大跨徑跨江大橋超長鉆孔灌注樁質(zhì)量控制

陳小虎

（安徽虹橋交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

濟(jì)（南）祁（門）高速淮南至合肥段淮河特大橋全長11839.5m，主橋結(jié)構(gòu)采用（120+200+120）m 單索面矮塔斜拉橋，全長440m，塔墩梁固結(jié)體系，上部主梁結(jié)構(gòu)為大懸臂單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆箱梁；主橋主墩19 號墩、20 號墩位于淮河主河槽上，均采用20 根直徑2.0m 鉆孔樁灌注樁，單樁設(shè)計樁長88m，實(shí)際鉆進(jìn)超過100m，均按摩擦樁設(shè)計。主墩鋼護(hù)筒按永久性結(jié)構(gòu)設(shè)計，施工中采取措施確保護(hù)筒參與結(jié)構(gòu)受力，長度根據(jù)施工方法及施工水位經(jīng)計算后確定。

2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)淮河特大橋地質(zhì)勘察資料，墩柱處具有代表性的樁基區(qū)域地質(zhì)情況見圖1。

圖1 樁基處地質(zhì)條件柱狀圖

3 鉆孔灌注樁施工工藝

3.1 施工定位

根據(jù)設(shè)計提供的導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)，計算出每個樁基點(diǎn)位的中心點(diǎn)坐標(biāo)，采用全站儀進(jìn)行測量放樣。重點(diǎn)是鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中的定位控制，監(jiān)測的方法是采用全站儀復(fù)測鉆盤中心位置（即樁位中心點(diǎn)），調(diào)整到位并實(shí)施找平，確保樁位中心偏差小于50mm。在鉆進(jìn)過程中，需要對鉆機(jī)底盤4 個角點(diǎn)沉降以及鉆架垂直度進(jìn)行量測，以保證鉆機(jī)穩(wěn)定性，確保鉆孔施工樁基的定位的精確控制。

3.2 鉆機(jī)選擇

主墩鉆孔灌注樁基礎(chǔ)為大直徑長深結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)設(shè)計施工的樁長88m，以及鉆機(jī)位于鋼棧橋平臺施工的實(shí)際情況，經(jīng)計算鉆機(jī)的最大鉆孔深度已經(jīng)達(dá)到110m。經(jīng)過設(shè)備比對以及以往相鄰橋梁橋位施工的經(jīng)驗(yàn)，選擇GPS-25D 型鉆機(jī)，最大鉆孔直徑為3m，最大鉆深130m。改型反循環(huán)鉆機(jī)具有提高鉆進(jìn)效率，成孔質(zhì)量好等特點(diǎn)，同時配套并列式反循環(huán)鉆具，在孔深時作氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，完全滿足實(shí)際施工需要。

3.3 泥漿制備及泥漿循環(huán)

3.3.1 泥漿制備

針對主墩深基礎(chǔ)的特點(diǎn)，選用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，鉆孔過程中選用不分散、低固相、高黏度的PHP 泥漿進(jìn)行護(hù)壁。施工中加強(qiáng)泥漿性能指標(biāo)的控制，控制鉆進(jìn)速度，以使孔壁泥皮得以牢靠形成，保持孔壁的穩(wěn)定。

性能指標(biāo)詳見表1。

表1 PHP 泥漿性能指標(biāo)

3.3.2 泥漿循環(huán)

鉆進(jìn)過程中需根據(jù)不同的地層控制鉆壓和鉆進(jìn)速度，尤其在變土層位置采用低壓慢轉(zhuǎn)施工。主墩鉆孔樁泥漿池為特殊設(shè)計的鋼套箱，設(shè)置于鉆孔作業(yè)平臺墩位處，并根據(jù)樁位動態(tài)調(diào)整。泥漿循環(huán)按有利于施工的原則設(shè)置循環(huán)系統(tǒng)，及時向鉆孔內(nèi)提供合適的泥漿。根據(jù)樁位處地層情況，及時調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，并注意觀察孔內(nèi)泥漿液面的變化情況，孔內(nèi)泥漿液面應(yīng)始終高于水面2m 左右，并適時向孔內(nèi)補(bǔ)充新制備的泥漿。

不同地層鉆進(jìn)過程中泥漿性能指標(biāo)見表2。

表2 不同地層鉆進(jìn)過程中泥漿性能指標(biāo)

4 鉆孔灌注樁檢孔及清孔

4.1 檢孔

為保證超長深樁基的成樁質(zhì)量符合設(shè)計規(guī)范要求，采用先進(jìn)檢測設(shè)備代替常規(guī)的探孔器檢測，為此現(xiàn)場專門配備了一臺超聲成孔成槽檢測儀，對成孔后的孔徑、孔深、垂直度、垮塌擴(kuò)縮徑位置、傾斜方位和成渣厚度等指標(biāo)進(jìn)行檢測，檢測操控便捷、靈活，檢測過程全部實(shí)現(xiàn)軟件自動控制，實(shí)測數(shù)據(jù)與測試結(jié)果實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化顯示，并自動分析測試結(jié)果，及時準(zhǔn)確反應(yīng)鉆孔樁的各項(xiàng)指標(biāo)，保證工程質(zhì)量。

4.2 清孔

在灌注水下混凝土之前，應(yīng)根據(jù)孔底成渣厚度情況進(jìn)行充分清孔，保證沉渣厚度滿足設(shè)計及規(guī)范要求，在清孔過程中必須保持孔內(nèi)水頭，防止坍孔。在施工過程中，應(yīng)防止采用加深鉆孔深度的方式來保證樁長以及代替清孔。

5 鋼筋籠制作、安裝

主橋樁基鋼筋籠骨架在定位胎具上分段制作成型，多節(jié)段同時制作，鋼筋間距使用卡具等措施控制，確保鋼筋骨架幾何尺寸滿足設(shè)計要求，并嚴(yán)格控制鋼筋籠軸線偏差，保證鋼筋匹配對接精度，鋼筋籠節(jié)段采用機(jī)械連接。鋼筋籠總長90.15m，18m 一節(jié)，每節(jié)2 根鋼筋采用直螺紋套筒連接，分為6 節(jié)（13.5+4×18+4.65），鋼筋籠總長為90.15m，根據(jù)吊車起吊能力和施工現(xiàn)場情況，盡量減少鋼筋籠接頭數(shù)量，以縮短鋼筋籠下放時間。鋼筋全長布置圖如圖2所示。

圖2 鋼筋全長布置圖

鋼筋籠采用特制運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)送至樁位現(xiàn)場，為防止鋼筋籠運(yùn)輸?shù)跹b過程中變形，采取在鋼筋籠內(nèi)環(huán)加強(qiáng)圈處用鋼筋加焊三角形支撐的措施，如圖3所示。

圖3 三角形支撐

6 混凝土澆筑

大直徑超長灌注樁的特點(diǎn)之一是每根樁基的混凝土方量較大，因此在選用導(dǎo)管時候宜使用直徑較大的鋼導(dǎo)管，鋼導(dǎo)管在使用前進(jìn)行水密承壓和街頭抗拉試驗(yàn)，并不得采用壓氣試壓，經(jīng)試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行灌注混凝土。

混凝土運(yùn)至灌注地點(diǎn)后，及時檢查其均勻性和坍落度等指標(biāo)，其坍落度指標(biāo)在樁基直徑為2m 時，宜為160～200mm，并充分考慮施工時的氣溫、運(yùn)距及施工時間的影響，不符合要求時不得使用。同時，在澆筑開始后應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停止。首批灌注混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋深厚度1m 以上，在灌注過程中應(yīng)保持孔內(nèi)的水壓高度，導(dǎo)管的埋置深度始終控制在2～6m 范圍內(nèi)。混凝土的灌注應(yīng)超過樁頂設(shè)計高程的0.5m 以上（實(shí)際現(xiàn)場控制在約1.0m），從而保證樁頂混凝土強(qiáng)度和質(zhì)量，并且保證樁頂鋼筋不被扭曲和損壞。

7 施工中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題及防治措施

7.1 孔壁坍陷

鉆進(jìn)過程中，如發(fā)現(xiàn)排出的泥漿中不斷出現(xiàn)氣泡，或泥漿突然漏失，則表示有孔壁坍陷跡象。

造成原因：造成孔壁坍陷的主要原因是鋼護(hù)筒的制作長度不足，護(hù)筒剛度不足變形，或未按設(shè)計形狀制作，鋼護(hù)筒打入土層深度不夠；泥漿的容重及濃度不足或黏度不符合標(biāo)準(zhǔn)起不到護(hù)壁作用。未按不同地質(zhì)狀況及時調(diào)整鉆進(jìn)速度、成孔后未能及時進(jìn)行下道工序。

防治措施：按設(shè)計埋深要求打入鋼護(hù)筒并保持護(hù)筒安裝垂直，在護(hù)筒內(nèi)設(shè)置泥漿泵并在適當(dāng)位置開孔，做好泥漿循環(huán)，嚴(yán)格控制孔內(nèi)水頭標(biāo)高，使用優(yōu)質(zhì)的泥漿，提高泥漿的比重和黏度，使護(hù)筒內(nèi)保持1.0～1.5m 的水頭高度并高于地下水位。保證鋼筋籠安裝定位準(zhǔn)確，鋼筋籠接長采用直螺紋套筒連接，加快施工進(jìn)度。成孔后，待灌時間不宜大于3 小時，在保證樁基施工質(zhì)量的情況下，加快混凝土的灌注速度。

7.2 縮孔

造成原因：地質(zhì)構(gòu)造中含有軟弱層，在鉆孔通過該層中，軟弱層在土壓力的作用下，向孔內(nèi)擠壓形成縮孔；地質(zhì)構(gòu)造中塑性土層，遇水膨脹，形成縮孔；鉆頭磨損過快，未及時補(bǔ)焊，從而形成縮孔。

防治措施：根據(jù)設(shè)計地質(zhì)資料，鉆進(jìn)過程中及時撈渣分析鉆進(jìn)土層變化情況，在含有軟弱層或塑性土的地層時，在選用優(yōu)質(zhì)泥漿的同時，采用上下反復(fù)掃孔的辦法，以擴(kuò)大孔徑；及時進(jìn)行鉆具檢查，當(dāng)鉆頭出現(xiàn)磨損較多時要及時補(bǔ)焊，保證設(shè)計孔徑要求。

7.3 卡管

造成原因：外加劑的使用導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生假凝現(xiàn)象，造成和易性、流動性降低；混凝土中粗骨料粒徑過大以及混合料級配不合理；設(shè)備故障等造成混凝土澆筑的中斷，混凝土初凝而卡管；灌注后期泥漿比重過大等。

防治措施：在混凝土灌注時，應(yīng)加強(qiáng)對混凝土攪拌時間和混凝土坍落度的控制，水下混凝土應(yīng)具備良好的和易性，宜摻減水劑和緩凝劑外加劑。鋼導(dǎo)管應(yīng)具有足夠的剛度，使用前應(yīng)進(jìn)行拼裝和試壓。在混凝土澆筑過程中，應(yīng)使用漏斗接導(dǎo)管的方式，確保混凝土不直接倒入導(dǎo)管。灌注混凝土后期應(yīng)及時清理混凝土頂面沉渣，進(jìn)行泥漿置換。

7.4 斷樁

造成原因：施放導(dǎo)管前導(dǎo)管長度計算錯誤導(dǎo)致導(dǎo)管底端距孔底距離較大或首批灌注混凝土方量計算有誤，灌注后未能將導(dǎo)管埋住或埋置深度不足；灌注混凝土過程中，在提升導(dǎo)管時由于量測或計算有誤，盲目提升導(dǎo)管長度，導(dǎo)致導(dǎo)管拔出已澆筑的混凝土表面或在混凝土與泥漿的混合處；導(dǎo)管在提升過程中偏位，被鋼筋籠卡住，在混凝土初凝前未能提出。

防治措施：精確計算并留足富余量，混凝土澆筑過程中，應(yīng)隨時控制混凝土面的標(biāo)高和導(dǎo)管的埋深，提升導(dǎo)管要準(zhǔn)確可靠，切勿頻繁起拔及偏位提升，確保首批混凝土灌注后導(dǎo)管埋置深度不小于1m，過程中導(dǎo)管埋深控制在2～6m。嚴(yán)格確定混凝土的配合比，混凝土應(yīng)有良好的和易性和流動性，對坍落度進(jìn)行嚴(yán)格控制使之滿足工作要求，灌注過程中應(yīng)連續(xù)不間斷。

8 結(jié)語

濟(jì)（南）祁（門）高速淮南至合肥段淮河特大橋19號、20 號主墩樁基屬于超長大直徑鉆孔灌注樁，在滿足設(shè)計要求的前提下，通過對樁位地質(zhì)分析，在鉆機(jī)類型的選擇、泥漿制作、樁位定位等方面的控制，按照樁基施工的工序進(jìn)行嚴(yán)格的管理，并在過程中提前做好樁基施工中易發(fā)生質(zhì)量隱患的防止措施，在規(guī)劃和監(jiān)管等環(huán)節(jié)重點(diǎn)突出，確保做到事前有預(yù)案、事中有管控、事后有驗(yàn)收。通過上述措施的管控，該主橋施工樁基質(zhì)量得到了有效保證，所有樁基檢測均為Ⅰ類樁。