鋼管混凝土斜樁施工技術(shù)探討研究

王青海

（珠海市金灣區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站 廣東珠海519000）

1 工程概況

某橋梁工程位于珠海市金灣區(qū)，上部結(jié)構(gòu)為跨徑100 m 的非對稱異形拱肋拱橋結(jié)構(gòu)形式，為有效抵抗上部拱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平推力的荷載影響，下部結(jié)構(gòu)采用拱座及樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（見圖1），其中1～3 號拱座承臺尺寸為12.4 m×16.1 m，厚4.0 m，采用9 根φ2 200 的鉆孔灌注樁豎直樁基礎(chǔ)+3 根φ1 500 鋼管混凝土斜樁；4 號拱座承臺尺寸為16.8 m×35.9 m，厚5.0 m，采用24根φ2 200 鉆孔灌注樁豎直樁基礎(chǔ)+14 根φ1 500 鋼管混凝土斜樁，斜樁豎向偏角的正切值為1∶8 和1∶7 兩種形式，內(nèi)填充C20 混凝土。

2 施工工藝

地面平整→高程測量→（坐標(biāo)計(jì)算）樁位坐標(biāo)放樣→搭設(shè)施工平臺→樁機(jī)就位→（安裝導(dǎo)向架）插打鋼護(hù)筒→（測量斜度）護(hù)筒終孔確認(rèn)→調(diào)整施工平臺→鉆機(jī)就位→鉆孔→（測量深度）終孔驗(yàn)收→清孔→（鋼筋籠制作）鋼筋籠安裝→（導(dǎo)管氣密性檢驗(yàn)）導(dǎo)管安裝→二次清孔→灌注混凝土→成樁檢驗(yàn)驗(yàn)收。

圖1 拱座及樁基礎(chǔ)平面圖Fig.1 Plan of Arch and Pile Foundation

3 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)及難點(diǎn)

3.1 測量定位

眾所周知，豎直樁在施工前，測量定位可根據(jù)圖紙?zhí)峁┑臉俄斪鴺?biāo)點(diǎn)，在原地面用全站儀或經(jīng)緯儀直接坐標(biāo)放樣即可完成，測量定位非常簡單，斜樁的測量定位則不同，由于斜樁本身具有一定的豎向傾角，受施工地面高程與樁頂高程高差影響，其施工坐標(biāo)會在其軸線法線平面與水平面的交線上產(chǎn)生一定的偏位，測量定位復(fù)雜很多。

斜樁在測量放樣時(shí)需考慮斜樁的傾斜度影響，傾斜度是指斜樁在垂直方向線上的投影長度與水平方向線上的投影長度的比值，用n∶1 表示，以該工程為例，為8∶1 或7∶1。首先分析斜樁的平面位置關(guān)系，根據(jù)圖1 可知，1～3 號拱座斜樁及4 號拱座后側(cè)8 根斜樁與該拱座的若干豎直樁樁位中心位于同一直線上，即均處于斜樁軸線的法線平面內(nèi)，4 號拱座另外6 根斜樁對稱分部在承臺的兩側(cè)，兩側(cè)對稱的斜樁軸線法線也位于同一平面內(nèi)；其次，根據(jù)圖紙給出的坐標(biāo)，在平整的地面上用全站儀將擬施工的斜樁樁位（x1，y1）和其軸線法線位于同一平面內(nèi)的另一樁位坐標(biāo)點(diǎn)（x2，y2）進(jìn)行坐標(biāo)放樣，及時(shí)用鋼筋在放樣點(diǎn)進(jìn)行固定標(biāo)記，并在兩坐標(biāo)點(diǎn)之間進(jìn)行拉線，利用兩點(diǎn)一線原則確定打設(shè)樁位的軸線傾斜平面；進(jìn)而測量地面標(biāo)高H2，計(jì)算施工地面標(biāo)高與樁頂標(biāo)高的高差H=H2-H1，根據(jù)高差H推算其施打中心點(diǎn)與原坐標(biāo)點(diǎn)的水平偏位L=H×tgα，用鋼尺在地面量測對斜樁地面施打坐標(biāo)進(jìn)行初步定位（見圖2）；最后，采用插值法計(jì)算斜樁在該施工平面的中心坐標(biāo)，建立不同地面標(biāo)高與施工點(diǎn)中心坐標(biāo)（x，y）的理論關(guān)系，測量施工點(diǎn)的標(biāo)高，經(jīng)反正校正調(diào)整后最終確定施打點(diǎn)位置（x，y）。為保證每根樁樁基施工的準(zhǔn)確性，每根樁基的測量定位均應(yīng)有測量放樣書面記錄，并嚴(yán)格履行工序報(bào)驗(yàn)程序報(bào)監(jiān)理單位復(fù)核，經(jīng)監(jiān)理單位復(fù)核無誤后方可進(jìn)行后序施工。

圖2 測量定位平面關(guān)系圖Fig.2 Measurement of Positioning Plane Diagram

3.2 鋼管樁插打

在施工平臺搭設(shè)完成之后，需對打樁機(jī)底座前端進(jìn)行下墊，保持穩(wěn)固，對導(dǎo)向架進(jìn)行定位安裝，使振動錘頭、導(dǎo)向架法線、鋼護(hù)筒成同一軸線，傾斜角度應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鋼管在自身重力作用下，將產(chǎn)生一定的下?lián)?，?dǎo)致豎向傾斜角變小，為消除因鋼管自重引起的豎向傾斜角變化，該工程施工時(shí)擬將鋼管樁初次插入時(shí)的豎向傾斜角角度調(diào)大1°。斜樁施工過程中，應(yīng)采用帶有角度顯示的水平尺對鋼管樁的水平角β進(jìn)行量測（見圖3），通過公式計(jì)算其豎向傾斜角α=90°-β，計(jì)算該豎向傾斜角的正切值tgα，檢驗(yàn)角度偏差δ是否滿足《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：GB 50202-2002》5.1.3 斜樁傾斜度的偏差不得大于傾斜角正切值的15%，計(jì)算式為δ=（tgα-1/n）×n≤15%，如不滿足上述計(jì)算式要求，應(yīng)及時(shí)采取糾正措施。

圖3 斜樁傾斜度量測Fig.3 Tilt Pile Measurement

3.3 鉆進(jìn)成孔

鋼管樁插打完成后，需將多余的鋼管樁沿水平方向進(jìn)行切割，此時(shí)鋼管樁在水平面上斷面形狀呈橢圓形，鉆機(jī)安裝前，需先確定鋼管樁的中心坐標(biāo)，找出該橢圓的長軸線和短軸線并進(jìn)行拉線，其交叉點(diǎn)即為該鋼管斜樁鉆進(jìn)的中心坐標(biāo)。鉆機(jī)安裝就位時(shí)，需在鉆機(jī)底座前部用鋼板或枕木墊高[1]，經(jīng)反復(fù)校正使孔位中心和轉(zhuǎn)盤中心與鋼管樁軸線成同一軸線[2]，對鉆機(jī)進(jìn)行加固，保證其在鉆進(jìn)過程中不發(fā)生傾斜偏位。

鉆機(jī)鉆進(jìn)施工的主要目的是將鋼管斜樁內(nèi)的填充物進(jìn)行清除，鉆進(jìn)達(dá)到終孔條件時(shí)，應(yīng)對孔深是否滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行認(rèn)真檢查確認(rèn)，因?yàn)槭切睒叮绮捎脗鹘y(tǒng)豎直樁所使用的測繩吊鉛錘的方法對孔深進(jìn)行量測，無法實(shí)現(xiàn)鉛錘從樁位中心點(diǎn)鉛直下放，無法對孔深進(jìn)行量測。為保證斜樁鉆進(jìn)深度，在鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)事先對每根鉆桿進(jìn)行編號，鉆進(jìn)過程中認(rèn)真記錄每根鉆桿的編號和長度，達(dá)到終孔條件時(shí)，只需計(jì)算每根鉆桿的長度總和再加上鉆頭的長度，即是鉆孔的深度[3]，鉆孔深度應(yīng)與鋼管斜樁深度一致。

3.4 鋼筋籠制作

斜樁的鋼筋籠制作與豎直樁不同，特別需注意鋼筋籠安裝后的鋼筋骨架保護(hù)層問題及灌注中的卡導(dǎo)管問題。由于是斜樁，鋼筋籠在下放過程中，極易受其自身重力影響與鋼護(hù)筒產(chǎn)生碰觸擠壓，如采用一般的鋼筋耳筋作為保護(hù)層墊塊，其在下放過程中極易與鋼護(hù)筒產(chǎn)生擠壓導(dǎo)致?lián)p壞[4]。

為保證鋼筋籠的順利安裝和鋼筋骨架整體質(zhì)量，鋼筋籠的整體剛度和保護(hù)層墊塊設(shè)置是關(guān)鍵[5]，一是在鋼筋籠下半部分（與鋼護(hù)筒傾斜方向一致）加密布置圓形高強(qiáng)混凝土滾輪墊塊，二是確保焊接鋼筋籠骨架的整體剛度和牢固性，只有這樣才能保證鋼筋籠沿著鋼管樁順利下滑，從而保證鋼筋骨架的保護(hù)層厚度。

為有效避免導(dǎo)管因重力作用在下放和上拔過程中與鋼筋籠內(nèi)加強(qiáng)肋發(fā)生碰觸導(dǎo)致導(dǎo)管卡管，以及對聲測管造成不必要的擠壓破壞，鋼筋籠制作時(shí)需進(jìn)行適當(dāng)改造，可將鋼筋籠的內(nèi)加強(qiáng)肋由內(nèi)支撐改為外支撐，需選用經(jīng)驗(yàn)豐富的焊工進(jìn)行焊接，保證焊接質(zhì)量牢固可靠，同時(shí)將聲測管也由內(nèi)側(cè)布置改為外側(cè)布置，呈等三角均勻布置在鋼筋骨架外側(cè)，綁扎牢固，便于成樁后對樁身質(zhì)量進(jìn)行完整性檢測。

3.5 導(dǎo)管安裝

斜樁混凝土灌注，如采用普通的導(dǎo)管，在導(dǎo)管下放和提升過程中，導(dǎo)管受其自身重力及導(dǎo)管內(nèi)填充混凝土重力影響，極易造成導(dǎo)管向下傾斜與鋼筋籠產(chǎn)生摩擦，一則極易導(dǎo)致管道法蘭卡住鋼筋籠，無法順利下放或提升；二則如果導(dǎo)管剛度不足，極易使導(dǎo)管發(fā)生斷裂，灌注混凝土的質(zhì)量難以保證。因此，為防止混凝土灌注過程中導(dǎo)管卡鋼筋籠現(xiàn)象，需對導(dǎo)管進(jìn)行改造，在導(dǎo)管上設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)[6]，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)可采用圓弧形或橄欖形的凸起導(dǎo)向器（見圖4），用鋼板焊接而成，導(dǎo)向器表面弧形邊緣要打磨圓順，保證平滑無毛刺。

圖4 導(dǎo)管導(dǎo)向器Fig.4 Catheter Guide

一般導(dǎo)向器的最外側(cè)圓弧直徑較鋼筋籠內(nèi)徑小20～30 cm，可選擇在導(dǎo)管的上、中、底部三個(gè)位置直接焊接于導(dǎo)管上，焊接質(zhì)量應(yīng)牢固可靠，下部的導(dǎo)向器應(yīng)居導(dǎo)管底口5.0～6.0 m 處[7]，往上每隔20 m 左右加設(shè)另一個(gè)導(dǎo)向器[8]，對于長度小于60 m 的鋼管斜樁，一般在導(dǎo)管上設(shè)置2～3 個(gè)導(dǎo)向器即可。此外，由于鋼管斜樁樁身斜率較大，對于所使用的導(dǎo)管及法蘭接口要求具備更高的強(qiáng)度和剛度性能，導(dǎo)管接口處宜采用軟性橡膠墊片,確保導(dǎo)管具有嚴(yán)密的密封性能,導(dǎo)管在使用前需進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，滿足要求后方可用于混凝土的灌注。

3.6 灌注水下混凝土

在鋼管斜樁灌注水下混凝土?xí)r，由于鋼管樁是傾斜狀態(tài)，與豎直樁導(dǎo)管埋深測量不同，無法實(shí)現(xiàn)從鋼管樁中心下放鉛錘測定孔內(nèi)混凝土的液面深度。故只能通過測量導(dǎo)管內(nèi)混凝土面高程和統(tǒng)計(jì)澆注的混凝土方量來推算樁內(nèi)混凝土面深度[9]，由于混凝土是直接灌注在鋼管樁內(nèi)，不會產(chǎn)生擴(kuò)孔及縮頸現(xiàn)象，該方法簡單易行，且推斷結(jié)果可靠性較高，灌注過程中只需考慮一定的儲備系數(shù)并做好灌注混凝土方量記錄，混凝土灌注質(zhì)量可以得到有效控制。

4 檢測驗(yàn)收

鋼管混凝土斜樁施工完成28 d 后，需對鋼管混凝土斜樁的成樁性能進(jìn)行檢測，主要對樁的樁身質(zhì)量完整性和斜樁的水平推力進(jìn)行檢測，檢驗(yàn)指標(biāo)需滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，樁在水平方向的最大偏位不得大于10 cm，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求后方可進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。

5 結(jié)論

鋼管混凝土斜樁與豎直樁相比施工技術(shù)難度較大，在坐標(biāo)定位、成孔工藝、鋼筋籠制作、導(dǎo)管安裝、以及灌注水下混凝土等方面均有著較大差異。該工程施工前，組織專業(yè)技術(shù)人員對施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行探討分析，取得了良好的效果。該工程樁基礎(chǔ)斜樁部分現(xiàn)已全部施工完成，通過對該工程鋼管混凝土斜樁施工技術(shù)難題及質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行探討研究，旨在為其他類似工程提供一定的借鑒和參考價(jià)值。