南四湖二級壩除險加固工程溢流壩交通橋鉆孔灌注樁質量控制

葉成威 方明耀

一、工程簡述

南四湖二級壩除險加固工程溢流壩交通橋位于溢流壩堰頂上方，順壩向長度為400.0m，橋面汽車荷載等級為公路-Ⅰ級，橋面高程為38.50m，橋面總寬為12.0m，行車道寬度為9.0m，交通橋共20 跨，單跨跨度為20.00m，采用裝配式后張法預應力混凝土簡支空心板梁橋。基礎均為C30 混凝土鉆孔灌注樁，橋墩設計樁徑1.8m 灌注樁38 根，樁長26.8m；橋臺設計樁徑1.2m 灌注樁8 根，樁長18.0m。根據(jù)地質報告主要地質情況為：面層～31.6m 淤泥質壤土；31.6～29.2m 粘土；29.2～26.7m 重粉質壤土；26.7～14.7m 中粉質壤土；14.7m 以下為重粉質壤土。

二、材料籌備、施工設備選型

（一）原材料選擇與籌備

為確保工程質量，考慮周邊原材料市場供應情況，施工單位選擇向商品混凝土公司購買混凝土攪拌和運輸服務?；炷猎牧弦约巴饧觿┤坑墒┕挝毁徺I并運送至商品混凝土公司倉庫單獨存放，使用時由施工單位派人監(jiān)督使用，防止未經(jīng)施工單位檢驗和監(jiān)理簽認的原材料投入到工程中。水泥、鋼筋經(jīng)建管、監(jiān)理、施工三方考察認定使用“中聯(lián)”水泥、“山東萊鋼”鋼筋。

護壁泥漿采用膨潤土、優(yōu)質粘土拌制。

（二）施工設備選型

灌注樁施工設備的選擇對能否保證施工質量以及功效的高低起著至關重要的作用。選擇合適的施工設備是實現(xiàn)質量控制的首要條件。泥漿護壁回旋鉆成孔灌注樁的施工設備主要包括成孔的鉆機、泥漿循環(huán)設備、鉆桿、鉆頭與保徑圈，成樁的導管、料斗、球塞、混凝土拌制與輸送設備。

根據(jù)設計指標及現(xiàn)場場地，并經(jīng)建管、監(jiān)理考察，施工單位試選國峰250 車載式鉆機和DFH-300B 作為本工程的主要鉆機機型。國峰250 鉆機參數(shù)為：發(fā)電機功率75kW；鉆頭最大直徑2500mm，最大深度≤300m；動力頭轉速9r/min；動力頭扭矩20000kN·m；砂石泵流量600m3/h，揚程40m，功率37kW；泵吸式反循環(huán)排渣；鉆桿螺紋連接1948mm×2m；鉆塔高6m；整機外形9m×2.4m×3.3m；整機重15t。鋼筋籠吊裝選擇25t 汽車吊；電焊機采用30kVA。

三、試驗樁選擇及成果

為有效地檢驗鉆孔灌注施工設備及施工工藝的可靠性，在全面開展施工前必須進行試驗性鉆孔、灌注等工藝。通過試樁可以驗證地質資料與實際地質是否相符、樁基施工工藝、灌注工藝和鉆機是否合理，以及推測拌和站的混凝土供應能力，以便在施工中進行改進。

溢流壩交通橋共46 根灌注樁，線型布置，范圍在20m×20 跨=400m 內。根據(jù)地質報告以及建管、設計、監(jiān)理、施工四方會議商定，選擇具有普遍代表性的19#樁進行試驗性施工。

試樁前施工單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況及試驗目的編制了《鉆孔灌注樁成孔工藝試驗方案》，并報項目監(jiān)理部進行審核批復。

施工單位首先采用反循環(huán)鉆機國峰250 進行試鉆，施工至地下4m，土層中含砂量迅速增加，為確保施工質量防止塌孔，經(jīng)研究施工單位立即改用正循環(huán)DFH-300B 鉆機。成孔后，19#樁孔參數(shù)如表1。

表1 19#樁孔參數(shù)表

四、施工組織與質量控制

（一）場地布置及施工準備

溢流壩交通橋位于溢流壩堰頂，東西向布置。因溢流壩堰頂被國道（G518）借用，是湖東湖西唯一交通道路，且有二級壩內貨運碼頭，交通流量非常大。施工單位在堰頂南側修建了導行道路，對灌注樁施工區(qū)域進行封閉隔離。

施工單位充分考慮場內空間和施工便利情況，布置2 臺套鉆機，分別在9#、38#樁同時向中間陸續(xù)進占施工。泥漿池全部布置在堰頂北側鋪蓋位置，泥漿池大小根據(jù)灌注樁設計混凝土量4 倍（灌注樁68m3×4=約272m3）以及重復利用和沉渣清理情況考慮，泥漿池設置為15m×20m×1.2m=約360m3。

因溢流壩堰頂兼顧車輛通行，經(jīng)多次加固維修后，現(xiàn)存表層為鋼筋混凝土厚45cm，下部以漿砌石為主，厚約0.6～0.8cm。鉆機就位前以樁位坐標為圓心破除半徑1.2m 范圍內的鋼筋混凝土和漿砌石，經(jīng)人工清理后埋設高2.0m 鋼護筒。鋼護筒壁厚4mm，直徑為2.0m，埋設時必須高出地面30cm，防止異物掉入樁孔，四周空隙處用粘土分層回填密實，防止穿孔。鋼護筒埋設過程必須經(jīng)常復核其中心位置與樁位重合，偏差不應超50mm，垂直度不應超1%。

鉆機就位后，底座和頂部要平穩(wěn)，先利用水準尺對轉盤進行粗平，調平后用水準儀檢測頂面是否水平；鉆機頂部起吊滑輪緣、轉盤中心和樁位中要求在同一鉛垂線上，偏差不得大于20cm。

（二）鉆孔施工

開鉆前施工單位需書面上報監(jiān)理工程師，申請開鉆施工，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查復核鉆頭定位、轉盤平整度、泥漿制備情況、泥漿檢測設施、人員等合格后，方可正式開鉆施工。

開鉆時必須慢速鉆進，鉆頭全部進入地層后，方可逐步加速鉆進。鉆進過程中需時刻注意泥漿的比重和含沙率變化，根據(jù)變化情況確定添加粘土或清水，并根據(jù)地質報告判斷鉆頭進入何種地質情況，預判后續(xù)可能遇到情況。因故停鉆時，應保持筒內水頭大于護筒外水頭，且泥漿的比重及粘度要符合護壁要求以防塌孔、縮頸。

在溢流壩交通橋灌注樁鉆孔施工過程中，遇到以下2 種特殊情況：

1.孤石

13#樁孔施工至地表下6.4m（高程約為+27.7m）時，鉆頭產(chǎn)生劇烈震動，無法進鉆。施工作業(yè)人員立即匯報至現(xiàn)場管理人員和監(jiān)理，經(jīng)建管、監(jiān)理、施工、作業(yè)人員會商，根據(jù)表狀初步判斷為小塊孤石，進入孔壁約1/4，可采用高轉速低進尺，使鉆機不產(chǎn)生劇烈震動為準，施鉆過程中適當增加泥漿比重。經(jīng)過約10小時的施鉆，孤石被磨移，影響進尺段有2.4m。為防止偏斜，建議在該段提升一次鉆頭，并進行復鉆一次。

2.砂層

根據(jù)地質報告，當28#、29#樁孔施工至地表下約8m（高程約為+26.1m）時遇到砂層，地質報告中表述該砂層為中粗砂或砂混壤土。作業(yè)人員感覺觸碰到砂層時，立刻停鉆進行含砂量檢測，經(jīng)檢測確認進入砂層后，立即調整泥漿比重為≥1.14g/cm 和粘度19～28Pa·s。為防止塌孔和縮頸，泥漿比重和粘度將保持至混凝土灌注。在砂層中鉆孔進占時，一定要放緩進尺速度和漿液高度，確保泥漿護壁效果。

成孔后，監(jiān)理工程師需立即對孔深、孔徑（不小于設計孔徑）、傾斜度（小于1.0%）進行檢測，判斷是否達到設計要求，禁止用超鉆來代替孔深。

鉆桿測量孔斜法：將帶有鉆頭的鉆桿放入孔內封底，在孔口處的鉆桿上裝一個與孔徑或護筒內徑一致的導向環(huán)，使鉆桿保持在樁孔中心線位置。然后采用帶有扶正圈的鉆孔測斜儀對鉆桿進行分點測斜，并將測得的各點數(shù)值在坐標儀上描點作圖，即求得樁孔的偏斜值。

孔底標高=實測孔深（測繩測量或鉆桿）+地面標高

（三）清孔

經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗合格后，立即進行第一次清孔。本工程采用反循環(huán)鉆孔，對清孔較為有利，對沉渣清除較快速、干凈。

終孔后，將鉆頭提至距孔底的0.2～0.3m 處，使之空轉，將殘存在孔底的鉆渣吸出；必要時投入適量純堿以提高泥漿比重和膠結能力，使沉渣排出孔外。一般第一次清孔時間為30～60min 為宜。

因鋼筋籠吊裝及導管安裝需一定時間，為防止該段時間內產(chǎn)生的沉渣超出設計及規(guī)范要求，導管安裝完成后必須進行沉渣和泥漿比重檢測，如需等待混凝土到位時間，必須開展二次清孔。

（四）鋼筋籠制作與吊裝

根據(jù)施工單位施工經(jīng)驗，本工程按整節(jié)鋼筋籠制作完成后，其整體鋼度較大，可采用單根單節(jié)吊裝，既能保證鋼筋籠的焊接質量，又可方便施工，并能提高施工進度。制作φ12cm 厚3cm 中心帶孔的混凝土餅，在主筋外側每2m 設置一道，每道裝4～5 個，既能保證鋼筋籠保護層厚度，又可方便鋼筋籠下滑。其他鋼筋籠按設計和規(guī)范要求進行制作焊接。鋼筋籠制作完成后，必須經(jīng)監(jiān)理工程師檢查驗收，合格后進行聲測管安裝。

聲測管現(xiàn)有較成熟的成品，連接采用多道“O 型”橡膠圈密封，質量可靠，安裝方便。聲測管安裝固定后必須進行注水加壓，檢驗端頭、連接部位的密封性，加壓過程中如有滲水需拆除重新連接安裝，并檢查密封圈和聲測管是否受損，如有受損直接進行更換，不建議修復使用。鋼筋籠放置時間較長時，在吊裝前對聲測管的密封性進行一次復檢。

鋼筋籠吊裝采取四吊點法整籠吊裝，1 號吊鉤牽引直徑16mm 可滑動鋼絲繩為兩個吊點。2 號吊鉤牽引吊裝扁擔（扁擔鋼絲繩同為16mm）為兩個吊點。吊裝時1 號吊鉤和2 號吊鉤先同時起吊上升，待鋼筋籠達到約為鋼筋籠一半長度高度時停止起吊，然后2 號吊鉤緩緩上升到鋼筋籠呈約30 度夾角時，1 號吊鉤緩慢下降到2 號吊鉤鋼絲繩稍微松弛，然后重復上述動作直至鋼筋籠完全豎直，此期間嚴禁出現(xiàn)兩吊鉤配合不默契出現(xiàn)的鋼筋籠變形現(xiàn)象。

為防止起吊過程中鋼筋籠發(fā)生偏轉碰撞，對鋼筋籠質量產(chǎn)生影響或發(fā)生安全事故，鋼筋籠兩頭必須綁上斜拉安全繩，在鋼筋籠未豎直前，不得解除斜拉安全繩。

鋼筋籠吊裝到位后，應檢查鋼筋籠中心孔位偏差（參考鉆孔偏差不應大于5cm），在鋼筋籠保護層允許的條件下，盡量進行調整。

（五）導管選擇和安裝

導管在工地上首次使用時，需進行地面試裝，并進行試壓試驗，合格后進行編號及標尺標注。溢流壩交通橋灌注樁經(jīng)試配選用φ300mm 口徑，壁厚5mm，管節(jié)長2m，漏斗下加配節(jié)長1.0m 和0.5m 導管。導管每次使用時必須檢查內壁是否干凈順滑，防止隔水球塞通過受阻。

鋼筋籠就位并檢驗合格后，需立即下導管。導管安裝要求連接牢固、嚴密，導管應位于孔位中央，灌注前應進行升降試驗；灌注首批混凝土時，導管下口距孔底的距離一般在30～40cm 為宜。

（六）混凝土水下灌注

灌注前需確定首灌料料斗容量，按設計指標及現(xiàn)場實際施工高程計算：

式中：

V—灌注首批混凝土所需數(shù)量（m3）；

D—樁孔直徑（m）；

H1—樁孔底至導管底端間距，一般為0.4m；

H2—導管初次埋置深度（m）；

d—導管內徑（cm）；

h1—樁孔內混凝土達到埋置深度H2時，導管內混凝土柱平衡導管外（或泥漿）壓力所需的高度，即h1=HW×RW/RC；

HW—井孔內水或泥漿深度（m）；

RW—井孔內水或泥漿重度（kN/m3）；

RC—混土拌合物重度（24kN/m3）；

V=π×1.82/4×（0.4+1.0）+π×0.32/4×26.1×1.05/2.4=4.37m3。

灌注前導管口必須塞放隔水栓（球），防止灌注過程中導管內泥漿與混凝土混合，造成離析、斷樁等質量事故發(fā)生。當首批混凝土在料斗中方量大于4.37m3時，快速釋放隔水栓（球），混凝土依靠自身重力快速滑入孔底，并將導管出口掩埋。首批混凝土拌制時，可適當增加水泥和黃砂使用量，提高混凝土坍落度，使混凝土能快速包裹導管出口，可提高灌注質量。

首批混凝土在料斗內迅速下降時，后續(xù)混凝土即可持續(xù)傾倒進料斗，形成連續(xù)灌注。在灌注過程中，導管的埋深一般不宜小于2m 或大于6m；灌注速度較快，導管較堅固，并有足夠的起重能力時，導管埋深可以適當加大埋深?；炷凉嘧⑺俣瓤刂圃诨炷脸跄龝r間以內的同時，必須合理地加快灌注速度，這對提高混凝土的灌注質量十分重要。

在混凝土快速灌注過程中，必須時刻注意鋼筋籠是否因混凝土灌注過快造成上浮。此時要立即采取措施，放慢混凝土的澆筑速度，反復地用鉆機上的卷揚機“慢提快落”導管，即慢慢地將浮出的鋼筋籠子帶回澆筑的混凝土中。復位后，調整導管，減小導管埋深，并在鋼筋籠口增設配重。

為確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上灌一定高度，可按孔深、成孔方法及清孔方法確定，本工程取1.2m。

當混凝土灌注到樁長2/3 時，可按照現(xiàn)使用混凝土量，估算后段樁長所需混凝土量，并且初步計算該樁的充盈系數(shù)?；炷脸溆禂?shù)能間接反映該樁的質量，鉆孔灌注樁充盈系數(shù)不得小于1.10，理想狀態(tài)在1.15，有砂層或孤石時充盈系數(shù)略大，當充盈系數(shù)小于1.0 時，即可認定為廢樁。溢流壩交通橋46 根灌注樁充盈系數(shù)最小1.10，最大1.45。

（七）灌注樁質量檢測

溢流壩交通橋施工單位委托安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院分2 批次進行超聲波檢測，經(jīng)測定46 根灌注樁全部為Ⅰ類樁；隨機抽取5 根樁基進行高應變動測，經(jīng)檢測單樁承載力全部滿足設計要求■