淺談梨香溪特大橋灌注樁施工技術及質量控制

支建設

摘 要：在橋梁工程基礎中，鉆孔灌注樁被廣泛使用，其成孔和混凝土灌注工藝也日益成熟。但是，鉆孔灌注樁屬于隱蔽工程，施工工藝較為復雜，施工影響因素多，在施工過程中，如果對其重視不夠，很容易引起質量事故。結合梨香溪特大橋施工情況，在分析主墩鉆孔灌注樁施工重難點的基礎上，從工藝流程、鉆機選型、泥漿制備、鉆孔清孔、鋼筋籠加工和安放、混凝土灌注等施工環(huán)節(jié)進行控制和技術分析，提出了灌注樁施工質量控制的有關措施和建議，以期為類似工程施工提供技術借鑒。

關鍵詞：橋梁工程；鉆孔灌注樁；施工技術；質量控制

中圖分類號：U445.55+1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.014

1 工程概況

梨香溪特大橋是重慶沿江高速的重點控制性工程，跨越U形深溝和梨香溪河，橋長975.8 m。主橋上部采用三向預應力混凝土連續(xù)剛構，主墩采用雙肢薄壁空心墩，引橋上部采用40 m的預應力混凝土連續(xù)T梁。P10和P11兩主墩位于梨香溪河中，采用鉆孔灌注樁基礎，每個主墩24根樁基，設計樁徑2.2 m，樁長30 m，水中樁基共48根，樁長計1 440 m，混凝土強度等級為C30.該橋址區(qū)從河床面自上而下為粉質黏土、黏土、強風化泥巖、中風化泥巖和無淤泥覆蓋層。

2 灌注樁施工重難點分析

2.1 施工條件差

P10、P11主墩樁位處水深1～3 m，均需筑島施工，且受長江三峽工程蓄水的影響。P11主墩緊靠懸崖，修筑臨時便道工程量巨大。

2.2 工期緊

在梨香溪河枯水期內(nèi)完成主墩樁基施工，在三峽工程最高蓄水到175 m前完成主墩承臺施工。

2.3 單邊設站，運距比較遠

受場地的限制，混凝土拌和站設在兩匯互通處，距P11主墩約1 h路程，配合比設計需考慮運距的影響。

2.4 成孔、灌注影響因素多

灌注樁施工環(huán)節(jié)比較多，復雜地質條件下成孔難度大，水下灌注對混凝土配合比、施工操作的要求比較高。在施工過程中，如果稍有不慎，引發(fā)意外質量事故，其處理難度比較大。成孔與水下混凝土灌注是鉆孔樁順利施工和質量控制的重點。

3 灌注樁關鍵施工技術

利用梨香溪河枯水期完成主墩鉆孔樁施工，在三峽工程蓄水到175 m前完成主墩承臺施工。借鑒同類工程施工經(jīng)驗，經(jīng)多方案比選，決定主橋P10和P11兩主墩采取筑島作為水中鉆孔施工平臺。在施工前，編制了施工組織設計方案，對鉆孔樁施工的關鍵環(huán)節(jié)進行控制，所施工的鉆孔灌注樁質量合格。

3.1 筑島土袋圍堰設計與施工

3.1.1 筑島土袋圍堰設計

考慮到承臺平面尺寸、梨香溪河桃花汛期水位和三峽工程175蓄水的影響，確定筑島圍堰尺寸為30 m（寬）×40 m（長），比承臺設計尺寸每邊寬約5 m以上。

圍堰高程的計算公式是：

H=h1+h2. （1）

式（1）中：h1為施工期間流水面高程；h2為筑島高出h1的距離，在此工程中，h2取2 m。

確定圍堰結構時，要注意以下3點：①筑島填料主要采用的是從紅線內(nèi)開挖的黏土；②坡腳采用片石回填，穩(wěn)住坡腳，外側用土袋碼砌圍堰；③土袋圍堰高度與筑島面高程一致，頂面寬1 m，圍堰邊坡為1∶1.75.

3.1.2 圍堰施工

施工時，用挖掘機、裝載機配合自卸汽車筑島?；靥钔敛捎眉t線內(nèi)開挖的黏土、泥巖，填筑初始粒徑可放大，穩(wěn)住坡腳，坡腳穩(wěn)住后改填粒徑小的泥巖，按照設計高程填平壓實。島面以下0.5 m內(nèi)采用硬塑性黏土填筑，以提高島面承載力。填筑完成后，在筑島外圍用土袋進行加固防護。

3.2 工藝流程

在施工過程中，采用沖擊鉆成孔，每臺沖擊鉆機配1臺泥漿泵清孔，采用內(nèi)徑為φ300 mm的導管進行水下混凝土灌注。鉆孔灌注樁工藝流程如圖1所示。

3.3 鉆機選型

根據(jù)地層合理選用鉆孔機具，既能保證鉆孔速度和效率，又能取得良好的經(jīng)濟效益。施工區(qū)域地層以粉質黏土、黏土、強風化泥巖和中風化泥巖為主，選用沖擊實心錘鉆具，配備泥漿泵正循環(huán)清孔。

3.4 泥漿制備

通常情況下，泥漿制備宜選用水、黏土（或膨潤土）和添加劑，按照適當配合比經(jīng)試驗確定，其性能指標要與鉆孔方法、土層情況相適應。

一般地層泥漿相對密度為1.05～1.20，松散易坍塌地層為1.20～1.45；一般地層泥漿黏度為16～22 s，松散易坍塌地層為18～28 s，泥漿含砂率≤4%，膠體率≥96%，pH≥8，30 min失水率≤20 mL。

現(xiàn)場采用在孔內(nèi)添加黏土進行自然造漿的方式。制備的泥漿相對密度為1.05～1.30，黏度為20～30 s，泥漿含砂率≤4%，膠體率≥96%，pH值為8～11.

3.5 鉆孔

3.5.1 開鉆

在護筒內(nèi)鉆進宜慢不宜快，反復沖擊擠壓，使護筒刃腳周圍土密實，比如進尺太快易導致穿孔，影響護筒的穩(wěn)定性。因此，開始鉆進時，在孔內(nèi)加黏土沖擊造漿，并隨進尺及時補水，以保證孔內(nèi)泥漿的高度。

3.5.2 孔內(nèi)一般地層鉆進

穿過護筒底后，在粉質黏土、黏土、強風化泥巖等一般地層鉆進時，采用中高沖程提高鉆進速度，同時，應及時添加黏土造漿，隨時檢查、控制泥漿指標，使其與地層相適應。

3.5.3 斜層巖、砂卵石等地層鉆進

遇到斜層巖或漂石時，比如孔底表面不平整，投入小片石或卵石后，采用中小沖程反復沖鉆，直至巖層整平，然后繼續(xù)鉆進，防止卡鉆和孔位傾斜的情況發(fā)生。在砂和卵石等松散層鉆進時，要1∶1投入黏土和小片石（粒徑不大于15 cm），以小沖程反復沖擊，使泥膏片石擠入孔壁。必要時，重復回填反復沖擊兩三次，在孔壁穩(wěn)定的情況下鉆進。

鉆孔至設計深度后，與地勘報告核對，兩者數(shù)據(jù)相一致后共同確認終孔，否則由設計單位最終確定樁長。終孔后，采用外徑2.2 m、長度6 m的檢孔器檢查孔徑和孔形。

3.6 清孔

確認終孔后，用比例較小的泥漿或清水送至孔底進行清孔。首次清孔應達到從孔口返出的泥漿中無沙粒、泥塊、泥皮的標準，泥漿的相對密度≤1.25.

灌注導管安裝完后，利用導管二次清孔。二次清孔以沉淀厚度≤50 mm，孔底泥漿樣相對密度為1.03～1.10，黏度17～20 Pa·s，含砂率<2%為準。二次清孔耗時1～2 h。

3.7 鋼筋籠加工及其安放

鋼筋籠采用胎架法分段加工，主筋為48根φ28 mm鋼筋。分段加工的鋼筋籠用板車從加工場運至現(xiàn)場，用吊車在孔口吊裝拼接，接頭采用等強滾扎直螺紋連接。

用2根吊筋和2根φ50 mm鋼管在孔口固定鋼筋籠，防止偏位和灌注中上浮的情況發(fā)生。

為了精準檢測灌注樁的施工質量，每根樁按照設計埋設4根內(nèi)徑50 mm、壁厚3 mm的聲測管。聲測管采用外套接頭聯(lián)接，并與鋼筋籠主筋連成整體，隨鋼筋籠一起沉放到位。聲測管下端用鋼板封閉，安裝好聲測管后，向管內(nèi)注入清水，上端加焊封蓋，確保在灌注混凝土的過程中泥漿或水泥漿不進入。

3.8 導管安放

采用內(nèi)徑300 mm、壁厚10 mm的鋼導管灌注混凝土。導管一般長2 m，最下端一節(jié)導管長6 m，并配備3根分別長1 m、0.5 m、0.3 m的短導管用于調節(jié)導管柱總長，使導管底與孔底保持規(guī)定的高度。導管采用螺紋接頭聯(lián)接，橡膠O形密封圈密封。使用導管前，需進行水密承壓和接頭抗拉試驗，水密試驗壓力不小于孔內(nèi)水深1.3倍的壓力。

在施工過程中，將導管用吊車放入孔內(nèi)居中，距孔底300～400 mm。導管全部入孔后，記錄導管下放總長和導管下口距離孔底的高度。

3.9 水下混凝土灌注

3.9.1 配合比

樁身混凝土采用C30水下混凝土，在拌和站集中拌制，坍落度為180～220 mm，配合比如表1所示。

式（2）（3）中：D為樁孔直徑；H1為樁孔底至導管底端的間距；H2為導管初次埋置深度；d為導管內(nèi)徑；h1為樁孔內(nèi)混凝土到達初次埋置深度時，導管內(nèi)混凝土樁平衡導管外壓力所需的高度；HW為樁孔內(nèi)泥漿的深度；γw為泥漿的重度；γc為混凝土的重度。

在該工程中，取H1為0.3 m，H2為1.0 m，d為300 mm，h1為13.75 m，HW為30 m，γw為1.1，γc為2.4，按照式（2）（3）計算，首批灌注混凝土為5.97 m3。

3.9.3 混凝土灌注

經(jīng)過二次清孔，沉淀厚度和泥漿 各項指標符合要求后，及時進行水下混凝土灌注。用4.5 m3的儲料斗和10 m3的混凝土罐車進行首批混凝土灌注，保證首批灌注量和導管埋深。首灌混凝土下入后，觀察孔內(nèi)返漿情況，并立即測定孔內(nèi)混凝土高度，計算導管埋深，并做好記錄。

首批混凝土灌注正常后，緊湊、連續(xù)地進行后續(xù)混凝土灌注，嚴禁中途停工。在灌注過程中，用測錘探測混凝土面的上升高度，并適時用吊車提升拆卸導管，保持導管合理埋深在2～6 m。同時，觀察返漿情況，以準確分析和判定孔內(nèi)情況。為了確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上超灌80 cm，后期開挖后鑿至設計標高。

4 質量控制措施

為了確保主墩灌注樁的施工質量，在施工過程中，針對鉆孔、清孔、混凝土供應、水下灌注等關鍵環(huán)節(jié)制定了詳盡的質量控制措施，嚴格控制，取得了良好的控制效果。具體的質量控制措施有以下幾點：①嚴格落實三級技術交底，明確施工操作要點和質量要求；按照工序流程圖，連續(xù)監(jiān)控關鍵工序和關鍵點；嚴格工序把關，確保每道工序合格。②針對灌注樁施工容易出現(xiàn)坍孔、鋼筋籠上浮和偏位、樁身夾泥、斷樁等情況，制定了詳盡的應急預防措施，并齊備各種應急資源。③優(yōu)化群樁施工順序，采用隔樁跳打施工。根據(jù)不同地層靈活控制鉆進速度和泥漿指標，施工中未出現(xiàn)偏孔、卡鉆、埋鉆和塌孔的情況。每鉆進2 m或地層變化時，撈取鉆碴判斷地質情況，做好地質柱狀圖標識，及時填寫鉆孔施工記錄。④采用多點吊裝安放鋼筋籠，避免斜向安放引起的孔壁坍塌；采用吊筋和鋼管在孔口十字牢牢固定鋼筋籠，以防偏位；控制灌注的速度和導管提升，防止鋼筋籠上浮和偏位，成樁檢測鋼筋籠偏差均合格。⑤針對拌和站設站比較遠的情況，在配合比設計時，綜合考慮了遠距離運輸和灌注時間，選用聚羧酸系高效緩凝減水劑進行配比設計。⑥安排專人負責混凝土灌注，每次拔管前，探測孔內(nèi)混凝土高度，保證導管合理埋深。設置井口灌注架，確保頂部灌注壓力，并超灌0.8～1.0 m。樁頂最后一節(jié)長管拔管速度要慢，防止樁頂沉淀的泥漿擠入導管下形成泥心。通過對樁頭的開挖檢測，樁頭混凝土密實。灌注時，按照規(guī)定頻率留置混凝土試件，28 d抗壓強度均滿足設計要求。⑦同根主筋牢固固定聲測管，確保不出現(xiàn)漏漿、堵管、變形等現(xiàn)象。按照規(guī)定齡期采用聲波透射法檢測，樁身完整且均為I類樁。

5 結論和建議

編制切實可行的鉆孔灌注樁施工技術方案和質量控制措施，保證灌注樁能夠按期、高效、經(jīng)濟完成。考慮到具體施工情況，筆者特提出以下幾點建議，以供參考：①建立健全的質保體系，確保工程有效運行。嚴格三級交底，強化過程控制，是橋梁樁基工程按期、保質、順利完成的關鍵。②重視砂、石、外加劑等材料的優(yōu)選和進場控制，根據(jù)設計、施工規(guī)范和現(xiàn)場條件等，設計并拌和出滿足運輸和灌注時間且性能良好的混凝土，是順利進行水下混凝土灌注的前提。③根據(jù)地層合理選用成孔機具，并根據(jù)不同地層靈活控制成孔速度和泥漿指標，防止出現(xiàn)偏孔、卡鉆、埋鉆和塌孔的情況。另外，要制訂詳盡、切實可行的塌孔、卡鉆等突發(fā)事故的應急預案，落實相關的人、材、機等資源。④清孔作為灌注樁的一個重要環(huán)節(jié)，清孔效果直接影響到灌注的順利程度和樁基的承載力。為了保證清孔質量，應盡量縮短終孔至清孔的時間，減小孔內(nèi)泥漿的沉淀厚度。⑤安排熟練工人下放鋼筋籠，嚴格控制鋼筋籠頂面標高，并做好孔口固定，控制灌注速度和導管提升，有效防止鋼筋籠上浮和偏位。按規(guī)定精心埋設聲測管，以提高樁檢的準確度。⑥安排專人進行水下混凝土灌注，勤測混凝土面的上升高度，并適時用吊車提升拆卸導管，控制導管合理埋深，超灌50 cm以上，確保樁頂混凝土質量。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕