2508覃家沱水文站水位測(cè)井灌注樁施工技術(shù)

1、覃家沱水文站水位測(cè)井鉆孔灌注樁施工技術(shù)周?chē)?guó)良（水電八局三峽施工局 湖北宜昌 443133 ）摘要:覃家沱水文站位于三峽工程左岸電廠下游 400m處，設(shè)計(jì)流速5m/s，是 三峽施工局承建的兩個(gè)水文站難度最大的一個(gè)。 本工程為季節(jié)性工程， 受長(zhǎng)江夏 汛影響大，水下工程部分只能在枯水季節(jié)施工；靠近廠壩泄洪區(qū)，水急、浪大，給施工帶來(lái)很大不便；地質(zhì)情況復(fù)雜，離左岸二期施工圍堰不到 100m，鉆孔過(guò) 程中易塌孔，成孔困難，鉆孔灌注樁孔深大（最大孔深為 34.83m）。我局以方案 最優(yōu)報(bào)價(jià)最低中標(biāo)。 關(guān)鍵詞 :鋼沉箱 鉆孔 泥漿護(hù)壁 鋼筋籠 混凝土灌注1 工程概況覃家沱水位測(cè)井建設(shè)工程位于三峽壩區(qū)左岸電站廠

2、房下游，該工程主要 由豎井、站房及鋼棧橋組成。豎井建基面高程為57.00m，井口高程為79.00m,基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)， 樁承臺(tái)為方形（平面尺寸為6.5mx 6.5m），高1.5m。灌注樁共4根樁，樁直徑為 1m,樁距3m,進(jìn)入弱風(fēng)化層2m,最大樁深34.83m，相應(yīng)樁尖最低高程為22.17m。 井身為圓筒形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)圓直徑為1.5m，外圓直徑為2.5m，壁厚50cm， 井身高度為 20.5m。站房為單層框架現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，站房室內(nèi)凈高3.6m；上部結(jié)構(gòu)屋面由4根250x 300mmC20鋼筋混凝土框架柱支撐，柱基錨固于水位井圓盤(pán)之上；屋面 采用 100mm 厚 C20 現(xiàn)澆混凝土板

3、；屋頂設(shè)有 300x 200mm 環(huán)向框架梁。在豎井頂部觀測(cè)室與岸邊梯道之間設(shè)有鋼棧橋作為交通通道。 鋼棧橋橋面寬 1m，共設(shè)兩跨，跨度分別為14m、25 m；中間支墩為直徑1m的鋼筋混凝土實(shí) 心柱。覃家沱水位測(cè)井建設(shè)工程如下圖所示:1#橋墩砼護(hù)坡 1：拋石護(hù)坡坡比D100自動(dòng)沖砂孔墊底混凝土覃家沱水位測(cè)井立面圖深入弱風(fēng)化層2米）2主要施工方案主要施工方案有：鋼沉箱制作與安裝；鉆孔灌注樁采用2臺(tái)CZ-30H 型沖擊鉆機(jī)鉆孔；.造孔護(hù)壁；.導(dǎo)管法水下混凝土灌注。3技術(shù)要點(diǎn)與難點(diǎn)鋼沉箱的安裝及安裝后的穩(wěn)定與防水是整個(gè)工程能否順利實(shí)施的關(guān)鍵，泥漿護(hù)壁是鉆孔能否成功的關(guān)鍵，澆注強(qiáng)度和兩孔砼均衡上升是導(dǎo)

4、管法水下混凝土灌 注能否成功的關(guān)鍵。4施工方法 4.1 鋼沉箱及鉆孔平臺(tái)的制作與安裝由于水下開(kāi)挖是用抓斗式挖泥船進(jìn)行開(kāi)挖的，基礎(chǔ)面不可能象陸上開(kāi)挖一樣 平整，施工單位采用在基礎(chǔ)面上澆筑一層混凝土來(lái)進(jìn)行找平， 以減少后期吊放鋼 沉箱的困難。先通過(guò)岸坡搭設(shè)的浮橋?qū)⒈霉芙又?8mx 8m平臺(tái)基礎(chǔ)面上方后，再通過(guò)垂直導(dǎo)管將混凝土送入澆筑部位。基礎(chǔ)面平均高程為55.0 m,墊底混凝土頂面高程為 56.0m。鋼沉箱整體高11m寬6.45 mx 6.45 m共分三節(jié)，節(jié)與節(jié)用高強(qiáng)螺栓連接， 第一節(jié)高3m第二節(jié)高3m第三節(jié)高5m第一節(jié)鋼沉箱內(nèi)安裝4個(gè)護(hù)腳（單個(gè) 高0.5m、壁厚6mm直徑1.4 m），并與鋼沉

5、箱連為整體；護(hù)腳內(nèi)放有 4個(gè)內(nèi)護(hù) 筒（單個(gè)高13m壁厚10mm直徑1.3m）。鋼沉箱總重量為44.74T。鋼沉箱接縫 防水采用40mm?、寬100mm整體防滲橡膠墊，并用防震膠粘接，高強(qiáng)螺栓壓實(shí) 連接。每節(jié)鋼沉箱均在河岸 67.0 m施工平臺(tái)進(jìn)行組裝。當(dāng)?shù)谝还?jié)鋼沉箱在經(jīng)監(jiān) 理工程師驗(yàn)收合格后，用200T吊車(chē)將其吊入水中。當(dāng)沉箱底部一端接觸到基礎(chǔ) 混凝土后， 吊車(chē)的吊鉤保持穩(wěn)定狀態(tài)， 同時(shí)用型鋼對(duì)沉箱底部其它部位墊實(shí)， 局 部采用鐵板凳進(jìn)行墊實(shí)。 通過(guò)測(cè)量、 檢測(cè)沉箱各個(gè)角的高程， 并將相對(duì)高差控制 在5cm以內(nèi)，以保證整個(gè)沉箱的垂直度。第一節(jié)沉箱安裝就位后，為保證其穩(wěn)定性，需及時(shí)澆筑其外側(cè)的護(hù)

6、底混凝 土，護(hù)底混凝土頂面高程為 58.0m。護(hù)底混凝土澆筑施工參照墊底混凝土澆筑 施工進(jìn)行， 即通過(guò)浮橋?qū)⒈霉芙又脸料渖戏胶螅?再通過(guò)垂直導(dǎo)管將混凝土送入澆 筑部位。在沉箱外側(cè)護(hù)底混凝土澆筑完成 3 天后，再依次安裝上面兩節(jié)沉箱， 節(jié)與節(jié) 之間用高強(qiáng)螺栓連接， 由潛水員在水下完成。 每根鋼護(hù)筒吊裝時(shí)， 均通過(guò)潛水員 在水下輔助作業(yè)進(jìn)行導(dǎo)向， 使護(hù)筒順利地吊入護(hù)腳內(nèi)， 然后對(duì)護(hù)筒的鉛直度和護(hù) 筒的中心位置進(jìn)行檢測(cè)， 在滿足要求后用型鋼將護(hù)筒與鋼沉箱連接固定， 并將四 根鋼護(hù)筒連接成一整體。當(dāng)沉箱全部安裝就位后， 需澆筑其內(nèi)側(cè)的護(hù)底混凝土， 以對(duì)護(hù)筒進(jìn)行有效地 穩(wěn)固。內(nèi)側(cè)護(hù)底混凝土澆注施工參照沉

7、箱外側(cè)護(hù)底混凝土澆注施工進(jìn)行， 對(duì)混凝 土面高程嚴(yán)格控制在 57.0m左右。在鋼沉箱及護(hù)筒安裝完成后，即可在沉箱上部安裝鉆孔平臺(tái)，鉆孔平臺(tái)的 主梁采用 4 根 36a 工字鋼，次梁采用 6 根 25a 工字鋼，操作平臺(tái)面板采用散鋼模 板滿鋪，平臺(tái)的幾何尺寸為8.4mx 7.2m。鋼沉箱四周搭設(shè)鋼管欄桿，高1.2 米, 與臨時(shí)棧橋欄桿連成一體。鉆機(jī)操作平臺(tái)如下圖所示:鉆機(jī)工作鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖岸坡4.2鋼沉箱拆除 安排潛水員對(duì)沉箱周邊進(jìn)行清淤，直至水平連接螺栓便于被割除為止; 割除鋼沉箱內(nèi)側(cè)中下節(jié)連接處（高程 59.0m）的水平連接螺栓，并對(duì)鋼62.0m）的水平連接螺栓，并對(duì)鋼62.0m）的水平連接螺

8、栓（潛水員沉箱內(nèi)充水至高程61.5m平衡; 割除鋼沉箱內(nèi)側(cè)中上節(jié)連接處（高程沉箱內(nèi)充水至高程66.2m平衡； 割除鋼沉箱外側(cè)中上節(jié)連接處（高程水下作業(yè)）； 采用70t吊車(chē)將上節(jié)鋼沉箱吊至 67m馬道氧割解體； 割除鋼沉箱外側(cè)中下節(jié)連接處（高程 59.0m）的水平連接螺栓（潛水員水下作業(yè)）； 采用50t吊車(chē)將中節(jié)鋼沉箱吊至 67m馬道氧割解體。43鉆孔施工在鋼沉箱頂面的鉆機(jī)工作平臺(tái)上，于對(duì)角線上的二個(gè)樁孔位置各擺放一臺(tái) CZ-30U型沖擊鉆機(jī)，使用全站儀調(diào)整鉆機(jī)位置，使鉆頭的中心與灌注樁中心重 合。鉆孔的施工布置及施工程序如下：.泥漿池根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及安排，在陸地就近布置。結(jié)合實(shí)際情況，泥漿池

9、僅布 置一個(gè)供漿池，磚砌體結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)量為 15m3左右。在施工平臺(tái)上布置砂石泵和沉 淀池，孔內(nèi)泥漿經(jīng)砂石泵或用抽砂桶抽回沉淀池，沉淀后自流回孔內(nèi)回收利用。.護(hù)壁泥漿 .制漿：本工程采用膨潤(rùn)土泥漿，膨潤(rùn)土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)采用鉆井液用膨潤(rùn)土（SY5050-85）。拌制方法：采用ZJ-400L高速攪拌機(jī)，按規(guī)定的配合比先往桶內(nèi) 加水，必要時(shí)加入適量純堿和 CM（等外加劑，再加入膨潤(rùn)土，各種材料的加量誤 差不大于5%每槽漿的攪拌時(shí)間為57分鐘。施工開(kāi)始時(shí)先按表5- 1中配合 比進(jìn)行配制，經(jīng)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)后再根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)照表中配比進(jìn)行調(diào)整。新制泥漿各項(xiàng)指標(biāo)要求滿足表5-2。 .質(zhì)量要求：新制膨潤(rùn)土漿存放24h后

10、使用，并對(duì)儲(chǔ)漿池內(nèi)泥漿經(jīng)常攪動(dòng)， 保持各項(xiàng)指標(biāo)均衡，避免沉淀或離析。在鉆進(jìn)過(guò)程中當(dāng)泥漿性能惡化時(shí)， 抽出泥 漿進(jìn)行凈化處理，并及時(shí)補(bǔ)充新漿。在泥漿池周?chē)O(shè)置排水溝，防止污水或雨水 流入后污染泥漿。新制泥漿24h后從儲(chǔ)漿池內(nèi)取樣，測(cè)量比重和漏斗粘度。施工 過(guò)程中對(duì)泥漿密度和粘度經(jīng)常進(jìn)行檢測(cè)。表5-1新制泥漿配合比（Kg）膨潤(rùn)土純堿CMC聚丙烯酰胺水580 0.50 0.10 0.05100表5-2新制泥漿性能指標(biāo)密度粘度失水率泥皮厚膠體率含砂率靜切力PH值(g/cm3)(s)(ml/30mi n)(mr)(%)(%)(Pa)1.02 1.061620 20 95 41 2.5810.造孔護(hù)壁造孔

11、前先往孔內(nèi)加入適量粘土，以使鉆頭平穩(wěn)鉆進(jìn)，再適時(shí)加入膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，必要時(shí)投放適當(dāng)?shù)恼惩烈愿纳颇酀{的性能。在鉆孔施工過(guò)程中，孔內(nèi)泥漿標(biāo)高與江水位基本持平。造孔過(guò)程中，不停地補(bǔ)充漿液，禁止向孔內(nèi)泥漿中加 入清水；停鉆時(shí)定時(shí)攪拌孔內(nèi)泥漿，并保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位和要求的泥漿密 度和粘度；當(dāng)泥漿性能惡化時(shí)，將泥漿抽出進(jìn)行凈化處理，并及時(shí)補(bǔ)充新漿。兩 臺(tái)鉆機(jī)造孔過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿均進(jìn)入沉淀池，經(jīng)沉淀處理后回流入孔內(nèi)再利用。 鉆孔過(guò)程中，每進(jìn)尺3050cm檢測(cè)孔斜一次，發(fā)現(xiàn)有偏差及時(shí)糾偏，孔斜控制 標(biāo)準(zhǔn)為1%根據(jù)設(shè)計(jì)要求，樁基應(yīng)深入弱風(fēng)化巖層 2.0m以上，故各孔鉆孔過(guò)程 中，根據(jù)循環(huán)泵或提砂桶抽出的巖樣

12、及進(jìn)尺情況， 詳細(xì)記錄開(kāi)始進(jìn)入弱風(fēng)化巖層 時(shí)的孔深，并按進(jìn)尺3050cm取巖樣一次，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，及時(shí)復(fù)核地質(zhì)情 況是否與設(shè)計(jì)相符，并請(qǐng)地質(zhì)工程師進(jìn)行巖樣鑒定，如有異常情況，及時(shí)上報(bào)監(jiān) 理、設(shè)計(jì)予以處理。各孔經(jīng)地質(zhì)工程師確認(rèn)進(jìn)入弱風(fēng)化層2.0m以上，并經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)孔深之后，方可終孔。為了進(jìn)一步防止塌孔，在鉆孔時(shí)同時(shí)采用內(nèi)鋼護(hù)筒護(hù)壁。 鋼護(hù)筒壁厚10mm 內(nèi)徑100cm,加工成每3m一節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)逐節(jié)焊接加長(zhǎng)。鋼護(hù)筒隨造孔深度增加逐 漸接長(zhǎng)，其底部比鉆頭工作區(qū)域高 12m,護(hù)筒下至流沙層以下2m后可停止接 長(zhǎng)。.特殊情況處理 .鉆孔孔斜超標(biāo)時(shí)，采用回填一定高度粘土再重鉆等方法進(jìn)行處理。 .成孔

13、過(guò)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿漏失嚴(yán)重時(shí)，在回漿溝內(nèi)投放鋸木等止漏材料 止漏，或拋填粘土等。4.4鋼筋籠施工.鋼筋籠制作：鋼筋籠加強(qiáng)筋和箍筋在鋼筋廠加工，其余鋼筋均直接運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行制作加工。首先在現(xiàn)場(chǎng)馬道上搭設(shè)一約 30m2 的簡(jiǎn)易加工棚，用于存放鋼筋 及加工鋼筋籠。 鋼筋的保管和加工按招標(biāo)文件和規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行， 其允許誤 差嚴(yán)格按施工詳圖和設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。鋼筋籠的制作分節(jié)進(jìn)行，每節(jié)長(zhǎng)6.0m。為防止鋼筋籠運(yùn)輸和定位過(guò)程中變形， 起吊前分別在鋼筋籠的頂部和底部加強(qiáng)筋上 焊接兩根 ?25 的鋼筋，呈“十”字分布；頂部一節(jié)根據(jù)樁的長(zhǎng)度進(jìn)行定制。制作 完成后，每隔1.5m左右在同一水平面呈對(duì)稱(chēng)放四塊

14、 5X 5X 5cm預(yù)制水泥墊塊， 并用扎絲將其與主筋綁扎牢固， 以保證保護(hù)層厚度， 鋼筋籠的主筋凈保護(hù)層不小 于設(shè)計(jì)規(guī)定值。制作好的鋼筋籠用防雨布蓋好，以防生銹。 . 鋼筋籠安裝在樁孔驗(yàn)收合格及鋼筋籠制作、驗(yàn)收合格后，采用吊車(chē)分節(jié)吊放入孔內(nèi)。 吊入樁孔內(nèi)時(shí)， 保持緩慢下放， 防止碰撞樁壁， 如下放時(shí)遇到困難， 不強(qiáng)行下插， 并立即查明原因， 及時(shí)作出處理。 安放到位后進(jìn)行檢查， 其底面高程允許誤差為 50mm灌注混凝土前采取措施在孔口固定鋼筋籠位置，以確保混凝土凈保護(hù)層厚度和鋼筋的垂直度以及在混凝土澆注過(guò)程中不發(fā)生移位和變形。 因鋼筋籠采用 分段制作，各樁鋼筋籠均通過(guò)焊接而成。焊接方法是：將

15、鋼筋籠下放，當(dāng)其最頂 部加強(qiáng)筋到達(dá)樁口時(shí)，用4根2焊接鋼管支撐加強(qiáng)筋，放置在置于樁圈外的方 木上，再將與之對(duì)接的鋼筋籠吊至其上方，對(duì)接好后，采用綁條焊接。重復(fù)上述 操作，直到鋼筋籠滿足設(shè)計(jì)要求為止。4.5 鉆孔灌注樁混凝土施工 . 導(dǎo)管安裝混凝土灌注采用導(dǎo)管法施工，混凝土導(dǎo)管選用壁厚為 5mm直徑？250的無(wú) 縫鋼管，每根長(zhǎng)23m左右，采用絲扣連接，導(dǎo)管用鉆機(jī)進(jìn)行吊裝，導(dǎo)管底部距 孔底2540cm導(dǎo)管吊放完成后，在管內(nèi)置入可浮起的隔離塞球，上端接不小 于0.6m3的漏斗。 . 混凝土拌制、運(yùn)輸 混凝土配合比根據(jù)設(shè)計(jì)要求的性能以及原材料通過(guò)試驗(yàn)確定，在報(bào)監(jiān)理工 程師審批后執(zhí)行?；炷粮髟牧?，如

16、水、水泥、粗細(xì)骨料和外加劑等均按設(shè)計(jì) 要求選購(gòu)，混凝土由三峽工程右岸84混凝土拌和系統(tǒng)購(gòu)買(mǎi)，經(jīng)攪拌車(chē)運(yùn)料到 67.0m施工平臺(tái)，混凝土泵車(chē)直接送至導(dǎo)管上端的漏斗。 . 混凝土澆注 .第一次灌注的混凝土以保證導(dǎo)管埋深 1.0m以上進(jìn)行控制。在灌注過(guò)程 中，導(dǎo)管埋入深度不得小于2m不得大于6m并注意控制導(dǎo)管提升與混凝土上 升速度的配合， 因此，澆注過(guò)程中經(jīng)常用測(cè)餅測(cè)量孔內(nèi)混凝土的頂面高程， 以便 及時(shí)掌握導(dǎo)管底部的混凝土埋深。 .澆注開(kāi)始后連續(xù)進(jìn)行，直至澆至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上50100cm以確?？變?nèi) 沉碴被完全置換，混凝土上升速度控制在不小于 3 米/ 小時(shí)。 . 當(dāng)混凝土澆注不暢通或發(fā)生堵管時(shí)， 用

17、?50 型振搗棒對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行振動(dòng)， 也可上下抖動(dòng)導(dǎo)管，但抖動(dòng)時(shí)上提幅度不得超過(guò) 30cm防止因機(jī)械或操作失誤 而將導(dǎo)管提出混凝土面。 . 澆注過(guò)程中，對(duì)有關(guān)檢測(cè)的數(shù)據(jù)，如混凝土上升速度、導(dǎo)管拆卸等如 實(shí)進(jìn)行記錄。4.6 鉆孔灌注樁塌孔、卡鉆處理. 概述覃家沱水位站鉆孔灌注樁孔徑1.2m，孔口高程 56.5m。移動(dòng)站址后的地質(zhì) 條件為塊石夾砂及細(xì)砂層，鉆孔困難且易塌孔。2004年2月19日1 點(diǎn)30分發(fā)生塌孔：1#孔塌孔高程 34m （22.5m深），坍塌土將沖擊鉆頭卡住導(dǎo)致鋼絲繩斷 裂，沖擊鉆頭被埋在坍塌土中；3#孔同樣存在塌孔現(xiàn)象，塌孔高程34m （22.5m深）。. 處理方案及步驟. 處理方

18、案采取向孔內(nèi)回填R28250#砂漿固壁，回填高程至 57m 7天后重新鉆孔。1# 孔重新鉆至 36m左右時(shí)進(jìn)行擴(kuò)孔、處理孔內(nèi)鉆頭。. 處理步驟及方法a. 回填砂漿砂漿回填采用導(dǎo)管法灌注施工，導(dǎo)管（壁厚 5mm直徑 250）用50t吊車(chē)進(jìn)行吊裝。砂漿由三峽工程右岸 84m混凝土拌和系統(tǒng)購(gòu)買(mǎi)，通過(guò)攪拌車(chē)運(yùn)至 67m施工平臺(tái)，再用混凝土泵直接送至導(dǎo)管上端的集料漏斗。灌注過(guò)程中用測(cè)錘 測(cè)量孔內(nèi)高程并詳細(xì)記錄灌注單位砂漿量時(shí)孔內(nèi)高程的相應(yīng)變化值， 直至回填到 57m高程。b. 鉆孔在砂漿回填 7 天后進(jìn)行鉆孔，若再出現(xiàn)塌孔情況，則重新回填砂漿，直至鉆 孔施工正常為止。c. 提取鉆頭1#孔在鉆至 36m左右時(shí)，改用2t弧形鉆頭（45#圓鋼制作2.5m長(zhǎng)）進(jìn)行擴(kuò)孔, 直至所埋鉆頭周邊鉆到 34m左右，然后在鉆機(jī)副繩上掛一鋼絲繩活結(jié)套，當(dāng)活 結(jié)套下放到鉆頭吊環(huán)高程以下時(shí)試提套繩，直至牢固地套中鉆頭為止。套住鉆頭后，在鉆機(jī)桅桿上布置 5t 葫蘆與鉆機(jī)副繩一同提升帶有活結(jié)套的 鋼絲繩。副繩在小輻度范圍內(nèi)往返拉升，葫蘆也一同提升；若提不動(dòng)時(shí)，用弧形 鉆頭再擴(kuò)孔，直到提出鉆頭為止。5 結(jié)束語(yǔ)在鉆孔灌注樁施工過(guò)程中， 由于受河床淤積抬高、