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(zhǎng)，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(tái)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(guó)外許多國(guó)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(kuò)孔方法，直徑可達(dá)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(guó)樁基礎(chǔ)應(yīng)用在世界居于首位，探索先進(jìn)的深水基礎(chǔ)施工技術(shù)更具有重要意義。本文以某大橋?yàn)槔接懥藰蛄荷钏畼痘A(chǔ)鉆孔灌注樁施工技術(shù)。
2. 沖擊鉆孔主要工序及要點(diǎn)
2.1 為防止沖擊振動(dòng)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(shí)開孔；待鄰孔砼灌注完畢，一般經(jīng)24h后，強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa方可開孔。
2.2 開孔前應(yīng)在護(hù)筒內(nèi)投入粘土，投入方量與粘土質(zhì)量有關(guān)，一般按護(hù)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(shí)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(jī)時(shí)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(shí)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(shí)間有意識(shí)地改變沖程。
2.5 當(dāng)孔內(nèi)泥漿含量增大，鉆進(jìn)速度明顯減慢時(shí)，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(hù)筒口，流入泥漿池的過程中，有足夠長(zhǎng)度的循環(huán)槽，使鉆碴沉淀于槽內(nèi)，并及時(shí)鏟出槽外，純凈泥漿通過泥漿泵壓回孔底，循環(huán)時(shí)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(jìn)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(shí)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(duì)孔壁有一定的向外壓力。在整個(gè)鉆孔過程中，任何時(shí)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(shí)，應(yīng)密切觀察孔內(nèi)水位變化及測(cè)量孔深，檢查孔壁有無破壞，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施處理。
3. 清孔及檢孔注意事項(xiàng)
終孔后及時(shí)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(hù)層、鋼筋籠焊接、聲測(cè)管安裝等應(yīng)符合規(guī)范要求。
4.2 鋼筋籠運(yùn)輸、安裝：鋼筋籠節(jié)段在碼頭位置下水裝船，運(yùn)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(shí)，動(dòng)作要慢，對(duì)準(zhǔn)孔中心，對(duì)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(hù)筒、鉆機(jī)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(jì)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(zhǎng)度1%。
5. 導(dǎo)管設(shè)置注意事項(xiàng)
5.1 封孔導(dǎo)管使用前應(yīng)預(yù)拼，并作水密試驗(yàn)，試壓壓力取最長(zhǎng)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(yàn)，預(yù)拉拉力取最長(zhǎng)導(dǎo)管的自重及導(dǎo)管內(nèi)充滿混凝土的重量計(jì)（扣除浮力）。
5.3 導(dǎo)管上口設(shè)儲(chǔ)料斗，儲(chǔ)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(cè)量標(biāo)記并測(cè)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(jìn)行二次清孔。 6. 灌注樁身水下混凝注意事項(xiàng)
6.1 混凝土灌注工作應(yīng)連續(xù)不間斷進(jìn)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(duì)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(yàn)室標(biāo)養(yǎng)池內(nèi)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)28d后試壓其抗壓強(qiáng)度。
6.3 鉆孔樁除進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量檢測(cè)外，尚須進(jìn)行如下質(zhì)量檢測(cè)：鉆孔樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定后，對(duì)樁進(jìn)行超聲波檢測(cè)。
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(jìn)過程中如遇洪水或高潮水位時(shí)，水位變化勢(shì)必劇烈，會(huì)給鉆進(jìn)時(shí)帶來較大的坍孔風(fēng)險(xiǎn)。
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(jìn)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(zhǎng)樁，將導(dǎo)致鉆進(jìn)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(zhǎng)，在鉆孔過程中極易出現(xiàn)縮徑和護(hù)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(zhǎng)、樁徑大、混凝土方量大等特點(diǎn)，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(jī)，選擇合理的鉆進(jìn)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(yàn)的技術(shù)工人參與施工，強(qiáng)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?yàn)樯嫌蔚蔫F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(duì)伍，對(duì)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(jìn)方法。
?。?）當(dāng)河床水位變化時(shí)，或鉆至砂礫土層漏漿嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)調(diào)整孔內(nèi)水頭，保證孔內(nèi)水頭在任何時(shí)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(rùn)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(jìn)的防斜措施，扶正圈直徑比設(shè)計(jì)樁徑小20cm，扶正圈的位置放在離鉆頭腰帶5～6m處，必要時(shí)也可每鉆進(jìn)20～30m，加一個(gè)扶正圈，以保持鉆具的導(dǎo)向性。采用減壓鉆進(jìn)，即鉆機(jī)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(jìn)成孔。
?。?）在淤泥層和淤泥質(zhì)黏土層鉆進(jìn)時(shí)，采用小鉆壓、中等轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)成孔，并控制進(jìn)尺，以防止鉆孔縮徑。
（3）在粉質(zhì)黏土層采用中等鉆壓、中等轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)成孔，并注意掃孔。
?。?）在粉細(xì)砂層采用大鉆壓、低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)成孔，并控制進(jìn)尺。
（5）當(dāng)出現(xiàn)縮徑時(shí)，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(jìn)時(shí)，容易產(chǎn)生縮徑問題，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)注意，每進(jìn)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(yàn)孔的鉆進(jìn)參數(shù)、孔徑檢測(cè)匹配情況，適當(dāng)調(diào)整鉆頭直徑及鉆進(jìn)參數(shù)，以期達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
7.2.4 成孔質(zhì)量檢測(cè)保證措施。
采用超聲波孔壁測(cè)定儀對(duì)孔壁形狀和尺寸進(jìn)行檢查和量測(cè)，能較準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)樁孔的問題所在，然后采取補(bǔ)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(jìn)行嚴(yán)格的清孔，使泥漿指標(biāo)達(dá)到相應(yīng)的要求。
?。?）盡量保證各項(xiàng)工序的連續(xù)性，嚴(yán)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(shí)間。如存在其他問題混凝土在短時(shí)間內(nèi)（0.5～1h）不能攪拌到位時(shí)，混凝土泵儲(chǔ)料斗內(nèi)應(yīng)儲(chǔ)備滿斗混凝土，間隔10min泵送兩個(gè)行程，使混凝土減少泌水率，或放慢放料速度。應(yīng)及時(shí)清理混凝土儲(chǔ)料斗中殘余干硬混凝土。混凝土導(dǎo)管不宜埋置過深，拆除導(dǎo)管應(yīng)迅速及時(shí)，拆除后導(dǎo)管要檢查密封圈好壞，及時(shí)更換密封圈，并保證導(dǎo)管有足夠的安全埋管深度。測(cè)算混凝土上升高度和導(dǎo)管埋深要勤、要準(zhǔn)。
（3）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(dòng)性好、自密性能好。
7.3 鉆孔灌注成樁質(zhì)量檢測(cè)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(cè)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(qiáng)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(hù)，標(biāo)養(yǎng)到期應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，經(jīng)測(cè)試，所有混凝土試塊強(qiáng)度均符合設(shè)計(jì)要求。
8. 結(jié)束語
施工平臺(tái)搭設(shè)后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)的位移和沉降觀測(cè)，結(jié)果與有限元分析結(jié)果十分吻合，很好地達(dá)到了預(yù)期的目的和效果，證明了施工平臺(tái)設(shè)計(jì)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(duì)本工程深水鉆孔灌注樁施工技術(shù)措施是切實(shí)有效的。
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[文章編號(hào)]1006-7619（2013）11-23-991
