水利橋梁工程軟土基礎鉆孔灌注樁施工技術及質量控制

王洪

水利橋梁工程軟土基礎鉆孔灌注樁施工技術及質量控制

王洪

水利橋梁工程中軟土基礎處理多采用鉆孔灌注樁。以沿淮淮北某大型橋梁工程為例，共布置53跨，跨徑30m，橋長1595.5m。上部結構采用預應力混凝土先簡支后連續(xù)箱梁結構。橋墩采用樁柱式結構，每個橋墩均為二樁二柱，樁柱同軸，灌注樁樁徑1.5m，樁長27m，柱徑1.3m。橋臺采用樁式結構，灌注樁樁徑1.5m，樁長25m。橋墩基礎為鋼筋混凝土灌注樁，共54組，合計108根，直徑為1.5m，單根深度為27～31m，混凝土強度等級C25水下混凝土。

一、鉆孔施工工藝

鉆孔樁開鉆前準備工作包括場地平整、放線定位、挖泥漿池、沉淀池及排水溝，確定鉆機移位路線和方法，軌道和樁架，埋設護筒，準備粘土配制適合需要的護壁泥漿。

1.護筒埋設

利用全站儀確定出樁位，標出護筒位置和開挖范圍，人工開挖至預定標高，埋入護筒，四周夯實密實。

2.泥漿制備

橋梁樁基每隔一跨設置泥漿池、造漿池、沉淀池各一個，按監(jiān)理工程師確認合格的粘土場取回粘土，拌制成合格泥漿存入泥漿池，用泥漿泵和泥漿管供應泥漿循環(huán)，并設泥漿槽供泥漿循環(huán)沉淀后用。

護壁泥漿質量是保證鉆孔不塌孔、成孔順利的重要環(huán)節(jié)，要求具有較低的表面粘度和含砂率，同時具有低比重和良好的攜渣能力。泥漿基本性能參數(shù)：比重1.05～1.2，粘度16～22s，含砂率≤4%，pH值8～10，施工過程中要定期、重點檢測泥漿性能。

3.造孔

根據(jù)地質資料分析及以往施工經(jīng)驗，本工程樁基長在30m左右，采用正循環(huán)法鉆進成孔，選用STT-1500型鉆機、鼠籠型鉆頭。

準備工作就緒后，鉆機就位，啟動鉆機泥漿泵。鉆進時，及時檢測出渣情況，以便判斷地層情況。鉆進過程中做好孔徑、孔深、斜度、泥漿濃度記錄。

4.清孔

成孔到達設計標高，經(jīng)檢查合格，立即進行清孔。清孔采用“換漿法”進行。利用鉆孔機空轉進行泥漿循環(huán)，內風管空氣吸泥機清孔，孔內浮渣、泥漿稠度降至規(guī)定值即結束清孔。

清孔一般分兩次，沉淀物厚度需小于30cm。清孔時孔內水位保持在地下水位以上0.5～2m，以防止鉆孔坍塌，鉆孔清理完畢后，對孔徑、孔形和傾斜度進行檢查。

二、灌注水下混凝土工藝

1.灌注前準備工作

（1）鋼筋籠制作與安裝

樁基鋼筋籠制作在工地附近地面平臥進行，按劃線逐根放上主筋并與之焊牢，控制平整度誤差不大于5cm，上下節(jié)主筋節(jié)頭錯開50%，鏍旋箍筋每隔1箍與主筋按梅花型點焊固定。鋼筋籠四周每隔2m設置定位墊塊，制作完成后用12t汽車吊吊裝就位。

清孔并經(jīng)檢查合格后即下鋼筋籠，鋼筋籠四周綁扎三角UPVC管制作鋼筋墊塊，以保證樁的保護層厚度。

鋼筋籠分兩節(jié)吊裝，兩節(jié)之間采用焊接連接，采用汽車吊吊裝，先吊起第1節(jié)鋼筋籠，下至距孔口0.5m時，在井口用鋼管固定，將上節(jié)鋼筋籠吊起對準焊接主筋，然后用吊車將鋼筋籠吊起，抽出橫擔，緩緩放入樁孔內就位。鋼筋骨架安裝就位后，采取固定措施以防澆筑混凝土時鋼筋籠上浮。

（2）拼組與吊放導管

導管內徑為300mm，壁厚3mm，每節(jié)長1～2m，每節(jié)采用法蘭盤、螺栓墊以膠墊連接。下管前檢查導管是否圓滑順直，尺寸是否準確，安裝是否嚴密，并進行密封試驗。不符要求須進行修整，修整合格后編號使用。采用吊車分成多節(jié)吊入孔內，在孔頂進行連接拼組。

（3）安裝混凝土儲存斗及浮球

灌注水下混凝土必須連續(xù)進行，為保證一次灌注足夠數(shù)量的混凝土，裝滿一斗灌注一次，儲存斗的容量一般為導管總體積的1.5倍或2～3m高樁孔的體積。為了隔水以保證混凝土質量，在導管內安裝一浮球，使其能阻水并平穩(wěn)地浮出水面。

2.水下混凝土澆筑

水下混凝土灌注采用混凝土拌和站集中拌和，混凝土攪拌車運輸。同時配備搖臂式泵車，導管法水下灌注?；炷僚浜媳痊F(xiàn)場掛牌，混凝土坍落度18～

22cm。灌注導管選用φ258渦輪式導管，加密封圈不漏水，導管底距孔底0.3～0.5m，導管固定于孔口架，裝上漏斗，下好隔水塞，按計算保證埋管深度大于1.0m的初灌量進行初灌。

初灌量計算：

式中：Vf—初灌量（m3）；d—樁孔直徑（1.5m）；d1—導管內徑（0.25m）；H—導管埋入混凝土深度（取1m）；h—導管下端距灌注前測得高度 (取0.3m)；t—灌注前孔底沉渣厚度，h1—導管內混凝土高度（m）；h2—混凝土液面以上高度，按27m樁深計；γd—泥漿比重，取1.15t/m3；γw—混凝土比重，取2.5t/m3。

則漏斗和儲料斗的總容量須大于3.26m3。

混凝土的灌注時間控制不少于2m/h。灌注混凝土必須連續(xù)進行。在灌注混凝土過程中，經(jīng)常用測錘測定混凝土的上升高度，逐步提升，拆卸導管，保證導管的埋深。灌注到位后，預加一定高度以保證樁頭質量，預加高度確定為0.5m，鑿除后按設計整理好鋼筋。

三、質量控制方法

1.工序質量檢查

（1）孔位、孔深

施工過程中經(jīng)常用鋼尺測量護筒或樁孔中心至控制點或控制線的距離檢查孔位。鉆孔時經(jīng)常用鉆具測量孔深。

（2）清孔

包括孔底沉渣厚度檢查和孔內泥漿性能檢查。泥漿護壁成孔灌注樁的清孔質量檢查在清孔結束1h后進行。

（3）孔徑和孔形

根據(jù)設計樁徑制作籠式井徑器入孔檢測?；\式井徑器用Ф8和Ф12的鋼筋制作，其外徑等于鉆孔的設計孔徑，長度等于孔徑的3～4倍。檢測時，將井徑器吊起，使籠的中心、孔的中心與起吊鋼繩保持一致，慢慢放入孔內，上下通暢無阻表明孔徑大于給定的籠徑；若中途遇阻則有可能在遇阻部位有縮徑或孔斜現(xiàn)象，應采取措施予以清除。

孔形檢查采用開挖檢查，即在試樁結束后，直接觀測檢查樁身形狀在相應土層中的變化。

（4）樁孔豎直度

施工過程中應多次加強樁孔豎直度的檢測。本工程采用圓球檢測法，在孔口沿鉆孔直徑方向設一標尺，標尺中點與樁孔中心吻合，將圓球系于測繩上，量出滑輪到標尺中點距離H。將圓球慢慢放入孔底，待測繩靜止不動后，讀得測繩在標尺上的偏距e，再根據(jù)tga=e/H求得孔斜值并作圖。

（5）混凝土澆筑

每澆筑50m3必須有一組試件；小于50m3的單樁，每根樁須有一組試件。同一配合比的混凝土，每班至少有一組試件。每組三塊試件在同一盤混凝土中取樣制作。

2.成樁質量檢查

鉆孔灌注樁質量檢測采用超聲波法和小變儀法（錘擊法）檢測，或按監(jiān)理工程師要求的檢測方法進行。在澆注水下混凝土時預埋三根鋼管或塑料管。

3.施工中常見問題及處理

（1）護筒冒水

護筒外壁冒水，如不及時處理，嚴重者會造成護筒傾斜和位移，樁孔偏斜，甚至無法施工。冒水原因為埋設護筒時周圍填土不密實，或者由于起落鉆頭時碰動了護筒。處理方法：初發(fā)現(xiàn)護筒冒水，可用粘土在護筒四周填實加固；如護筒嚴重下沉或位移，則需返工重埋。

（2）孔壁坍塌

在鉆孔過程中，詳細繪制孔位處的地質剖面圖，特別是粘砂地層及砂層的埋深和厚度，以便對不同土層選用合適的鉆頭、鉆速和泥漿指標等。

在鉆進過程中，根據(jù)地層的變化，對不同土層采用不同的鉆進方法。在粘性土鉆進，選用平尖底鉆頭，中等鉆速，大泵量，稀泥漿；在砂粘土、粉砂土中慢速鉆進，選用平底鉆頭，控制進尺，大泵量，稠泥漿鉆進。

在鉆孔和清孔過程中，注意保持好孔內規(guī)定的泥漿面的高度，隨時補充損耗、漏失的泥漿，保證鉆孔中的泥漿濃度。

在鉆孔過程中，如遇到可塑性砂粘土地層時，向孔內投入一定數(shù)量的碎石，以防止糊鉆，提高鉆進速度。如發(fā)現(xiàn)在排出的泥漿中不斷出氣泡，有時護筒內的水位突然下降，這都是塌孔的跡象。其原因為土質松散、泥漿護壁不好、護筒水位不高等造成。處理方法是保持孔內水位，加大泥漿比重，以穩(wěn)定孔壁。如縮頸、塌孔嚴重，或泥漿突然漏失，立即回填粘土，待孔壁穩(wěn)定后再進行鉆孔。

（3）鉆孔偏斜

造成鉆孔偏斜的原因是鉆桿不垂直，鉆頭導向部分太短，導向性差，土質軟硬不一，或遇上孤石等。針對地質情況，選用鼠籠型鉆頭，這種鉆頭具有切削速度大、排渣性能好、不易粘結等特點，鉆進成孔前認真檢查機械設備及安裝質量，隨時觀察護筒是否松動和漏水，鉆進時采用慢轉以保持鉆具的導向性，根據(jù)地層情況變化，適當調整鉆機速度，對砂層適當增大泥漿比重，以較慢鉆速通過。

鉆孔偏斜處理方法是減慢鉆速，并提起鉆頭，上下反復掃鉆幾次，以便削去硬層，轉入正常鉆孔狀態(tài)。

四、結語

灌注樁施工完成后，應在混凝土凝期過后，委托有資質的質量檢測機構對基樁進行小應變完整性檢測和隨機大應變動力檢測，以確定基樁質量是否合格■

（作者單位：安徽省阜南縣水利局勘測設計院 236300）