿足設(shè)計要求。

3.6 樁孔孔壁坍塌

由于地質(zhì)條件復(fù)雜，造孔過程中或成孔后，孔壁不同程度塌落，是造孔過程中常見問題。

3.6.1 主要原因

地質(zhì)土質(zhì)疏松，透水性極強；泥漿護壁不好；護筒埋設(shè)不好，筒內(nèi)水位不高；鉆頭鉆速過快，或空鉆時間太長；成孔后待灌時間和灌注時間過長。

3.6.2 預(yù)防及處理措施

在松散易塌土層中適當(dāng)深埋護筒，回填土要密實；使用優(yōu)質(zhì)泥漿，提高泥漿比重和粘度；升高護筒，終孔后補給泥漿，保持泥漿面的高度；保證鋼筋籠制作質(zhì)量，防止變形，吊放時要對準(zhǔn)孔位，吊直扶穩(wěn)，緩緩下沉，防止碰撞孔壁。對于出現(xiàn)的孔壁坍塌，采用粘土或壤土回填到坍孔1～2m深度以上，密實后繼續(xù)造孔；孔壁坍塌嚴重的用砂、粘土、壤土回填至原地面高程，重新造孔。

漕河渡槽58個樁基承臺，58＃和59＃墩臺漏漿塌孔最為嚴重，且連續(xù)發(fā)生漏漿塌孔。2005年10月對58-5、59-4和59-10三孔進行了地質(zhì)復(fù)勘，從鉆孔可知巖性從上到下依次為：砂壤土1～2m，卵石10～12m，壤土2～3m，卵石4～6m，碎石壤土4～7m，其下為燧石條帶白云巖，基巖上部存在局部發(fā)育的溶洞及溶隙。在鉆孔鉆進過程中，卵石層、基巖與覆蓋層接觸帶及基巖上部漏漿。

在這種復(fù)雜的地質(zhì)條件下，盡管采取了有效預(yù)防措施，仍連續(xù)發(fā)生漏漿塌孔，施工單位改變施工工藝，采用人工挖孔。

58＃墩臺和59＃墩臺每墩設(shè)端承樁12根，其中58＃墩臺有3根樁和59＃墩臺有11根樁未進行施工。處理方法采用人工挖孔，覆蓋層采用混凝土護壁，當(dāng)樁孔挖至20m時有地下水滲出，為施工安全，停止人工挖孔作業(yè)，改用機械鉆進。在鉆進過程中局部漏漿依然較嚴重，由于上部采用了混凝土護壁，未出現(xiàn)塌孔事故，施工進展比較順利。

3.7 孔底沉渣

3.7.1 造成沉渣過厚的原因

（1）清孔泥漿比重過小，挾砂能力降低，清孔不徹底。

（2）鋼筋籠吊放未垂直對中，碰刮孔壁泥土坍落孔底。

（3）清孔后由于澆注混凝土不及時，泥漿沉淀。

3.7.2 預(yù)防措施

澆注前復(fù)測沉渣厚度，不滿足要求進行二次清孔。

3.7.3 施工對策

（1）終孔后，鉆頭提離孔底1～20cm，保持慢速空轉(zhuǎn)，維持循環(huán)清孔時間不少于30min。

（2）清孔采用優(yōu)質(zhì)泥漿，控制泥漿比重和粘度，鋼筋籠吊放時，使鋼筋籠的中心與樁中心保持一致，鋼筋籠垂直緩放入孔，避免碰撞孔壁。

（3）下完鋼筋籠后，檢查沉渣量，如沉渣量超過規(guī)范要求，則應(yīng)利用導(dǎo)管進行二次清孔，直至孔口返漿比重及沉渣厚度均符合規(guī)范要求。

（4）清孔完畢立即灌注混凝土；提高混凝土初灌時對孔底的沖擊力，導(dǎo)管底端距孔底控制在30～50cm。初灌混凝土量必須滿足導(dǎo)管底端能埋入混凝土中1m的要求。

4 結(jié)語

灌注樁施工過程中，不可避免會遇到孔壁坍塌、導(dǎo)管堵塞、鋼筋籠上浮等問題，本文對樁基施工常遇問題，提出了預(yù)防及處理措施。

［1］河北水利水電勘測設(shè)計研究院.漕河渡槽初步設(shè)計工程地質(zhì)勘察報告［R］.2004.

［2］樁基工程手冊編寫委員會.樁基工程手冊［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

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［5］曾凡友.巖溶地區(qū)樁基基礎(chǔ)的設(shè)計與施工［J］.水運工程，2005（12）.

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