水上鉆孔灌注樁施工技術(shù)及應(yīng)用分析

(中鐵六局集團(tuán)天津鐵路建設(shè)有限公司 天津 300000)

水上鉆孔灌注樁施工技術(shù)及應(yīng)用分析

劉松林

(中鐵六局集團(tuán)天津鐵路建設(shè)有限公司 天津 300000)

通過鉆孔灌注樁進(jìn)行施工在工藝技術(shù)要求上相對(duì)簡(jiǎn)單，且在成本的投入上相對(duì)較少，可以在各種地質(zhì)條件中所應(yīng)用。因此，在施工過程中涉及到水上鉆孔灌注樁施工作業(yè)在技術(shù)中如何應(yīng)用，則對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。基于此，在本文研究中對(duì)新建梅州至潮汕鐵路站前工程段水上鉆孔灌注樁施工技術(shù)以及應(yīng)用進(jìn)行分析。

水上作業(yè)；鉆孔灌注樁；施工技術(shù)；應(yīng)用分析

1.引言

鉆孔灌注樁施工技術(shù)在水上作業(yè)中經(jīng)常使用，其成樁的質(zhì)量如何都會(huì)對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量產(chǎn)生重要作用。而在筆者研究中了解到，對(duì)水上鉆孔灌注樁施工質(zhì)量影響的因素較多，如鉆孔深度較深、要求施工時(shí)間短、地質(zhì)條件復(fù)雜、機(jī)械深度鉆進(jìn)有難度等因素。

最初，使用鉆孔灌注樁技術(shù)是基于河南安陽馬宿橋的應(yīng)用開始得到廣泛使用。剛開始只用在橋梁底座的建設(shè)上，爾后發(fā)展到港口以及摩天樓基底建設(shè)中所使用?，F(xiàn)今，隨著國內(nèi)城鎮(zhèn)化發(fā)展，在城市中所建設(shè)的大型項(xiàng)目逐漸增多，以鉆孔灌注樁技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，則能夠滿足建設(shè)工程項(xiàng)目的需求。[1]而使用鉆孔灌注樁技術(shù)則要先使用機(jī)械進(jìn)行鉆孔，然后以泥漿作為孔洞中的護(hù)壁，將鋼筋籠絡(luò)之后放入到孔洞中，最后再進(jìn)行混凝土灌漿處理，以此形成樁的形式所應(yīng)用。使用鉆孔灌注樁非技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)則是能夠?qū)⒏鞣N不同的樁長(zhǎng)通過組合方式來增加承載力范圍，具有花費(fèi)成本較低、耗時(shí)較少等的特點(diǎn)。并且，使用鉆孔灌注樁技術(shù)在任何地質(zhì)條件中都能使用，也不會(huì)受季節(jié)等因素的影響。[2]所以，在國內(nèi)諸多工程建設(shè)中都會(huì)使用鉆孔灌注樁技術(shù)。但是，鉆孔灌注樁技術(shù)在應(yīng)用過程中也存在一些不足之處，如在受力方面造成的影響等，進(jìn)而給實(shí)際鉆孔灌注樁施工造成影響。在本文研究中對(duì)國內(nèi)新建的梅州至潮汕鐵路站前工程為例進(jìn)行分析，其中，以楓江特大橋4#、5#墩的鉆孔灌注樁施工技術(shù)與應(yīng)用情況為例進(jìn)行分析，以此能夠?qū)λ香@孔灌注樁施工技術(shù)等有一定了解。

2.工程概況介紹及施工之前準(zhǔn)備工作

2.1工程概況介紹

新建梅州至潮汕鐵路MSSG-4標(biāo)楓江特大橋工程位于廣東省揭陽市，全長(zhǎng)1880.82m，本橋?yàn)殡p線橋，線間距4.6m，橋跨結(jié)構(gòu)型式為箱梁和連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，該橋采用（88+160+88）m連續(xù)剛構(gòu)的形式跨越楓江，其中4#、5#墩位于楓江河內(nèi)。樁基采用鉆孔樁基礎(chǔ)（均為摩擦樁），承臺(tái)采用圍堰法進(jìn)行施工，墩身為雙柱墩。而楓江特大橋4#、5#墩為（88+160+88）m連續(xù)剛構(gòu)主墩，4#墩共有鉆孔樁20根、直徑2m、長(zhǎng)度68m，5#墩共有鉆孔樁20根、直徑2m、長(zhǎng)度77m，均為摩擦樁，樁基礎(chǔ)混凝土等級(jí)為C35，環(huán)境作用等級(jí)為H1，所有樁均采用超聲波進(jìn)行檢測(cè)（設(shè)置3根聲測(cè)管）。而樁基所在處地質(zhì)以淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂巖為主，個(gè)別位置存在少量粗砂及細(xì)砂。

工程所在地揭陽市地近亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候炎熱多雨，太陽輻射強(qiáng)，日照時(shí)數(shù)多，無霜期長(zhǎng)。流域內(nèi)降水量充沛，前汛期（4-6月）多鋒面雨，后汛期（7-10月初）多熱帶氣旋雨（舊稱臺(tái)風(fēng)雨），流域內(nèi)多年降水量變幅在1810-2815mm之間。經(jīng)查閱資料及長(zhǎng)時(shí)間（2016年）觀測(cè)楓江4#、5#墩所在區(qū)域常年平均水位約+0.8米，最高水位+2.0m。

2.2工程施工前準(zhǔn)備工作

1.由于4#、5#墩位于水中，所以選擇搭設(shè)棧橋平臺(tái)來進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

2.根據(jù)地質(zhì)條件、地形特點(diǎn)（位于水中）及提高施工效率的原則，選擇旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工。

3.因4#、5#墩位于水中，為防止污染河道準(zhǔn)備鉆渣箱用于儲(chǔ)存鉆渣。

4.護(hù)筒：由于是水上鉆孔，結(jié)合4#、5#墩的地質(zhì)報(bào)告，選用φ2.3m*14mm*18m的長(zhǎng)鋼護(hù)筒。

5.導(dǎo)管：導(dǎo)管內(nèi)徑30cm，長(zhǎng)0.5m、1.5m、3m,根據(jù)樁長(zhǎng)組合拼裝。試拼后進(jìn)行水密試壓試驗(yàn)，經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格，方可使用。

6.料斗制作：首批灌注混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導(dǎo)管底部（一般為0.4m）的需要，初次下料料斗的容量至少為4.4m3，現(xiàn)場(chǎng)選用容量為5m3的料斗。

7.檢查鉆頭尺寸是否合格。

8.按照?qǐng)D紙檢查鋼筋籠的尺寸是否合格。

9.樁長(zhǎng)≥40m的鉆孔樁采用超聲波進(jìn)行檢測(cè)。

10.聲測(cè)管加工及安裝：

聲測(cè)管應(yīng)采用無縫鋼管，內(nèi)徑50mm，壁厚3.0mm。樁身內(nèi)埋設(shè)3根聲測(cè)管，檢測(cè)管沿樁身箍筋內(nèi)側(cè)等間距布置，并焊于加強(qiáng)骨架箍筋上，保證聲測(cè)管內(nèi)順直通暢；檢測(cè)管長(zhǎng)度距樁底5cm，伸入承臺(tái)內(nèi)1.25m；檢測(cè)管接頭及底部應(yīng)密封好，頂部采取措施防止砂漿堵塞管道。

11.現(xiàn)場(chǎng)使用的相關(guān)檢測(cè)儀器要準(zhǔn)備齊全，包括檢孔器、泥漿比重儀、測(cè)繩、沉渣測(cè)錘等儀器。

2.3施工工藝

施工工藝流程如下：

1.準(zhǔn)備場(chǎng)地：施工前搭設(shè)棧橋及鉆孔平臺(tái)；同時(shí)焊接鉆渣箱用于盛放鉆渣，在陸上挖泥漿池用于儲(chǔ)存泥漿，采用統(tǒng)一護(hù)欄對(duì)泥漿池進(jìn)行維護(hù)；現(xiàn)場(chǎng)機(jī)具進(jìn)行標(biāo)識(shí)，鉆孔樁信息標(biāo)識(shí)牌填寫規(guī)范完整。

2.測(cè)量放線：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行護(hù)筒位置放樣，即護(hù)筒中心與鉆孔樁中心重合，施工前對(duì)鉆孔樁位置進(jìn)行復(fù)核，后由主管技術(shù)人員自檢合格后向測(cè)量監(jiān)理工程師進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方可鉆孔。

3.埋設(shè)護(hù)筒：埋置護(hù)筒要考慮樁位的地質(zhì)和水文情況及施工現(xiàn)場(chǎng)情況，由于護(hù)筒位于平臺(tái)上，為便于鉆孔機(jī)械及人員通行，護(hù)筒頂與平臺(tái)頂面齊平，同時(shí)孔口設(shè)置鋼筋網(wǎng)片蓋用于防止人員意外墜入孔內(nèi)。為防止坍孔，漏水，漏漿，護(hù)筒底坐在天然的結(jié)實(shí)的土層上，護(hù)筒平面位置的偏差應(yīng)不超5cm。結(jié)合根據(jù)地質(zhì)報(bào)告選用18m長(zhǎng)鋼護(hù)筒（φ2.3m*14mm），護(hù)筒埋完之后及時(shí)測(cè)量護(hù)筒頂標(biāo)高做為控制樁長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。

4.泥漿制備：制備泥漿選用粘性土，鉆孔時(shí)如果鉆出的是粘性土和亞粘土可以就地造漿。泥漿比重為1.05～1.15之間；黏度一般地層為16s～22s，松散易坍塌地層為19s～28s，由于該處鉆孔樁樁長(zhǎng)較長(zhǎng)同時(shí)為水上作業(yè)，為防止塌孔等意外情況發(fā)生，鉆孔過程中適當(dāng)加大了泥漿比重。

5.鉆孔：

（1）旋挖鉆機(jī)鉆頭及鉆桿根據(jù)土層情況和鉆孔方式隨時(shí)更換，在黏性土、粉土、填土、中等密實(shí)以上的砂土地層選用回轉(zhuǎn)鉆頭，碎石土、中等硬度的巖石及風(fēng)化巖層選用嵌巖鉆頭。因地質(zhì)硬在鉆進(jìn)深度超過80米時(shí)，連接鉆頭的內(nèi)鉆桿承受扭力太大，SH36H旋挖機(jī)鉆桿斷裂，不能繼續(xù)施工。所以單獨(dú)采用高強(qiáng)度合金材料定制一根內(nèi)鉆桿。在進(jìn)入硬層后，采用先小鉆頭鉆進(jìn)，再用大鉆頭成孔的方式，既提高成孔效率，由降低了對(duì)鉆桿的損傷。

（2）本橋所處地質(zhì)條件較差，采用泥漿護(hù)壁進(jìn)行鉆進(jìn)。

（3）開孔施工應(yīng)輕壓慢進(jìn)，鉆頭鉆速不宜大于10r/min，待主動(dòng)鉆桿全部進(jìn)入孔后，方可逐步加速正常鉆進(jìn)。

（4）鉆孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度，防止卡鉆和埋鉆，在硬塑層鉆進(jìn)采用快速鉆進(jìn)法，提高鉆進(jìn)效率；在砂層等松散易坍塌地層中鉆進(jìn)采用慢鉆速鉆進(jìn)，并適當(dāng)增加泥漿比重和黏度；在易縮徑的地層中鉆進(jìn)時(shí)適當(dāng)增加掃孔次數(shù)，防止縮徑；在硬地層鉆至軟地層時(shí)，適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度；由軟地層鉆至硬地層時(shí)，減速慢進(jìn)。

（5）鉆孔過程中應(yīng)嚴(yán)格控制鉆頭升降速度，減少鉆斗升降對(duì)孔壁的擾動(dòng)，避免造成塌孔事故。

（6）現(xiàn)場(chǎng)盯控人員鉆孔時(shí)做好鉆孔記錄，地質(zhì)發(fā)生變化及時(shí)記錄，隨時(shí)檢查泥漿比重，每鉆進(jìn)2m記錄一次地質(zhì)情況（第一根樁應(yīng)留取渣樣），發(fā)現(xiàn)與地質(zhì)設(shè)計(jì)不符及時(shí)上報(bào)。

鉆孔灌注樁成孔后必須測(cè)量孔徑、孔位，檢查樁底沉渣厚度，只有確認(rèn)滿足設(shè)計(jì)要求后，才能進(jìn)行下一步工序清孔。

6.清孔：鉆孔檢查合格后，應(yīng)迅速清孔，清孔方法采取換漿法，清孔時(shí)必須保證孔內(nèi)水頭、提管時(shí)避免碰撞孔壁。清孔后的泥漿性能指標(biāo)滿足以下要求，孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無2mm～3mm顆粒，泥漿比重不大于1.1；黏度：17～20s；含砂率：＜2%；沉渣厚度≤5cm，清孔后的泥漿指標(biāo)是從樁孔的頂、中、底部分別取樣檢驗(yàn)的平均值。不論采用何種方法清孔排渣，都必須注意保持孔內(nèi)水頭，防止坍孔。在第一次清孔后，利用檢孔器檢查孔徑、垂直度和孔深是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。由于樁長(zhǎng)較長(zhǎng)會(huì)影響清孔時(shí)間，為了縮短時(shí)間，保證清孔質(zhì)量，本工程清孔過程中采用泥漿分離機(jī)清孔。

7.鋼筋籠下放：

成型的鋼筋籠平臥堆放在平整干凈的地面上，堆放層數(shù)不得超過2層；鋼筋籠在起吊、運(yùn)輸和安裝時(shí)應(yīng)采取措施防止變形，起吊點(diǎn)宜設(shè)在加強(qiáng)箍筋部位。鋼筋籠安裝采用樁架直接吊籠的方法，鋼筋籠一個(gè)截面的電焊接頭要錯(cuò)開，不大于50%。

鋼筋籠安放，利用起重機(jī)起吊，應(yīng)持垂直狀態(tài)，對(duì)準(zhǔn)孔位徐徐輕放，避免碰撞孔壁，下籠中若遇阻礙不得強(qiáng)行下放，應(yīng)查明原因酌情處理后，再繼續(xù)下籠；鋼筋籠安裝深度符合設(shè)計(jì)要求。其允許偏差±50mm；鋼筋籠位置經(jīng)確認(rèn)后，將鋼筋籠用吊筋固定在護(hù)筒上，以使鋼筋籠定位，吊筋要焊接在鉆孔樁最上端彎鉤鋼筋上，吊筋長(zhǎng)度要根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。吊筋長(zhǎng)度=護(hù)筒頂高程-鉆孔樁最上端彎鉤鋼筋頂高程。

由于鋼筋籠是分節(jié)制作的，在入孔時(shí)，要實(shí)行焊接（在加工廠等平地加工時(shí)可采用搭接焊或綁條焊，在現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)必須采用單面綁條焊），焊接時(shí)上下節(jié)鋼筋籠均要保持垂直，鋼筋的焊接長(zhǎng)度要滿足規(guī)范要求的10d以上，焊接時(shí)要求對(duì)稱施焊，焊縫長(zhǎng)度和飽滿度，均要滿足規(guī)范要求。

由于4#、5#墩鋼筋籠質(zhì)量大，焊接時(shí)只利用既有加強(qiáng)圈無法滿足要求，需對(duì)焊接時(shí)承擔(dān)重量的加強(qiáng)圈進(jìn)行加強(qiáng)（在原有加強(qiáng)圈的位置下方再焊接一道加強(qiáng)圈）。只有在完成上述步驟并經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后可進(jìn)行下步施工。

8.導(dǎo)管安裝：水下混凝土采用導(dǎo)管法進(jìn)行灌注，導(dǎo)管在監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格的條件下才能使用。導(dǎo)管應(yīng)居中穩(wěn)步沉放，不能接觸到鋼筋籠，以免導(dǎo)管在提升中將鋼筋籠提起，導(dǎo)管用卡具吊在孔口上，導(dǎo)管底部距樁底的距離為0.4m。

9.二次清孔：在混凝土灌注前進(jìn)行二次清孔，二次清孔在鋼筋籠下孔以后進(jìn)行，利用導(dǎo)管進(jìn)行循環(huán)清孔，清孔時(shí)經(jīng)常上下竄動(dòng)導(dǎo)管，以便能將孔底周圍虛土清除干凈。每次清孔后沉渣均少于5cm，當(dāng)混凝土輸送車到達(dá)孔口時(shí)停止清孔，對(duì)孔底沉淀層厚度進(jìn)行檢測(cè)，孔底沉渣厚度采用刻度精度為2cm的無收縮測(cè)繩懸掛4kg的圓柱金屬測(cè)錘進(jìn)行量測(cè)。沉渣如超出規(guī)范要求，利用導(dǎo)管再次進(jìn)行清孔。報(bào)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師檢查，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后，立即灌注。

10.混凝土灌注：混凝土拌合采用拌合站集中拌合，運(yùn)輸采用混凝土罐車。坍落度控制在：180～220mm。每一輛罐車的混凝土在開始澆筑前必須對(duì)混凝土的均勻性和坍落度進(jìn)行檢查，確保混凝土的質(zhì)量。首先計(jì)算導(dǎo)管頂部的貯料斗內(nèi)混凝土量，必須滿足首次灌注后導(dǎo)管能埋入混凝土中大于1.0m，施工前要仔細(xì)計(jì)算貯料斗容積，直徑略大于導(dǎo)管內(nèi)徑，向?qū)Ч軆?nèi)傾倒混凝土宜徐徐進(jìn)行。[5]施工中導(dǎo)管內(nèi)應(yīng)始終充滿混凝土。隨著混凝土的不斷澆入，及時(shí)測(cè)量混凝土頂面高度和埋管深度，及時(shí)提拔拆除導(dǎo)管，使導(dǎo)管埋入混凝土中的深度保持在2—6m間。澆注至鋼筋籠底部時(shí)放慢澆注速度防止鋼筋籠上浮。每根導(dǎo)管內(nèi)的水下混凝土澆筑工作，應(yīng)在該導(dǎo)管首批混凝土初凝前完成?；炷恋奶涠葢?yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，技術(shù)人員應(yīng)對(duì)鉆孔灌注樁各項(xiàng)原始記錄及時(shí)進(jìn)行整理簽認(rèn)。施工中每根樁按每3組/100m3的要求留置標(biāo)養(yǎng)試件（不足100m3按100m3留?。；炷翝仓闆r，澆筑數(shù)量，澆筑時(shí)間，導(dǎo)管埋深，導(dǎo)管拆除長(zhǎng)度以及發(fā)生的異常情況等，應(yīng)專人記錄。

3.楓江特大橋工程鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制建議

3.1對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行控制

對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行控制和管理則在工程建設(shè)過程中非常重要。而在楓江特大橋施工過程中因施工環(huán)境存在一定難度，且要求鉆孔深度較深，而在施工工期時(shí)間方面非常緊張。因該地區(qū)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，所以使用機(jī)械進(jìn)行深度鉆孔的話存在一定難度。因此，在該項(xiàng)工程施工中根據(jù)條件因素選擇了鉆機(jī)旋挖鉆成孔方式，以此能夠提高鉆孔效率，提高成孔質(zhì)量，在后期清孔灌注過程中選擇了泥漿分離機(jī)清孔，以此圓滿完成了4#基礎(chǔ)的施工。

3.2對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行控制

對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行控制是基于原材料使用質(zhì)量方面進(jìn)行的控制，如果所使用的混凝土、水泥等材料在應(yīng)用過程中存在不合格問題，那么則會(huì)對(duì)成樁質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。一般來說，在成樁施工過程中都會(huì)通過導(dǎo)管灌注的方式在水下增添混凝土，但是這種方式混造成混凝土離析問題出現(xiàn)?；诖?，可以對(duì)混凝土等方面來進(jìn)行改變，如對(duì)其強(qiáng)度等進(jìn)行改變，也要對(duì)工程材料質(zhì)量等進(jìn)行嚴(yán)格管理，確保所使用的材料在質(zhì)量上沒有任何問題。

3.3對(duì)護(hù)筒埋置質(zhì)量進(jìn)行控制

因護(hù)筒在埋置過程中是根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況所應(yīng)用。而在該工程中需要穿過水層和淤泥層，通過振動(dòng)錘鎮(zhèn)壓下去，打到硬層為止。因楓江特大橋4#、5#墩在現(xiàn)場(chǎng)施工中通常在17米左右，且在施工中會(huì)出現(xiàn)下層護(hù)筒邊緣處塌方情況，因?yàn)榈刭|(zhì)復(fù)雜，泥漿比重未調(diào)節(jié)好，就會(huì)出現(xiàn)砂層處塌方現(xiàn)象。因此，根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)出土量來判斷是否有塌方。如果是正常鉆進(jìn)砂層時(shí)，有出土量。而未正常進(jìn)尺時(shí)，可判斷為有塌方現(xiàn)象。如果發(fā)生這種情況，不要急于鉆進(jìn)，一方面要調(diào)節(jié)泥漿稠度，減少塌方，另一方面可灌注低標(biāo)號(hào)混凝土于塌方段，待要初凝時(shí)，可用鉆頭在塌方段來回轉(zhuǎn)動(dòng)，使混凝土充分粘結(jié)到易塌方段，形成護(hù)臂，待混凝土凝結(jié)后可繼續(xù)鉆進(jìn)。

結(jié)束語

隨著我國建筑工程項(xiàng)目的增多，采取鉆孔灌注樁施工技術(shù)也要根據(jù)工程實(shí)際需要，以及施工技術(shù)的升級(jí)而進(jìn)行轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)今，水上鉆孔灌注樁施工技術(shù)在應(yīng)用過程中能夠滿足水上成樁施工的需要，能夠?qū)⑹┕ぶ兴龅降膯栴}得到更好的解決。而在本文研究中對(duì)梅州至潮汕鐵路站前工程中的楓江特大橋4#、5#墩水上鉆孔灌注樁施工情況進(jìn)行分析，對(duì)該工程在實(shí)際施工中的前期準(zhǔn)備工作、施工條件、施工質(zhì)量控制等進(jìn)行了分析。而通過本文的研究，希望能夠?qū)鴥?nèi)其他工程水上鉆孔灌注樁施工技術(shù)以及應(yīng)用等方面提供良好借鑒，以此能夠提高工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益的提高。

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1007-6344（2017）06-0254-02