超長深水鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制

■馮阿清

（三明市高遠公路建設(shè)開發(fā)有限責任公司，三明　365000）

超長深水鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制

■馮阿清

（三明市高遠公路建設(shè)開發(fā)有限責任公司，三明365000）

本文主要通過對國道205線三明市區(qū)過境段荊東互通主線橋的論述，提出了超長深水鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制的問題，隨后對這些問題中的主要部分做了集中分析和解決，以供同類工程施工參考借鑒。

公路橋梁鉆孔灌注樁質(zhì)量控制

1　工程概況

本項目全長19.63km，采用雙向四車道一級公路標準建設(shè)，路基寬度21m。路線起點位于長深高速三明北互通連接線翁墩物流園入口處，終點于荊東開發(fā)區(qū)附近建荊東互通與現(xiàn)有G205線、規(guī)劃的G534（原省道306線）三元過境段相接。

荊東互通主線橋起迄里程為K18+070.5～K18+651.5，橋長581m，上部結(jié)構(gòu)采用4×35m預制連續(xù)T梁+3×40m預制連續(xù)T梁+（72+130+72）m變截面懸澆連續(xù)箱梁+（2× 21.5）異形箱梁，下部構(gòu)造采用墩臺配樁基礎(chǔ)，共五聯(lián)12孔，其中第8#、9#墩位于沙溪河中，平均水深14m，百年一遇流量8550m3/s，流速1.94m/s，樁基礎(chǔ)設(shè)計為摩擦樁，樁徑2.2m，平均樁長90m，共32根；承臺設(shè)計為圓距形，尺寸為長14.7m、寬13.3m、高4.5m，承臺頂位于水下3m；墩身采用箱式墩，平均墩高25m。

2　超長深水鉆孔灌注樁施工技術(shù)控制要點

2.1鋼棧橋、鉆孔平臺設(shè)計及搭設(shè)

橋址位于臺江電站范圍內(nèi)，水位相對穩(wěn)定，百年一遇最大流速為1.94m/s，常水位標高為135.5m，根據(jù)臺江電站出示的水文報告，沙溪河主汛期為每年5月底至7月中旬，橋位處10年內(nèi)最高水位為133.9m，鋼棧橋及鉆孔平臺按10年內(nèi)最高水位加2m設(shè)計。

棧橋設(shè)計時主要需考慮通行時的臨時荷載標準，一般按照載重量來計算承重體系并考慮1.5倍安全系數(shù)，動載最大載荷考慮80T（履帶吊在棧橋行走），靜載最大載荷考慮95T（履帶吊在棧橋作業(yè)）。棧橋橋面凈寬6m，單跨長度≤12m；限行速度10km/h，使用期限30個月。基礎(chǔ)采用Φ630mm×10mm鋼管樁；下部結(jié)構(gòu)為2I45b工字鋼主橫梁；上部結(jié)構(gòu)為7片3×1.5貝雷片縱梁；橋面結(jié)構(gòu)為I18@23.5工字鋼橫向分配梁，上鋪8mm防滑花紋鋼板。具體施工步驟如下：

鋼管樁制作→鋼管樁施工（打入沖孔、插樁、封底砼）→焊接樁并在樁頂開凹槽→I45b雙拼工字鋼橫梁制安→鋼棧橋貝雷縱梁制安→橫向、斜向聯(lián)接剪刀撐制安→I18橫向分配梁制安、固定→橋面防滑鋼板制安→結(jié)點聯(lián)接檢查。

鋼平臺設(shè)計尺寸為 27m×35m，平臺基礎(chǔ)采用Φ630mm管樁，主橫梁采用I40a雙拼工字鋼；分配梁采用I25a型鋼，間距0.3m；分配梁上滿鋪8mm厚的鋼板，具體施工步驟如下：

鋼管樁制作→鋼管樁施工（沖孔、打入、接樁）→焊接樁及樁頂開凹槽→I40a工字鋼橫梁制安→鋼平臺貝雷縱梁制安→橫縱向、斜向聯(lián)接剪刀撐制安→I25a工字鋼分配梁制安→鋼平臺面板（厚8mm鋼板）鋪設(shè)、固定→結(jié)點聯(lián)接檢查。

2.2埋設(shè)護筒

（1）由于后期下沉鋼吊箱采用護筒作為吊掛系統(tǒng)的主支撐，經(jīng)計算護筒采用14mm的鋼板制作，其內(nèi)徑大于鉆頭直徑25cm。為防止護筒變形，在護筒上、下端口和中部外側(cè)各焊一道加勁肋。

（2）護筒頂高出施工平臺0.5～1m，其高度滿足孔內(nèi)泥漿面的要求。護筒埋設(shè)采用120型震動錘下沉，在平臺上下做定位導向架，導向架距離盡可能加大，埋設(shè)應(yīng)準確、穩(wěn)定，護筒中心與樁位中心的偏差不得大于50mm，成孔后樁中心軸線偏位應(yīng)不大于40mm，傾斜度不大于1%，保證鉆機沿著樁位垂直方向順利工作。護筒內(nèi)存儲泥漿應(yīng)高出河面水位1m，防止河水內(nèi)滲稀釋泥漿造成坍孔。

（3）墩位處下伏卵石層較厚，其富含地下水多為承壓水，其承壓水位低于地表水位。而水中鉆孔作業(yè)施工中泥漿液位高于地表水位數(shù)米，故泥漿液位遠遠高于卵石層承壓水位，因此卵石層漏漿多發(fā)生在水中鉆孔施工中。項目施工前期，由于護筒跟進深度不夠，導致漏漿現(xiàn)象較為嚴重，回填片石或水泥等措施效果不佳，出現(xiàn)反復漏漿現(xiàn)象，后采用護筒跟進處理，一般情況下護筒底部必須穿過卵石層進入基巖0.5m。目前水中墩樁基礎(chǔ)已成樁12根，未再出現(xiàn)護筒漏漿問題。

2.3鉆機安裝

鉆頭中心應(yīng)對準樁中心，偏差不大于20mm，并與鉆架上的起吊滑輪在同一鉛垂線上。

鉆機定位后，底座必須平整、穩(wěn)固，確保在鉆進中不發(fā)生傾斜和位移。在鉆頭錐頂和提升鋼絲繩之間設(shè)置保證鉆頭轉(zhuǎn)向的裝置，以防產(chǎn)生梅花孔，保證鉆進中鉆具的平穩(wěn)及鉆孔質(zhì)量。

2.4泥漿的制備及循環(huán)凈化

（1）一般可選用塑性指數(shù)大于25，粒徑小于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘性土制漿，當采用性能較差的粘性土調(diào)制的泥漿其性能指標不符合要求時，可在泥漿中摻入Na2CO3、NaOH或膨潤土粉末，以提高泥漿性能指標，摻入量宜經(jīng)過試驗確定，一般Na2CO3的摻入量約為孔中泥漿土量的0.1%～0.4%。試驗工程師負責泥漿配合比試驗，對全部樁基的泥漿進行合理配備。造漿各項指標參考如下：入孔泥漿比重為1.1～1.3、孔底泥漿比重不大于：砂黏土1.3、大漂石、卵石層1.4、巖石1.2；粘度一般地層16～22s、松散易塌地層19～28s；含砂率＜4%；PH值應(yīng)大于6.5；膠體率＞95%；失水率14～20（ml/30min）。

（2）深水樁基一般多采用搭設(shè)鋼平臺進行施工的方法，經(jīng)常面臨場地狹窄，鉆機集中，沒有空間設(shè)置泥漿池這一共性難題。本項目在施工中采用如下方法解決：鋼護筒頂面距離河床底深度一般為16～18m，樁基施工時利用相鄰樁的鋼護筒作為泥漿池；樁基施工至最后一個循環(huán)時，相鄰已灌注樁基頂面距離護筒頂面深度為9m，鋼護筒仍然可以作為泥漿池使用。

（3）施工中采用鉆具攪拌。將粘土原料投入孔底，利用沖擊鉆頭沖擊，攪拌成泥漿。泥漿造漿材料選用優(yōu)質(zhì)粘土，必要時再摻入適量CMC羧基纖維素或Na2CO3純堿等外加劑，保證泥漿自始至終達到性能穩(wěn)定、沉淀極少、護壁效果好和成孔質(zhì)量高的要求。試驗工程師負責泥漿配合比試驗，對全部樁基的泥漿進行合理配備。

（4）在泥漿中添加一些惰性堵漏材料，如水泥、鋸末等（其加量為泥漿量的0.5%～2.0%），利用其顆粒的微膨脹性充填地層孔隙，堵塞滲漏通道，以有效降低地層滲透系數(shù)。在鉆進卵石層時，可采用分段間歇鉆進，減小卵石層滲透過水斷面面積。

（5）必須要有充足的泥漿補給量，以維護孔內(nèi)泥漿壓力和保證孔壁的穩(wěn)定。如發(fā)現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象，須及時進行堵漏處理。鉆孔時泥漿需根據(jù)不同的地質(zhì)情況和不同的鉆孔深度，對配合比進行適當?shù)恼{(diào)整。

（6）施工中鉆碴隨泥漿從孔內(nèi)排出過振動篩濾網(wǎng)沉淀。然后使處理后的泥漿經(jīng)泥漿池凈化后返回鉆進的孔內(nèi)，形成不斷的循環(huán)。鉆孔棄碴（廢泥漿）放置到指定地方，不得任意堆砌在施工場地內(nèi)或直接向水塘、河流排放，以避免污染環(huán)境。

2.5鉆孔

鉆機采用半自動卷揚機，自重12t，鉆頭采用梅花形鉆頭，直徑2.18m，自重8.5t，鋼絲繩選用同向捻制，無死彎和無斷絲?，F(xiàn)場備用鉆頭2個，當鉆頭直徑磨耗超過15mm時及時更換修補。

（1）開孔：為防止沖擊振動使鄰孔坍壁或鄰孔剛灌注砼凝固，待鄰孔砼灌注完畢，一般經(jīng)24h后并保證混凝土強度達到2.5MPa方可開鉆。在孔口地質(zhì)為不平整的巖面、溶槽或人工填土時，開孔前在孔內(nèi)多放一些粘土，并加適量粒徑為15cm左右的片石，頂部拋平，用低沖程沖砸，泥漿比重1.3左右。鉆進0.5～1.0m，再回填粘土及片石，繼續(xù)以低沖程沖砸，如此反復二三次，必要時多重復幾次。待鉆頭沖砸至一般巖面時，方可加高沖程正常鉆進。

（2）鉆孔：視地質(zhì)情況采用不同方法鉆進。粘土質(zhì)、粉質(zhì)土采用中沖程（0.75m左右），輸入較低稠度泥漿，防止卡鉆、埋鉆；易塌孔的土質(zhì)采用小沖程（0.5m左右），多投粘土提高泥漿的粘度與相對密度，并填加片石、碎石，使之被擠入孔壁。堅硬漂卵石和巖層中鉆孔采用中、大沖程，一般4～6m。鉆孔時，孔內(nèi)水位宜高于河內(nèi)水位1.5～2.0m以上，在沖擊鉆進中取渣和停鉆后，應(yīng)及時向孔內(nèi)補水或泥漿，保持孔內(nèi)水頭高度和泥漿比重及粘度。

2.6成孔

鉆孔灌注樁在成孔過程中及終孔后以及灌注混凝土前，均需對鉆孔進行階段性的成孔質(zhì)量檢查。

孔徑及垂直度檢測是在樁孔成孔后、下入鋼筋籠前進行的，系根據(jù)樁徑制作籠式井徑器入孔檢測，籠式井徑器用Φ22的鋼筋制作，其外徑大于鋼筋籠外徑10cm，長度等于孔徑的4～6倍。其長度與孔徑的比值選擇，可根據(jù)鉆機的性能及地層的具體情況而定。檢測時，將井徑器吊起，孔的中心與起吊鋼繩保持一致，慢慢放入孔內(nèi)，上下通暢無阻表明孔徑大于給定的籠徑。

孔深和孔底沉渣采用標準錘檢測。測錘一般采用錐形錘，錘底直徑13～15cm，高20～22cm，質(zhì)量4～6kg。測繩必須經(jīng)檢校過的鋼尺進行校核。由于樁長較長，普通測繩容易被拉長，采用鋼絲測繩測量孔深，測量完后用鋼尺對測繩進行復核，確?？咨钸_到設(shè)計要求。

2.7一次清孔

清孔處理的目的是使孔底沉碴（虛土）厚度、泥漿液中含鉆碴量和孔壁垢厚度符合質(zhì)量要求和設(shè)計要求，為水下混凝土灌注創(chuàng)造良好的條件。當鉆孔達到設(shè)計高程后，經(jīng)對孔徑、孔深、孔位、豎直度進行檢查確認鉆孔合格后，即可進行第一次清孔。本項目深水灌注樁采用換漿法清孔，即使用2臺泥漿泵正循環(huán)清孔，利用附近孔口作為泥漿池返漿，采用一臺37kW泥漿泵正循環(huán)清孔，另外采用一臺22kW泥漿泵外接濾砂器孔口抽漿降低泥漿含砂率，將過濾后的泥漿排入泥漿池。

清孔應(yīng)達到以下標準：孔內(nèi)排出的泥漿手摸無2～3mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于 2%，粘度17～20s。同時保證水下混凝土灌注前孔底沉碴厚度：柱樁滿足設(shè)計要求；摩擦樁≯20cm。嚴禁采用加深鉆孔深度的方法代替清孔。

為解決鉆孔平臺場地狹窄，無法設(shè)置沉淀池的問題，清孔時在孔口設(shè)置振動篩進行排渣。振動篩主要由篩網(wǎng)、振動器、彈簧組成。清孔時孔內(nèi)泥漿通過鋼槽流入振動篩，在振動篩的振動作用下，泥漿透過篩網(wǎng)流入篩網(wǎng)下的鋼槽中，回到泥漿池，石渣及雜質(zhì)被篩網(wǎng)隔離，達到快速沉渣的目的。采用振動篩具有排渣效果好、速度快、節(jié)約場地的優(yōu)點，且制作簡單，本項目使用的振動篩均為自行組裝，成本低，經(jīng)濟效益顯著。

當清孔達到一定時間（9#墩樁基約為46h），粒徑較大的沉渣被排除干凈，粒徑較小的沉渣會透過振動篩的篩網(wǎng)，振動篩起不到隔離排渣的作用，此時就需要使用濾砂器。濾砂器主要由進漿口、出漿口、主鋼管、出渣口、球閥組成，其構(gòu)造簡圖及實物圖如下。泥漿在泥漿泵的壓力作用下，通過進漿口進入濾砂器，形成高速旋轉(zhuǎn)渦流，通過渦流離心力，泥漿中的砂粒與泥漿分離，砂粒在重力作用下下沉并通過出渣口排出，泥漿則通過出漿口流回到泥漿池中。

已施工樁基統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，對于9#墩92m長深水樁基，使用振動篩清孔平均約46h可將粒徑較大沉渣清理干凈，使用濾砂器清孔平均約26.5h后泥漿各項指標合格，一次清孔總時間平均約為72.5h。

通過使用振動篩及濾砂器清孔，不僅解決了鉆機集中、場地嚴重受限，無法設(shè)置沉淀池的難題，還大大提高了清孔質(zhì)量及清孔速度。與常規(guī)清孔方法相比，每根樁基可節(jié)約清孔時間約26.5h，本橋8#、9#墩共有深水樁基32根，預計可節(jié)約工期35天。

2.8鋼筋籠制作及安裝

本橋水中墩樁基礎(chǔ)采用通長配筋形式，鋼筋籠平均長度90m，主筋為Φ32螺紋鋼，箍筋為Φ12圓鋼，由鋼筋加工廠統(tǒng)一制作加工、現(xiàn)場拼裝下放，鋼筋籠主筋連接采用鐓粗直螺紋連接，制作時先將主筋對接好后再焊接加強圈，加強筋內(nèi)撐采用十字叉加固，主筋與加強筋的連接采用焊接，吊點位置采用5cm長鋼筋頭加固，鋼筋籠分8節(jié)制作，最長為12m，總重29.5t。

鋼筋籠骨架制作采用胎具成型法。鋼筋籠分節(jié)加工，頂籠標準長度，底籠為調(diào)節(jié)段。用槽鋼和鋼板焊成組合胎具，每組胎具由上橫梁、立梁和底梁三部分構(gòu)成。上橫梁和立梁分別通過插軸、角鋼與底梁連接，并與焊在底梁上的鋼板組合成同直徑、同主筋根數(shù)、有凹槽的胎模。每個胎模的間距為設(shè)計加勁箍筋的距離，即按每節(jié)鋼筋骨架的加勁箍筋數(shù)量設(shè)立胎具。將加勁箍筋就位于每道胎具的同側(cè)，按胎模的凹槽擺焊主筋和加勁箍筋，全部焊完后，拆下上橫梁、立梁，滾出鋼筋骨架，然后吊起骨架擱于支架上，套入箍筋，按設(shè)計位置布置好箍筋并綁扎于主筋上，焊接牢固，最后安裝和固定聲測管。鋼筋籠保護層墊塊沿鉆孔豎向每隔2m設(shè)置一道，每道沿圓周對稱的設(shè)置4個圓餅形墊塊，墊塊直徑16cm，厚度4cm，采用與樁基同強度的C35混凝土制作。鋼筋籠加工完成后，首先在鋼筋場進行試拼，試拼合格后統(tǒng)一進行編號，分節(jié)運轉(zhuǎn)施工現(xiàn)場。

鋼筋籠入孔時，由履帶吊車配合鉆機吊裝。在安裝鋼筋籠時，采用兩點起吊，第一吊點設(shè)在骨架的下部，第二吊點設(shè)在骨架長度的中點到上三分點之間。吊放鋼筋籠入孔時應(yīng)對準孔徑，保持垂直，輕放、慢放入孔，入孔后應(yīng)徐徐下放，不宜左右旋轉(zhuǎn)，嚴禁擺動碰撞孔壁。若遇阻礙應(yīng)停止下放，查明原因進行處理。嚴禁高提猛落和強制下放。第一節(jié)骨架放到最后一節(jié)加勁筋位置時，穿進工字鋼，將鋼筋骨架臨時支撐在孔口工字鋼上，第二節(jié)骨架連接采用機械連接，在孔口處連接，保持鋼筋籠上下軸線一致：先連接主筋，再焊接加強筋，以使上下節(jié)鋼筋籠在自重作用下垂直，接頭必須按50%錯開35d以上（且不小于50cm）連接。接頭連接好后，安裝好箍筋，再將骨架吊高，抽出支撐工字鋼后，下放骨架。如此循環(huán)，使骨架下至設(shè)計標高。骨架最上端的定位，必須由測定的孔口標高來計算定位筋的長度，反復核對無誤后再焊接定位于孔位中心，完成鋼筋籠的安裝。鋼筋籠定位后，在4h內(nèi)澆注混凝土，防止坍孔。聲測管的布置及數(shù)量必須滿足設(shè)計要求，與鋼筋籠一起吊放。聲測管要求全封閉（下口封閉、上端加蓋），管內(nèi)無異物，水下混凝土施工時嚴禁漏漿進管內(nèi)。聲測管與鋼筋籠一起分段連接，管口高出設(shè)計樁頂300mm，每個聲測管高度保持一致。

2.9二次清孔

由于安放鋼筋籠及導管等工序時間較長，孔底沉淀產(chǎn)生新的沉渣，故鋼筋籠及導管安裝就序后，需要進行二次清孔。二次清孔方法與一次清孔相同，此處不再贅述。清孔后，各項指標達到以下要求方可進行水下混凝土灌注：泥漿比重為1.05～1.08，含砂率為1.1%～1.7%，孔底沉渣厚度小于10cm。本橋9#墩樁基二次清孔平均時間約為12h。

2.10水下砼灌注

（1）采用直升導管法進行水下混凝土的灌注。導管用直徑300mm的鋼管，壁厚3mm，每節(jié)長2.5m（底節(jié)長4m），配1～2節(jié)長1m調(diào)節(jié)管，由管端粗絲扣、法蘭螺栓連接，接頭處用橡膠圈密封防水。導管使用前，進行接長密閉試驗，確保導管連接緊密。下導管時應(yīng)防止碰撞鋼筋籠，導管支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺上，用于支撐懸吊導管。混凝土灌注期間時用鉆架吊放拆卸導管。

（2）混凝土由拌合站集中拌合，共兩臺90型全自動攪拌機，罐車運輸混凝土、共9臺罐車，每臺容量12m3，運距10.5km，運輸時間約20min，輸送泵泵送至導管頂部的漏斗中?；炷吝M入漏斗時的坍落度控制在18～22cm之間，并有很好的的和易性?；炷凉嘧?yīng)保證在首批混凝土初凝以前完成。

（3）利用砍球法灌注首批混凝土，首灌砼方量16.5m3，導管埋入混凝土的深度不少于1.8m，料斗容量4.5m3。灌注開始后，應(yīng)緊湊、連續(xù)地進行，嚴禁中途停工。在整個灌注過程中，導管埋入混凝土的深度一般控制在2～6m之間。

（4）灌注水下混凝土時，隨時探測鋼護筒頂面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制沉淀層厚度、埋導管深度和樁頂標高。

3　結(jié)束語

荊東互通主線橋工程超長水中樁施工存在難點，但是經(jīng)過按規(guī)范，按步驟地進行施工，克服了施工難點，施工結(jié)果也滿足設(shè)計的要求，保證了工程質(zhì)量。

［1］張忠亭.鉆孔灌注樁設(shè)計與施工［M］.北京：中國建筑工程出版社，2007

［2］GB 50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.