涉外工程鉆孔灌注樁施工工藝與質(zhì)量控制探討

陳 建 梁 浩

(1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)天津電力建設(shè)公司，天津 300020;2.中機(jī)三勘巖土有限責(zé)任公司，北京 100049)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國(guó)企業(yè)不斷走出國(guó)門，走向世界。目前，中國(guó)施工企業(yè)，特別是公路、鐵路和水電等企業(yè)陸續(xù)在國(guó)外承擔(dān)一系列大中型工程項(xiàng)目，為世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。然而由于國(guó)外地形、地貌和地質(zhì)條件的改變，以及原材料的限制，施工中出現(xiàn)大量的新問題，采用傳統(tǒng)的施工工藝和施工參數(shù)無法解決，本文主要介紹伊拉克華事德燃油電站主廠房區(qū)域工程樁施工的成功經(jīng)驗(yàn)，期望對(duì)類似工程有一定的借鑒意義。

1 工程概況

伊拉克華事德燃油電站位于伊拉克南部WASSIT省ZUBAYDIYAH地區(qū)，距首都巴格達(dá)120 km，現(xiàn)場(chǎng)緊鄰底格里斯TIGRIS河。工程主廠房區(qū)域工程樁采用鉆孔灌注樁，總樁數(shù)2 005根，其中，直徑800 mm，樁長(zhǎng) 40 m，795根;直徑 600 mm，樁長(zhǎng)30 m，841根;直徑600 mm，樁長(zhǎng)40 m，369根。

場(chǎng)地地形地貌較為平坦，主要為河流相沖積平原。地層結(jié)構(gòu)主要分為3個(gè)主層和4個(gè)亞層，具體為:①粉質(zhì)粘土，主要為回填土，層厚2 m;②-1粘土，層厚一般12 m;②-2細(xì)砂，層厚一般為9 m;③-1粘土，平均層厚5 m;③-2細(xì)砂，勘探60 m范圍內(nèi)未揭穿。地下水為第四系孔隙潛水，以大氣降水及河流滲透為其補(bǔ)給來源，地下水穩(wěn)定水位埋深一般為2.5 m。實(shí)測(cè)②-2地層標(biāo)貫擊數(shù)均大于臨界值，故不考慮地震液化對(duì)建筑物的影響。

工程樁設(shè)計(jì)上采用摩擦型鉆孔灌注樁，有效長(zhǎng)度30 m～40 m，樁徑600 mm～800 mm，樁端持力層為③-2細(xì)砂，且樁端進(jìn)入持力層深度不小于2 m。

2 鉆孔灌注樁施工工藝

鉆孔灌注樁是指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人工挖掘等手段在地基中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。它具有工序多、技術(shù)要求高、工作量大等特點(diǎn)，并且需在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)連續(xù)完成的地下(或水下)隱蔽工程。施工過程主要步驟如圖1所示［1-3］。

3 鉆孔灌注樁質(zhì)量控制

3.1 施工機(jī)具的選擇

施工機(jī)具的好壞對(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。

灌注樁質(zhì)量控制的首要條件是選取合適的施工機(jī)具。泥漿循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔灌注樁的施工機(jī)具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。成孔機(jī)具的選擇主要考慮工程及地質(zhì)條件、施工現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境等因素，如鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭等選擇。鉆機(jī)選擇主要依據(jù)鉆孔所需的功率和扭矩。鉆桿內(nèi)通道主要用于鉆孔泥漿循環(huán)，因此鉆桿的粗細(xì)影響鉆孔速度，同時(shí)鉆桿選取還需要考慮鉆孔需要的扭矩，過細(xì)的鉆桿其桿內(nèi)通道小，泥漿循環(huán)量受限制，鉆進(jìn)速度慢，沉渣多，成樁質(zhì)量難以保證，同時(shí)鉆桿細(xì)則剛度小，受壓時(shí)容易發(fā)生彎曲，造成鉆孔的形狀不規(guī)則，因此必須選取合理的鉆桿。鉆頭直徑主要用于控制及保證成樁的設(shè)計(jì)直徑，施工中一般選取原則是比設(shè)計(jì)樁徑小5 cm～6 cm;鉆頭形狀應(yīng)對(duì)稱，保證不產(chǎn)生斜孔;錐尖角度不應(yīng)小于120°，避免孔底形成一個(gè)錐形，保證成樁的承載力。

3.2 泥漿的調(diào)制和使用

鉆孔泥漿由水、粘土(膨潤(rùn)土)和添加劑組成。具有冷卻鉆頭，潤(rùn)滑鉆具，增大靜水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內(nèi)外滲流，防止坍孔的作用。因此泥漿是關(guān)系到鉆孔灌注樁施工質(zhì)量好壞的重要材料，一般采用自然造漿，必要時(shí)采取人工造漿，調(diào)制的鉆孔泥漿及經(jīng)過循環(huán)凈化的泥漿，應(yīng)根據(jù)鉆孔方法和地層情況來確定泥漿稠度，泥漿稠度應(yīng)視地層變化或操作要求機(jī)動(dòng)掌握，泥漿太稀，排渣能力小、護(hù)壁效果差;泥漿太稠會(huì)削弱鉆頭沖擊功能，降低鉆進(jìn)速度。根據(jù)本工程實(shí)際情況，泥漿的比重控制在1.25，粘度控制在18 Pa·s，含砂率小于6%，實(shí)踐證明鉆進(jìn)速度與護(hù)壁性能取得滿意效果。

3.3 鉆進(jìn)過程

鉆孔是灌注樁成樁的一道關(guān)鍵工序，在施工中必須嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行。鉆進(jìn)過程總的原則要快，根據(jù)施工工序及工程地質(zhì)情況選取合理的施工速度，保證施工的質(zhì)量，如開孔時(shí)必須對(duì)好中線及垂直度，并壓好護(hù)筒，要輕壓慢鉆以防止發(fā)生孔斜，待鉆頭或?qū)虿课蝗窟M(jìn)入地層后，可以加快掘進(jìn)速度;在淤泥質(zhì)土層為避免形成螺旋孔也必須控制速度，不能太快。在鉆進(jìn)過程中泥漿起到雙重作用:護(hù)壁及運(yùn)載作用。泥漿循環(huán)量應(yīng)根據(jù)地層地質(zhì)條件和鉆進(jìn)速度加以調(diào)整。鉆進(jìn)速度過快，泥漿的運(yùn)載能力不能夠保證鉆渣的排出，在孔內(nèi)會(huì)遺留多余沉渣，嚴(yán)重時(shí)可造成埋鉆，影響鉆孔質(zhì)量;在松軟易坍塌地層中鉆進(jìn)時(shí)若泵量和壓力太大，會(huì)造成成孔直徑過大甚至坍孔。在鉆孔排渣、提鉆頭除土停鉆時(shí)，應(yīng)保持孔內(nèi)具有規(guī)定水位和要求的泥漿比重和粘度。

3.4 清孔

在成孔過程中，泥漿起到很關(guān)鍵的作用，泥漿的質(zhì)量控制尤為重要。清孔分為兩個(gè)階段，一清是利用泥漿比重大、粘度高的特性運(yùn)載孔底沉渣;二清作用則不同，它是通過不斷地稀釋泥漿，并使泥漿處于懸浮狀態(tài)，以利于水下混凝土澆筑。

終孔后的一清、二清是混凝土灌注前的兩道關(guān)鍵工序，直接影響樁基承載力及樁身質(zhì)量。一清、二清都是利用泥漿的循環(huán)來完成的，故規(guī)范對(duì)泥漿提出了比重、含砂率、粘度三項(xiàng)控制指標(biāo)，但其清孔方法、工作原理及其作用不盡相同。筆者認(rèn)為:此三項(xiàng)指標(biāo)在成孔鉆進(jìn)過程中至關(guān)重要，是在保證泥漿的護(hù)壁功能及運(yùn)載功能的情況下提出的。清孔則不然，一清主要是利用泥漿比重及粘度，加上鉆頭的擾動(dòng)和循環(huán)，將孔底沉積的巖土碎片帶出孔外，而泥漿的含砂率主要是為其護(hù)壁功能設(shè)定，故此時(shí)就不宜作為主要控制項(xiàng)目。特別是二清，由于樁端持力層為細(xì)砂，其含砂率無法人為控制，如果以此作為二清驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)造成清孔時(shí)間過長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起塌孔事故。

3.5 鋼筋籠制作及安裝

鉆孔灌注樁的鋼筋籠制作雖然說比較簡(jiǎn)單，但也存在著一些質(zhì)量通病，制作時(shí)應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn):1)鋼筋籠制作時(shí)，主筋連接，樁身縱向受力鋼筋的接頭應(yīng)設(shè)置在樁身受力較小處，且搭接長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求。2)鉆孔灌注樁的鋼筋籠制作不得在有泥土的場(chǎng)地上生產(chǎn)。3)鋼筋籠的加強(qiáng)肋筋必須設(shè)在主筋的內(nèi)側(cè)并與主筋焊接在一起，其間距一般根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及施工現(xiàn)場(chǎng)的施工情況合理的進(jìn)行布置。4)在箍筋上穿上圓形混凝土預(yù)制塊主要通過鉆孔灌注樁的保護(hù)層厚度的控制。5)鋼筋籠原則上應(yīng)整體吊裝，具體根據(jù)吊裝設(shè)備可選擇分段吊入鉆孔灌注樁內(nèi)，對(duì)正位置焊接后逐步放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，吊裝時(shí)不得碰損孔壁。6)最上面的一節(jié)掛環(huán)用型鋼掛在孔口并適當(dāng)處理，防止?jié)仓炷習(xí)r鋼筋上浮。

3.6 水下混凝土灌注

水下混凝土在灌注中應(yīng)控制以下幾點(diǎn):1)初凝時(shí)間。這個(gè)指標(biāo)對(duì)于灌注樁非常重要。為防止在澆筑過程中出現(xiàn)導(dǎo)管凝死，需要控制混凝土的配合比，一般保證混凝土的初凝時(shí)間是實(shí)際澆灌時(shí)間的兩倍左右。2)流動(dòng)性。依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求控制混凝土坍落度為18 cm～22 cm、粗骨料粒徑小于40 mm，這樣可以有效控制及避免發(fā)生堵塞導(dǎo)管或離析。3)水下混凝土灌注前應(yīng)檢查樁底沉淀層厚度與泥漿指標(biāo)，不符合要求應(yīng)二次清孔。4)混凝土灌注在二次清孔結(jié)束后30 min內(nèi)立即進(jìn)行。5)首盤澆筑。初灌量必須保證導(dǎo)管底部埋入混凝土中50 cm以上，且連續(xù)灌注。正常灌注混凝土?xí)r，導(dǎo)管底部埋于混凝土中的深度宜為2 m～6 m之間。6)當(dāng)混凝土灌到孔口不再返出泥漿時(shí)，此時(shí)應(yīng)提升導(dǎo)管。7)浮籠與堵管是水下混凝土澆灌時(shí)較常見的異?，F(xiàn)象。浮籠是指鋼筋籠隨混凝土面的上升而同步上升;而堵管是指混凝土澆筑時(shí)，混凝土無法順利注入滯留在導(dǎo)管內(nèi)，導(dǎo)致澆筑無法正常進(jìn)行。為解決這一工程難題，筆者組織相關(guān)人員，通過對(duì)158號(hào)樁成孔過程的原始資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)浮籠與堵管都是由于孔底沉渣嚴(yán)重超標(biāo)引起的。因此，控制二清質(zhì)量是關(guān)鍵。

3.7 保證施工質(zhì)量的優(yōu)化參數(shù)及技術(shù)措施

通過對(duì)本工程鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的分析論證，我們歸納出如下優(yōu)化參數(shù)［4］:1)砂層鉆進(jìn)速度必須保證每節(jié)鉆桿20 min以上，以滿足護(hù)壁要求及匹配泥漿的運(yùn)載能力。2)一清提鉆后必須立即放鋼筋籠，否則不允許提鉆，鋼筋籠焊接必須兩人同時(shí)進(jìn)行，縮短鋼筋籠安裝時(shí)間。3)一清驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)以鉆桿內(nèi)外高差小于10 cm控制(鉆桿長(zhǎng)度，以鉆頭腰帶處計(jì)算)。4)二清應(yīng)以迅速調(diào)低泥漿比重及粘度為主要目標(biāo)(清孔時(shí)間以30 min為宜)。5)采用有效措施保證鉆桿、導(dǎo)管的密封性能。

4 結(jié)果分析

本工程共完成2 005根樁，根據(jù)超聲波無損檢測(cè)結(jié)果表明:Ⅰ類樁1 800根，達(dá)到90%，Ⅱ類樁205根，占10%。施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)和業(yè)主要求，受到有關(guān)單位好評(píng)。

［1］何 敏.鉆孔灌注樁施工質(zhì)量缺陷及處理方法［J］.福建建材，2008，103(2):84-85.

［2］林春雨，楊勝勇，湯進(jìn)偉，等.沿海地區(qū)鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制［J］.施工技術(shù)，2009，38(sup):114-117.

［3］鐘仕林，張 云，丁 靜.淺談混凝土鉆孔灌注樁施工工藝與技術(shù)控制［J］.山西建筑，2010，36(18):108-109.

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