鉆孔灌注樁水下混凝土施工技術(shù)

涂 瀚

(中國中鐵隧道集團四處有限公司，廣西南寧 530003)

0 引言

隨著高速鐵路的發(fā)展，橋梁工程越來越多，橋梁工程樁基大多設(shè)計為鉆孔灌注樁，鉆孔樁水下混凝土施工難度大，技術(shù)要求高，質(zhì)量無法通過直接觀察的方法進行有效控制，因此，施工過程中必須有效地控制好施工技術(shù)以保證樁基質(zhì)量。文中結(jié)合工程實例對鉆孔樁水下混凝土灌注技術(shù)的關(guān)鍵過程進行分析，并針對施工中易出現(xiàn)的問題提出了相應(yīng)的處理措施，對豐富水下混凝土澆筑技術(shù)有十分重要的意義。

1 工程概況

新建貴廣鐵路GGTJ-2標(biāo)排調(diào)河雙線大橋位于貴州省黔南州三都水族自治縣境內(nèi)，大橋全長191.83 m，跨越排調(diào)河而設(shè)，為雙線Ⅰ級電氣化鐵路，設(shè)計行車速度250 km/h(預(yù)留進一步提速條件)，上部采用(48+80+48)m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋跨布置，橋墩為圓端形變截面薄壁空心墩，墩高度分別為1號墩24 m，2號墩33 m。全橋樁基設(shè)計均為鉆孔灌注樁，共有樁基58根，總長973.0 m，其中0號臺 φ1.25 m鉆孔樁9根，每根長30.0 m;1號墩 φ1.50 m 鉆孔樁 20根，每根長 20.0 m;2號墩φ1.50 m 鉆孔樁20根，每根長 7.5 m;3 號臺 φ1.25 m 鉆孔樁9 根，每根長17.0 m。

2 工藝流程

鉆孔灌注樁水下混凝土施工工藝流程如圖1所示。

3 施工工藝及方法

3.1 驗孔

鉆孔樁成孔后，嚴格按照“三檢”程序?qū)渡碇睆健⒖椎讟?biāo)高、樁位中線、孔壁垂直度、泥漿比重進行全面測定，檢查合格后，方可進入下道工序。

3.2 鋼筋籠制作與安放

1)鋼筋籠在加工場集中制作，現(xiàn)場吊裝入孔。鋼筋籠下端20 cm范圍內(nèi)部分可收縮2 cm，用加強箍筋全部封住不露頭，以利于下放入孔。

2)為了防止吊裝就位時發(fā)生變形，鋼筋籠每隔2 m設(shè)一道加強箍筋，并與主筋全部焊接。

3)鋼筋籠吊裝入孔后不影響清孔時，應(yīng)在清孔前進行吊放，吊裝時，應(yīng)嚴防孔壁坍塌。

4)鋼筋籠上端應(yīng)均勻設(shè)置吊環(huán)或固定桿，外側(cè)對稱設(shè)置控制鋼筋保護層厚度的墊塊。

5)吊放鋼筋籠時，不得碰撞孔壁，灌注混凝土前，必須采取可靠措施，校正設(shè)計標(biāo)高，固定鋼筋籠位置，確保混凝土灌注過程中不走位。

圖1 鉆孔樁水下混凝土施工工藝流程圖

3.3 聲測管安裝

1)安裝過程中，要避免聲測管管體扭曲、擠壓變形。

2)聲測管直接固定在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，采用粗鐵絲綁扎牢固，底端和接頭部位必須設(shè)固定點。

3)鋼筋籠下放入孔時分節(jié)安裝固定，每安裝一節(jié)均應(yīng)向管內(nèi)注滿清水，安裝完畢后管口應(yīng)加蓋(塞)封閉，以免澆筑混凝土?xí)r落入異物，堵塞孔道。

4)聲測管上端應(yīng)高出灌注混凝土頂面50 cm，灌注前應(yīng)檢查管內(nèi)的水位并補充灌滿。

5)若聲測管需割斷，應(yīng)用切割機切斷，并對管口打磨除刺，焊接鋼筋時應(yīng)避免焊液流濺到管體或接頭上。

3.4 安裝導(dǎo)管

導(dǎo)管采用 φ30 cm內(nèi)徑的鋼管，尾節(jié)長3.8 m，中間節(jié)長2.7 m，為施工方便，配2節(jié)1.0 m長的調(diào)節(jié)管，采用螺旋絲扣型接頭。導(dǎo)管要求內(nèi)壁光滑、圓順，內(nèi)徑一致，接口嚴密，按照從上到下的順序編號和長度標(biāo)示，以便施工選用。安裝好后其軸線偏差不得超過孔深的0.5%，且不大于10 cm。

使用導(dǎo)管前，需進行導(dǎo)管試拼，做好水密、承壓及接頭抗拉試驗，按規(guī)定，水密試驗水壓不得小于樁孔水深壓力的1.5倍，同時不應(yīng)小于可能承受灌注水下混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力的1.5倍。水密試驗壓力計算公式如下:

其中，Pmax為導(dǎo)管壁可能承受的最大壓力，kPa;rc為混凝土的容重，kg/m3，取2 400.0 kg/m3;hxmax為導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱的最大高度，m，通常取導(dǎo)管的總長;rw為樁孔內(nèi)泥漿的容重，kg/m3，取1 100.0 kg/m3;HW為樁孔內(nèi)泥漿的深度，m。

水密試驗具體方法:在拼裝好的導(dǎo)管內(nèi)灌滿水，將導(dǎo)管兩端封閉，分別焊接出水管和進水管接頭，進水管端與水泵出水管相連，啟動水泵向?qū)Ч軆?nèi)注壓力水，當(dāng)水泵的壓力表達到導(dǎo)管須承受的計算壓力時，再穩(wěn)壓10 min后，若接頭及接縫處不滲漏，則為合格。

導(dǎo)管安裝后其底部需有30 cm的空間(管底端距孔底30 cm高)。

3.5 清孔(二次清孔)

第一次清孔完成后，下放鋼筋籠、安裝導(dǎo)管及混凝土灌注準(zhǔn)備期間，孔底可能又會產(chǎn)生新的沉渣，當(dāng)沉渣厚度超出規(guī)范要求時，應(yīng)進行第二次清孔，直到樁底沉渣厚度滿足要求。

清孔方法:采取置換法，在導(dǎo)管頂部安設(shè)一個彎頭和皮籠，用泥漿泵將泥漿直接壓入導(dǎo)管內(nèi)，再從孔底沿導(dǎo)管外置換沉渣。

清孔標(biāo)準(zhǔn):孔深滿足設(shè)計深度要求，排出的泥漿達到現(xiàn)場用手摸無2 mm～3 mm的顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17 s～20 s，孔底沉渣厚度在5 cm以內(nèi)。

在灌注水下混凝土前，應(yīng)用射水或射風(fēng)沖射鉆孔孔底3 min～5 min，將孔底沉淀物翻動上浮，射水或射風(fēng)壓力應(yīng)比孔底壓力大0.05 MPa。

3.6 混凝土攪拌及運輸

混凝土集中拌制，罐車運至現(xiàn)場，直接輸送至漏斗中，經(jīng)漏斗進入導(dǎo)管進行水下灌注。運輸過程中罐體保持轉(zhuǎn)動，防止混凝土離析。

3.7 混凝土性能指標(biāo)

混凝土坍落度嚴格控制在180 mm～220 mm之間，偏差不大于20 mm，每拌制50 m3或每班檢測不少于1次。檢測方法:坍落度筒測試。

混凝土入模含氣量應(yīng)不小于2%。檢測數(shù)量:每拌制50 m3混凝土或每班檢測不少于1次。檢驗方法:含氣量檢測儀檢測。

3.8 混凝土灌注

3.8.1 首批混凝土灌注

首批混凝土數(shù)量應(yīng)滿足導(dǎo)管下端埋置深度不小于1.0 m，數(shù)量計算公式如下:

其中，V為首批混凝土數(shù)量，m3;D為孔樁直徑，m;H1為導(dǎo)管底端至樁孔底的高差，m;H2為導(dǎo)管初次埋置深度，m;d為導(dǎo)管的內(nèi)直徑，m;h1為灌注混凝土高度達到埋深H2時，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱與導(dǎo)管外水壓平衡所需高度，m。

首批混凝土采用拔塞法施工。在漏斗底口安裝塞子封住，待裝滿混凝土后拔掉塞子放下封底混凝土，入孔后立即探測混凝土頂面高度，計算導(dǎo)管埋深，若埋深符合要求則可正常灌注;若導(dǎo)管內(nèi)大量進水，說明出現(xiàn)灌注事故，則應(yīng)立即停止灌注，分析原因并采取措施處理。

3.8.2 正常段混凝土灌注

1)首批混凝土灌注成功后，轉(zhuǎn)入正常灌注階段，灌注過程應(yīng)緊湊連續(xù)進行，中間停息時間不得超過30 min。灌注過程中應(yīng)避免混凝土溢出掉入孔內(nèi)，導(dǎo)致泥漿摻入水泥而變稠凝結(jié)，致使混凝土面探測深度不準(zhǔn)。應(yīng)隨時注意料斗混凝土入管和孔內(nèi)水位變化情況，測量已灌注混凝土面的高度。

2)首批混凝土導(dǎo)管埋深控制在1.0 m～3.0 m，正常灌注時一般宜保持在2.0 m～6.0 m，應(yīng)隨時用測深錘探測孔內(nèi)混凝土面位置，以便及時調(diào)整導(dǎo)管埋深。

3)嚴格控制導(dǎo)管提升速度，應(yīng)逐步提升，不能過快，保持軸線豎直和位置居中。導(dǎo)管拆除要快速進行，一般控制在15 min以內(nèi)，拆除后及時清洗干凈，并堆放整齊，防止螺栓、橡膠墊和工具掉入孔內(nèi)。

4)施工中，當(dāng)導(dǎo)管中混凝土不滿含有空氣時，混凝土應(yīng)徐徐灌入，避免導(dǎo)管中產(chǎn)生高壓氣囊，管節(jié)間橡膠墊被氣壓擠出，導(dǎo)致導(dǎo)管漏水。

5)灌注臨近樁頂設(shè)計標(biāo)高時，計算所需混凝土拌制數(shù)量，以免浪費。

6)灌注快結(jié)束時，因?qū)Ч軆?nèi)外壓力差下降，而導(dǎo)管外泥漿及含渣土稠度增加，導(dǎo)致混凝土頂升困難，可加水對泥漿進行稀釋，清除部分沉淀泥土，以便施工順利進行。

7)慢慢拔出最后一節(jié)導(dǎo)管，以防泥漿擠入導(dǎo)管下混凝土中，影響樁頭質(zhì)量。

8)因水下混凝土粉煤灰摻量較大，施工中粉煤灰可能上浮堆積在樁頭，灌注高度應(yīng)超過樁頂設(shè)計標(biāo)高0.5 m～1.0 m，混凝土強度達到2.5 MPa后，采用人工將此段混凝土鑿除。

9)灌注前，應(yīng)進行混凝土坍落度、含氣量、入模溫度等檢測;專人記錄灌注時間、混凝土面深度，導(dǎo)管埋深、導(dǎo)管拆除及施工異常現(xiàn)象。

3.9 灌注混凝土探測方法

灌注過程中，應(yīng)加強孔內(nèi)混凝土面至樁孔口的深度探測，及時掌握準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，以便控制導(dǎo)管埋深，若探測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，將導(dǎo)致埋管過淺、導(dǎo)管提漏，埋管過深無法拔出或斷樁等事故。

4 水下混凝土灌注常見事故及處理措施

4.1 導(dǎo)管進水

原因分析:1)首批混凝土數(shù)量不足，下落入孔后不能完全封閉導(dǎo)管底端，導(dǎo)致泥水從導(dǎo)管底口進入。2)各導(dǎo)管間接頭不嚴，連接處密封不好，墊圈擠出或損壞，螺旋絲扣接頭松動。3)導(dǎo)管提升過快、用力過大，或深度監(jiān)測數(shù)據(jù)出錯，導(dǎo)致導(dǎo)管底口超出混凝土面而涌入泥水。

處理措施:1)若是第1)種原因，應(yīng)將孔底的混凝土拌和物清除，嚴重情況下，返工重新鉆孔，然后下放鋼筋籠、導(dǎo)管，重新灌注。2)若是第2)、第3)種原因，應(yīng)根據(jù)具體情況，拔出換掉原導(dǎo)管，重新安裝插入新導(dǎo)管;或用原來的導(dǎo)管插入繼續(xù)進行施工，但必須將導(dǎo)管內(nèi)的水和沉渣采用吸泥和抽水的方法排除后再灌注。

4.2 導(dǎo)管堵塞

原因分析:因機械故障，使混凝土在導(dǎo)管內(nèi)停留時間過長，坍落度過小、和易性差、拌和不均，混凝土產(chǎn)生離析、部分初凝，使下落阻力增大，而使混凝土堵在導(dǎo)管中。

處理措施:當(dāng)灌注厚度在3.0 m以內(nèi)出現(xiàn)堵管而無法繼續(xù)灌注時，應(yīng)停止灌注，立即拔出導(dǎo)管，將管內(nèi)混凝土采用吸泥機吸出。當(dāng)灌注時間已久，首批混凝土已初凝，導(dǎo)管內(nèi)又堵塞有混凝土，此時應(yīng)將導(dǎo)管拔出，重新安設(shè)鉆機鉆孔成樁。

4.3 埋管

原因分析:換管灌注過程中，導(dǎo)管埋深過大，混凝土初凝使導(dǎo)管內(nèi)外摩擦力增大，使得導(dǎo)管內(nèi)混凝土無法順利流動就會發(fā)生埋管。

處理措施:將導(dǎo)管埋深控制在1.0 m～6.0 m之間，不時上下緩慢抖動導(dǎo)管，在混凝土中適當(dāng)摻加緩凝劑，以防混凝土初凝。

5 質(zhì)量控制措施

1)應(yīng)嚴格控制原材料質(zhì)量，不合格的材料嚴禁使用。

2)混凝土的拌制必須嚴格按照配合比計量下料，嚴格計量和測試管理。

3)為防止夾泥、堵管、斷樁等現(xiàn)象，應(yīng)加強混凝土攪拌時間和坍落度控制。

4)隨時加強混凝土面標(biāo)高和導(dǎo)管埋深監(jiān)測，嚴禁把導(dǎo)管底端提出混凝土面。

5)加強灌注工藝流程控制，導(dǎo)管提升速度及力度要適中。

6)施工過程中，施工員、質(zhì)檢員、試驗員必須全程旁站，并做好相關(guān)記錄。

6 結(jié)語

鉆孔樁水下混凝土施工隱蔽性強，不可預(yù)見因素較多，不但工序復(fù)雜，而且施工難度較大，很容易產(chǎn)生質(zhì)量問題，是鉆孔灌注樁施工質(zhì)量監(jiān)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過該工程實踐證明，在施工前只要認真做好各項準(zhǔn)備工作，并加強過程控制，就能有效防止導(dǎo)管進水、導(dǎo)管堵塞、埋管等現(xiàn)象，確保鉆孔灌注樁水下混凝土施工質(zhì)量，對工程質(zhì)量、進度、效益都將起到積極的作用。

［1］中國中鐵二院工程集團有限公司.排掉河雙線大橋設(shè)計圖［Z］.2010.

［2］TZ 213-2005，客運專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［Z］.2006.

［3］鐵建設(shè)［2010］241號，鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南［Z］.2011.