淺談沖孔灌注樁的質(zhì)量控制在內(nèi)河高樁碼頭中的應(yīng)用

蔣丹

（長(zhǎng)江武漢航道工程局，湖北 武漢 430014）

1 概述

1.1 工程概況

岳陽(yáng)國(guó)際集裝箱碼頭二期工程位于岳陽(yáng)港城陵磯港區(qū)，建設(shè)為4 個(gè)3000 噸級(jí)（兼顧5000 噸級(jí)）以集裝箱為主的多用途泊位。碼頭平臺(tái)長(zhǎng)500m，寬30m，共13 個(gè)排架。碼頭結(jié)構(gòu)形式為高樁碼頭結(jié)構(gòu)，碼頭平臺(tái)樁基為鋼筋混凝土嵌巖灌注樁，嵌巖灌注樁樁身直徑1.6m，樁長(zhǎng)20～29m，共317 根，混凝土澆筑總工程量約15000m3。

1.2 樁基施工地質(zhì)條件

碼頭施工作業(yè)平臺(tái)地處長(zhǎng)江防洪大堤江側(cè)邊灘，覆蓋層由上至下主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉細(xì)砂和圓礫等組成，總厚7.9～21.4m，巖面標(biāo)高3.17～10.65m。樁基持力層為中風(fēng)化板巖，嵌巖深度4.5m～5.5m。嵌巖灌注樁施工現(xiàn)場(chǎng)圖如下：

圖1 嵌巖灌注樁施工現(xiàn)場(chǎng)

2 施工工藝流程及清孔

2.1 灌注樁施工工藝流程

本工程嵌巖灌注樁采用CZ-50 型沖擊鉆進(jìn)行沖孔施工，能滿足施工需要。嵌巖灌注樁施工工藝流程：平整場(chǎng)地→泥漿制備→埋設(shè)護(hù)筒→鋪設(shè)工作平臺(tái)→安裝機(jī)器設(shè)備并定位→沖孔→清孔并檢查成孔質(zhì)量→下放鋼筋籠→安裝灌注導(dǎo)管→第二次清孔→澆筑水下砼。

2.2 清孔

清孔方式采用換漿法正循環(huán)清孔。清孔原理：由泥漿泵將已配置好的泥漿經(jīng)過(guò)輸送管線將泥漿送至孔底，送至孔底的泥漿懸浮并攜帶孔內(nèi)鉆渣，再經(jīng)過(guò)鋼護(hù)筒溢漿口、溝槽流入循環(huán)溝、沉淀池，然后進(jìn)入泥漿池循環(huán)使用。

沖擊鉆沖孔達(dá)到設(shè)計(jì)土層底標(biāo)高后，進(jìn)行第一次清孔，主要對(duì)孔底以及懸浮在孔內(nèi)泥漿中的大量鉆渣進(jìn)行清除。經(jīng)第一次清孔完成，沉渣厚度符合要求后，及時(shí)下放鋼筋籠及灌注導(dǎo)管，下放完畢之后，再利用灌注導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔。第二次清孔完成，沉渣厚度及泥漿性能指標(biāo)符合要求后，再及時(shí)澆灌混凝土。

圖2 換漿法正循環(huán)清孔原理圖

3 施工場(chǎng)地布置、鋼筋籠制作下放

碼頭平臺(tái)灌注樁樁基中心橫向間距8.25m，縱向間距分別為3.22m、7.56m、8m。施工投入15 臺(tái)沖擊鉆同時(shí)進(jìn)行施工，樁基采用由一側(cè)向另一側(cè)間隔跳打的施工順序，盡量減少對(duì)附近的樁基成孔質(zhì)量的影響。因樁基密集，施工場(chǎng)地空間狹窄，并且要留出施工便道，附近難以開(kāi)挖較大的泥漿池，甚至部分樁基泥漿池需要共用，泥漿沉淀池沉渣采用1.5m3挖掘機(jī)進(jìn)行隨時(shí)清理并外運(yùn)。單排架樁基平面布置圖如下：

圖3 單排架樁基平面布置圖

本項(xiàng)目鋼筋籠數(shù)量多，受長(zhǎng)江水位影響可施工時(shí)間少，工期緊。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工安排，鋼筋籠不采用分節(jié)制作、下放，就近整體制作，直接一次成型，節(jié)省下放鋼筋籠時(shí)在孔口進(jìn)行焊接或機(jī)械連接所消耗的時(shí)間，并減少施工便道被吊機(jī)占用較多時(shí)間。

鋼筋籠下放前，由專業(yè)測(cè)量人員在鋼護(hù)筒口放出樁中心，便于鋼筋籠順利下放。鋼筋籠下放由30 噸履帶吊協(xié)助完成，鋼筋籠下放至頂面接近鋼護(hù)筒口時(shí)，在鋼筋籠的加勁箍下橫穿兩根3m 的2［10 槽鋼使鋼筋籠固定。然后起吊2 根φ16(圓鋼)吊筋與整節(jié)鋼筋籠進(jìn)行連接，吊筋長(zhǎng)度要經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，以保證鋼筋籠頂能夠剛好下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，吊筋焊接完畢后，及時(shí)接長(zhǎng)聲測(cè)管。聲測(cè)管連接好以后抽出槽鋼，下放鋼筋籠到設(shè)計(jì)標(biāo)高。沖擊鉆施工及鋼筋籠下放圖如下：

圖4 沖擊鉆施工

圖5 鋼筋籠下放

4 混凝土澆筑工藝

4.1 施工工藝

混凝土由罐車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)采用泵送進(jìn)行澆筑。當(dāng)進(jìn)行首灌混凝土澆筑時(shí)，澆筑時(shí)采用儲(chǔ)料斗進(jìn)行施工，儲(chǔ)料斗與導(dǎo)管直接連接。儲(chǔ)料斗方量必須大于首灌方量。澆筑過(guò)程中，混凝土由儲(chǔ)料斗經(jīng)導(dǎo)管下料，導(dǎo)管采用φ300 mm（內(nèi)徑）×δ8 mm的無(wú)縫鋼管制作、快速接頭連接，加工長(zhǎng)度取1～5m 不等。

導(dǎo)管使用前在陸地上預(yù)拼，分節(jié)之間安裝O型密封圈法蘭連接，導(dǎo)管在使用前進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)。水密成壓試驗(yàn)方法是把拼裝好的導(dǎo)管先灌入70%的水，兩端封閉，一端焊輸風(fēng)管接頭，輸入2300kp 的風(fēng)壓力，導(dǎo)管滾動(dòng)數(shù)次，經(jīng)15 分鐘不漏水即為合格。導(dǎo)管內(nèi)過(guò)球應(yīng)暢通。符合要求后，在導(dǎo)管外壁用明顯標(biāo)記逐節(jié)標(biāo)明尺寸，導(dǎo)管應(yīng)配備總數(shù)20%～30%的備用導(dǎo)管。

4.2 混凝土澆筑

首批混凝土澆筑采用“拔塞法”，確保一次成功。儲(chǔ)料斗中的混凝土方量稍大于首灌方量，當(dāng)儲(chǔ)料斗裝滿混凝土量時(shí)，開(kāi)始拔掉儲(chǔ)料斗底口的塞子，首灌混凝土澆注成功后，混凝土經(jīng)泵送直接向儲(chǔ)料斗提供混凝土，并不斷檢測(cè)澆注的混凝土面高度，防止導(dǎo)管埋深超過(guò)6m，當(dāng)接近6m 時(shí)，用吊車將儲(chǔ)料斗提升，從導(dǎo)管頂面拆除一節(jié)導(dǎo)管，使儲(chǔ)料斗高度適合澆注，但在提升時(shí)一定要保證導(dǎo)管埋深至少2m。如此循環(huán)直至澆注完畢。

首批混凝土灌注前進(jìn)行孔內(nèi)沉渣厚度的測(cè)定，沉渣厚度滿足要求后即可進(jìn)行首批混凝土的灌注，首批灌注混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導(dǎo)管底部的需要，首批混凝土澆筑量根據(jù)計(jì)算確定，公式計(jì)算：

式中：V—灌注首批混凝土所需數(shù)量（m3）；D—樁孔直徑（m）；H1—樁孔底至導(dǎo)管底端間距，一般為0.4m；H2—導(dǎo)管初次埋置深度（m），按1m 考慮；d—導(dǎo)管內(nèi)徑（m）；h1—樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外（或泥漿）壓力所需的高度（m），即h1＝HwΥw/Υc；樁基樁徑為1.6m，Hw=30m（碼頭平臺(tái)樁長(zhǎng)為20～29 米不等，取30 米計(jì)算），Υw=10KN/m，Υc=24KN/m，d=0.30m。h1=HwΥw/Υc=30.00×10/24=12.5m。

經(jīng)計(jì)算，首灌混凝土方量≥3.7m3，儲(chǔ)料斗里的混凝土方量要達(dá)到3.7m3以上。

5 施工質(zhì)量控制

5.1 嵌巖深度的判斷

判斷樁端是否達(dá)到持力層至關(guān)重要。判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）鉆孔深度與相鄰勘探孔反映的中風(fēng)化基巖層深度基本一致。

（2）現(xiàn)場(chǎng)孔底渣土樣與地質(zhì)勘查報(bào)告上的特征是否相吻合。

（3）鉆機(jī)(具)振動(dòng)明顯加大，鉆進(jìn)很困難、鉆桿進(jìn)尺量很小。

5.2 測(cè)量控制

施工前，對(duì)鋼護(hù)筒埋設(shè)進(jìn)行垂直度檢測(cè)，垂直度滿足施工要求，豎向傾斜度不得大于1%。鋼護(hù)筒中心與樁基中心位置利用全站儀進(jìn)行復(fù)核，平面誤差不得大于50mm。樁基施打前，對(duì)沖擊鉆鉆頭進(jìn)行測(cè)量，鉆頭直徑宜比孔徑小20mm～60mm。用以沉渣厚度測(cè)量的鋼測(cè)繩必須通過(guò)鋼卷尺進(jìn)行校核，施工過(guò)程中定期進(jìn)行復(fù)核，滿足測(cè)量精度要求。如施工過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)鋼測(cè)繩損壞，應(yīng)立即進(jìn)行更換。

5.3 鋼筋籠制作與下放

為防止鋼筋籠主筋及箍筋露筋，鋼筋籠四周均設(shè)置鋼筋保護(hù)層，保護(hù)層沿鋼筋籠主筋方向每隔2m 設(shè)置一道，保護(hù)層寬度均為0.057m，鋼筋籠直徑（含保護(hù)層）計(jì)算為1.566m。鋼筋籠沿豎向主筋方向若發(fā)生較大幅度彎曲，下放鋼筋籠時(shí)，會(huì)刮碰泥漿護(hù)壁，導(dǎo)致護(hù)壁泥皮甚至泥塊掉入孔底，難以清理。鋼筋籠簡(jiǎn)易構(gòu)造圖如下：

圖6 鋼筋籠簡(jiǎn)易構(gòu)造圖（尺寸mm）

施工現(xiàn)場(chǎng)鋼筋籠制作場(chǎng)地必須平整。鋼筋籠制作應(yīng)選擇地質(zhì)較硬的場(chǎng)地，經(jīng)挖掘機(jī)整平后，鋪墊10cm厚碎石整平后再進(jìn)行鋼筋籠制作，碎石整平標(biāo)準(zhǔn)為±20mm，有條件時(shí)可進(jìn)行硬化處理。鋼筋籠制作偏差如下表：

表1 鋼筋籠制作偏差表

鋼筋籠應(yīng)徐徐緩慢下放，下放時(shí)檢查鋼筋籠垂直度，直至下放完畢。嚴(yán)禁高起猛落，強(qiáng)行下放。若遇阻礙或異常情況應(yīng)立即停放，查明原因。下放過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻注意孔內(nèi)水位變化。

5.4 清孔

終孔后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清孔。鉆孔灌注樁采用二次清孔，在第一次清孔前，利用挖掘機(jī)將泥漿沉淀池底部的碎石以及細(xì)小顆粒清理一遍。在清孔時(shí)，泥漿從孔內(nèi)攜帶鉆渣多數(shù)能沉至泥漿池底部，可以減少泥漿池中的細(xì)小顆粒隨泥漿繼續(xù)循環(huán)進(jìn)入孔內(nèi)。在第一次清孔完成后，再次對(duì)泥漿池內(nèi)沉渣予以清除。

第一次清孔：成孔驗(yàn)收完畢后，將鉆頭提離孔底30～50cm，注入優(yōu)質(zhì)泥漿，進(jìn)行正循環(huán)清孔，清孔到位后，及時(shí)停機(jī)提鉆，并下放鋼筋籠。

第二次清孔：鋼筋籠安裝完畢后，下放導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔，清孔過(guò)程中導(dǎo)管底口距離孔底30～50cm。整個(gè)清孔過(guò)程中，應(yīng)將泥漿相對(duì)密度控制在1.20～1.45，粘度19～28s，含砂率4%～8%，在確保孔壁穩(wěn)定的前提下進(jìn)行清孔。清孔標(biāo)準(zhǔn)：第二次清孔后沉渣厚度不超過(guò)5cm。

由于泥漿池狹小及泥漿內(nèi)沉渣難以沉淀等因素，綜合考慮在二次清孔前，在泥漿池與孔內(nèi)泥漿輸送導(dǎo)管之間增加濾砂器。經(jīng)過(guò)泥漿泵加壓的泥漿從進(jìn)漿口進(jìn)入濾砂器（筒）內(nèi)后，形成高速旋轉(zhuǎn)渦流，在離心力作用下，泥漿中的砂粒與泥漿分離，同時(shí)在重力和離心力雙重作用下向下析出，通過(guò)濾砂器（筒）底部的出砂口排出，達(dá)到漿砂快速分離的目的。分離析出砂后的泥漿，經(jīng)過(guò)濾砂器（筒）頂部的出漿口排出循環(huán)進(jìn)入孔內(nèi)。

第二次清孔完成后，報(bào)驗(yàn)合格后，繼續(xù)保持泥漿循環(huán)清孔直至混凝土罐車到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，再及時(shí)安裝灌注料斗進(jìn)行澆筑混凝土。在清孔排渣時(shí)，應(yīng)保持孔內(nèi)水頭，防止坍孔。施工現(xiàn)場(chǎng)安排專人隨時(shí)對(duì)泥漿比重、泥漿粘度、泥漿砂率三大指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖7 泥漿粘度檢測(cè)

圖8 泥漿砂率檢測(cè)

5.5 工序之間銜接緊密

灌注樁施工各工序之間應(yīng)盡量銜接緊密，工序之間盡可能縮短等待時(shí)間，尤其要縮短鋼筋籠下放時(shí)間及二次清孔驗(yàn)孔合格等待首灌混凝土澆筑的時(shí)間，以免造成塌孔或孔底沉渣難以清理的情況。

沖孔灌注樁的可施工樁徑大，施工噪聲和振動(dòng)較小，對(duì)周邊土層擾動(dòng)小，適用的土層范圍廣。隨著碼頭規(guī)模和吞吐量的增加，沖孔灌注樁越來(lái)越被廣泛利用，而灌注樁施工過(guò)程中的質(zhì)量控制尤為重要，本文主要以岳陽(yáng)城陵磯碼頭為例，用以指導(dǎo)后續(xù)類似項(xiàng)目的施工。