公路橋梁水下鉆孔灌注樁施工及安全探討

劉亞梅

（中鐵十八局集團(tuán)環(huán)?？萍脊こ逃邢薰?天津 300350）

1 工程概況

天津市寧河區(qū)濱玉公路改造工程中，還鄉(xiāng)河分洪道大橋橋梁工程位于濱玉公路K33+163處，跨越還鄉(xiāng)河分洪道，橋梁全長(zhǎng)247 m。橋梁采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁結(jié)構(gòu)形式，其中跨徑布置為：（4×30 m）+（4×30 m）共2聯(lián)。橋梁上部結(jié)構(gòu)為30 m預(yù)應(yīng)力小箱梁，每幅橋中梁4片，邊梁2片，橫向共計(jì)布設(shè)6片，全橋共計(jì)中梁64片，邊梁32片。橋梁下部結(jié)構(gòu)不連接，按照兩幅橋進(jìn)行設(shè)計(jì)。橋墩采用樁基接承臺(tái)柱形方墩。樁基采用鉆孔灌注樁，規(guī)格為Φ1.2m和Φ1.5m兩種形式。由于該改建工程跨越洪道，因此需要進(jìn)行水下樁基施工，本文將重點(diǎn)探討水下樁基施工技術(shù)及安全事故分析。

2 施工通道橋及施工平臺(tái)

施工通道全寬6 m，施工通道橋長(zhǎng)約240 m。為便于水中灌注樁施工，計(jì)劃在每2排灌注樁之間修建1座長(zhǎng)寬為40 m、10 m的施工平臺(tái)。平臺(tái)基礎(chǔ)采用圓管樁，樁長(zhǎng)12~16 m，直徑63 cm，入土深度不少于8 m，使用50 t汽車吊施工。通道橋及平臺(tái)結(jié)構(gòu)如下：橫向樁間距1.2 m，縱向排距5 m，橫向每排樁樁頂用700×300×12 m H型鋼相連接。縱向頂面采用12 m 36a工字鋼交叉擺放，工字鋼間距0.5 m。橋面采用2 cm厚6 m長(zhǎng)2 m寬的鋼板。施工通道及平臺(tái)共計(jì)約6 800 m2。施工平臺(tái)示意圖如圖1所示。

圖1 施工平臺(tái)

3 鉆孔灌注樁施工

3.1 場(chǎng)地平整

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和橋梁寬度，陸地樁用裝載機(jī)和人工配合在每排樁位處回填素土，并壓實(shí)。水中樁在施工平臺(tái)上進(jìn)行。

3.2 細(xì)部測(cè)量

由測(cè)量人員測(cè)定鉆孔灌注樁的樁中位置。根據(jù)控制樁使用全站儀測(cè)定每根鉆孔灌注樁準(zhǔn)確位置，以保證開鉆時(shí)護(hù)筒中心與樁位的重合。

3.3 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙給出的樁徑尺寸，陸地樁采用大于樁徑20 cm的鋼護(hù)筒，水中樁采用直徑2.8 m鋼護(hù)筒，就位后夯實(shí)。并進(jìn)行樁位復(fù)核，確保護(hù)筒中心與樁位重合。

3.4 泥漿制備

橋頭兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)泥漿池和一個(gè)沉淀池，泥漿池長(zhǎng)6 m，寬3 m，沉淀池與泥漿池隔開，沉淀池寬3 m，長(zhǎng)2 m，沉淀池的設(shè)置保證循環(huán)泥漿的稠度，河道中間樁泥漿的灌入與排出采用泥漿罐車，泥漿罐車租賃方式。

3.5 鉆孔

開鉆時(shí)，需要略提高鉆桿高度，使其在護(hù)筒內(nèi)打漿，同時(shí)啟動(dòng)泥漿泵形成循環(huán)，泥漿均勻前不可進(jìn)行鉆進(jìn)；鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注孔內(nèi)的水壓差，避免出現(xiàn)涌沙現(xiàn)象。應(yīng)時(shí)刻關(guān)注孔中泥沙的狀況。注意觀察是否出現(xiàn)孔深偏斜、彎曲等情況，若出現(xiàn)該狀況應(yīng)及時(shí)處理并記錄。

3.6 成孔檢查及清孔

樁孔鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對(duì)成孔的孔深進(jìn)行檢查，并記錄(鉆孔施工人員應(yīng)嚴(yán)格控制孔深，不得用超鉆代替鉆渣沉淀，更不能少鉆)。沉淀厚度滿足設(shè)計(jì)要求，鉆孔過程做好鉆進(jìn)記錄。清孔作業(yè)，擬采用換漿法清孔（及用泥漿靠泥漿泵壓如托浮鉆渣）。清孔過程中必須始終保持孔內(nèi)原有水頭高度，以防塌孔。試驗(yàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)用標(biāo)準(zhǔn)比重儀實(shí)測(cè)，達(dá)到要求后停止清孔，移動(dòng)鉆機(jī)。清孔后泥漿性能指標(biāo)應(yīng)符合下列技術(shù)要求：比重為1.03～1.1，粘度為17～20 Pa，含砂率小于2%，膠體率大于98%。使用不小于樁徑的探孔器檢測(cè)孔徑和垂直度。

3.7 鋼筋籠吊放

鋼筋籠吊放程序如圖2所示，主要步驟為：吊進(jìn)下段鋼筋籠；下段鋼筋籠孔口固定；吊放上段鋼筋籠；上下段鋼筋籠對(duì)接；下放鋼筋籠。

圖2 鋼筋籠吊放

3.8 吊放導(dǎo)管

將300 mm直徑的管節(jié)拼組成導(dǎo)管，其中最下面一節(jié)管節(jié)長(zhǎng)度應(yīng)較長(zhǎng)（4~6 m），能夠避免拔管時(shí)的帶混凝土現(xiàn)象，最上幾節(jié)采用較短管節(jié)（0.5 m、1 m）以方便調(diào)整導(dǎo)管長(zhǎng)度。在水下混凝土澆筑前，應(yīng)對(duì)導(dǎo)管的水壓承壓等情況進(jìn)行檢驗(yàn)，避免發(fā)生漏水現(xiàn)象，此外應(yīng)對(duì)其內(nèi)壁光滑度進(jìn)行檢查。在混凝土澆筑前需將球膽放置導(dǎo)管內(nèi)，從而保證首次澆筑能夠一次封底；在澆筑時(shí)應(yīng)將導(dǎo)管置于孔洞中心部位。

3.9 二次清孔

導(dǎo)管安裝完畢，檢查孔底沉渣厚度，如沉渣厚度超過設(shè)計(jì)要求，利用導(dǎo)管二次清孔；清孔的方法是在導(dǎo)管頂端安裝一個(gè)彎頭和皮籠，用泵將泥漿壓入導(dǎo)管內(nèi)，并將孔內(nèi)泥漿通過孔口出漿孔流入沉淀池和循環(huán)池，如此反復(fù)，直至沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)要求，停止清孔，同時(shí)采用比重儀測(cè)定泥漿稠度指標(biāo)符合要求。

3.10 灌注水下混凝土

灌注混凝土前應(yīng)將所用灌注機(jī)具如，吊斗、漏斗等準(zhǔn)備好；混凝土的水灰比控制在規(guī)范要求之內(nèi)，塌落度控制在16～20 cm。施工配合比根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的配合比進(jìn)行；灌注過程中要堅(jiān)守在施工現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)作好混凝土試件的取樣工作，并控制、檢查混凝土質(zhì)量；灌注混凝土之前，要檢查灌注樁的沉淀層厚度，沉淀層厚度控制在樁徑在設(shè)計(jì)規(guī)定范圍內(nèi)，超出規(guī)定值時(shí)應(yīng)進(jìn)行二次清孔，保證孔底位置的沉墊層厚度滿足要求[1]；混凝土澆筑時(shí)的入孔溫度需高于5攝氏度，不得使用不符合要求的混凝土；首批混凝土灌注時(shí)應(yīng)保證孔底與導(dǎo)管下口的距離在50 cm左右，同時(shí)保證導(dǎo)管埋進(jìn)混凝土的深度在1~6 m之間。灌注開始后應(yīng)盡量避免中斷情況，且盡量減小導(dǎo)管拆除的時(shí)間；為確保樁頂質(zhì)量，樁頂加灌1 m左右的樁頭。技術(shù)人員根據(jù)護(hù)筒頂標(biāo)高計(jì)算出砼頂面標(biāo)高，并向施工人員交底；混凝土澆筑完成后應(yīng)用掏渣桶掏出頂部樁頭混凝土，掏完后的混凝土頂面高出樁頂標(biāo)高1 m，灌注的同時(shí)指定專人負(fù)責(zé)填寫混凝土灌注記錄；通過泥漿槽或泥漿泵將溢出的泥漿引入泥漿池內(nèi)，避免造成環(huán)境污染，且能夠重復(fù)利用?；炷凉嘧⒅翗俄敃r(shí)，可以通過提高灌注點(diǎn)的方法增大混凝土的灌注壓差方便灌注。最終混凝土的灌注高度應(yīng)高于設(shè)計(jì)要求1 m。

3.11 鑿樁頭、樁基檢測(cè)

對(duì)于混凝土檢測(cè)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的，須進(jìn)行清除；對(duì)于浮漿須截掉；混凝土樁頭的高度應(yīng)超過設(shè)計(jì)規(guī)定的100 cm，超出100 cm的部分應(yīng)進(jìn)行截?cái)?，?yīng)保證其表面干凈平整；所有灌注樁下一步施工前均應(yīng)作樁基檢測(cè)，樁身要連續(xù)、均勻，無縮徑、斷層或夾層，樁基檢測(cè)采用聲波檢查，鋼筋籠制作時(shí)預(yù)埋聲測(cè)管，樁基完成后要進(jìn)行取芯試驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行下一步施工。樁底沉渣要滿足設(shè)計(jì)要求，鑿除樁頭預(yù)留部分后無殘余松散層和薄弱混凝土層。確認(rèn)質(zhì)量合格后方可進(jìn)行下一步施工。

4 水下灌注混凝土安全事故及原因

鋼筋籠上浮。鋼筋籠上浮的情況主要是由于混凝土澆筑接近底部時(shí)的速度過快。為避免此類現(xiàn)象，在灌注至底部時(shí)，應(yīng)減緩混凝土的澆筑速度；初灌未封底。初灌未封底的主要現(xiàn)象是樁底有較多的沉渣，影響反漿正常進(jìn)行，或者導(dǎo)管末端離孔底部距離過長(zhǎng)，初灌量無法埋住導(dǎo)管。此類現(xiàn)象的主要原因是檢查不夠認(rèn)真，沒有進(jìn)行細(xì)致的清孔或二次清孔[2]；導(dǎo)管堵塞。導(dǎo)管堵塞影響混凝土的正常澆筑，此類現(xiàn)象主要是由于灌注時(shí)過長(zhǎng)，導(dǎo)管上部的混凝土出現(xiàn)初凝，且隨著灌注時(shí)間的增長(zhǎng)泥漿中殘?jiān)掷m(xù)沉淀，使混凝土表面的沉淀物不斷加厚；灌注時(shí)導(dǎo)管拔出。此類現(xiàn)象主要有兩種原因：導(dǎo)管堵塞時(shí)通過上下提振法強(qiáng)迫混凝土流出，但若導(dǎo)管埋深較淺，容易出現(xiàn)導(dǎo)管拔出現(xiàn)象；對(duì)于混凝土澆筑高度無法準(zhǔn)確判斷，從而在卸載時(shí)過多提高導(dǎo)管，也可能使導(dǎo)管拔出混凝土表面[3-4]；導(dǎo)管被卡死或斷開。此類現(xiàn)象主要是由于導(dǎo)管的埋深過大或澆筑時(shí)間過長(zhǎng)，使孔內(nèi)的混凝土流動(dòng)性變差，從而使混凝土內(nèi)的導(dǎo)管與混凝土接觸力增大難以拔出或直接斷裂。因此，在混凝土灌注過程中應(yīng)該控制導(dǎo)管的埋置深度；樁身有夾渣、夾泥、蜂窩。此類現(xiàn)象主要是由于混凝土灌注過快，因此在灌注過程中應(yīng)時(shí)刻灌注混凝土表面的上升高度，根據(jù)實(shí)際情況確定導(dǎo)管拆卸時(shí)間。

5 結(jié)語

依托工程背景對(duì)公路橋梁水下鉆孔灌注樁的施工技術(shù)進(jìn)行了討論并對(duì)可能發(fā)生的事故進(jìn)行分析及簡(jiǎn)要解決措施，主要結(jié)論有：水下混凝土灌注的每個(gè)步驟應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢查、操作，如控制埋置深度、關(guān)注灌注過程中的混凝土上升高度、清孔與二次清孔的細(xì)致程度等，每一個(gè)步驟的疏忽都可能造成灌注混凝土樁出現(xiàn)事故。