大直徑超長灌注樁施工質(zhì)量控制措施

袁 艷 萍

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

1 概述

鉆孔灌注樁是橋梁建設(shè)上常用的一種深基礎(chǔ)形式，具有成樁質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔效率高、適應(yīng)性強、環(huán)保的技術(shù)優(yōu)勢。隨著我國橋梁事業(yè)的快速發(fā)展，對橋梁樁基承載力要求越來越高，樁長越來越長，直徑越來越大，大直徑超長樁得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

大直徑灌注樁樁長長，施工難度大，施工中質(zhì)量控制難度大，容易導(dǎo)致事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響橋梁工期，造成工程經(jīng)濟損失。做好大直徑超長鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量控制，確保成樁質(zhì)量和工程經(jīng)濟效益。

在某高速公路跨河大橋設(shè)計中，通車后的橋梁車輛通行量大，流動荷載大，為合理的將橋面荷載傳遞，橋梁樁基礎(chǔ)決定采用大直徑超長樁，以便于將荷載可靠的傳遞給土層深處持力層中。橋址地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)為砂類土(砂礫、卵石為主)，地下水源豐富，地層松散，設(shè)計的樁身直徑1.8 m，樁長72 m，穿越多個地質(zhì)土層，施工中質(zhì)量控制難度較大，確保樁身垂直度和混凝土質(zhì)量是施工中的難點。

2 施工要點

大型橋梁樁基礎(chǔ)施工具有極高的技術(shù)難度。在本項目中，樁身長72 m，深度相對較高，地下水含水層主要為粉土和砂土，鉆孔中易發(fā)生鎖孔、塌孔現(xiàn)象。混凝土澆筑量較大，包含水下混凝土澆筑，對施工質(zhì)量要求高，垂直度允許偏差控制在樁長1%內(nèi)，樁位控制在±10 mm內(nèi)，孔深+300 mm內(nèi)，應(yīng)采取有效措施確保樁身成樁質(zhì)量。

2.1 施工準(zhǔn)備

1)鉆機選型。根據(jù)對地質(zhì)、水文條件、孔深、孔徑等因素，選擇合適鉆機，本項目采用KP3500型全液壓轉(zhuǎn)盤式鉆機，鉆頭選用短螺旋鉆頭，堅硬巖采用短螺旋勘巖鉆頭破巖，旋挖鉆頭出碴。

2)施工放樣。遵循“由整體到局部”原則，先放樣墩位，再由墩位控制樁放樣樁位。本項目要求樁的縱橫允許偏差不大于5 mm，在樁前后左右距中心2 m處設(shè)置護樁，以便于供隨時進行中心和標(biāo)高檢測。要注意保護測量控制樁，防止樁位變動。

2.2 鉆孔施工

1)泥漿制備。在大直徑樁成孔施工中，由于設(shè)計的樁徑大，成孔作業(yè)中容易出現(xiàn)塌孔等事故。在成孔作業(yè)中，關(guān)鍵在于采取一定比例的泥漿進行護壁。本項目中，泥漿由水、膨潤土、添加劑組成，泥漿比重控制在1.2～1.4。在鉆進作業(yè)中，要注意泥漿比重調(diào)整，以防止塌孔。

2)護筒埋設(shè)。本項目中，為確保成孔質(zhì)量，采用雙層鋼護筒。鋼護筒用10 mm鋼板卷制，要求外護筒內(nèi)徑比樁徑大50 cm，內(nèi)護筒內(nèi)徑比樁徑大20 cm，在護筒上中下部位各焊一道箍筋。埋設(shè)護筒(如圖1所示)時，先開挖外護筒位置，從護筒四周分層回填夯實粘土，護筒埋置高度高出地面30 cm和穩(wěn)定后的承壓水2.0 m以上，周圍回填夯實粘土處理。

3)鉆機鉆進。本項目中，橋址地表土比較松散，為避免鉆機出現(xiàn)位移或沉陷，要求將機位壓實后再鋪設(shè)厚度20 mm鋼板，以保證鉆機垂直穩(wěn)固。在鉆機就位(如圖2所示)后，將樁中心位置根據(jù)護樁使用拉十字線法定出，鉆頭準(zhǔn)確對準(zhǔn)中心點，要求誤差控制在2 cm內(nèi)。對于鉆進作業(yè)中的傾斜度及孔位偏差控制，通過該鉆機自身數(shù)控系統(tǒng)進行。在鉆孔接近設(shè)計標(biāo)高時，用測量繩進行校正，防止鉆孔深度過淺或超深。

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，在鉆進中應(yīng)根據(jù)不同土層選擇進尺和轉(zhuǎn)速，以免出現(xiàn)擴孔或塌孔等。在黏土層鉆孔時，要依據(jù)“低檔慢速、優(yōu)質(zhì)泥漿、大泵量”的原則進行鉆進。在細(xì)砂層鉆進時，要依據(jù)“輕壓、低檔慢速、大泵量、稠泥漿”的原則進行鉆進，將進尺控制在0.5 m/h內(nèi)。對于在護筒底口部位及不同地層交界部位進行鉆進時，為避免出現(xiàn)擴孔、塌孔和偏斜孔等質(zhì)量問題，要依據(jù)“低檔慢速、小進尺”的原則進行鉆進，將進尺控制在0.5 m/h內(nèi)。在鉆進作業(yè)中，應(yīng)先慢后快，待導(dǎo)向部分全部進入地層后方可快速鉆進。

4)清孔。鉆進到設(shè)計深度時，及時檢查孔深及沉渣厚度，將鉆斗放至孔底旋轉(zhuǎn)將虛渣清除。清孔后，再次進行孔深、孔位及垂直度檢測，符合設(shè)計要求后即可進行下道工序施工，將等待時間盡量縮短，以免渣土重新沉淀。不得用加深孔深來代替清孔。

清孔一般分兩次進行。第一次清孔時，要求時間不得少于30 min，采用循環(huán)換漿法，即讓鉆頭繼續(xù)在原位放慢速度空鉆。在清孔過程中，為保持漿面穩(wěn)定，應(yīng)及時進行稀泥漿補給。循環(huán)清孔方向根據(jù)樁端持力層的土質(zhì)合理確定，粉砂層使用正循環(huán)清孔，對碎石、卵礫石層、巖層則使用反循環(huán)清孔。第二次清孔時，則采用導(dǎo)管清孔法。由于孔徑較大，為確保徹底清孔，須使用電動葫蘆左右移動導(dǎo)管及前后移動平臺。清孔作業(yè)結(jié)束后，采用吊錘法進行沉渣厚度測定。

清孔后，應(yīng)盡快吊裝鋼筋籠，以減少成孔閉置時間。成孔后不能進行下一次施工時，在孔口蓋上鋼筋網(wǎng)及鐵板蓋，設(shè)置安全警示標(biāo)牌，防止人員、機具等墜入孔內(nèi)。

2.3 鋼筋籠制作及安裝

大直徑超長灌注樁鋼筋籠控制是保證樁基施工安全質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

大直徑灌注樁鋼筋籠鋼筋規(guī)格及數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通灌注樁，且樁長長，一般可采用孔口鋼筋籠對接，也可采用整體制作，須綜合考慮制作、運輸、安裝等環(huán)節(jié)的操作性。本項目采用整體制作，以保證鋼筋籠整體性，不出現(xiàn)扭曲變形。為保證每根樁的施工質(zhì)量，預(yù)埋3根超聲波檢測管，下端用鋼板封底焊接，不得漏水，澆筑混凝土前在管內(nèi)灌滿水，上口用塞子塞住。

鋼筋籠吊裝(如圖3所示)前，在鋼筋籠上、下端及中部每隔2 m～4 m在同一截面上對稱設(shè)置四個鋼筋“耳環(huán)”，確保鋼筋籠與孔壁保持設(shè)計保護層厚度。吊放入孔時，下落速度要均勻，切勿撞擊孔壁。入孔后，牢固定位，以免在澆筑中發(fā)生掉籠或浮籠現(xiàn)象。

因鋼筋籠重量較大，吊裝時速度相對較慢，可充分利用時間在鋼筋籠吊裝的同時進行清孔，減少等待時間。鋼筋籠吊裝符合設(shè)計要求后，須盡快進行樁身混凝土澆筑。當(dāng)來不及進行澆筑作業(yè)的，則須進行安全警示標(biāo)牌掛設(shè)，并使用鐵板覆蓋。

2.4 水下混凝土澆筑

澆筑作業(yè)連續(xù)進行，一次性整體澆筑成型，中途不得中斷，應(yīng)盡量縮短灌注時間。在大直徑鉆孔樁混凝土澆筑過程中，水下灌注混凝土是關(guān)鍵工序，由于澆筑時間長、難度大，須嚴(yán)格進行澆筑過程控制，避免出現(xiàn)堵管、頂管、頂面混凝土初凝等問題。在混凝土上升后，阻力逐漸增大，應(yīng)采取有效措施杜絕堵管、導(dǎo)管滲漏等現(xiàn)象，防止斷樁事故發(fā)生。

在水下混凝土澆筑作業(yè)中，為確保混凝土澆筑密實度，須采取有效措施防止混凝土離析。在本項目施工中，采用的導(dǎo)管使用直徑300 mm的無縫鋼管制成(見圖4)，上下兩節(jié)為一端帶螺絲導(dǎo)管與中間節(jié)連接，導(dǎo)管內(nèi)壁應(yīng)光滑、順直。采用的導(dǎo)管中間節(jié)兩端均有帶螺絲導(dǎo)管互相連接，中間長度為2 m～4 m，下端節(jié)長度為5 m，各管節(jié)內(nèi)徑應(yīng)大小一致，偏差控制在±2 mm內(nèi)。為便于進行料斗高度調(diào)節(jié)，要求料斗下配長0.5 m上端節(jié)。在導(dǎo)管外壁逐節(jié)編號并標(biāo)明長度，配備總數(shù)20%～30%備用導(dǎo)管。導(dǎo)管分組吊放，底口距孔底高度控制在30 cm～40 cm。導(dǎo)管頂部用螺栓連接料斗，使料斗與導(dǎo)管形成整體，料斗不宜太高，以免影響混凝土運輸車直接對準(zhǔn)料斗灌注混凝土。

大直徑超長樁澆筑混凝土?xí)a(chǎn)生較大的水化熱，影響樁身混凝土質(zhì)量。采用緩凝混凝土，適量加入粉煤灰及減水劑、緩凝劑等，以降低混凝土水化熱。進行混凝土質(zhì)量控制，須符合緩凝要求，進行施工配合比控制，進行混凝土拌和時間、坍落度、和易性等參數(shù)控制，必要時返回處理或廢棄。混凝土坍落度控制在18 cm～22 cm(見圖5)。

在澆筑(如圖6所示)過程中，為確保導(dǎo)管在混凝土中的一定埋深(本項目要求2 m～6 m)，要設(shè)專人進行混凝土面位置和導(dǎo)管埋深監(jiān)測。

在混凝土澆筑作業(yè)中，一邊進行混凝土澆筑，一邊進行導(dǎo)管提升和拆除。為確保混凝土經(jīng)常處于流動狀態(tài)，導(dǎo)管要進行上下倒插，能有效提高混凝土密實度。在孔口返漿不好或不返漿時，通過先下后上提動導(dǎo)管或使用振動器，保證管內(nèi)混凝土通暢。為確保樁頂混凝土質(zhì)量，在樁頂設(shè)計標(biāo)高處超灌0.5 m～1.0 m。

在本項目中，成樁后的大直徑超長鉆孔灌注樁樁身均達到A類樁標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

大直徑超長灌注樁在大型橋梁和高層建筑中得到了越來越廣泛的應(yīng)用,但隨著樁身越來越長，施工難度越來越大，做好施工中的質(zhì)量控制，采取有效措施提高成樁質(zhì)量就尤為重要。

在大直徑超長灌注樁施工中，由于樁長較長，與普通灌注樁施工有較大區(qū)別。一般施工難點在于護筒下沉、泥漿質(zhì)量、鉆孔及混凝土灌注方面，應(yīng)采取防塌孔及防鉆頭掉落等措施，多方面采取有效措施，保證樁基承載力達到設(shè)計要求，確保施工質(zhì)量。