水上旋挖灌注樁施工技術實踐

彭甄如

（廣東水電二局集團有限公司，廣東 廣州 510000）

某堤岸防護工程位于廣州市海珠區，全長2.122km。堤防防洪（潮）標準為200 年一遇，設計洪（潮）水位為2.65m，堤防工程等級為1 級。堤頂路面高程為3.95m，設計防浪墻頂高程為4.45m。根據不同的地形和地質情況，結構斷面分述如下：①灌注樁單排結構（樁徑1100mm）。灌注樁單排結構方案主要針對軟弱土層較厚段，該結構整治長度為1561m，采用φ1100mm 灌注樁結構，樁間距為1.3m，共1206 根灌注樁，樁間采用插條擋土，上部現澆砼樁帽及胸墻擋土。②碼頭、舊堤加高。在原碼頭邊或碼頭內加高。碼頭、舊堤加高段共長561m。根據初步勘察，揭露的地層主要為第四系全新統珠江三角洲沖積相的淤泥類土、砂類土或黏性土，下伏白堊紀泥質粉砂巖。

1 設置技術參數

根據樁體力學性能值進行灌注樁施工與后期質量檢驗，主要體現在單樁承載力、樁的數量、各樁的實際荷載及沉降狀況，通過預設和核準相關參數確定樁的實際性能。

計算單樁極限承載力，如公式（1）所示。

式中：Quk為單樁極限承載力標準值；Qpk為單樁端阻力極限標準值；Qsk為單樁側面阻力極限標準值；qpk為樁持力層端阻力標準值；Ap為樁底截面面積；u為樁體周邊長度；qsik為樁周第i層土側面阻力標準值；li為第i層巖土厚度。

計算單樁承載力特征值，如公式（2）所示。

式中：Ra為單樁承載力特征值；Quk為單樁極限承載力標準值；k為安全系數，取值3。

計算樁頂荷載，如公式（3）所示。

式中：Nk為樁基平均豎向力；Fk為標準荷載下承臺頂面所受豎向力；Gk為基樁承臺上土體自重值；n為樁數。

計算樁數，如公式（4）所示。

式中：n為樁數；Fk為標準荷載下承臺頂面所受豎向力；Gk為基樁承臺上土體自重值；Nk為樁基平均豎向力。

計算樁頂豎向力，如公式（5）所示。

式中：Nk為樁基平均豎向力；Nkm為樁頂極限豎向力；R為樁基豎向承載力特征值。

計算樁基沉降，如公式（6）所示。

式中：S為樁基實際沉降值；φ為沉降經驗系數；φe為沉降等效系數；m為角點法中點對應矩形荷載分塊數；P0j為角點法中第i 塊地面的附加壓力；n為計算深度下所含標準土層數；Zij為樁端第j塊荷載至第i層土的距離；Z（i-1）j為第i-1 層土底面的距離；aij為樁端第j塊荷載至第i層土的深度下所附加的應力系數；a（i-1）j為第i-1 層土底面深度下所附加的應力系數。

2 水中鋼護筒埋設技術要點

樁基鋼護筒直徑設計值大于樁基直徑10cm，鋼護筒材質為6mm～8mm 的鋼板。需要用定位器輔助進行卷曲，并設臺座完成接長，確保護筒接縫度和形狀符合要求。在加工廠采用坡口式焊接法預制護筒主體，長度為 1.5m，在保持銜接強度的同時，要求焊縫完全閉合。單個護筒首節長度預設為6m，根據樁位處的深度要求和作業需求適度使用可調整護筒組件[1]。

使用14#槽鋼搭設“井”字形的雙層導向架。下層導向架與鉆孔平臺處用平撐進行固定。在平臺頂下約2m 處，當低平潮時完成焊接；上層導向架加設2 根10#槽鋼，連接平臺上部的 2 根橫梁。

當安裝第一節護筒時，護筒需要高于便橋0.8m～1m，通過4 個支撐點焊接“工”形鋼，將其固定在平臺“工”形鋼上，確認牢固后起吊下一節，并進行對接安裝。用履帶吊將振動錘吊至護筒上方，確認振動錘與護筒基本垂直后，根據護筒的下沉情況下放鋼絲繩，直至護筒下沉深度為預設值或當護筒的貫入速度為5cm/min 時完成作業。部分孔位夾雜粗砂，因此護筒下沉難度較大，須對護筒底端進行開孔，鉆出距離為3m，接護筒后用振動錘繼續施力，確認護筒下沉至不透水基層后完成作業。護筒施工技術如圖1 所示。

圖1 水中護筒施工技術

3 泥漿制備技術要點

每臺鉆機配備1 臺規格為22kW 的3PN 型泥漿泵，采用鋼板樁沿施工便橋圍閉10m×3m×3m 的泥漿循環池，每臺鉆機圍閉一個泥漿循環池，及時用車對成孔泥漿進行外運。泥漿池與鋼護筒間采用直徑300mm 的鋼管（具體以現場施工為準）連接，鋼護筒須開槽，并焊接鋼板成槽。施工期間護筒內的泥漿面應高出地下水位1m 以上，在清孔過程中，應不斷置換泥漿，直至灌注水下混凝土。在灌注混凝土前，孔底50cm 內的泥漿相對密度應≤1.25；含砂率≤8%，黏度≤28s。新配制的泥漿性能見表1。

表1 泥漿性能指標

當旋挖機鉆孔施工時，在旋挖機一側放置一個小型泥漿箱，高度約0.6m，長寬約2.5m×3m，泥漿箱底設置泄水管，泥漿水重復流入樁孔內。在鉆孔施工過程中，通過抽取岸上儲備泥漿池補充泥漿至樁孔。鉆孔完成后，樁孔泥漿采用大功率泥漿泵泵送上岸儲備泥漿池，若距離超過50m，則用中轉小型號的泥漿箱進行接力抽漿。

4 成孔技術要點

鉆進時需要關注孔內情況，當鉆至設計標高時，及時對成孔質量進行檢查，核查并記錄孔徑、孔深和垂直度等信息，由于人工核查和傳統核查方式效果較差，因此使用超聲波檢孔儀進行檢測[2]。具體指標見表2。

表2 旋挖成孔質量指標

初步鉆孔完畢后，在孔內插入大功率泥漿泵，開啟正循環模式對孔內進行清理，同步觀測孔內泥漿指標，當泥漿指標符合設計要求且孔底沉淀不超標時，確認清孔完畢。在鋼筋籠下放及澆注導管安置完畢后，進行二次清孔作業，同步觀測孔內泥漿指標與孔底沉淀，二者均滿足設計要求后，使用變徑接頭與澆注導管連接進行正循環清孔。

當鉆進黏泥層時，泥層黏度過高，進尺較深容易卡鉆，為避免該問題，單次鉆進的深度須控制在30cm～40cm。

設計使用鉆筒直徑至少比成孔直徑小5cm，側齒和邊齒加長至鉆筒長度的2/3，在使用過程中，需要檢查側齒和邊齒，發現磨損及時采取修復措施。

采用高壓噴射法解決卡鉆問題。在鉆頭邊約50cm 的兩側分別開設2 個對稱孔，噴管由小孔送入，對準被卡的鉆頭，進行高壓噴射至噴穿兩孔，待原鉆孔內的沉渣落入小孔內，鉆頭可進行回轉提升。

軟弱層可塑性不足，鉆進難度相對較大，若遇到無法鉆進情況，則暫停鉆進作業，在孔內取適量土，使孔底呈空腔狀態，再向孔內注入C20 混凝土，等待24h，待混凝土基本固結后重新鉆進，如果軟弱層過厚，就采取分層處理辦法，重復以上操作。

需要按照設計要求嚴格控制擴底角度和深度，通常擴展部分與垂直方向的傾斜角度θ應控制在6°～12°，擴底深度超擴20cm～30cm。每次擴底高度須與前一次擴底面重疊20cm～30cm，根據每次擴底深度設置擴底直徑。考慮擴底段縮徑，根據持力層地層分布情況和實際成孔檢測情況，擴底段直徑比設計圖紙要求超擴5cm～10cm。

5 鋼筋籠制作及安裝技術要點

當制作鋼筋籠時，須嚴格按照設計要求，應檢查接頭安裝，接頭不能集中在一處，總接頭數控制在該截面鋼筋總數的50%內[3]。

鋼筋籠自上而下每2m 加設加強箍，須對加強箍的強度進行驗證，保證有效地保護鋼筋籠，加強箍應設置在主筋內側，采用點焊方式與主筋焊接，加強箍的搭接長度應大于5d，采用雙面焊接的方法。同時，鋼筋籠自上而下每2m 加設保護墊。鋼筋籠具體制作與吊放要求見表3。

表3 鋼筋籠制作與吊放偏差指標

使用20t 汽車吊安裝鋼筋籠，在作業平臺上固定汽車吊支點。當鋼筋籠下放時，確保與鉆孔保持垂直。在下放過程中，以50cm～100cm 為單位，對鋼筋籠和孔內情況進行觀測，確保二者同心度和孔內環境滿足作業要求。吊裝作業如圖2 所示。

圖2 鋼筋籠安裝圖

若出現導管進水的情況，則重新下放導管，當導管沉至孔底30cm～40cm 時，投入制備的適量混凝土進行二次沖底，若無法保證二次沖底效果，則需要將鋼筋籠提出復鉆，再按照工序標準下放鋼筋籠和導管，進行灌注作業[4-5]。

6 混凝土灌注技術要點

導管采用吊裝接駁，下放時須保持垂直且用相應的吊具和固定卡盤輔助操作，下放導管至距孔底部約40cm 停止下放。

鉆孔樁采用C30 商品混凝土。混凝土性能要求如下：鉆孔樁工程采用普通硅酸鹽水泥（P2O），強度等級為42.5，質量符合國家標準《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）；灌注時的混凝土塌落度為18cm～22cm；粗骨料采用粒徑為5mm～25mm連續級配；混凝土的初凝時間控制在3h 以上；根據配比摻入適量的外加劑和粉煤灰，以此確保混凝土的流動性與和易性；使用的粗骨料粒徑應小于鋼筋最小凈距的1/5 且小于導管內徑的1/6，粒徑上限值為40mm；細骨料使用級配較好的中砂。

混凝土攪拌車參與灌注流程。單樁灌注的材料方量約20m3，灌注強度下限值為30m3/h，灌注混凝土的單次時長不超過3h。采取拔塞法對灌注樁進行封底。

封底完成后采取連續灌注混凝土的施工辦法，確保成樁的完整性與強度。若導管埋深＞3m，則需要將導管上提1m，確保混凝土翻漿順利；當導管埋深超過6m 時，需要拆除導管，保證導管埋深在2m～6m。當灌注混凝土時，每隔15min～20min提動導管，確保灌注連續和翻漿順利。混凝土灌注作業如圖3所示。

圖3 混凝土灌注作業圖

7 結語

針對水上旋挖灌注樁施工，對各種因素進行認真分析，制訂有效的施工計劃，做好施工前期的準備工作。只有全面把握鉆孔、成孔、清孔、鋼筋籠生產以及后期的澆筑、安裝等各項流程，才能全面協調各施工環節，降低資源消耗，提高工程效益。