淺談某高速公路橋墩基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制

王金海

(湖南省交通科學(xué)研究院，湖南長沙 410015)

0 前言

樁基是一種歷史悠久而應(yīng)用廣泛的深基礎(chǔ)型式。在某些情況下，采用樁基可以大量減少施工現(xiàn)場工作量和材料的消耗。樁的施工法分為預(yù)制樁(沉樁)和灌注樁兩大類。依照成孔方法不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類。其中，鉆孔灌注樁的施工，因其所選護壁形成的不同，有泥漿護壁方式法和全套管施工法兩種。目前，鉆孔灌注樁已被廣泛應(yīng)用于橋墩基礎(chǔ)施工，具有施工簡單、易操作、速度快、承載力大等優(yōu)點。但在施工過程中工藝環(huán)節(jié)較多，有測量、機械操作、鋼筋加工、混凝土拌制和灌注等多種工作，技術(shù)含量高、影響因素多，一環(huán)不慎，便會有質(zhì)量事故發(fā)生，因而需要加強對施工準(zhǔn)備、成孔、清孔、下鋼筋籠、灌注水下混凝土等施工過程進行質(zhì)量監(jiān)控，采取各種有效預(yù)防措施，保證或提高鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量。本文結(jié)合某工程的具體應(yīng)用實例論述了其在施工過程中的質(zhì)量控制措施。

1 工程概況及地質(zhì)特征

本橋位于山谷境內(nèi)，沿線地勢陡峭，交通條件極為不便。橋梁斜跨越河溝，設(shè)計中心樁號Yk520+848，樁號 Yk50+694.96 ～ Yk51+001.04，全長306.08 m。設(shè)計為雙向四車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度80 km/h。

地質(zhì)勘探揭示橋位區(qū)粉質(zhì)黏土①、全風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r④－1承載力低、碎石②－1、②－2，塊石③承載力一般，但結(jié)構(gòu)松散，厚度小，分布不均勻，均不宜作為擬建橋梁墩、臺擴大基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)的地基持力層;強風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r④－2承載力較高，但節(jié)理裂隙發(fā)育，主要分布于陡斜坡地段，亦不宜作為擬建橋梁墩、臺擴大基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)的地基持力層。

本橋下部結(jié)構(gòu)為樁長10～20 m，樁基采用C25或C25水下混凝土。共有樁基35根，其中1.2 m直徑樁基有4根，1.3 m直徑樁基有31根。0#～14#樁基31根為鉆孔樁基礎(chǔ)，15#樁基4根為挖孔樁基礎(chǔ)。

2 鉆孔樁基施工

水下混凝土灌注樁的施工工藝流程如下:

鉆機就位→鉆孔→成孔質(zhì)量檢測→清孔→安裝鋼筋籠→安裝水下混凝土導(dǎo)管→清孔→灌注樁身混凝土→成樁質(zhì)量檢測。

2.1 鉆孔循環(huán)液

鉆孔采用泥漿循環(huán)液，泥漿由水、粘土(或膨潤土)和添加劑按適當(dāng)配合比研制而成。泥漿池、沉淀池和泥漿循環(huán)系統(tǒng)滿足鉆孔的需要，合理布置，泥漿不到處排泄，以免影響環(huán)境，鉆渣運輸?shù)街付ǖ奈恢?。泥漿池和沉淀池由機械或人工開挖而成，泥漿池四周圍防護網(wǎng)，泥漿在泥漿池內(nèi)拌制。根據(jù)不同地層出渣情況嚴(yán)格控制泥漿參數(shù)、鉆進速度。各地層泥漿性能指標(biāo)控制見表1。

泥漿性能指標(biāo)測定范圍及方法為:①相對密度用泥漿相對密度計測定;②粘度用標(biāo)準(zhǔn)漏斗粘度計測定;③含砂率用含砂計測定;④失水率(mL/30 min)用濾紙測定;⑤酸堿度用pH試紙讀出。

表1 泥漿性能指標(biāo)控制表

2.2 場地平整、鉆機就位

根據(jù)每根鉆孔灌注樁中心坐標(biāo)值及已知控制點坐標(biāo)值，計算出偏角及水平距離，采用極坐標(biāo)法，利用全站儀對樁位進行初次放樣，然后對場地進行平整夯實，將鉆機就位，鉆機安裝后的底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，在鉆進中不應(yīng)產(chǎn)生位移或沉陷。

2.3 鋼護筒

鉆機就位后，進行護筒的埋設(shè)，護筒埋設(shè)完畢后，用全站儀對中心點進行復(fù)核并予以調(diào)整。在后續(xù)的施工中，注意護樁的保護。鋼護筒采用鋼板卷制而成，護筒長度一般為2～4 m，具體情況依據(jù)現(xiàn)場情況而定，直徑宜大于樁徑20～40 cm。鋼護筒就位時要求護筒平面位置偏差小于5 cm，傾斜度偏差小于1%，護筒頂端要至少高出地面0.3 m。

2.4 鉆孔作業(yè)

鉆機就位，擺平對中，支墊要牢固，等泥漿輸入到孔內(nèi)一定數(shù)量后，方可開始鉆孔。鉆孔采用泥漿護壁，正循環(huán)開孔，反循環(huán)鉆進，開鉆時以低檔慢速正循環(huán)鉆進，鉆至護筒1 m以下并保證鉆頭和導(dǎo)向部位全部進入地層后改為反循環(huán)鉆進。在鉆孔過程中，應(yīng)經(jīng)常進行樁位復(fù)測，檢查孔徑、傾斜度以及鉆機平穩(wěn)程度，防止孔位偏斜。鉆進過程中根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整鉆進速度，并做好鉆孔記錄。當(dāng)遇到易坍層時，施工人員適時提高泥漿比重。當(dāng)鉆至設(shè)計標(biāo)高時，立即報請監(jiān)理工程師檢孔，包括孔位、孔深、孔徑、垂直度等。監(jiān)理工程師認(rèn)可后方可進行清孔等灌注前的準(zhǔn)備工作。鉆孔時要高度重視泥漿護壁，根據(jù)不同的地質(zhì)，泥漿指標(biāo)也應(yīng)調(diào)整，適時測泥漿密度、粘度、含砂率等主要指標(biāo)。鉆孔過程中，護筒內(nèi)的泥漿頂面，應(yīng)始終高出地下水位至少2.0 m以上。接長鉆桿時，應(yīng)先停止鉆進，將鉆頭提離孔底2.0 m左右，維持泥漿循環(huán)10 min以上，然后停泵接長鉆桿。鉆桿連接螺栓應(yīng)擰緊上牢，認(rèn)真檢查密封圈，防止接頭漏水漏氣。

2.5 成孔

待成孔后，及時對孔深、孔徑、垂直度進行檢查(具體指標(biāo)見表2)?？咨钣脺y繩測量，測砣的重量應(yīng)足以克服泥漿的浮力和摩阻力(測砣重量一般2.5 kg左右)，自檢合格后及時向監(jiān)理工程師報檢，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后，方可下放鋼筋籠，成孔檢查的各項指標(biāo)如表2。

表2 成孔檢查各項指標(biāo)表

2.6 下放鋼筋籠

1)鉆孔樁鋼筋籠加工采用長線胎模固定，分段用加勁骨架加強，鋼筋接頭采用焊接(具體參照業(yè)主要求執(zhí)行)。鋼筋籠采用匹配預(yù)制，節(jié)與節(jié)之間要編號安裝。

2)制作安裝時主筋接頭同一截面不能超過50%，同時確保主筋位置正確。

3)在鋼筋籠外側(cè)焊接導(dǎo)向鼻以確保鋼筋籠保護層厚度。

4)鋼筋籠起吊安裝時用專用的工具，防止鋼筋籠變形。

5)兩節(jié)鋼筋籠對接時，上下節(jié)中心線保持一致。鋼筋籠底部縱向鋼筋可稍微向內(nèi)彎折，起導(dǎo)向作用。

6)鋼筋籠安裝到位后要固定可靠，防止移位和上浮。

7)鋼筋籠安裝時應(yīng)對每一節(jié)超聲波檢測管進行檢查，并做水密試驗。聲測管要與鋼筋籠牢靠固定，防止移位。

8)鋼筋籠下放時，主要控制的是吊筋的長度，因為如果吊筋一旦算錯，長則設(shè)計鋼筋籠的底標(biāo)高沒有鋼筋;短則樁頂標(biāo)高地方?jīng)]有鋼筋。這類事故，雖然混凝土灌注的很連續(xù)，但是因為鋼筋而造成實際上的斷樁。鋼筋籠吊筋示意圖見圖1，具體計算公式如下:

式中:L為吊筋長度;Z護為護筒頂標(biāo)高;Z鋼為鋼筋籠頂標(biāo)高;Z1為樁頂標(biāo)高。

圖1 鋼筋籠吊筋計算圖

在實際中，因為考慮到在現(xiàn)場計算的方便，一般給的是設(shè)計孔深和樁長，所以更多的是用以下的公式來計算:

式中:Z2為樁底標(biāo)高;H為樁長。而Z護－Z2就是設(shè)計孔深，即h2，所以:

式中:h2為設(shè)計孔深。

因h2是現(xiàn)場必須鉆孔中必須有的數(shù)據(jù)，樁長一般為整數(shù)，h1也一般為1 m左右的一個固定值，故利用這個公式可以很方便的算出吊筋的長度，以上是理論吊筋的計算公式，在實際中一般在其后要加上個ΔL，ΔL就是護筒上平臺以及吊筋焊接時搭接的長度。最后:

式中:ΔL為平臺及焊接時搭接的長度。

9)鋼筋籠下放前及安裝后，應(yīng)加強檢測，其控制指標(biāo)如表3。

表3 鋼筋籠允許偏差值

2.7 下放導(dǎo)管

鋼筋籠下放完畢后報請監(jiān)理工程師檢查合格后方可開始導(dǎo)管的下放，水下混凝土灌注采用導(dǎo)管法，導(dǎo)管直徑為25 cm，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度為2.5 m，并配備2～3節(jié)1 ～1.5 m的短節(jié);導(dǎo)管使用前組裝編號，進行水密性、承壓試驗和接頭抗拉試驗，嚴(yán)禁用壓氣試壓，并編寫試驗報告。導(dǎo)管使用超過規(guī)范規(guī)定次數(shù)時應(yīng)重新試驗，確認(rèn)合格后方可繼續(xù)使用;下放導(dǎo)管時應(yīng)小心操作，避免掛碰鋼筋籠;導(dǎo)管按編號順序安裝，導(dǎo)管安裝長度要復(fù)核和檢驗。

2.8 清孔

導(dǎo)管下放完畢后進行二次清孔，清孔采用泥漿循環(huán)法，清孔完畢后泥漿指標(biāo)和沉渣厚度要符合要求，具體各項指標(biāo)見表4。清孔時，注意保持孔內(nèi)水位高出地下水位1.5～2.0 m，以防止塌孔。

表4 清孔檢查各項指標(biāo)表

2.9 水下混凝土灌注

清孔后，各項指標(biāo)自檢合格后報請監(jiān)理工程師檢查，檢查合格后，方可開始水下混凝土的灌注。

2.9.1 混凝土的配置和拌合

混凝土的原材料進場前，必須經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗合格后方可使用?；炷恋呐渲每刹捎没鹕交宜唷⒎勖夯宜?、普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，使用硅酸鹽水泥應(yīng)采取防離析措施。水泥的初凝時間不宜早于2.5 h，強度等級不宜低于42.5;粗集料宜優(yōu)先選用卵石，如采用碎石宜適當(dāng)增加混凝土配合比的含砂率。集料的最大粒徑不應(yīng)大于導(dǎo)管內(nèi)徑的1/6～1/8和鋼筋最小凈距的1/4，同時不應(yīng)大于4 cm;細(xì)集料宜采用級配良好的中砂;混凝土配合比的含砂率宜采用 0.4～0.5，水灰比宜采用 0.5～0.6。有試驗依據(jù)時含砂率和水灰比可酌情增大或減小?；炷敛捎迷诎韬险炯邪韬?，罐車運送至工地，拌合工程中，要嚴(yán)格按照已經(jīng)調(diào)試并審批通過的配合比拌合，以保證混凝土的質(zhì)量和外觀，混凝土灌注前要檢查其均勻性和坍落度等各項指標(biāo)，混凝土的坍落度一般為18～22 cm，只有符合要求的混凝土方可使用。

2.9.2 混凝土的灌注

1)首批混凝土。首批混凝土灌注前導(dǎo)管懸空宜控制在25～40 cm，首批混凝土的量要保證導(dǎo)管的埋置深度不小于1 m，首批混凝土方量的計算方法具體如下:

式中:V為首批混凝土所需數(shù)量，m3;Hw為孔內(nèi)水面到混凝土面的水柱高，m;D為樁孔直徑，m;d為導(dǎo)管內(nèi)徑，m;rw為井孔內(nèi)水或泥漿的容重，kN/m3;rc為混凝土的容重，kN/m3;h4為導(dǎo)管初次埋置深度，且h4≥1.10 m;h5為灌注前導(dǎo)管懸空，一般取0.4 m。

具體示意圖及其各符號代表意義如圖2。

圖2 水下混凝土灌注圖

2)灌注過程中，注意觀察導(dǎo)管內(nèi)混凝土面下降和孔內(nèi)水位升降情況，并及時測量孔內(nèi)混凝土面高度，核對每次灌注量和混凝土上升高度關(guān)系并做好記錄。

3)正常灌注時，導(dǎo)管埋置深度宜控制在4 m左右，不得超過6 m，并不得小于2 m。導(dǎo)管提升要緩慢，不得掛碰鋼筋籠。

4)混凝土灌注時，必須控制混凝土灌注速度，不宜過快或過慢?；炷恋竭_(dá)鋼筋籠底部以下約1 m時，適當(dāng)放慢灌注速度，減小混凝土的沖擊力，防止鋼筋籠上浮。當(dāng)混凝土上升到鋼筋籠底部以上4 m左右時，提升導(dǎo)管，使其底口高于鋼筋籠底部2 m以上，可恢復(fù)正常灌注速度。

5)灌注作業(yè)應(yīng)連續(xù)進行，保證整樁在混凝土初凝前灌注完成。

6)混凝土灌注至樁頂以下2 m時，導(dǎo)管埋深控制在4～6 m，反復(fù)升降導(dǎo)管，保證樁頂混凝土密實。

7)實際灌注的樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計樁頂標(biāo)高高出0.5～1 m，以保證樁頭質(zhì)量的完整性。

2.10 成樁質(zhì)量檢測

混凝土灌注完畢后，待混凝土達(dá)到一定的強度后，方可開始基坑開挖，開挖后鑿出超灌的樁頭混凝土，破除到設(shè)計樁頂標(biāo)高，報請檢測單位進行成樁質(zhì)量的檢測，只有檢測合格后，方可開始下道工序的施工。

2.11 施工注意事項及事故處理措施

鉆孔樁的質(zhì)量要求較高，可能影響樁質(zhì)量的因素較多，需在施工操作、材料選用等各個方面嚴(yán)格把關(guān)，主要在如下幾個方面加以注意:

1)認(rèn)真復(fù)核測量樁位，并在護筒就位、鉆機鉆進過程中隨時檢查。

2)樁的鉆孔和開鉆，只有在距該樁的中心距離5 m內(nèi)的其它任何樁的混凝土澆注24 h后才能進行。

3)鉆孔過程中和灌注過程中，認(rèn)真做好記錄，并保證分班連續(xù)作業(yè)。

4)不能用加深孔底深度的方法代替清孔。

5)灌注混凝土前導(dǎo)管做氣密試驗，水壓承壓試驗和接頭抗拉試驗，防止導(dǎo)管漏氣、漏水造成斷樁和導(dǎo)管脫節(jié)等現(xiàn)象。

6)鉆孔過程中，產(chǎn)生的泥漿暫時存放在臨時泥漿池內(nèi)，然后清理運走，保證施工現(xiàn)場整潔有序。

7)配制混凝土的原材料必須符合技術(shù)規(guī)范及施工規(guī)范的要求。外加劑必須嚴(yán)格把關(guān)，材料出廠報告、材料試驗報告、混凝土配比試驗報告須取得監(jiān)理工程師批復(fù)后，該材料方可被投入使用。

8)在鉆孔過程中，密切注視地層變化，進尺有突變或其他異常情況立即停止鉆孔，并報告監(jiān)理工程師和設(shè)計單位，采取有效措施，保證安全施工。

9)鉆進過程中，經(jīng)常檢查鉆具及其連接件。防止因機械或人為事故，使鉆具掉落孔中。

10)混凝土終澆面應(yīng)高于設(shè)計樁頂0.5～1.0 m，以保證樁頭質(zhì)量。

11)每車混凝土均應(yīng)檢測坍落度，和易性不良的混凝土堅決不用。

12)封口失敗:拔出導(dǎo)管，掏出已澆混凝土，檢查導(dǎo)管接口是否嚴(yán)密牢固以及有無孔洞，重拼導(dǎo)管，再次灌注。

13)導(dǎo)管氣堵:適當(dāng)上提導(dǎo)管，減少埋深，下料時偏向一方，迫使氣流溢出。

14)在施工過程中，應(yīng)作好鉆孔樁施工全過程的完整記錄，并及時將記錄送交監(jiān)理工程師審查。

3 結(jié)語

綜上所述，在公路工程建設(shè)中，對于鉆孔灌注樁施工的處理，應(yīng)根據(jù)實際的土質(zhì)、樁徑大小、入土深度和機具設(shè)備等條件選用適當(dāng)?shù)你@具和鉆孔方法，來保證能順利達(dá)到預(yù)計孔深，然后，清孔、吊放鋼筋籠架、灌注水下混凝土。同時，也應(yīng)根據(jù)實際的地質(zhì)情況，結(jié)合水文氣象資料等因素，采用不同的技術(shù)措施進行試驗，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證，選擇最佳的施工方案措施。

［1］王曉謀.基礎(chǔ)工程［M］.北京:人民交通出版社，2004.