淺談沖孔灌注樁的質(zhì)量控制在內(nèi)河高樁碼頭中的應(yīng)用

蔣丹

（長江武漢航道工程局，湖北 武漢 430014）

1 概述

1.1 工程概況

岳陽國際集裝箱碼頭二期工程位于岳陽港城陵磯港區(qū)，建設(shè)為4 個3000 噸級（兼顧5000 噸級）以集裝箱為主的多用途泊位。碼頭平臺長500m，寬30m，共13 個排架。碼頭結(jié)構(gòu)形式為高樁碼頭結(jié)構(gòu)，碼頭平臺樁基為鋼筋混凝土嵌巖灌注樁，嵌巖灌注樁樁身直徑1.6m，樁長20～29m，共317 根，混凝土澆筑總工程量約15000m3。

1.2 樁基施工地質(zhì)條件

碼頭施工作業(yè)平臺地處長江防洪大堤江側(cè)邊灘，覆蓋層由上至下主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉細(xì)砂和圓礫等組成，總厚7.9～21.4m，巖面標(biāo)高3.17～10.65m。樁基持力層為中風(fēng)化板巖，嵌巖深度4.5m～5.5m。嵌巖灌注樁施工現(xiàn)場圖如下：

圖1 嵌巖灌注樁施工現(xiàn)場

2 施工工藝流程及清孔

2.1 灌注樁施工工藝流程

本工程嵌巖灌注樁采用CZ-50 型沖擊鉆進(jìn)行沖孔施工，能滿足施工需要。嵌巖灌注樁施工工藝流程：平整場地→泥漿制備→埋設(shè)護(hù)筒→鋪設(shè)工作平臺→安裝機(jī)器設(shè)備并定位→沖孔→清孔并檢查成孔質(zhì)量→下放鋼筋籠→安裝灌注導(dǎo)管→第二次清孔→澆筑水下砼。

2.2 清孔

清孔方式采用換漿法正循環(huán)清孔。清孔原理：由泥漿泵將已配置好的泥漿經(jīng)過輸送管線將泥漿送至孔底，送至孔底的泥漿懸浮并攜帶孔內(nèi)鉆渣，再經(jīng)過鋼護(hù)筒溢漿口、溝槽流入循環(huán)溝、沉淀池，然后進(jìn)入泥漿池循環(huán)使用。

沖擊鉆沖孔達(dá)到設(shè)計土層底標(biāo)高后，進(jìn)行第一次清孔，主要對孔底以及懸浮在孔內(nèi)泥漿中的大量鉆渣進(jìn)行清除。經(jīng)第一次清孔完成，沉渣厚度符合要求后，及時下放鋼筋籠及灌注導(dǎo)管，下放完畢之后，再利用灌注導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔。第二次清孔完成，沉渣厚度及泥漿性能指標(biāo)符合要求后，再及時澆灌混凝土。

圖2 換漿法正循環(huán)清孔原理圖

3 施工場地布置、鋼筋籠制作下放

碼頭平臺灌注樁樁基中心橫向間距8.25m，縱向間距分別為3.22m、7.56m、8m。施工投入15 臺沖擊鉆同時進(jìn)行施工，樁基采用由一側(cè)向另一側(cè)間隔跳打的施工順序，盡量減少對附近的樁基成孔質(zhì)量的影響。因樁基密集，施工場地空間狹窄，并且要留出施工便道，附近難以開挖較大的泥漿池，甚至部分樁基泥漿池需要共用，泥漿沉淀池沉渣采用1.5m3挖掘機(jī)進(jìn)行隨時清理并外運。單排架樁基平面布置圖如下：

圖3 單排架樁基平面布置圖

本項目鋼筋籠數(shù)量多，受長江水位影響可施工時間少，工期緊。根據(jù)現(xiàn)場施工安排，鋼筋籠不采用分節(jié)制作、下放，就近整體制作，直接一次成型，節(jié)省下放鋼筋籠時在孔口進(jìn)行焊接或機(jī)械連接所消耗的時間，并減少施工便道被吊機(jī)占用較多時間。

鋼筋籠下放前，由專業(yè)測量人員在鋼護(hù)筒口放出樁中心，便于鋼筋籠順利下放。鋼筋籠下放由30 噸履帶吊協(xié)助完成，鋼筋籠下放至頂面接近鋼護(hù)筒口時，在鋼筋籠的加勁箍下橫穿兩根3m 的2［10 槽鋼使鋼筋籠固定。然后起吊2 根φ16(圓鋼)吊筋與整節(jié)鋼筋籠進(jìn)行連接，吊筋長度要經(jīng)過精確計算，以保證鋼筋籠頂能夠剛好下放至設(shè)計標(biāo)高，吊筋焊接完畢后，及時接長聲測管。聲測管連接好以后抽出槽鋼，下放鋼筋籠到設(shè)計標(biāo)高。沖擊鉆施工及鋼筋籠下放圖如下：

圖4 沖擊鉆施工

圖5 鋼筋籠下放

4 混凝土澆筑工藝

4.1 施工工藝

混凝土由罐車運至施工現(xiàn)場采用泵送進(jìn)行澆筑。當(dāng)進(jìn)行首灌混凝土澆筑時，澆筑時采用儲料斗進(jìn)行施工，儲料斗與導(dǎo)管直接連接。儲料斗方量必須大于首灌方量。澆筑過程中，混凝土由儲料斗經(jīng)導(dǎo)管下料，導(dǎo)管采用φ300 mm（內(nèi)徑）×δ8 mm的無縫鋼管制作、快速接頭連接，加工長度取1～5m 不等。

導(dǎo)管使用前在陸地上預(yù)拼，分節(jié)之間安裝O型密封圈法蘭連接，導(dǎo)管在使用前進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗。水密成壓試驗方法是把拼裝好的導(dǎo)管先灌入70%的水，兩端封閉，一端焊輸風(fēng)管接頭，輸入2300kp 的風(fēng)壓力，導(dǎo)管滾動數(shù)次，經(jīng)15 分鐘不漏水即為合格。導(dǎo)管內(nèi)過球應(yīng)暢通。符合要求后，在導(dǎo)管外壁用明顯標(biāo)記逐節(jié)標(biāo)明尺寸，導(dǎo)管應(yīng)配備總數(shù)20%～30%的備用導(dǎo)管。

4.2 混凝土澆筑

首批混凝土澆筑采用“拔塞法”，確保一次成功。儲料斗中的混凝土方量稍大于首灌方量，當(dāng)儲料斗裝滿混凝土量時，開始拔掉儲料斗底口的塞子，首灌混凝土澆注成功后，混凝土經(jīng)泵送直接向儲料斗提供混凝土，并不斷檢測澆注的混凝土面高度，防止導(dǎo)管埋深超過6m，當(dāng)接近6m 時，用吊車將儲料斗提升，從導(dǎo)管頂面拆除一節(jié)導(dǎo)管，使儲料斗高度適合澆注，但在提升時一定要保證導(dǎo)管埋深至少2m。如此循環(huán)直至澆注完畢。

首批混凝土灌注前進(jìn)行孔內(nèi)沉渣厚度的測定，沉渣厚度滿足要求后即可進(jìn)行首批混凝土的灌注，首批灌注混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導(dǎo)管底部的需要，首批混凝土澆筑量根據(jù)計算確定，公式計算：

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(dǎo)管底端間距，一般為0.4m；H2—導(dǎo)管初次埋置深度（m），按1m 考慮；d—導(dǎo)管內(nèi)徑（m）；h1—樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外（或泥漿）壓力所需的高度（m），即h1＝HwΥw/Υc；樁基樁徑為1.6m，Hw=30m（碼頭平臺樁長為20～29 米不等，取30 米計算），Υw=10KN/m，Υc=24KN/m，d=0.30m。h1=HwΥw/Υc=30.00×10/24=12.5m。

經(jīng)計算，首灌混凝土方量≥3.7m3，儲料斗里的混凝土方量要達(dá)到3.7m3以上。

5 施工質(zhì)量控制

5.1 嵌巖深度的判斷

判斷樁端是否達(dá)到持力層至關(guān)重要。判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）鉆孔深度與相鄰勘探孔反映的中風(fēng)化基巖層深度基本一致。

（2）現(xiàn)場孔底渣土樣與地質(zhì)勘查報告上的特征是否相吻合。

（3）鉆機(jī)(具)振動明顯加大，鉆進(jìn)很困難、鉆桿進(jìn)尺量很小。

5.2 測量控制

施工前，對鋼護(hù)筒埋設(shè)進(jìn)行垂直度檢測，垂直度滿足施工要求，豎向傾斜度不得大于1%。鋼護(hù)筒中心與樁基中心位置利用全站儀進(jìn)行復(fù)核，平面誤差不得大于50mm。樁基施打前，對沖擊鉆鉆頭進(jìn)行測量，鉆頭直徑宜比孔徑小20mm～60mm。用以沉渣厚度測量的鋼測繩必須通過鋼卷尺進(jìn)行校核，施工過程中定期進(jìn)行復(fù)核，滿足測量精度要求。如施工過程中如發(fā)現(xiàn)鋼測繩損壞，應(yīng)立即進(jìn)行更換。

5.3 鋼筋籠制作與下放

為防止鋼筋籠主筋及箍筋露筋，鋼筋籠四周均設(shè)置鋼筋保護(hù)層，保護(hù)層沿鋼筋籠主筋方向每隔2m 設(shè)置一道，保護(hù)層寬度均為0.057m，鋼筋籠直徑（含保護(hù)層）計算為1.566m。鋼筋籠沿豎向主筋方向若發(fā)生較大幅度彎曲，下放鋼筋籠時，會刮碰泥漿護(hù)壁，導(dǎo)致護(hù)壁泥皮甚至泥塊掉入孔底，難以清理。鋼筋籠簡易構(gòu)造圖如下：

圖6 鋼筋籠簡易構(gòu)造圖（尺寸mm）

施工現(xiàn)場鋼筋籠制作場地必須平整。鋼筋籠制作應(yīng)選擇地質(zhì)較硬的場地，經(jīng)挖掘機(jī)整平后，鋪墊10cm厚碎石整平后再進(jìn)行鋼筋籠制作，碎石整平標(biāo)準(zhǔn)為±20mm，有條件時可進(jìn)行硬化處理。鋼筋籠制作偏差如下表：

表1 鋼筋籠制作偏差表

鋼筋籠應(yīng)徐徐緩慢下放，下放時檢查鋼筋籠垂直度，直至下放完畢。嚴(yán)禁高起猛落，強(qiáng)行下放。若遇阻礙或異常情況應(yīng)立即停放，查明原因。下放過程中應(yīng)時刻注意孔內(nèi)水位變化。

5.4 清孔

終孔后，應(yīng)及時進(jìn)行清孔。鉆孔灌注樁采用二次清孔，在第一次清孔前，利用挖掘機(jī)將泥漿沉淀池底部的碎石以及細(xì)小顆粒清理一遍。在清孔時，泥漿從孔內(nèi)攜帶鉆渣多數(shù)能沉至泥漿池底部，可以減少泥漿池中的細(xì)小顆粒隨泥漿繼續(xù)循環(huán)進(jìn)入孔內(nèi)。在第一次清孔完成后，再次對泥漿池內(nèi)沉渣予以清除。

第一次清孔：成孔驗收完畢后，將鉆頭提離孔底30～50cm，注入優(yōu)質(zhì)泥漿，進(jìn)行正循環(huán)清孔，清孔到位后，及時停機(jī)提鉆，并下放鋼筋籠。

第二次清孔：鋼筋籠安裝完畢后，下放導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔，清孔過程中導(dǎo)管底口距離孔底30～50cm。整個清孔過程中，應(yīng)將泥漿相對密度控制在1.20～1.45，粘度19～28s，含砂率4%～8%，在確?？妆诜€(wěn)定的前提下進(jìn)行清孔。清孔標(biāo)準(zhǔn)：第二次清孔后沉渣厚度不超過5cm。

由于泥漿池狹小及泥漿內(nèi)沉渣難以沉淀等因素，綜合考慮在二次清孔前，在泥漿池與孔內(nèi)泥漿輸送導(dǎo)管之間增加濾砂器。經(jīng)過泥漿泵加壓的泥漿從進(jìn)漿口進(jìn)入濾砂器（筒）內(nèi)后，形成高速旋轉(zhuǎn)渦流，在離心力作用下，泥漿中的砂粒與泥漿分離，同時在重力和離心力雙重作用下向下析出，通過濾砂器（筒）底部的出砂口排出，達(dá)到漿砂快速分離的目的。分離析出砂后的泥漿，經(jīng)過濾砂器（筒）頂部的出漿口排出循環(huán)進(jìn)入孔內(nèi)。

第二次清孔完成后，報驗合格后，繼續(xù)保持泥漿循環(huán)清孔直至混凝土罐車到達(dá)施工現(xiàn)場，再及時安裝灌注料斗進(jìn)行澆筑混凝土。在清孔排渣時，應(yīng)保持孔內(nèi)水頭，防止坍孔。施工現(xiàn)場安排專人隨時對泥漿比重、泥漿粘度、泥漿砂率三大指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。

圖7 泥漿粘度檢測

圖8 泥漿砂率檢測

5.5 工序之間銜接緊密

灌注樁施工各工序之間應(yīng)盡量銜接緊密，工序之間盡可能縮短等待時間，尤其要縮短鋼筋籠下放時間及二次清孔驗孔合格等待首灌混凝土澆筑的時間，以免造成塌孔或孔底沉渣難以清理的情況。

沖孔灌注樁的可施工樁徑大，施工噪聲和振動較小，對周邊土層擾動小，適用的土層范圍廣。隨著碼頭規(guī)模和吞吐量的增加，沖孔灌注樁越來越被廣泛利用，而灌注樁施工過程中的質(zhì)量控制尤為重要，本文主要以岳陽城陵磯碼頭為例，用以指導(dǎo)后續(xù)類似項目的施工。