深水樁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工分析
2017-09-04
1. 前言
隨著交通需求的增長，橋梁跨度的增大以及基礎(chǔ)入水深度的增加，尤其是近年來海灣、海峽、跨江大橋不斷建設(shè)，深水基礎(chǔ)的形式不斷創(chuàng)新，由最初的沉箱、沉井基礎(chǔ)，發(fā)展到管柱基礎(chǔ)、各種組合基礎(chǔ)，再到各類樁基礎(chǔ)、鐘形基礎(chǔ)、雙承臺管柱基礎(chǔ)、多柱基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)等形式，以適應(yīng)紛繁復(fù)雜的建設(shè)條件。國外許多國家在橋梁建設(shè)中很多采用直徑2～4m的大直徑鉆孔灌注樁，而且往往采用擴孔方法，直徑可達3～4m，這標(biāo)志著橋梁基礎(chǔ)工程技術(shù)已取得了很大的發(fā)展。我國樁基礎(chǔ)應(yīng)用在世界居于首位，探索先進的深水基礎(chǔ)施工技術(shù)更具有重要意義。本文以某大橋為例，探討了橋梁深水樁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)。
2. 沖擊鉆孔主要工序及要點
2.1 為防止沖擊振動使鄰孔壁坍塌或影響鄰孔剛灌注砼的凝固，應(yīng)注意：避免相鄰兩孔同時開孔；待鄰孔砼灌注完畢，一般經(jīng)24h后，強度達到2.5MPa方可開孔。
2.2 開孔前應(yīng)在護筒內(nèi)投入粘土，投入方量與粘土質(zhì)量有關(guān)，一般按護筒內(nèi)水體積的1.1倍投入。用鉆頭高頻率低沖程造漿。
2.3 鉆孔操作時要求操作人員注意察看鋼絲繩回彈及回轉(zhuǎn)情況，耳聽沖擊聲音，借以判斷孔底情況。要掌握“勤松繩、少松繩、勤抽查”的原則。停機時應(yīng)將鉆頭提起，防止沉碴埋鉆。墩位處應(yīng)常備打撈鉤，一旦掉鉆或卡鉆，必須及時處理。
2.4 在不同的地層，采取不同的沖程，在同一地層，為防止出現(xiàn)“十字槽”。應(yīng)間隔一定時間有意識地改變沖程。
2.5 當(dāng)孔內(nèi)泥漿含量增大，鉆進速度明顯減慢時，應(yīng)清除鉆碴一次。根據(jù)地層情況采用兩種清碴方法。
2.5.1 在砂土層中采用泥漿正循環(huán)清碴，本方法要求泥漿在排出護筒口，流入泥漿池的過程中，有足夠長度的循環(huán)槽，使鉆碴沉淀于槽內(nèi)，并及時鏟出槽外，純凈泥漿通過泥漿泵壓回孔底，循環(huán)時間與鉆碴數(shù)量、孔深、孔徑成正比。
2.5.2 在巖層中，因鉆碴顆粒較粗，為避免重復(fù)破碎，提高鉆孔速度，擬用掏碴桶清碴。
掏碴桶可選用球瓣活底掏碴桶，一般每鉆進0.6～1.0m掏碴一次，每次抽3～4筒，或抽至泥漿內(nèi)鉆碴明顯減小，無粗顆粒，比重降至正常為止。
2.6 在沖擊成孔過程中，為提高成孔效率，應(yīng)保證在沖程范圍內(nèi)鉆頭能夠以最大的沖擊力且保持經(jīng)常性地沖擊新鮮土層。必須勤于觀察，做出正確判斷，及時調(diào)整。
2.7 注意保持孔內(nèi)超壓。防止塌孔最主要的辦法就是保持鉆孔中泥漿對孔壁有一定的向外壓力。在整個鉆孔過程中，任何時候都必須保持孔中有穩(wěn)定的水頭壓力。一般孔內(nèi)水位宜比孔外水位高出1.5～2.0m，當(dāng)孔外水位發(fā)生變化時，應(yīng)密切觀察孔內(nèi)水位變化及測量孔深，檢查孔壁有無破壞，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施處理。
3. 清孔及檢孔注意事項
終孔后及時清理，不能停歇過久，以免使泥漿、鉆渣沉淀增多而造成清孔工作的困難甚至塌孔。
4. 鋼筋籠制作、安裝質(zhì)量控制
4.1 鋼筋籠制作：鋼筋骨架保護層、鋼筋籠焊接、聲測管安裝等應(yīng)符合規(guī)范要求。
4.2 鋼筋籠運輸、安裝：鋼筋籠節(jié)段在碼頭位置下水裝船，運輸至墩位附近，利用80t浮吊整體起吊直立，鋼筋籠吊裝應(yīng)采用專用吊具，防止鋼筋籠變形。
4.3 鋼筋籠的吊裝：吊入樁孔時，動作要慢，對準(zhǔn)孔中心，對準(zhǔn)孔位輕放、慢放。防止刮孔壁。下放過程中，注意觀察孔內(nèi)水位情況，如有異樣，立即停止，檢查是否塌孔。鋼筋籠下放到位后，應(yīng)與護筒、鉆機等連接牢固，防止在混凝土灌注過程中，發(fā)生掉籠或浮籠現(xiàn)象。鋼筋籠就位后，其底面高程與設(shè)計高程偏差±5cm，平面中心偏差±2cm，鋼筋骨架垂直度允許偏差為骨架長度1%。
5. 導(dǎo)管設(shè)置注意事項
5.1 封孔導(dǎo)管使用前應(yīng)預(yù)拼，并作水密試驗，試壓壓力取最長孔深孔底水壓力的1.3倍。
5.2 封孔導(dǎo)管使用前應(yīng)作預(yù)拉試驗，預(yù)拉拉力取最長導(dǎo)管的自重及導(dǎo)管內(nèi)充滿混凝土的重量計（扣除浮力）。
5.3 導(dǎo)管上口設(shè)儲料斗，儲料數(shù)量應(yīng)滿足首批混凝土入孔后，導(dǎo)管埋入深度不得小于1m，并不宜大于6m。
5.4 導(dǎo)管入孔后值班技術(shù)人員做好測量標(biāo)記并測量孔深。
5.5 導(dǎo)管安裝完畢，檢查孔底沉淀情況。若孔底沉碴厚度大于50mm，利用水封導(dǎo)管采用氣舉法進行二次清孔。 6. 灌注樁身水下混凝注意事項
6.1 混凝土灌注工作應(yīng)連續(xù)不間斷進行，萬一發(fā)生混凝土灌注中斷事故，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管的埋置深度，間斷、少量提升導(dǎo)管，并立即排除故障。
6.2 灌注過程中，必須對每根樁做好灌注記錄，并按規(guī)定留取混凝土試件，每100m3應(yīng)制取2組試件，且每根樁一般不少于4組試件。試件放入試驗室標(biāo)養(yǎng)池內(nèi)養(yǎng)護，養(yǎng)護28d后試壓其抗壓強度。
6.3 鉆孔樁除進行常規(guī)質(zhì)量檢測外，尚須進行如下質(zhì)量檢測：鉆孔樁混凝土強度達到設(shè)計規(guī)定后，對樁進行超聲波檢測。
7. 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制和質(zhì)量分析
7.1 本工程鉆孔灌注樁施工主要問題分析。
7.1.1 在鉆進過程中如遇洪水或高潮水位時，水位變化勢必劇烈，會給鉆進時帶來較大的坍孔風(fēng)險。
7.1.2 深水環(huán)境下施工，泥漿指標(biāo)下降，攜渣能力差，易造成鉆孔進尺慢，且根據(jù)橋址地質(zhì)情況、砂層較厚，易發(fā)生坍孔現(xiàn)象。
7.1.3 主橋樁基均為長樁，將導(dǎo)致鉆進困難，甚至出現(xiàn)掉鉆頭現(xiàn)象；成孔后可能出現(xiàn)斜孔、偏孔等現(xiàn)象。
7.1.4 混凝土灌注過程中，由于混凝土和易性較差、混凝土發(fā)生離析，或因?qū)Ч苈裆钸^大、導(dǎo)管提空等，導(dǎo)致斷樁。
7.1.5 由于本工程鉆孔深度大，成孔周期長，在鉆孔過程中極易出現(xiàn)縮徑和護筒底部漏漿等現(xiàn)象。
7.1.6 由于本工程鉆孔灌注樁具有樁長、樁徑大、混凝土方量大等特點，在混凝土灌注過程中易發(fā)生混凝土堵管現(xiàn)象。
7.2 施工過程中采取的主要保證措施。
7.2.1 防塌孔措施。
?。?）配備大功率、性能好的鉆機，選擇合理的鉆進參數(shù)如泥漿性能指標(biāo)、鉆壓、鉆速等。
?。?）由具備豐富施工經(jīng)驗的技術(shù)工人參與施工，強調(diào)以預(yù)防為主的指導(dǎo)思想，避免塌孔事故的發(fā)生。因為上游的鐵路橋施工單位也是中鐵大橋局，故選擇在上游鐵路橋的施工隊伍，對橋位處的地質(zhì)情況較熟悉。
?。?）根據(jù)不同土層選擇與之相適應(yīng)的鉆進方法。
（4）當(dāng)河床水位變化時，或鉆至砂礫土層漏漿嚴重時，及時調(diào)整孔內(nèi)水頭，保證孔內(nèi)水頭在任何時候均比最高洪水位或最高潮位高1.5～2.0m。
?。?）鉆孔施工過程中采用優(yōu)質(zhì)膨潤土造漿，在鉆孔壁面形成一層富有韌性的膠合薄膜，以保證孔壁的穩(wěn)定。
7.2.2 防掉鉆頭、偏斜孔措施。
鉆孔施工中采用加扶正圈導(dǎo)正、全孔減壓鉆進的防斜措施，扶正圈直徑比設(shè)計樁徑小20cm，扶正圈的位置放在離鉆頭腰帶5～6m處，必要時也可每鉆進20～30m，加一個扶正圈，以保持鉆具的導(dǎo)向性。采用減壓鉆進，即鉆機的主吊鉤始終要承受部分鉆具的重力，而孔底承受的鉆壓不超過鉆具重力之和（扣除浮力）的80%。
7.2.3 防縮徑措施。
?。?）使用與鉆孔直徑相匹配的鉆頭以反循環(huán)工藝鉆進成孔。
?。?）在淤泥層和淤泥質(zhì)黏土層鉆進時，采用小鉆壓、中等轉(zhuǎn)速鉆進成孔，并控制進尺，以防止鉆孔縮徑。
?。?）在粉質(zhì)黏土層采用中等鉆壓、中等轉(zhuǎn)速鉆進成孔，并注意掃孔。
（4）在粉細砂層采用大鉆壓、低轉(zhuǎn)速鉆進成孔，并控制進尺。
?。?）當(dāng)出現(xiàn)縮徑時，加大泥漿比重，以穩(wěn)定孔壁。在淤泥層和淤泥質(zhì)黏土地層鉆進時，容易產(chǎn)生縮徑問題，鉆進時應(yīng)注意，每進尺以定深度后，上下提放鉆頭，重新掃孔，確保成孔直徑。
?。?）根據(jù)試驗孔的鉆進參數(shù)、孔徑檢測匹配情況，適當(dāng)調(diào)整鉆頭直徑及鉆進參數(shù)，以期達到設(shè)計要求。
7.2.4 成孔質(zhì)量檢測保證措施。
采用超聲波孔壁測定儀對孔壁形狀和尺寸進行檢查和量測，能較準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)樁孔的問題所在，然后采取補救措施，保證成孔質(zhì)量。
7.2.5 混凝土澆筑質(zhì)量保證措施。
?。?）終孔前進行嚴格的清孔，使泥漿指標(biāo)達到相應(yīng)的要求。
?。?）盡量保證各項工序的連續(xù)性，嚴格控制混凝土流量和下放速度，保持均勻的流量和流速。保證灌注的連續(xù)性，盡量縮短混凝土泵送的間歇時間。如存在其他問題混凝土在短時間內(nèi)（0.5～1h）不能攪拌到位時，混凝土泵儲料斗內(nèi)應(yīng)儲備滿斗混凝土，間隔10min泵送兩個行程，使混凝土減少泌水率，或放慢放料速度。應(yīng)及時清理混凝土儲料斗中殘余干硬混凝土?；炷翆?dǎo)管不宜埋置過深，拆除導(dǎo)管應(yīng)迅速及時，拆除后導(dǎo)管要檢查密封圈好壞，及時更換密封圈，并保證導(dǎo)管有足夠的安全埋管深度。測算混凝土上升高度和導(dǎo)管埋深要勤、要準(zhǔn)。
?。?）選擇合理的混凝土配合比，力求和易性好、穩(wěn)定性好、可翻動性好、自密性能好。
7.3 鉆孔灌注成樁質(zhì)量檢測和分析。
樁基礎(chǔ)屬于隱蔽工程。為了保證基礎(chǔ)的安全可靠，樁基的質(zhì)量檢測至關(guān)重要。
7.3.1 鉆孔質(zhì)量偏差
鉆孔灌注樁的孔位、孔徑、傾斜度、孔深、沉淀厚度及清孔后泥漿指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)間表1。
7.3.2 混凝土抗壓強度試件。
在灌注混凝土?xí)r，每根樁應(yīng)制作2～4組（每組3塊）的混凝土試塊。試塊在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護，標(biāo)養(yǎng)到期應(yīng)進行強度測試，經(jīng)測試，所有混凝土試塊強度均符合設(shè)計要求。
8. 結(jié)束語
施工平臺搭設(shè)后，經(jīng)現(xiàn)場的位移和沉降觀測，結(jié)果與有限元分析結(jié)果十分吻合，很好地達到了預(yù)期的目的和效果，證明了施工平臺設(shè)計的合理性。按照提出的質(zhì)量控制措施指導(dǎo)施工，已施工的部分鉆孔灌注樁，樁身連續(xù)完整無缺陷，全部是I類樁；樁的傾斜度、軸線偏位等均100%控制在規(guī)范允許值范圍內(nèi)，樁身混凝土100%合格。表明所提出的針對本工程深水鉆孔灌注樁施工技術(shù)措施是切實有效的。
參考文獻
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[文章編號]1006-7619（2013）11-23-991
