淺談水中鉆孔灌注樁施工技術(shù)

淺談水中鉆孔灌注樁施工技術(shù)中鐵十五局集團(tuán)第二工程有限公司劉坤[內(nèi)容提要]文章介紹了浙江省寧波市北侖區(qū)小港鎮(zhèn)黃山路西延工程水中鉆孔灌注樁施工技術(shù)，對(duì)水上鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)與施工、鉆孔泥漿的循環(huán)與回收等作了重點(diǎn)介紹。[關(guān)鍵詞]水中鉆孔灌注樁施工技術(shù)1概述黃山路西延（江南路—小浹江路）工程1#橋橫跨小浹江支流，橋下設(shè)置人行通道，規(guī)劃河道寬30m。1#橋總長(zhǎng)86m。橋孔布置為：13+3×20+13m，橋梁與河道斜交35°，水中墩采用直徑100cm樁基礎(chǔ)，最大樁長(zhǎng)約38m，其中2～4號(hào)為水中墩，最大水深約3米。2工程施工難點(diǎn)由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制，必須在水上施工，最大水深2m左右，另外有雨水、臺(tái)風(fēng)天氣的影響，這就使得施工難度比較大，必須采取切實(shí)有效的施工方法及質(zhì)量、安全保證措施，以確保灌注樁的質(zhì)量及施工安全。主要難度有以下幾點(diǎn)：⑴搭建打樁平臺(tái)困難；⑵水中施工十分不便，難于確保施工安全，平臺(tái)的安全性及平整度直接影響到樁的質(zhì)量；⑶泥漿排放困難，施工環(huán)保措施復(fù)雜；⑷工程量大，作業(yè)面窄，工期較緊；⑸鋼筋籠制作、運(yùn)輸及安裝困難。因?yàn)楣こ萄鼐€都有居民住宅區(qū)，若不采取有效的環(huán)保措施，施工廢水、廢渣將污染到河道，施工噪音、廢氣將影響到附近居民的正常生活和身體健康。要解決這些問(wèn)題，都將給施工帶來(lái)許多不便。3水上鉆孔灌注樁施工經(jīng)過(guò)對(duì)工程施工特性的認(rèn)真分析，水中鉆孔灌注樁施工采取了如下措施：⑴搭建灌注樁施工平臺(tái)，為確保平臺(tái)的穩(wěn)定性，結(jié)合本工程的地質(zhì)情況，我們采用φ89鋼管樁作立柱，鋼管樁打入采用簡(jiǎn)易式打樁機(jī)施工，鋼管打入土層左右（實(shí)際打入土層根據(jù)地質(zhì)的實(shí)際情況而定）。并對(duì)平臺(tái)的單根承載力進(jìn)行檢測(cè)。⑵保證成孔質(zhì)量及環(huán)境不受污染，采用長(zhǎng)度5.0m左右的鋼護(hù)筒，泥漿通過(guò)泵吸、膠管輸送到泥漿池里，廢棄泥漿由清淤單位直接運(yùn)輸?shù)街付ㄓ倌嗯欧劈c(diǎn)排放。⑶灌注砼的拌制、運(yùn)輸根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采用混凝土泵輸送灌注澆筑。⑷因工程量較大，施工工期較緊，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行合理分段，根據(jù)總工期要求，進(jìn)行合理計(jì)劃，配置一定數(shù)量的鉆機(jī)分段同時(shí)進(jìn)行施工。⑸施工過(guò)程中對(duì)平臺(tái)的穩(wěn)定性進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取應(yīng)急措施，以確保施工安全。3.1水上鉆孔灌注樁施工工藝流程水中鉆孔灌注樁施工工藝流程水上鉆孔平臺(tái)搭設(shè)水上鉆孔平臺(tái)搭設(shè)樁位放樣(報(bào)驗(yàn))埋設(shè)護(hù)筒(報(bào)驗(yàn))鉆機(jī)就位鉆進(jìn)(中風(fēng)報(bào)驗(yàn))制）制作護(hù)筒造漿泥漿池沉漿池終孔（報(bào)驗(yàn)）鋼筋籠吊裝(報(bào)驗(yàn))安設(shè)澆筑導(dǎo)管二次清孔（報(bào)驗(yàn)）導(dǎo)管埋深檢測(cè)與拆除管水下砼灌注砼灌注完畢后設(shè)備移位砼養(yǎng)護(hù)、護(hù)筒拆除、鑿樁頭成樁檢測(cè)驗(yàn)收鋼筋籠制作（報(bào)驗(yàn)）導(dǎo)管拼裝、試壓檢驗(yàn)導(dǎo)管制作砼試塊試塊養(yǎng)生砼試塊檢測(cè)輸送砼制備砼砼備料施工準(zhǔn)備及樁線放樣泥漿性能檢測(cè)清孔（報(bào)驗(yàn)）砼試塊檢測(cè)資料整理灌注樁質(zhì)量評(píng)定施工資料整理沉渣外運(yùn)3.2主要施工方法水上施工平臺(tái)設(shè)計(jì)與施工⑴平臺(tái)結(jié)構(gòu)根據(jù)我們搭設(shè)灌注樁工作平臺(tái)的施工經(jīng)驗(yàn)和了解樁基施工隊(duì)的對(duì)平臺(tái)的要求，結(jié)合本工程的地質(zhì)情況，我們采用φ89鋼管樁作立柱，鋼管樁打入采用簡(jiǎn)易式打樁機(jī)施工，鋼管打入土層左右（實(shí)際打入土層根據(jù)地質(zhì)的實(shí)際情況而定）。因單根鋼管樁底部受力面積小，為了擴(kuò)大其沉降的有力面積，我們釆用鋼管下端以上處設(shè)有帽頂，帽頂?shù)牟牧喜捎?mm厚的鋼板制作，帽頂與鋼管焊接牢固，并用φ20鋼筋和鋼管和帽頂之間成斜拉式焊接，共焊4根，帽頂與鋼管接觸處用φ20鋼筋進(jìn)行平焊，這樣帽頂受力時(shí)，不向上滑動(dòng)。鋼板帽頂?shù)闹饕饔玫匿摴苊表斉c地而的接觸面大，達(dá)到一定的支撐能力，使上部作業(yè)時(shí)不沉降，從而達(dá)到其主要目的。鋼管樁的間距一般為1m左右，灌注樁樁位旁邊一般宜，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況需要而定，待鋼管村施工完后，上部采用16#槽鋼進(jìn)行連接,在連接16#槽鋼時(shí)，其槽鋼下部的擱置點(diǎn)釆CMX10mm的三角托塊，三角托快焊在鋼管上（雙面焊接），其主要作用承受槽鋼上部受力后，槽鋼單獨(dú)與鋼管樁焊接的牢固程度不夠，利用三角塊支持上部荷載，起到不適槽鋼往下滑的作用，從而保證灌注樁平臺(tái)的安全可靠性。平臺(tái)連接（見(jiàn)附圖）附圖：槽鋼與鋼管樁焊接時(shí)，應(yīng)注意水平高程，應(yīng)用水準(zhǔn)儀控制槽鋼焊接的高差，其水平高差不得超過(guò)5CM，槽鋼焊接完成后，應(yīng)將所有的網(wǎng)管連成一體，并用5*5角鐵作剪力撐及水平撐，焊接時(shí)確保焊接的質(zhì)量。⑵平臺(tái)施工為提高平臺(tái)搭設(shè)的整體性、保障工期的前提下，施工平臺(tái)采用依次搭設(shè)，搭設(shè)好一個(gè)墩臺(tái)施工一個(gè)墩臺(tái)，在墩臺(tái)施工的同時(shí)搭設(shè)另外一個(gè)墩臺(tái)。鋼管樁橫向6排，搭設(shè)長(zhǎng)度50米左右。本工程擬采用GPS-15型鉆機(jī)，自重為6T，枕木和鉆機(jī)基礎(chǔ)重1T一只鋼筋籠總重約3T，合計(jì)10T。單根鋼管樁的豎向承載力（kN）Rh=qpAp+up∑qsili;根據(jù)地質(zhì)資料和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在入土深度平均為1.5米時(shí)，土質(zhì)均為淤泥質(zhì)。其中：qp=淤泥質(zhì)土的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，，取qp=40Kpa×U×Qsi=樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，參考JGJ94-2008規(guī)范表-1取值qsi=11Kpa,L則Rh=40×1000××11000×KN所以承載鉆機(jī)靜載需要10根鋼管樁，考慮鉆機(jī)工作時(shí)的晃動(dòng)，灌注時(shí)主繩的提升和安全，風(fēng)力等因素，取安全系數(shù)2.0，擬用20根鋼管樁作為支承。為防止平臺(tái)發(fā)生水平移動(dòng)，縱橫向排架之間用直徑50鋼管交叉焊接作為剪力撐，外側(cè)排架還須間距5米在兩側(cè)設(shè)置八字撐。鉆機(jī)作業(yè)及行走用枕木呈縱橫向固定于鋼管樁頂部。鉆孔灌注樁工作平臺(tái)搭設(shè)完成后，應(yīng)經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收，確認(rèn)該平臺(tái)符合要求后，方可上鉆機(jī)施工。鉆機(jī)施工時(shí)，如發(fā)現(xiàn)局部平臺(tái)發(fā)生下沉現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取鋼管加密或其他補(bǔ)救措施，確保工作平臺(tái)的安全可靠。1號(hào)橋需搭設(shè)平臺(tái)四處，面積為3.5(處)*5（單個(gè)寬）*52（單個(gè)長(zhǎng)）=910平方米，連接道路2*5*50=500平方米，合計(jì)需平臺(tái)1410平方米。3.2.2樁位放樣（1）根據(jù)蓋梁縱橫軸線用鋼尺測(cè)設(shè)各排的兩根邊樁樁位，并用鋼尺復(fù)核這些樁的相對(duì)位置〔特別要復(fù)測(cè)四根邊角樁的相對(duì)位置）無(wú)誤后，根據(jù)這幾個(gè)點(diǎn)用鋼尺測(cè)設(shè)蓋梁的其他樁位。（2）平臺(tái)搭設(shè)好后，再把樁位放出，同時(shí)做到“三定三復(fù)”，即定出樁位并復(fù)檢，護(hù)筒埋設(shè)二次復(fù)檢，鉆機(jī)就位三次復(fù)檢，嚴(yán)格控制樁位偏差。3.2.3護(hù)筒制作與埋設(shè)護(hù)筒采用5mm鋼板加工制作，大護(hù)筒內(nèi)徑大于樁徑的一倍左右，內(nèi)設(shè)小護(hù)筒（直徑大于樁徑20公分左右）以提高對(duì)河水的密封性和后期施工的方便。護(hù)筒必須堅(jiān)固、不漏水，護(hù)筒內(nèi)部平整光滑無(wú)突出物，護(hù)筒加工的長(zhǎng)度根據(jù)水深和地質(zhì)條件確定，本工程護(hù)筒長(zhǎng)度一般為5～6m。護(hù)筒埋設(shè)施工平臺(tái)搭設(shè)采用同一設(shè)備，同步施工。護(hù)筒埋設(shè)深度要求打入到河床下1～m，頂部高出施工時(shí)最高潮水位1.0m。護(hù)筒埋設(shè)后，用角鋼與施工平臺(tái)斜撐焊接成整體，避免鄰近護(hù)筒的施工對(duì)已埋設(shè)好的護(hù)筒產(chǎn)生不良影響。護(hù)筒平面位置偏差要求不大于50mm，傾斜度的偏差不大于1%。當(dāng)沉管過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鋼護(hù)筒發(fā)生平面位置或偏斜超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)立即拔出重新對(duì)位糾偏施工。灌注樁施工完畢后可在低潮位時(shí)拆除內(nèi)護(hù)筒護(hù)筒，重復(fù)利用。待破樁頭完畢，接樁完成，拔出大護(hù)筒。3.2.4鉆孔鉆機(jī)安裝要求平穩(wěn)且對(duì)準(zhǔn)孔位中心，做到鉆頭中心、卷盤(pán)中心、樁位中心三點(diǎn)一線。在鉆孔灌注樁施工中，鉆孔是關(guān)鍵工序，不僅決定施工速度，而且關(guān)系到施工的成敗，因此稍有疏忽就會(huì)造成坍孔，使鉆孔報(bào)廢。因此施工過(guò)程中務(wù)必嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。在鉆進(jìn)過(guò)程中為防止坍孔，采用泥漿護(hù)壁?？變?nèi)泥漿始終高出孔外或地下水位0.5～1m。制漿池、沉淀池根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布設(shè)，制造和沉淀凈化泥漿。鉆孔采用泥漿泵直接泵送純泥漿，泥漿泵抽吸孔中的渾泥漿到沉淀池進(jìn)行循環(huán)。鉆碴在沉淀池內(nèi)沉淀后，用汽車運(yùn)走，棄于棄碴場(chǎng)。（1）啟動(dòng)鉆機(jī)，開(kāi)始鉆進(jìn)作業(yè)。開(kāi)孔時(shí)應(yīng)先在護(hù)筒內(nèi)注入泥漿，只空載轉(zhuǎn)動(dòng)，不進(jìn)尺，使泥漿充分進(jìn)入孔壁。開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)使用小沖程，防止鉆頭撞擊護(hù)筒。隨著深度增加而適當(dāng)增加壓力和速度，在土質(zhì)松散層時(shí)應(yīng)采用比較濃的泥漿護(hù)壁，輕鉆慢進(jìn)以防止塌孔。施工中經(jīng)常檢查鋼絲繩磨損情況，加強(qiáng)保護(hù)措施。（2）鉆進(jìn)必須連續(xù)作業(yè)，中途不得停鉆，特殊情況需停鉆時(shí)，必須提出鉆頭，避免坍孔埋鉆。（3）鉆進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常檢查孔的穩(wěn)固、位移和傾斜情況，以防成孔傾斜等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，并注意觀察土層變化，設(shè)專人做好鉆進(jìn)記錄。（4）保持孔內(nèi)水位穩(wěn)定并經(jīng)常檢查泥漿比重，以防坍孔。在鉆進(jìn)過(guò)程中，始終保持孔內(nèi)泥漿面高于地下水位或河水位1.5m左右。（5）鉆進(jìn)過(guò)程中，隨時(shí)注意孔內(nèi)水壓差?？字心酀{隨時(shí)進(jìn)行檢查，保持各項(xiàng)指標(biāo)符合要求，不因泥漿過(guò)濃影響進(jìn)度，過(guò)稀易于塌孔。（6）鉆孔施工要避免影響成樁的質(zhì)量。在距成樁5m范圍內(nèi)，成樁的砼灌注完成24小時(shí)后，才能開(kāi)始鉆進(jìn)。3.2.5清孔及成孔檢查（1）在鉆至設(shè)計(jì)深度后,根據(jù)巖碴判定樁底基巖是否符合設(shè)計(jì)要求。如符合，及時(shí)用檢孔器對(duì)孔深、孔徑、孔位、孔形和垂直度進(jìn)行檢查。在檢查合格經(jīng)監(jiān)理工程師同意后，立即清孔。（2）采用換漿法兩次清孔，將孔底鉆渣清除干凈，沉渣厚度＜15㎝，使孔內(nèi)泥漿比重等技術(shù)參數(shù)符合規(guī)范要求。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，此時(shí)空轉(zhuǎn)不進(jìn)尺，加大泵量，以比重～的新泥漿替換孔內(nèi)比重較大的泥漿。清孔后回淤厚度不得大于15cm，并不得用加深孔底深度的方法代替清孔。清孔后的泥漿指標(biāo)符合規(guī)范要求。（3）若清孔后4小時(shí)以內(nèi)不能開(kāi)始灌注混凝土，或灌注混凝土前測(cè)得的沉渣厚度已超過(guò)規(guī)范允許值，則要再次清孔。表2成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 序號(hào)項(xiàng)目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1孔中心位置（mm）單排樁502孔徑（mm）不小于設(shè)計(jì)樁徑3孔深不小于設(shè)計(jì)規(guī)定4傾斜度鉆孔<1.0%，挖孔<%5沉淀厚度（mm）符合設(shè)計(jì)要求，沉渣厚度小于15cm6清孔后的泥漿指標(biāo)相對(duì)密度：1.03～1.1；粘度：17～20Pa.s；含砂率：<2%；膠體率：>98%。受施工場(chǎng)地限制，鋼筋籠在現(xiàn)場(chǎng)鋼筋籠加工場(chǎng)區(qū)加工。為減少吊裝難度，鋼筋籠分制作，每節(jié)鋼筋籠長(zhǎng)9m,最后一節(jié)根據(jù)孔深配置。鋼筋籠制作時(shí)每米四周焊4個(gè)保護(hù)層耳環(huán)，鋼筋籠采用鉆機(jī)分節(jié)吊裝，孔口焊接。為減少鋼筋籠對(duì)接時(shí)間，采用2臺(tái)焊機(jī)同時(shí)作業(yè)。吊放鋼筋籠采用緩緩放入，人工扶正，嚴(yán)禁碰撞孔壁，以免坍孔和將泥土帶入孔內(nèi)。鋼筋籠吊入孔內(nèi)后先校正將籠頂加焊鋼筋焊接在鋼護(hù)筒上，使其垂直和定位。3.2.7混凝土澆筑混凝土由砼攪拌站統(tǒng)一拌合，有罐車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，泵車輸送至導(dǎo)管進(jìn)料斗，利用鉆機(jī)卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行灌注。水下混凝土采用導(dǎo)管法澆筑。4施工質(zhì)量控制要點(diǎn)4.1施工準(zhǔn)備階段的質(zhì)量控制：對(duì)業(yè)主提供的測(cè)量控制網(wǎng)進(jìn)行校核，并在施工段加密測(cè)量控制網(wǎng)，將測(cè)量成果報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)。搭設(shè)鉆孔灌注樁施工控制軸線測(cè)量平臺(tái)等。：工程使用的鋼筋、混凝土等材料，必須經(jīng)送檢合格后方能選用。混凝土配合比必須由具備相應(yīng)資質(zhì)的試驗(yàn)室出具?；炷涟韬蛨?chǎng)地要硬化處理，場(chǎng)地周圍要設(shè)排水溝。各種地材分隔堆放。水泥倉(cāng)庫(kù)要有防雨防潮防臺(tái)風(fēng)的措施。：認(rèn)真作好設(shè)計(jì)圖紙資料會(huì)審；施工組織設(shè)計(jì)、水上施工平臺(tái)設(shè)計(jì)及開(kāi)工報(bào)告報(bào)監(jiān)理審批；編寫(xiě)單項(xiàng)工程施工技術(shù)要求、安全施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)及施工前進(jìn)行培訓(xùn)和交底。：進(jìn)入工程施工的所有設(shè)備其技術(shù)性能指標(biāo)必須滿足設(shè)計(jì)施工要求，機(jī)況完好。：施工組織結(jié)構(gòu)；勞動(dòng)力配置計(jì)劃安排（分項(xiàng)目、按進(jìn)度）；特種施工作業(yè)人員及操作證。4.2施工過(guò)程的質(zhì)量控制：①導(dǎo)線復(fù)測(cè)；②水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測(cè)；③樁孔位中心；④高程。：①平臺(tái)搭設(shè)高度，保證鉆孔水位；②受力鋼管樁柱入土深度，保證受動(dòng)、靜載條件下不沉降；③結(jié)構(gòu)合理，保證受動(dòng)、靜載條件下不變形；④橫向鋪設(shè)鋼架板移動(dòng)方便，設(shè)備、人員施工作業(yè)安全。：①制作鋼護(hù)筒鋼板厚度、直徑、同心度；②焊接長(zhǎng)度、質(zhì)量；③護(hù)筒埋設(shè)孔位、垂直度、深度。：①鉆機(jī)安裝；②鉆孔樁位及孔距；③鉆頭及成孔直徑；④鉆孔垂直度；⑤鉆孔入巖及深度；⑥鉆孔泥漿（一般檢測(cè)相對(duì)密度、粘度（Pa?s）、含砂率（%）、）；⑦擴(kuò)孔和縮孔；⑧孔內(nèi)事故處理。：①孔內(nèi)水位高程；②泥漿性能（比重、粘度）；③孔口返漿含砂量；④成孔后第一次清孔孔底沉渣厚度；⑤鋼筋籠焊接、混凝土灌注導(dǎo)管安裝后第二次清孔孔底沉渣厚度是否滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。:①鋼筋材質(zhì)（產(chǎn)品合格證、送檢）；②鋼筋籠加工尺寸（直徑、間距、長(zhǎng)度、接頭錯(cuò)距長(zhǎng)度、保護(hù)耳）：鋼筋籠焊接（焊接長(zhǎng)度、飽滿度、缺陷控制）；③鋼筋籠安裝（鋼筋籠吊放孔壁保護(hù)、焊接、長(zhǎng)度、垂直度及定位）。：①原材料（產(chǎn)品合格證，原材料送檢）；②混凝土攪拌（混凝土配合比及計(jì)量、攪拌時(shí)間、坍落度、擴(kuò)散度、攪拌量）；③混凝土運(yùn)輸（運(yùn)輸?shù)缆贰⑦\(yùn)輸工具、運(yùn)輸時(shí)間、入倉(cāng)方法）；④灌注澆筑導(dǎo)管（灌注澆筑導(dǎo)管的同心度、導(dǎo)管的密封性、安裝導(dǎo)管距孔底高程）；⑤混凝土灌注（第一罐混凝土容量及導(dǎo)管埋深（不少于0.5m）、混凝土上升面標(biāo)高及混凝土灌注過(guò)程導(dǎo)管埋深、終灌樁頂高程、灌注時(shí)間）；⑥混凝土試塊。5質(zhì)量檢測(cè)5.1施工過(guò)程的質(zhì)量檢測(cè)鉆孔灌注樁屬地下隱蔽工程，對(duì)施工過(guò)程中各個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行驗(yàn)收是保證鉆孔灌注樁質(zhì)量的關(guān)鍵。本工程對(duì)每根樁的孔位、孔型、孔徑、孔深、垂直度、孔底沉渣厚度及泥漿性能均進(jìn)行了驗(yàn)收，先施工單位自檢，再由監(jiān)理驗(yàn)收。鋼筋籠安裝之前對(duì)鋼筋籠的長(zhǎng)度、直