超長鉆孔灌注樁的施工方法及質(zhì)量控制

張 亮 山西建設(shè)投資集團(tuán)有限公司

1 前言

灌注樁工藝指的是，在實(shí)際施工現(xiàn)場通過專業(yè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行鉆孔、鋼管擠土或者動(dòng)用人力資源對(duì)土地進(jìn)行挖掘等施工手段，對(duì)市政地基土進(jìn)行成樁打孔，并在樁孔內(nèi)放置鋼材導(dǎo)管、鋼筋籠，再將混凝土泥漿灌入其中做成樁柱，根據(jù)成孔的方式方法的差異，灌注樁分成沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾種類型。由于灌注樁是在水下進(jìn)行的盲工工藝，無法進(jìn)行勘探與檢測，一旦任何一個(gè)工藝環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，將直接導(dǎo)致工程質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，影響工期，甚至?xí)斐山?jīng)濟(jì)損失和安全隱患，所以必須將鉆孔過程和水下混凝土泥漿灌注過程中出現(xiàn)的工程質(zhì)量問題在源頭遏制住，保證灌注樁施工的完成質(zhì)量，避免建設(shè)過程中出現(xiàn)安全隱患，提高建筑效率。

2 工程概況

朔州市開發(fā)路恢河大橋位于朔州市開發(fā)南路與恢河及北同蒲鐵路相交處，主橋?yàn)椋?×120m）鋼結(jié)構(gòu)拱形塔斜拉索橋，橋?qū)?1m，上跨北同蒲電氣化鐵路；引橋由三幅預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁和兩幅現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁匝道橋組成。

灌注樁工程造價(jià)總投入值高達(dá)4961 萬元，其全橋總長度為512m，橋梁建設(shè)構(gòu)成中鉆孔樁共有308 根，直徑為1.5m，最長樁有效長度達(dá)到87.15m，空樁6m～6.5m，總長93.65m。此橋區(qū)施工位置地質(zhì)情況復(fù)雜，土地上層淤積淤泥質(zhì)亞黏土約1cm厚，下層黏土層與砂性土層相間，土質(zhì)軟硬混雜，給橋梁建設(shè)與灌注樁基施工帶來非常大的難度，因此施工過程中需要控制的難點(diǎn)與重點(diǎn)為灌注樁基的施工[1]。

經(jīng)過無數(shù)技術(shù)工程人員不斷地對(duì)地質(zhì)環(huán)境探索、對(duì)數(shù)據(jù)分析與對(duì)實(shí)際工程的實(shí)踐探討，最終確定本橋的灌注樁基的工程采用的施工工藝，建設(shè)施工完成后并取得良好的工程質(zhì)量反饋，經(jīng)超聲波檢測本橋的灌注樁基全部達(dá)標(biāo)，符合Ⅰ類樁要求。

3 施工工藝及技術(shù)措施

3.1 施工工序及方法

主橋樁基的主要施工工序?yàn)椋孩俅罱ㄣ@機(jī)平臺(tái)，將鉆機(jī)在進(jìn)場前試運(yùn)轉(zhuǎn)，再進(jìn)行機(jī)械平臺(tái)搭建與安裝檢查。②測量定位，在施工前用全站儀對(duì)灌注樁位放樣定點(diǎn)，測出樁位，釘上木樁，標(biāo)記復(fù)核。③埋設(shè)護(hù)筒，控制好護(hù)筒板厚度與高度，運(yùn)用大于鉆頭100mm 的護(hù)筒，并且為了加強(qiáng)護(hù)筒強(qiáng)度在其外側(cè)進(jìn)行包裹式加焊，并確保其位置準(zhǔn)確，再進(jìn)行挖坑埋設(shè)[2]。④鉆機(jī)就位、泥漿配制，將鉆機(jī)就位，保證其平穩(wěn)再進(jìn)行內(nèi)部調(diào)整，并開始進(jìn)行混凝土泥漿的配置與拌合。⑤鉆孔，借鉆頭沖力進(jìn)行鉆孔。⑥成孔，并檢測孔深。⑦清孔，清除孔底沉渣，并進(jìn)行孔徑、孔深、垂直度的檢驗(yàn)。⑧安裝鋼筋籠和導(dǎo)管，安裝鋼筋籠要進(jìn)行吊放并下設(shè)導(dǎo)管。⑨二次清孔。⑩澆筑混凝土灌注。

3.2 施工過程

主橋的施工過程主要根據(jù)施工工序進(jìn)行環(huán)環(huán)操作，每一環(huán)都不能出半分紕漏，具體施工過程如下。

（1）搭設(shè)鉆機(jī)平臺(tái)。此時(shí)，應(yīng)注意不同的施工地質(zhì)運(yùn)用不同的平臺(tái)搭建方式。在陸地上將紅黏土填筑整平碾壓后作為鉆機(jī)平臺(tái)。在水中采用鋼樁作為鉆孔施工作業(yè)平臺(tái)。

（2）測量定位。鉆孔灌注樁在橋梁中使用時(shí)應(yīng)呈單排行列排開分布，鉆孔的位置偏差范圍不得大于50mm[3]?，F(xiàn)場施工人員以二級(jí)加密控制點(diǎn)為基準(zhǔn)運(yùn)用全站儀進(jìn)行直接施工放樣，再用混凝土對(duì)布設(shè)的護(hù)樁進(jìn)行加固，并控制護(hù)筒埋設(shè)。

（3）埋設(shè)護(hù)筒。本次建設(shè)的護(hù)筒均為鋼材建制，用6mm的鋼板先分節(jié)卷制，在進(jìn)行焊接，其內(nèi)徑要大于樁徑，總長度大于4m，陸上護(hù)筒長度2m，水中大于等于3m[4]。挖坑埋設(shè)后，為避免在鉆孔過程中出現(xiàn)樁孔坍塌以及沉降等問題，務(wù)必將護(hù)筒周圍用土夯實(shí)。

（4）鉆機(jī)就位、泥漿配制。將本橋梁建設(shè)所用的機(jī)械為宇通360 旋挖機(jī),鉆機(jī)要平穩(wěn)，保證其在鉆進(jìn)作業(yè)中不得產(chǎn)生位移與沉降[5]。安裝調(diào)整完成后，再用專業(yè)精密儀器進(jìn)行校驗(yàn)。

（5）鉆孔與成孔。由于此處橋梁修建出表面土層土質(zhì)疏松，在鉆機(jī)進(jìn)行工程作業(yè)前，先將黏土大量加入護(hù)筒中，然后再注入泥漿或是清水，借用鉆頭自身的沖力將泥膏與砂石擠向孔壁，用以對(duì)孔口的加固。在開鉆時(shí)速度要慢，等待鉆頭全部進(jìn)入地層后，再將鉆進(jìn)的速度加快。在此全過程中，必須加強(qiáng)泥漿護(hù)壁，并且切記，在不同的地質(zhì)進(jìn)行鉆孔工程前要制定不同的技術(shù)參數(shù)。成孔之后，要將鉆孔深度，鉆孔質(zhì)量等進(jìn)行檢測。

（6）清孔。此次清孔為第一次清孔，在鉆孔深度與成孔質(zhì)量符合相應(yīng)的規(guī)范要求后，經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，對(duì)鉆孔進(jìn)行立即清理排渣，此時(shí)要注意孔內(nèi)水頭以防坍孔。在清理完成后，要用監(jiān)控儀對(duì)樁孔進(jìn)行合格檢測，并請(qǐng)監(jiān)理工程師進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)。

（7）安裝鋼筋籠和導(dǎo)管。由于鋼筋籠較長，其應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙制作尺寸，并分段加工，接頭采用單面搭接焊的焊制工藝進(jìn)行連接，只有將其驗(yàn)收合格，才被允許投入建設(shè)工程中安裝與使用。而導(dǎo)管的下設(shè)采用螺紋連接，其每節(jié)節(jié)長0.5m～3m，最下端節(jié)長為3.8m[6]。導(dǎo)管在水下混凝土注灌使用前必須進(jìn)行編號(hào)，在安裝時(shí)要進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便在施工后可以進(jìn)行精確的計(jì)算，并進(jìn)行承壓試驗(yàn)與抗拉實(shí)驗(yàn)，以保證導(dǎo)管的狀態(tài)良好。

（8）在導(dǎo)管下設(shè)安裝完成后，即可利用導(dǎo)管對(duì)鉆孔進(jìn)行二次清理，在澆筑混凝土前，鉆孔內(nèi)的泥漿性能必須符合規(guī)范要求。

（9）澆筑混凝土。在此市政施工中混凝土的設(shè)計(jì)制定為C35 水下灌注混凝土，由經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后，進(jìn)行混凝土與其他物質(zhì)按混合比例進(jìn)行集中拌制，再用商砼運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。在其到達(dá)現(xiàn)場后，先檢查其合格程度，不符合要求，不予使用。在首批混凝土泥漿灌注時(shí)，應(yīng)對(duì)導(dǎo)管至孔底的距離進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)范圍控制在20cm～40cm之間，根據(jù)其他相關(guān)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密計(jì)算后，再進(jìn)行連續(xù)注灌。

4 施工中易發(fā)生事故的處理方法及預(yù)防措施

4.1 導(dǎo)管進(jìn)水

在施工過程中，很有可能發(fā)生導(dǎo)管進(jìn)水的狀況。例如，首批灌入混凝土儲(chǔ)量不夠、導(dǎo)管底口距離過大、導(dǎo)管連接不嚴(yán)密、導(dǎo)管提升過猛等，都可能直接導(dǎo)致導(dǎo)管中涌入泥水，影響工程質(zhì)量[8]。為避免導(dǎo)管進(jìn)水的情況發(fā)生，要在事前采取相應(yīng)的預(yù)防措施，萬一在實(shí)際施工中發(fā)生此類情況，要立即查明事故原因，并采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

若是首批灌入混凝土不夠或是導(dǎo)管底口距離過大，應(yīng)立即將導(dǎo)管提出，將灌入的混凝土等攪拌物清理出來，再重新放入導(dǎo)管，下入首批混凝土，再重新灌注，如不得已時(shí)，可將鋼筋籠拉出，反復(fù)清理。若是導(dǎo)管連接不嚴(yán)密或?qū)Ч芴嵘^猛導(dǎo)致的導(dǎo)管進(jìn)水，應(yīng)視情況而定，可將導(dǎo)管拔換，重新下管。

4.2 卡管

在對(duì)鉆孔進(jìn)行灌注施工時(shí)，有時(shí)混凝土?xí)趯?dǎo)管中卡滯，下不去，此情況稱為卡管。其有兩種成因：其一，在最初灌入時(shí)隔水栓卡管或是混凝土本身流動(dòng)性不強(qiáng)。此類解決方案可以對(duì)導(dǎo)管用儀器震動(dòng)的方式使其掉落，如若還不能解決，將導(dǎo)管和灌入其中的混凝土一同拔出進(jìn)行修理，再重新安裝和灌注。再拔出時(shí)應(yīng)注意鉆孔的清潔程度與人員安全。其二，機(jī)械發(fā)生故障或最初灌注混凝土已經(jīng)進(jìn)行初級(jí)凝固，這時(shí)應(yīng)檢修灌注機(jī)械，準(zhǔn)備備用機(jī)械的替換，必要時(shí)在首批混凝土中摻入緩凝劑用以延遲凝固時(shí)間。

4.3 坍孔

在灌注過程中，如果發(fā)現(xiàn)忽然之間孔中的泥漿向上翻涌并溢出護(hù)筒，又伴隨著氣泡冒出忽然發(fā)生沉降，這時(shí)應(yīng)快速用測深儀探頭進(jìn)行坍孔探測。若測深儀探頭被掩埋無法拉出，或是無法達(dá)到原來的深度，皆可證實(shí)坍孔現(xiàn)象發(fā)生。其原因可能是護(hù)筒腳周圍不夠堅(jiān)固，壓強(qiáng)不平衡，以及護(hù)筒周圍承受重物壓力，或是機(jī)械振動(dòng)等原因?qū)е侣┧?。在狀況發(fā)生后，應(yīng)立即查明原因，防止繼續(xù)塌孔。

例如，移除重物、加大水頭量、應(yīng)對(duì)振動(dòng)措施等。然后用吸泥泵將坍塌在孔中的泥土吸出，如果沒有繼續(xù)坍塌，可恢復(fù)正常的灌注施工。萬一仍是繼續(xù)坍孔，并且坍孔的部位比較深，這時(shí)應(yīng)將導(dǎo)管拔出，將混凝土用鉆頭鉆開清出鉆孔，同時(shí)將鋼筋籠一并抓出，只保留原有的孔位再將砂礫與黏土混合進(jìn)行回填，等待回填坑內(nèi)的土質(zhì)沉實(shí)，達(dá)到重用標(biāo)準(zhǔn)后，方可重新鉆孔繼續(xù)成樁工程。

4.4 斷樁

斷樁的形成多為導(dǎo)管提拉太過導(dǎo)致的，施工人員在施工中應(yīng)在地表做好混凝土頂面的探測工作，保證導(dǎo)管的埋設(shè)在2m～6m 之間，如非特殊情況產(chǎn)生，不準(zhǔn)將導(dǎo)管拔出混凝土頂面。

4.5 縮徑

主橋的地質(zhì)土基層為軟土，且灌注樁長度過長，很容易形成鉆孔直徑萎縮，以防這一現(xiàn)象產(chǎn)生，應(yīng)做好一系列的控制措施。比如，在鉆孔施工中，鉆進(jìn)的速度不能過快，應(yīng)減少機(jī)械振動(dòng)，泥漿的濃度也應(yīng)該控制好不應(yīng)超過，或低于1.05～1.2 之間，并且鉆孔的鉆頭不應(yīng)小于樁孔的設(shè)計(jì)數(shù)值。

5 結(jié)束語

由于超長灌注樁深入地面幾百米，成品形狀與細(xì)長桿件形似，因此，既要保證成孔安全，又要保證樁孔垂直度以及成樁質(zhì)量，用一般的深度鉆孔灌注樁施工工藝無法滿足超長灌注樁的灌注要求。若要保證工程的安全質(zhì)量，不能只提高灌注樁工程施工工藝，還要將施工人員的職業(yè)素質(zhì)、專業(yè)化程度等加強(qiáng)，完善監(jiān)督管理機(jī)制與管理人員的管理水平，將工序控制與事前管理控制為主要工程管理手段，建立健全管理制度與管理方法，將動(dòng)態(tài)管理方式運(yùn)用到管理體系當(dāng)中，最終保證成樁質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。