秋浦河大橋根式空心樁施工質(zhì)量控制研究

余正江，王鵬

（中交二公局第五工程有限公司，西安710119）

1 項(xiàng)目概括

1.1 根式空心樁概述

秋浦河大橋北錨碇設(shè)計(jì)為根式空心樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁徑為5m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為26m，樁基底部3m 和頂部5m 為實(shí)心段，其余為空心段，空心段壁厚90cm。單根空心樁內(nèi)設(shè)置6 層根鍵，每層4 根，層間距為2m、呈梅花形布置。根鍵長(zhǎng)180cm（設(shè)計(jì)入土1.25m），為十字形，前端30cm 范圍為錐形，配6mm 厚鋼板制作的鋼刃刀，尾部為十字形（60cm×60cm），配16mm 厚預(yù)埋板。根鍵混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30，單根質(zhì)量約950kg。根鍵構(gòu)造示意圖如圖1 所示。

1.2 根式空心樁施工區(qū)域地質(zhì)情況

北錨碇位于秋浦河沖積平原上，錨碇處原為養(yǎng)魚水塘，水深2m 左右，塘底標(biāo)高約5.9m。根式空心樁主要施工地層為種植土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、圓礫土、弱膠結(jié)礫巖以及中風(fēng)化礫巖；根鍵頂進(jìn)所經(jīng)歷的地層主要有粉土（中密狀態(tài)）、圓礫土（中密～密實(shí)狀態(tài)）。

圖1 根鍵構(gòu)造示意圖（單位：cm）

2 根式空心樁施工質(zhì)量控制

2.1 成孔工藝流程

根式空心樁成孔施工工序的具體內(nèi)容包括：施工平臺(tái)→護(hù)筒埋設(shè)→成孔→泥漿的制作及處理→預(yù)制、下放外層鋼筋籠→根鍵頂進(jìn)→內(nèi)模安裝→預(yù)制、下放內(nèi)層鋼筋籠→混凝土灌注→內(nèi)模拆除→樁頭填芯。

2.2 成孔質(zhì)量控制

D5.0m 空心樁采用ZJD-4000 型動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)鉆機(jī)反循環(huán)成孔。鉆頭直接為5m 可一次成孔。為了控制超大直徑孔精度，在鉆進(jìn)過程中，使用全站儀復(fù)測(cè)鉆桿垂直度≥3 次。鉆進(jìn)的類型分為護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)、覆蓋層內(nèi)鉆進(jìn)、巖層內(nèi)鉆進(jìn)3 種，在不同地質(zhì)類型中鉆進(jìn)施工方法及注意事項(xiàng)具體如下。

2.2.1 護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)

1）鉆進(jìn)方法：減壓鉆進(jìn)。根據(jù)地勘資料及護(hù)筒入土深度，主要包括回填砂層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，采用低擋慢速、大泵量鉆進(jìn)的方法鉆進(jìn)。

2）注意事項(xiàng)：（1）鉆進(jìn)過程隨時(shí)注意往孔內(nèi)補(bǔ)充漿液，維持孔內(nèi)的水頭高度。孔內(nèi)泥漿面任何時(shí)候均高于水位2m 以上。（2）在鉆進(jìn)過程中，需對(duì)鉆架垂直度進(jìn)行檢測(cè)，以確保鉆孔施工在開始時(shí)的豎直度。（3）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土黏性好，此土層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭上設(shè)射水管，通過高壓射水等措施，及時(shí)清除糊鉆的黏土，同時(shí)控制鉆進(jìn)速度，加強(qiáng)觀察，防止因糊鉆而扭斷鉆桿。

2.2.2 覆蓋層內(nèi)鉆進(jìn)

1）鉆進(jìn)方法：采用輕壓、低擋慢速、大泵量、稠泥漿鉆進(jìn)，并充分浮渣、排渣，以防埋鉆現(xiàn)象。主要包括粉土和圓礫土層。

2）注意事項(xiàng)：（1）鉆進(jìn)過程隨時(shí)注意往孔內(nèi)補(bǔ)充漿液，維持孔內(nèi)的水頭高度。如遇承壓水出現(xiàn)突涌，則立即補(bǔ)充泥漿，保持水頭和泥漿濃度。（2）隨時(shí)撈取渣樣，檢查土層是否有變化，當(dāng)土層變化時(shí)及時(shí)報(bào)監(jiān)理工程師并記入記錄表中，且與地質(zhì)剖面圖核對(duì)。（3）在密實(shí)的圓礫層中，一定要采用慢速鉆進(jìn)。鉆壓始終保持減壓鉆進(jìn)，孔底承受的鉆壓不得超過鉆具重力之和（扣除浮力）的50%，以確保長(zhǎng)樁的豎直，保持重錐導(dǎo)向作用。（4）全站儀復(fù)測(cè)控制豎直度。

2.2.3 巖層內(nèi)鉆進(jìn)

1）鉆進(jìn)方法：主要為弱膠結(jié)礫巖。在巖層進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，采用牙輪鉆頭，保證鉆孔的豎直度和進(jìn)尺。采用低擋慢速、優(yōu)質(zhì)濃泥漿、大泵量、兩級(jí)鉆進(jìn)的方法鉆進(jìn)。

2）注意事項(xiàng)：（1）鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進(jìn)行，經(jīng)常對(duì)鉆孔泥漿進(jìn)行試驗(yàn)，不符合要求時(shí)及時(shí)調(diào)整。采用滾刀鉆頭，減壓慢鉆，確保滾刀鉆頭能夠在孔底平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）加強(qiáng)鉆進(jìn)過程中對(duì)鉆機(jī)底盤4 個(gè)角點(diǎn)位置以及鉆架垂直度的檢測(cè)，檢測(cè)頻率每工作班2 次。（3）若因故停止鉆進(jìn)，孔口加護(hù)蓋。嚴(yán)禁鉆頭留在孔內(nèi)，以防埋鉆。（4）全站儀復(fù)測(cè)控制豎直度。

2.2.4 成孔檢查及清孔

樁基成孔后應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙、JTG/T F50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[1]等要求進(jìn)行成孔檢查，具體內(nèi)容如表1 所示。

表1 樁基成孔質(zhì)量控制要求

2.3 根式空心樁鋼筋籠質(zhì)量控制

5m 直徑根式空心樁樁基直徑較大，為防止鋼筋籠變形影響鋼筋籠下放和根鍵頂進(jìn)，鋼筋籠需采取以下措施保障加工質(zhì)量：

1）鋼筋籠采用長(zhǎng)線匹配法制作完成后，選取一根鋼筋作為標(biāo)記，保障鋼筋下放接頭位置連接緊密；

2）鋼筋籠的水平吊裝，利用型鋼制作扁擔(dān)梁采取抬吊法施工，吊點(diǎn)設(shè)置在鋼筋籠加勁圈位置，并采用鋼絲繩兜吊的方式，盡可能增大鋼筋籠的受力面積，減小變形；

3）鋼筋籠豎直吊裝時(shí)，采用型鋼設(shè)置十字吊架，將吊點(diǎn)設(shè)置在鋼筋籠的加勁圈上，同時(shí)在加強(qiáng)圈位置的主筋上焊接10cm 的鋼筋，以防止吊裝時(shí)加勁圈受力過大導(dǎo)致鋼筋籠變形；

4）鋼筋籠存放時(shí)放置在與之適應(yīng)的U 型胎架上，U 型胎架的位置應(yīng)盡量靠近鋼筋籠的加勁圈位置。

2.4 根鍵頂進(jìn)施工質(zhì)量控制

外層鋼筋籠下放完成后，檢測(cè)孔底沉渣等情況，滿足要求后，根鍵頂進(jìn)設(shè)備行走至孔邊，調(diào)整使頂進(jìn)裝置與外層鋼筋籠中心重合，裝入根鍵，旋轉(zhuǎn)鉆桿使根鍵與鋼筋籠上的預(yù)留孔對(duì)應(yīng)，下放鉆桿至該層根鍵標(biāo)高，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)頂進(jìn)根鍵。完成后，提升頂進(jìn)裝置至孔外，重新裝入根鍵，依次從下至上完成所有根鍵頂進(jìn)，具體內(nèi)容有：

1）頂進(jìn)裝置就位與對(duì)中：頂進(jìn)設(shè)備通過轉(zhuǎn)動(dòng)履帶吊和調(diào)整臂桿角度，使頂進(jìn)裝置與鋼筋籠中心重合。對(duì)中方法：下放頂進(jìn)裝置至孔口，量測(cè)相互對(duì)稱的4 根聲測(cè)管分別至頂進(jìn)裝置鄰近外輪廓的距離，前后左右調(diào)整旋挖鉆鉆桿，使其偏差控制在1cm 以內(nèi)，完成對(duì)中。

2）根鍵安裝：采用根鍵安裝匹配平臺(tái)，將匹配平臺(tái)放置在履帶吊回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)并調(diào)平固定，根鍵底面涂抹黃油后吊車吊放至滑臺(tái)上，對(duì)準(zhǔn)頂進(jìn)裝置滑槽入口，然后機(jī)械推入頂進(jìn)裝置滑槽。

3）根鍵頂進(jìn)位置精度控制措施：根鍵下放過程中主要有平面定位控制和垂直位置的控制。（1）平面位置控制：在根鍵頂進(jìn)裝置上加置4 塊限位板，利用鋼筋籠根鍵預(yù)留孔兩側(cè)聲測(cè)管作導(dǎo)向進(jìn)行控制。（2）垂直位置控制：以護(hù)筒頂面為參照，設(shè)置水平標(biāo)高控制線作為豎向深度零點(diǎn)，通過各層根鍵與護(hù)筒頂面的位置關(guān)系和水平標(biāo)高控制線與護(hù)筒的位置關(guān)系，計(jì)算出各層根鍵相對(duì)于水平標(biāo)高控制線的深度。鉆桿自身有測(cè)深功能，操作室設(shè)置有鉆桿下放深度感應(yīng)裝置，下放深度在儀表盤上直接顯示鉆桿下放深度，同時(shí)鋼筋籠根鍵預(yù)留口位置安裝有磁鐵，根鍵頂進(jìn)裝置上設(shè)有磁感應(yīng)器，裝置下到對(duì)應(yīng)位置后，感應(yīng)裝置指示燈亮，確保鉆桿下放到精確位置并通過測(cè)繩復(fù)核儀表盤數(shù)據(jù)，確認(rèn)垂直位置，從而保證根鍵能夠順利頂進(jìn)。

4）根鍵頂進(jìn)：在根鍵下放至頂進(jìn)位置后，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，進(jìn)行根鍵頂進(jìn)。

5）頂進(jìn)到位控制措施：頂進(jìn)裝置上設(shè)置有感應(yīng)裝置，在根鍵頂進(jìn)到位后，觸發(fā)感應(yīng)裝置，表示根鍵頂進(jìn)到位。

2.5 井壁混凝土施工質(zhì)量控制

完成內(nèi)層鋼筋籠和內(nèi)模安裝后，檢查沉渣厚度，若沉渣厚度＞5㎝，則進(jìn)行再次清孔，使沉渣厚度滿足要求。樁基中心位置設(shè)置中央大集料斗，同時(shí)沿井壁均勻布設(shè)4 根剛性導(dǎo)管布料，使混凝土面整體抬升速度盡可能保持一致。

1）導(dǎo)管底部至孔底間距控制在30～40cm。首批灌注混凝土的料斗存儲(chǔ)方量應(yīng)滿足導(dǎo)管初次埋置深度＞1.0m 和填充導(dǎo)管底部間隙的需要。根據(jù)基礎(chǔ)樁徑，設(shè)計(jì)相應(yīng)容量的首批混凝土灌注料斗以滿足施工需求。

2）在混凝土澆筑期間，導(dǎo)管底口始終保持伸入灌注混凝土內(nèi)2～6m，以防泥漿及水沖入管內(nèi)。按規(guī)范要求，應(yīng)經(jīng)常性地量測(cè)孔內(nèi)混凝土面層高程，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管出料口與混凝土表面的相應(yīng)位置，并始終予以嚴(yán)密監(jiān)視，記錄混凝土一次連續(xù)操作完成整根樁基的澆筑[2]。

3）灌注混凝土過程中，嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，隨時(shí)檢測(cè)混凝土坍落度，并根據(jù)規(guī)范要求抽樣制作混凝土試件，以檢驗(yàn)樁基混凝土質(zhì)量。

4）施工過程中注意控制混凝土的最小落差，尤其是樁頂附近混凝土灌注時(shí)，其落差應(yīng)滿足技術(shù)規(guī)范規(guī)定要求，確保混凝土密實(shí)。為確保成樁質(zhì)量，樁頂加灌1.0m。

3 效益分析

根式鉆孔實(shí)心樁基礎(chǔ)施工相比于常規(guī)實(shí)心樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、地連墻基礎(chǔ)施工等，雖然增加了根鍵及根鍵頂進(jìn)工作，但由于利用外圍土體對(duì)根鍵的握裹力及黏結(jié)力來提高基礎(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性，使得基礎(chǔ)長(zhǎng)度減少了約30%，并且降低了結(jié)構(gòu)自重，共節(jié)約成孔及樁基鋼筋混凝土工程量約30%，綜合節(jié)約成本約488 萬元，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

綜上所述，依托秋浦河大橋項(xiàng)目對(duì)根式鉆孔樁施工技術(shù)進(jìn)行專項(xiàng)研究，與傳統(tǒng)鉆孔樁、沉井、地連墻等基礎(chǔ)相比，根式鉆孔樁基礎(chǔ)具有入土深度小、結(jié)構(gòu)自重輕、承載力高、材料節(jié)約等特點(diǎn)和明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)家橋梁、海洋風(fēng)電事業(yè)的大力發(fā)展，其應(yīng)用范圍廣泛、前景廣闊，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。