高樁引橋鉆孔灌注樁基礎(chǔ)工程水下混凝土灌注施工技術(shù)

黃健 中交第四航務(wù)工程局有限公司北部灣分公司

1.工程簡(jiǎn)介

廣西北部灣港欽州碼頭接岸工程主體工程位于我國(guó)南海的北部灣北部的欽州灣內(nèi)。該項(xiàng)目始于30萬(wàn)噸油碼頭輔助平臺(tái)的交接點(diǎn)，結(jié)束于規(guī)劃的三墩外港規(guī)劃的海岸線區(qū)域南端的著陸點(diǎn)，全長(zhǎng)2998.25m。主要施工內(nèi)容包括灌注嵌巖樁施工、橋墩及蓋梁現(xiàn)澆、箱梁預(yù)制、箱梁安裝、橋梁面層及護(hù)欄施工等。

2.主要施工方法

鉆孔灌注樁就是樁機(jī)成孔作業(yè)完成后置入鋼筋籠，將導(dǎo)管順延鏈接到樁孔下端，最后借助混凝土的流動(dòng)性及自重性順著導(dǎo)管將樁孔從下而上注滿混凝土后排出多余泥漿，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間自然養(yǎng)護(hù)形成鋼筋混凝土樁，以便負(fù)擔(dān)上部自重壓力。

樁基礎(chǔ)質(zhì)量把控的核心技術(shù)是灌注水下混凝土，對(duì)施工技藝要求嚴(yán)苛，工序繁瑣，加之對(duì)施工過(guò)程有較強(qiáng)要求，例如隱蔽性和連續(xù)性等方面要求性較高，導(dǎo)致對(duì)施工人員的技藝要求超出同類項(xiàng)目。如果成樁作業(yè)完成后出現(xiàn)不合規(guī)問(wèn)題基本不可能返工修繕。對(duì)此，要嚴(yán)格控制每一道程序，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，不能以小忽大，保證基混凝土灌注作業(yè)高質(zhì)量完成。

2.1 鉆孔

根據(jù)兩階段施工設(shè)計(jì)圖中所示的形成條件，使用反向循環(huán)鉆形成孔。在鉆孔過(guò)程中，在車削時(shí)注入泥漿，以確保泥漿表面始終與保護(hù)管頂部相距≥0.4m。檢查泥漿的比重和沉降厚度，如果超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，則進(jìn)行處理。在施工過(guò)程中，鉆頭的旋轉(zhuǎn)中心應(yīng)與保護(hù)缸的中心對(duì)齊。在鉆探開(kāi)始時(shí)，啟動(dòng)泥漿泵進(jìn)行2～3分鐘的沖洗周期，然后啟動(dòng)鉆頭，將鉆頭緩慢放置在孔的底部，然后在保護(hù)缸的底部緩慢鉆探，以便保護(hù)管可以牢固地支撐地層底部，防止偏離。從保護(hù)桶底部鉆至1.00m后，根據(jù)地層條件以正常速度鉆進(jìn)。在不均勻地層中進(jìn)行鉆井時(shí)，合理控制鉆井參數(shù)并降低壓力，速度控制在40～80r/min，黏性土層為高值，砂層土，硬質(zhì)或非均質(zhì)層為底值，鉆孔速度可降低至20-40r/min，鉆孔渣鉆土層時(shí)應(yīng)及時(shí)清除。穿過(guò)流沙層時(shí)適當(dāng)增加泥漿的比重，以防止孔眼塌陷，每2m或當(dāng)巖層變化時(shí)取樣一次，取鉆孔渣，找出地質(zhì)類型并如實(shí)記錄，直到達(dá)到設(shè)計(jì)孔深為止。

2.2 泥漿配置及泥漿池的設(shè)置

泥漿采用粘土配制。粘土要求塑性指數(shù)IP＞25，粒徑d＜0.005mm的粘粒含量＞50%。若土質(zhì)性能較差時(shí)可摻加純堿（Na2CO3）來(lái)提高泥漿性能指標(biāo)。摻入量為孔中泥漿的0.1～0.4%。泥漿性能指標(biāo)符合規(guī)范要求。表1為泥漿性能指標(biāo)。

表1 泥漿性能指標(biāo)

2.3 成孔

鉆機(jī)按預(yù)先位置固定完成，適當(dāng)調(diào)整底座及支架的垂直角度，定位后鎖定沖機(jī)位置，以避免鉆機(jī)在沖孔過(guò)程中發(fā)生位移。鉆機(jī)運(yùn)行時(shí)確保穩(wěn)定牢固、防止下沉，在鉆孔過(guò)程中及時(shí)做掏渣清理，利用反循環(huán)泵進(jìn)行日常清渣工作。開(kāi)沖一個(gè)臺(tái)班后重新復(fù)核位置以確定樁位，這有利于控制樁位在合理范圍內(nèi)。沖孔過(guò)程中鋼絲繩上設(shè)有標(biāo)記，在沖孔過(guò)程中有效控制落錘高度，降低因提錘過(guò)高而出現(xiàn)擊斷錘齒的情況，提錘角度過(guò)低也并非合理，易導(dǎo)致進(jìn)尺過(guò)程緩慢。應(yīng)在土層變化明顯處抽取土樣，從而精準(zhǔn)獲取土層并與地質(zhì)剖面圖對(duì)照，隨時(shí)做好記錄工作。

2.4 終孔清孔及驗(yàn)收

鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度且成孔質(zhì)量符合要求后立即清孔?？變?nèi)水位應(yīng)保持在地下水位以上1.5～2m，以防止塌孔。換漿法清孔后的泥漿指標(biāo)符合下列規(guī)定：相對(duì)密度1.03～1.10t/m3，粘度17～20Pa·s，含砂率＜2%，膠體率＞98%，清孔后孔底沉渣＜300mm，不得用加深孔底的方法來(lái)代替清孔?？醉斪⑷肭逅囱h(huán)泵將孔底沉渣和泥抽出，直至換出孔內(nèi)的泥漿，孔底沉渣達(dá)到設(shè)計(jì)要求。反循環(huán)抽出的泥漿抽放到排污船上。排污船開(kāi)到指定的區(qū)域內(nèi)排污。

2.5 鋼筋籠的制作與安放

（1）鋼筋必須有出廠質(zhì)量保證書(shū)，進(jìn)場(chǎng)經(jīng)復(fù)檢合格后方可使用。

（2）鋼筋籠分段制作，分段長(zhǎng)度9m，兩段鋼筋籠焊接時(shí)，接頭設(shè)置在35倍鋼筋直徑范圍內(nèi)的接頭數(shù)不超過(guò)鋼筋總根數(shù)的一半。

（3）鋼筋籠均勻設(shè)置吊環(huán)或固定桿，以防吊運(yùn)時(shí)扭轉(zhuǎn)、彎曲，骨架主筋外側(cè)設(shè)置定位鋼筋環(huán)、混凝土墊塊，保證鋼筋的保護(hù)層厚度。

（4）安裝鋼筋籠時(shí)對(duì)準(zhǔn)孔位，吊直扶穩(wěn)，緩慢下沉，避免碰撞孔壁，鋼筋籠下沉到設(shè)計(jì)位置后立即固定，防止移動(dòng)。聲測(cè)管采用直徑50mm鋼管。按設(shè)計(jì)要求和鋼筋籠長(zhǎng)度相同的分段。聲測(cè)管底口密封。對(duì)接時(shí)先套入套管內(nèi)，然后將套管和聲測(cè)管用電焊焊牢。

2.6 二次清孔

在安裝好鋼筋籠和導(dǎo)管后放下導(dǎo)管，并借助導(dǎo)管的延展性對(duì)鉆孔進(jìn)行兩次清洗，采用清孔反循環(huán)抽漿法可提高效率。水位應(yīng)與護(hù)筒內(nèi)水位一致，清孔后及時(shí)檢查沉淀物的厚度，合格后進(jìn)行下一道工序。

3.灌注水下混凝土

混凝土由攪拌船（四航混凝土1號(hào)）進(jìn)行攪拌，通過(guò)船載布料桿流到導(dǎo)管上部漏斗內(nèi)，漏斗應(yīng)具有足夠的容量。第一個(gè)料斗的放置位置應(yīng)使管道底端埋入混凝土中的深度＞0.8m，并開(kāi)始澆筑混凝土。在澆筑期間，管道底部與孔底部之間的距離控制在25～40cm，在澆筑第一批混凝土后檢測(cè)高程以確保埋管的深度。施工期間經(jīng)常檢測(cè)孔中混凝土頂面的高程，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深，以確保導(dǎo)管在混凝土中的埋深在2.0～6.0m。

導(dǎo)管法用于澆筑水下混凝土。主要設(shè)備包括剛性金屬導(dǎo)管、承料漏斗、起重設(shè)備等。該管道由幾段內(nèi)徑為200～300mm的無(wú)縫鋼管組成，每段均通過(guò)快速接頭和止水橡膠墊圈連接，以防漏水，中間管段的長(zhǎng)度為2.0～3.0m，最后一個(gè)管段的長(zhǎng)度為4～6m。通過(guò)質(zhì)量檢查后用于施工。管道強(qiáng)度和密封性必須符合要求，在使用前開(kāi)展水密承壓試驗(yàn)，水密試驗(yàn)的水壓不小于孔中水深壓力的1.3倍，且不小于導(dǎo)管壁為焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力的1.3倍。粗骨料粒度≤40mm，混凝土砂為良好分級(jí)的中型砂?；炷恋募夹g(shù)指標(biāo)由配合比設(shè)計(jì)和預(yù)拌確定。

坍落度要求在180～220mm，混凝土要有良好的和易性，其從商品混凝土攪拌站運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝混凝土地面泵，經(jīng)地泵泵送到?jīng)_孔樁灌注的料斗中。首先將導(dǎo)管沉入孔的底部，然后用圓形鋼板覆蓋導(dǎo)管口，填充第一批混凝土，第一罐混凝土必須滿足導(dǎo)管埋深1m以上孔內(nèi)混凝土、孔底距導(dǎo)管口40cm的孔內(nèi)混凝土、導(dǎo)管外側(cè)平衡壓力下的導(dǎo)管內(nèi)混凝土三部分混凝土總和，并在管道外的平衡壓力下處理管道中的混凝土。經(jīng)計(jì)算，第一個(gè)混凝土罐需要3.2m3。將管道的底端從孔的底部提起30～40cm，然后用卷?yè)P(yáng)機(jī)拉出蓋板。使混凝土跌落到自重之下，沖到孔的底部并散布。然后通過(guò)漏斗將混凝土連續(xù)倒入管道中，不斷擠壓管道外部的混凝土，隨著混凝土表面上升，管道逐漸提起。拆卸管道所需的時(shí)間通常不超過(guò)15分鐘，不得在中途停止工作。澆筑過(guò)程中專人經(jīng)常測(cè)量孔的深度，控制導(dǎo)管下端的埋入深度在適當(dāng)范圍，并填寫(xiě)水下混凝土澆筑記錄形式。管道的埋深通常為2～4m，最大埋深≤6m。埋深過(guò)淺可能會(huì)導(dǎo)致樁破裂，埋深過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致管道埋沒(méi)。由于頂層混凝土稀疏疏松，澆筑過(guò)程中1m范圍內(nèi)的混凝土層可能會(huì)過(guò)滿，固化后將其去除。此外，為避免泥漿排出量過(guò)大對(duì)環(huán)境造成破壞，必須及時(shí)清理分化排漿，按規(guī)定抽放到排污船中。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文分析了影響鉆孔樁水下混凝土澆筑的混凝土性能指標(biāo)，并在實(shí)際的混凝土澆筑工程項(xiàng)目中進(jìn)行總結(jié)，以找到合適的混凝土漿施工指標(biāo)，并制定出適合水下混凝土澆筑施工過(guò)程的管理方法，為該技術(shù)的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。