長河壩水電站楓林溝大橋大孔徑灌注樁特殊施工

羅慶松 郭 振

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 300000)

長河壩水電站楓林溝大橋大孔徑灌注樁特殊施工

羅慶松 郭 振

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 300000)

結(jié)合長河壩水電站楓林溝大橋工程概況，確定對2號墩樁基采用上部無水地帶人工挖孔后下設(shè)15 m長鋼護筒、下部富水地帶機械成孔相結(jié)合的施工方法，并對人工挖孔、機械成孔造孔工藝、清孔、混凝土灌注等施工技術(shù)進行了介紹，對類似地層鉆孔灌注樁的施工具有重要的參考意義。

灌注樁，人工挖孔，鋼護筒

1 工程概況

楓林溝大橋上部結(jié)構(gòu)為(48+80+48)m三跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，橋全長182 m。主墩為雙薄壁墩，基礎(chǔ)為承臺、φ2.0 m群樁基礎(chǔ)。2號墩共6根φ2.0 m C35混凝土灌注樁，設(shè)計樁長50 m。1號、2號墩位于大渡河兩岸，該處河水湍急，沖刷力大，為更好的保護孔樁，在大橋1號墩、2號墩樁基施工時分別埋設(shè)鋼護筒。2號橋墩離河岸較近，水流將直接沖刷橋墩，因此下設(shè)較長的鋼護筒以保護樁基不被水流直接沖刷，鋼護筒須插入原始地面下約2 m，從而提高樁基自身的剛度，滿足受力要求，故設(shè)置15 m長的鋼護筒。因施工平臺為填渣料，空隙率大，自樁頂以下15 m均為洞渣回填層，在鉆機沖孔過程中孔內(nèi)漏漿十分嚴重，無法循漿，且由于地質(zhì)條件不穩(wěn)定極易塌孔，導(dǎo)致沖擊鉆進護筒跟進過程中產(chǎn)生偏孔、卡筒、護筒變形大等現(xiàn)象，難以成孔，鋼護筒無法埋設(shè)到位。為確保鋼護筒準確安裝到位，采用人工挖孔方式處理。挖孔樁開口直徑為3.4 m，鎖口厚度為40 cm，再下挖長15 m，直徑為2.7 m，每輪挖深1 m，四周采用混凝土護壁，如遇地下水無法抽退或挖至覆蓋層底部后則終止人工挖孔。待成孔后進行鋼護筒安裝，再改用2 m直徑錘頭進行造孔。

2 洞渣回填層人工挖孔施工

2.1 施工準備

1)平整場地，清除坡面危石、浮土，鏟除松軟的土層并夯實。2)全站儀測量出各樁基中心精確位置，埋設(shè)中心樁，以中心樁為圓心，孔位應(yīng)比孔徑大60 cm，鎖口采用鋼筋混凝土護壁，厚度為40 cm～50 cm。再澆筑好鎖口，將十字護樁中線固定在孔口混凝土上，方便經(jīng)常檢查校核。3)井口四周圍欄防護，井口混凝土高出地面30 cm，防止土、石滾入孔內(nèi)傷人；孔口四周挖好排水溝，及時排除地表水，安裝提升設(shè)備。4)井內(nèi)作業(yè)必須戴安全帽，在孔內(nèi)搭設(shè)掩體，掩體用2 cm厚鋼板作頂蓋。出土渣用的吊桶、吊鉤、鋼絲繩、卷揚機等，經(jīng)常檢查更換。5)護壁混凝土鋼筋加工在施工現(xiàn)場進行，在施工區(qū)黃土堆放點設(shè)置一個鋼筋加工點，鋼筋加工點配備鋼筋切割機1臺、鋼筋彎曲機1臺、交流電焊機1臺。

2.2 人工挖孔

鎖口施工形成后，開始人工開挖，自上而下逐層用鎬、鍬進行，遇堅硬土層及巖層用錘、釬，并加小型爆破破碎。在孔口上安裝支架，用2 t慢速卷揚機提升，棄土裝入膠桶內(nèi)垂直起吊運輸出井口外。

根據(jù)地質(zhì)穩(wěn)定及情況，每挖深1.0 m后支模澆筑一圈混凝土護壁，護壁采用內(nèi)齒式C25混凝土護壁，護壁下口直徑比上口直徑大10 cm，護壁厚度為25 cm，上下層護壁間保證10 cm的搭接長度。護壁中加配光圓鋼筋，配置規(guī)格為：環(huán)向鋼筋φ6～φ12，間距200 mm；縱向鋼筋是φ10～φ14，間距300 mm～400 mm；上下護圈之間的連接鋼筋采用φ8～φ12，間距350 mm～410 mm。由于在冬季施工，為加快挖孔樁施工進度，在混凝土中添加了水泥用量2%的早強劑。護壁過程中，經(jīng)常檢查樁孔尺寸，平面位置和豎軸線傾斜情況，如有偏差，及時修整糾正(護壁后孔徑不小于設(shè)計，傾斜度不大于0.5%)。

護壁鋼模采用組合鋼模板，用壁厚3.5 mm外徑48 mm的焊接鋼管做架管。每節(jié)開挖完畢后立即立模澆筑混凝土；澆筑采用吊桶運輸，人工撮料入倉，鋼釬搗實，混凝土坍落度控制在8 cm～10 cm范圍內(nèi)。混凝土澆筑完畢24 h后，或強度達到1 MPa時進行模板拆除，每節(jié)護壁均在當日連續(xù)施工完畢。

為確保施工安全，開挖時采用間隔交錯跳挖。人工挖孔工期歷時29 d，開挖至孔內(nèi)水位無法抽排后停止，平均單孔挖孔深度13.2 m，共完成人工挖孔79 m，襯砌護壁混凝土145 m3。開挖效果良好，保障了長鋼護筒的順利下設(shè)。

2.3 長護筒埋設(shè)

人工開挖結(jié)束后，開始下設(shè)長鋼護筒。鋼護筒規(guī)格為外徑2.3 m、壁厚10 mm，單個長度1.5 m。鋼護筒在加工廠焊接成型，運送至現(xiàn)場后在孔口對接焊接。焊接前先由鋼管搭設(shè)一操作平臺，下方護筒固定在操作架上，上下縫口對齊后先點焊幾點定位，再逐一焊制、下放。由于人工挖孔襯砌混凝土導(dǎo)向，長鋼護筒下放過程順利、到位。

3 灌注樁沖擊鉆機造孔

3.1 鉆孔施工要求

1)鋼護筒下設(shè)后，開始沖擊鉆機成孔，為防止沖擊震動使鄰孔孔壁坍塌或影響鄰孔已灌混凝土的凝固，灌注樁施工待鄰孔混凝土灌注完畢，并達到2.5 MPa抗壓強度后，才能開鉆。

2)施工平臺鋪設(shè)枕木和臺板，安裝鉆機保持穩(wěn)固、周正、水平。

3)開鉆前先校正孔位，經(jīng)檢驗樁孔中心位置無偏差后開鉆。

4)造孔時，鉆具對準孔中心開孔鉆進。施工中常檢測孔徑、孔形和孔斜，嚴格控制鉆孔質(zhì)量。

5)護壁泥漿以粘土泥漿為主，為保證泥漿效果、提高泥漿濃度，鉆進中向孔內(nèi)添加了適當?shù)呐驖櫷聊酀{。出渣時，及時補給泥漿，保證鉆孔內(nèi)漿液面的泥漿穩(wěn)定，防止塌孔。

根據(jù)前期工程同地層條件泥漿的使用效果，使用了湖南澧縣生產(chǎn)的膨潤土拌制泥漿，配合比如表1所示。

表1 正電膠膨潤土泥漿配合比表 kg

6)鉆孔連續(xù)進行，不得中斷。正常鉆進時注意及時松放鋼絲繩的長度。沖擊鉆機為手動式，鉆進時起錘速度均勻，防止提速過快引起負壓造成塌孔，防止打空錘。

7)鉆孔時須及時填寫鉆孔記錄，在土層變化處撈取渣樣，判明土層，以便與地質(zhì)剖面圖相核對。當與地質(zhì)剖面圖嚴重不符時，應(yīng)及時向監(jiān)理工程師匯報，并按監(jiān)理工程師的指示處理。

8)根據(jù)地質(zhì)勘探資料、鉆進速度、鉆具磨損程度及排出的鉆渣等情況，判斷換層孔深。如鉆孔進入微風(fēng)化巖面4 m后，立即用樣管取樣。經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)人員鑒定，重新確定終孔深度。

9)鉆孔至設(shè)計標高后，對孔底巖樣、孔徑、孔深進行四方聯(lián)檢，合格后進行清孔，以確?？椎壮恋怼⒛酀{指標滿足設(shè)計規(guī)范要求。

3.2 基巖鑒定

造孔過程中施工人員根據(jù)鉆孔施工情況，在鉆孔至微風(fēng)化巖面4 m后每鉆進30 cm～50 cm對鉆渣取樣檢查，以便對巖樣進行鑒定。樁孔深度控制標準：在確定微風(fēng)化巖面深度后，孔底嵌入微風(fēng)化巖層的深度為設(shè)計樁徑的2倍，達到設(shè)計要求的嵌巖深度后方可終孔，終孔深度不得超過此深度0.5 m。

3.3 清孔及驗收

1)清孔時，孔內(nèi)泥漿面應(yīng)保持在地下水位或河流水位以上1.0 m～1.5 m以上，并不得低于護筒頂下1.0 m，以避免上部孔壁垮塌。2)采用正循環(huán)、抽筒法進行清孔。清孔時，將孔底鉆渣及泥砂等沉淀物清除。清孔次數(shù)和清孔后孔底鉆渣沉淀厚度應(yīng)達到標準。3)清孔換漿結(jié)束后，對清孔換漿工作進行驗收。驗收內(nèi)容主要包括：孔底淤積厚度和泥漿密度、含砂量與粘度三項性能指標。

4 鋼筋籠制安

4.1 鋼筋籠制作

單樁鋼筋籠最大重量約為16.25 t，所有鋼筋籠均分6節(jié)制作，用4個10 t手拉葫蘆進行安裝。

1)樁身混凝土強度等級為C30水下混凝土，混凝土保護層厚度為55 mm。鋼筋籠主筋φ28。主筋接頭采用機械接頭，機械接頭的選用及施工應(yīng)保證鋼筋的可靠連接。接頭截面面積占總截面面積百分率不大于50%。

2)箍筋直徑為10 mm，按照螺旋形式布置，間距為150 mm，樁頭箍筋需要加強，即承臺底面以下10 m范圍內(nèi)箍筋間距為10 cm，箍筋保護層厚度55 mm。樁頭深入承臺內(nèi)，設(shè)置19圈箍筋，直徑為10 mm，每圈單面焊接，焊接長度為12 cm。

3)鋼筋籠兩端及順長度方向自上而下每隔2 m焊接一道直徑為28 mm的加勁箍筋，設(shè)置在主筋內(nèi)側(cè)，以增大鋼筋籠剛度，加勁箍筋為單面焊接，焊接長度為28 cm；鋼筋籠定位鋼筋直徑為16 mm，每隔2 m沿鋼筋籠骨架四周等距離焊接4根。

4)樁頂主筋伸入承臺內(nèi)聯(lián)結(jié)，樁身伸入承臺板內(nèi)長度15 cm，樁頂伸入承臺內(nèi)的主筋長度為204 cm，垂直高度200 cm。

5)在樁頂兩道加勁箍筋間設(shè)置一道十字加勁鋼筋。加勁鋼筋采用雙面焊接與主筋連接。

6)為確保鋼筋籠均勻?qū)ΨQ于孔樁，鋼筋籠定位鋼筋N5每隔2 m沿鋼筋籠骨架四周等距離焊接4根。

7)每根樁沿主筋內(nèi)側(cè)等間接布置4根鋼管供超聲波檢測使用。檢測管采用規(guī)格為φ57×3。接管及上、下焊接密封質(zhì)量，順直度及就位安裝質(zhì)量須符合設(shè)計與規(guī)范要求。

8)鋼筋籠加工過程中需持續(xù)清孔，防止孔內(nèi)沉渣厚度過大。

4.2 鋼筋籠安裝

1)清孔完畢，經(jīng)檢查孔深、孔徑和豎直度符合要求后，即進行鋼筋籠下設(shè)。2)鋼筋籠的下放與其制作同步進行及鋼筋籠每次按4 m加工，然后再下放相應(yīng)長度，下放時鋼筋籠設(shè)兩處吊點，每處吊點用10 t手拉葫蘆固定，腳手架上設(shè)兩處吊點距離孔口約4 m高。3)下設(shè)時鋼筋籠中心應(yīng)與樁孔中心正對，鋼筋籠中心平面位置允許偏差20 mm；鋼筋籠頂端高程允許偏差±20 mm。4)手拉葫蘆將鋼筋籠吊起，對準孔位、扶穩(wěn)、緩慢下入孔內(nèi)，避免碰撞孔壁，直至下到設(shè)計位置，采用鋼質(zhì)扁擔穩(wěn)固擱置。扁擔的荷載能力應(yīng)與鋼筋籠重量相適應(yīng)，一旦發(fā)生彎曲，應(yīng)立即加固或更換。5)為防止鋼筋籠上浮，安裝到位后，對孔口鋼筋籠進行加筋固定。

5 混凝土灌注

5.1 澆筑方法

混凝土由混凝土拌和站生產(chǎn)，再經(jīng)混凝土罐車運至現(xiàn)場，放到灌注料斗。使用拔球法灌注水下混凝土，開灌前灌注漏斗內(nèi)儲存的混凝土及吊斗內(nèi)的混凝土總量須滿足拔球后將導(dǎo)管底端埋入深度1.0 m以上。導(dǎo)管口距離孔底30 cm～50 cm。首批灌注的混凝土應(yīng)在漏斗裝滿后，快速下落，下落過程中，應(yīng)加速向漏斗傾倒混凝土。首批灌注的混凝土完畢后，應(yīng)及時測量管底埋深，埋深不得小于1.0 m。灌注應(yīng)連續(xù)進行，灌注過程中應(yīng)不斷測量管口埋深，要保證灌注過程中導(dǎo)管下口埋深控制在2.0 m～6.0 m之間。拆除導(dǎo)管動作要快，時間不超過15 min。防止螺栓、橡膠墊和工具等掉入孔中。已拆下的管節(jié)要立即清洗干凈，堆放整齊。灌注的樁頂標高應(yīng)比設(shè)計標高高出0.8 m～1.0 m，多余浮渣在承臺施工前予以鑿除。首批混凝土儲量充足，一旦拔球，混凝土將連續(xù)灌注，保證整樁在混凝土初凝期內(nèi)灌注完成。清除導(dǎo)管外一切阻礙物，以免提升時掛著鋼筋籠?；炷凉嘧⒌竭_鋼筋籠底部時，適當放慢灌注速度，減少導(dǎo)管埋深，防止鋼筋籠上浮。在灌注過程中始終保持水頭差，控制導(dǎo)管在混凝土中的埋入深度，灌注時周圍避免過大的振動。

5.2 開澆

開澆采用隔水膠球、壓球滿管法。

5.3 澆筑過程控制

澆筑過程中，導(dǎo)管埋入混凝土的深度宜控制在2 m～6 m，嚴禁將導(dǎo)管拔出混凝土面。

灌注時，混凝土置換出的泥漿通過泥漿泵引至泥漿主管路中供給其他正在施工的樁孔使用。

混凝土應(yīng)連續(xù)灌注，灌注的樁頂標高應(yīng)比設(shè)計高出0.5 m，以保證混凝土強度。

6 結(jié)語

鉆孔樁在洞渣回填等松散地層中成孔相當困難，造孔中若按照正常的沖擊造孔工藝則對漿液與粘土質(zhì)量要求很高，而且沖擊鉆進過程中若發(fā)生掉塊、塌孔等將會發(fā)生埋鉆等現(xiàn)象，造成工期拖延和成本的增加，此外存在部分地區(qū)粘土質(zhì)量較差不能保證護壁效果的情況將大大增加造孔風(fēng)險。

本工程采取了上部松散地層人工挖孔成樁跟進鋼護筒與下部密實地層沖擊鉆機成孔相結(jié)合方案，在工期、成本等方面保證了工程需要，降低了松散洞渣回填層中直接沖擊造孔的風(fēng)險，為類似工程提供可以借鑒的施工經(jīng)驗。

On special construction of large-diameter bored piles at Fenlingou Bridge at Changhe Dam Hydropower Station

Luo Qingsong Guo Zhen

(SinohydroFoundationEngineeringCo.,Ltd,Tianjin300000,China)

Combining with the engineering survey of Fenglingou Bridge at Changhe Dam Hydropower Station, the paper identifies the construction methods combining with 15 m steel tube after the artificial excavation at upper waterless places and mechanic holing at lower water-rich places, and introduces some construction techniques, including manual excavation, mechanic holing craft, hole clearance, and concrete bored pile, so it is meaningful for the construction of bored pile with similar stratum.

bored pile, manual excavation, steel tube

1009-6825(2015)07-0185-03

2014-12-24

羅慶松(1981- )，男，工程師； 郭 振(1986- )，男，工程師

U445.551

A