蘭 軍

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津市 300350)

近年來(lái)，我國(guó)城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，道路工程越來(lái)越多，鉆孔灌注樁施工技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。鉆孔灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用到城市道路工程中以后，如果樁體存在質(zhì)量問(wèn)題，則難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，需要加強(qiáng)對(duì)各道施工工序的質(zhì)量控制，才能避免對(duì)道路車(chē)輛及行人造成安全隱患[1]。在城市道路工程中此項(xiàng)技術(shù)的有效應(yīng)用是施工的重中之重，基于此，開(kāi)展鉆孔灌注樁施工技術(shù)在城市道路工程中的應(yīng)用研究就顯得尤為必要。

1 案例分析

南寧紅光路(蓉茉大道延長(zhǎng)線—長(zhǎng)堽路)工程為城市主干路，設(shè)計(jì)速度為60 km/h，紅線為60 m。樁號(hào)范圍為K1+620—K4+580.000，道路全長(zhǎng)2 960 m。該項(xiàng)目在樁號(hào)K3+820.600處跨越那平江處，需設(shè)置一座地面橋梁。根據(jù)道路總體布置，跨那平江地面橋?yàn)榉?幅設(shè)計(jì)，跨徑L=25+35+25=85 m。

沿線的不良地質(zhì)情況復(fù)雜，主要包括耕植土、素填土、腐殖土、弱膨脹土、沿線溝渠淤泥、魚(yú)塘淤泥等。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告顯示，本工程位于南寧市青秀區(qū)和邕寧區(qū)范圍，屬于丘陵地形。場(chǎng)地地形起伏較大，本次鉆探鉆孔地面標(biāo)高為79.82～114.19 m，最大高差34.37 m。在勘探揭露深度范圍內(nèi)，自上而下分布有第四系(Q)素填土、粘土、粉土、粉沙層，下伏基巖為古近系(E)湖相沉積的泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂巖層。本工程地下水主要為第四系孔隙(潛)水和基巖裂隙水。

2 鉆孔灌注樁施工技術(shù)特點(diǎn)及重難點(diǎn)分析

在本工程的鉆孔灌注樁施工過(guò)程中要進(jìn)行大量的混凝土灌注，并且多數(shù)在水下完成，施工難度比較大，施工質(zhì)量難以控制，而且在很多地質(zhì)條件下，工程施工質(zhì)量和鉆孔灌注樁的承載力有密切聯(lián)系，因此，必須對(duì)樁底沉渣進(jìn)行全面控制，從而提升鉆孔灌注樁的承載力和施工質(zhì)量[2]。由于巖溶地區(qū)土質(zhì)比較松軟，持力層強(qiáng)度有限，巖溶地區(qū)鉆孔樁是本工程施工的重難點(diǎn)之一，需要結(jié)合實(shí)際情況，合理調(diào)整鉆孔方法。和傳統(tǒng)錘擊式施工技術(shù)相比，鉆孔灌注樁施工技術(shù)的灌注直徑更大，成本更低。因鉆孔需水下灌注混凝土，所以如何解決鉆孔中鉆孔垂直度誤差、深度誤差、孔徑誤差及孔口高層等問(wèn)題是施工的重難點(diǎn)。

3 鉆孔灌注樁施工技術(shù)的在紅光路的具體應(yīng)用

本工程橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)共88根，分為樁徑φ1.5 m、φ1.2 m兩種，樁基采用水下C30混凝土。鉆孔灌注樁施工流程示意圖(見(jiàn)圖1)。

(a)設(shè)置護(hù)筒；(b)安裝鉆機(jī)；(c)鉆挖終了，第一次清孔；(d)孔壁測(cè)定；(e)插入鋼筋籠；(f)插入導(dǎo)管；(g)第二次清孔；(h)灌注混凝土，撥出導(dǎo)管；(i)撥出護(hù)筒圖1 鉆孔灌注樁施工流程示意圖

3.1 施工準(zhǔn)備

開(kāi)鉆前對(duì)土層地質(zhì)條件進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，按照分析結(jié)果確定鉆機(jī)設(shè)備、鉆進(jìn)參數(shù)等，對(duì)選擇的鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，保證各部位結(jié)構(gòu)的性能都處于穩(wěn)定狀態(tài)，保證鉆進(jìn)過(guò)程的高效性和連續(xù)性，避免中途發(fā)生設(shè)備故障。尤其是在樁基施工之前，需要進(jìn)行整平處理，并用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，保證平整度，促使各種機(jī)械設(shè)備能夠順利進(jìn)場(chǎng)。鉆機(jī)就位前首先探明地下管線位置，并做好防護(hù)工作。

3.2 護(hù)筒制作

護(hù)筒是保證鉆孔灌注樁施工各道工序順利開(kāi)展的關(guān)鍵設(shè)備，本工程在孔口護(hù)筒制作時(shí)采用了4～8 mm厚鋼板，保證護(hù)筒內(nèi)徑超過(guò)鉆頭φ20 cm后，護(hù)筒的高度按照當(dāng)?shù)氐叵滤坏母叨燃暗刭|(zhì)條件合理設(shè)計(jì)，其上部宜開(kāi)設(shè)1～2個(gè)溢漿口，并高出地面0.15～0.3 m。為保證護(hù)筒埋設(shè)精度，本工程采用了人工埋設(shè)方法，護(hù)筒底部和土層之間通過(guò)粘土緊密連接，護(hù)筒外表面用是粘土填筑夯實(shí)，避免雨天地表水滲入[3]。護(hù)筒需要按照工程設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)選擇合理材料制作，以滿(mǎn)足后期鉆孔施工對(duì)護(hù)筒剛度及強(qiáng)度的要求，避免在安裝和混凝土灌注時(shí)發(fā)生變形。

護(hù)筒埋設(shè)深度對(duì)整個(gè)工程施工效果有較大影響，為保證護(hù)筒埋設(shè)質(zhì)量，在比較密實(shí)的土層中埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，埋設(shè)深度不能低于0.5 m，并保證護(hù)筒埋設(shè)垂直度，護(hù)筒埋設(shè)誤差控制在20 mm左右，傾斜度不能超過(guò)1%，本工程護(hù)筒埋設(shè)現(xiàn)場(chǎng)圖(見(jiàn)圖2)。

圖2 護(hù)筒埋設(shè)現(xiàn)場(chǎng)圖

3.3 泥漿制備和成孔試驗(yàn)

在泥漿制備中可選用膨潤(rùn)土，和普通土質(zhì)相比，膨潤(rùn)土具有密度低、粘度小、含砂量少等優(yōu)勢(shì)，泥漿制備的泥漿比重為1.1～1.5，不同的地質(zhì)條件可選擇不同的泥漿比重，主要成分為水、膨潤(rùn)土、重金石、CMC等物質(zhì)[4]。施工時(shí)先要選擇至少三個(gè)區(qū)段進(jìn)行成孔試驗(yàn)，通過(guò)多次試驗(yàn)，選擇最佳的配合比，保證鉆孔灌注樁施工質(zhì)量。泥漿性能指標(biāo)(見(jiàn)表1)。

表1 泥漿性能指標(biāo)

3.4 成孔操作

鉆孔施工過(guò)程中，要切實(shí)做好孔中降水處理工作，以免發(fā)生塌孔。邊鉆進(jìn)邊檢測(cè)，如果不符合設(shè)計(jì)要求，如發(fā)生傾斜，要立即停止鉆進(jìn)操作，找到根源，集中處理，達(dá)到要求后才能繼續(xù)鉆孔。鉆機(jī)定位精度是否達(dá)標(biāo)直接決定了鉆孔灌注樁施工的成敗，因此具體鉆孔之前必須要對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)、定位操作如圖3所示，保證鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心。巖溶地區(qū)在成孔施工中，必須采取沖擊成孔法，在鉆孔之前，需要進(jìn)行全范圍的地質(zhì)勘察，全面掌握巖溶地區(qū)的實(shí)際發(fā)育程度，然后結(jié)合巖溶地區(qū)的實(shí)際填充物質(zhì)，合理選擇護(hù)筒跟進(jìn)方式，同時(shí)要做好沖擊造壁和預(yù)壓漿堵漏處理，常用的成孔方法有三種。

(1)按照護(hù)筒的實(shí)際情況，選擇分段分批次成孔的方法，護(hù)筒下沉完成之后，再進(jìn)行沖孔，達(dá)到要求之后，再進(jìn)行護(hù)筒下沉操作，如此反復(fù)操作，直到達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為止。

(2)將小護(hù)筒，套入到大護(hù)筒中，在進(jìn)行鉆孔之前，按照巖溶地區(qū)的地質(zhì)情況，合理選擇護(hù)筒的層數(shù)，并保證護(hù)筒的垂直度和壁厚符合要求。

(3)采用粘土塊片石沖擊成孔，鉆孔到溶洞底部約1.0 m之后立即停止鉆進(jìn)，將準(zhǔn)備好的片石和粘土混合之后再注入鉆孔。

圖3 鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)中心線圖

針對(duì)孔口高程及鉆孔深度誤差問(wèn)題，當(dāng)?shù)刭|(zhì)勘查完成之后，再進(jìn)行重新回填，就極易引起高程誤差。本工程處理此問(wèn)題的方法為：詳細(xì)校核原始水準(zhǔn)點(diǎn)，在鉆孔過(guò)程中，保證孔口高程，開(kāi)孔之前要詳細(xì)復(fù)測(cè)孔口高程[5]?？咨钤跍y(cè)量中，可采用丈量法，選擇鉆機(jī)鉆頭2/3的位置作為測(cè)量終孔。終孔標(biāo)準(zhǔn)要以樁端進(jìn)入持力層的實(shí)際深度為基準(zhǔn)。為保證鉆孔精度，降低孔徑誤差。所選的鉆頭直徑要略小于設(shè)計(jì)樁徑，但不能超過(guò)50 cm，鉆孔之前，要指派專(zhuān)業(yè)人員對(duì)鉆頭的規(guī)格、尺寸等進(jìn)行詳細(xì)檢驗(yàn)，達(dá)到要求后才能使用。本工程檢孔器示意圖(見(jiàn)圖4)。為保證鉆孔的垂直度，鉆頭安裝完成后，需要對(duì)鉆頭安裝的水平度及鉆桿的垂直度進(jìn)行詳細(xì)檢驗(yàn)，在鉆進(jìn)過(guò)程中，也要對(duì)鉆桿的垂直度及時(shí)檢查，如果超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)，要及時(shí)校正。定期檢查鉆頭安裝精度，如果磨損嚴(yán)重要及時(shí)更換。

圖4 檢孔器示意圖

3.5 第一次清孔

清孔的目的是保證鉆孔質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為后期混凝土灌注營(yíng)造良好的環(huán)境，鉆到工程設(shè)計(jì)深度之后，緩慢提出鉆頭，工程質(zhì)監(jiān)部門(mén)對(duì)鉆孔的深度、孔徑、傾斜度等進(jìn)行詳細(xì)檢查，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后，抽出沉渣。本工程第一次清孔主要采用了泥漿循環(huán)換漿法，當(dāng)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度之后，稍微提起鉆頭，在原有泥漿比重的基礎(chǔ)上循環(huán)浮渣，促使孔底沉渣逐步浮出，然后注入適量的清水繼續(xù)置換，并檢查清孔質(zhì)量，針對(duì)個(gè)別質(zhì)量比較大的沉渣，可通過(guò)泥漿泵吸出。清孔標(biāo)準(zhǔn)：若孔中排出的泥漿顆粒直徑在2.0 mm以上，繼續(xù)清孔，直到泥漿小于2 mm后才能進(jìn)行下一道工序施工，保證泥漿的比重小于1.1，含沙率也小于2.0%[6]。

3.6 鋼筋籠安裝

鋼筋籠安裝質(zhì)量是決定對(duì)鉆孔灌注樁施工成敗的關(guān)鍵，因此，在具體施工中，必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制作鋼筋籠，并合理設(shè)置保護(hù)層。本工程孔深比較大，為保證鋼筋籠安裝質(zhì)量，采用了分節(jié)段安裝的方法，通過(guò)吊車(chē)起吊輔助人工校正的下放方法，完成鋼筋籠安裝，嚴(yán)禁碰撞孔壁，避免發(fā)生塌孔問(wèn)題。制作鋼筋籠允許偏差需符合表2中的要求。

表2 鋼筋籠制作允許偏差

此外，為最大限度上避免雜物進(jìn)入孔中，要先將鋼筋籠的下段懸掛在孔口位置，然后進(jìn)行第二節(jié)段焊接，逐段下放，鋼筋籠下放完成之后，還要校正軸線位置，避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，鋼筋籠安裝完成后立即進(jìn)行混凝土澆筑，避免塌孔。

3.7 導(dǎo)管安裝

導(dǎo)管鋼管是混凝土灌注的前提條件，對(duì)混凝土施工質(zhì)量的影響比較大，本工程導(dǎo)管長(zhǎng)度比較大，為保證安裝質(zhì)量，同樣采用了分節(jié)段安裝方法，每節(jié)導(dǎo)管長(zhǎng)度為2.0 m，每節(jié)導(dǎo)管配置1～2根長(zhǎng)度在1.0～1.5 m之間的短管，并在接頭位置用橡膠密封圈做防水處理，混凝土澆筑架主要由型鋼制作而成，用來(lái)支撐導(dǎo)管，懸掛在鋼筋籠上，上部放置混凝土漏斗。導(dǎo)管水密試驗(yàn)時(shí)的水壓應(yīng)為0.6～1.0 MPa，進(jìn)行承壓試驗(yàn)時(shí)的水壓不應(yīng)小于導(dǎo)管壁可能承受的最大內(nèi)壓力Pmax，Pmax可按下式計(jì)算：

Pmax=1.3×(YcHcmax-YwHw)

(1)

式中：Pmax—導(dǎo)管壁可能承受的最大內(nèi)壓力，kPa；

Yc—混凝土容重(用24 kN/m3)，kN/m3；

Hcmax—導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱最大高度，采用導(dǎo)管全長(zhǎng)，m；

Yw—鉆孔內(nèi)水或泥漿容重，泥漿容重大于12 kN/m3時(shí)不宜灌注水下混凝土，kN/m3；

Hw—鉆孔內(nèi)水或泥漿深度，m。

經(jīng)計(jì)算，所采用導(dǎo)管導(dǎo)管壁能承受的最大內(nèi)壓力Pmax=1.3×(24×25-12×24.5)=397.8 kPa。滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求。

3.8 第二次清孔

導(dǎo)管安裝完成后，通常不會(huì)立即進(jìn)行混凝土澆筑，間隔時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，因此，在孔底可能會(huì)重新形成沉渣，需要進(jìn)行第二次清孔，以保證清孔質(zhì)量，為后期混凝土灌注營(yíng)造良好的條件。

3.9 灌注混凝土

灌注混凝土是鉆孔灌注樁施工的最后一步，也是最為重要的一步，本工程對(duì)混凝土施工質(zhì)量的要求比較高，需要對(duì)原材料嚴(yán)格控制，粗骨料粒徑控制在5～20 mm之間，并選擇天然中砂，混凝土水灰比控制在0.55左右，凝膠材料的最小用量為280 kg/m3左右，混凝土坍落度控制在18～20 cm之間，混凝土初凝時(shí)間控制在3～4 h之間。灌注過(guò)程中注意保證混凝土的供應(yīng)速度，防止鋼筋籠上浮[7]。

第一批灌注的混凝土具有較大的沖擊力，將泥漿從導(dǎo)管中排出，導(dǎo)管下口埋入混凝土的長(zhǎng)度不小于1.0 m。邊澆注邊提升導(dǎo)管，在混凝土灌注過(guò)程中，要保證灌注的連續(xù)性，如果中途發(fā)生停歇，停歇時(shí)間不能超過(guò)15 min，為保證混凝土灌注質(zhì)量，導(dǎo)管進(jìn)入混凝土的埋深要控制在1.5～4.0 m之間，既不能小于1 m，也不能超過(guò)6 m，對(duì)導(dǎo)管埋深及導(dǎo)管內(nèi)外混凝土的高差必須嚴(yán)格控制，并詳細(xì)填寫(xiě)混凝土澆筑記錄。

第一批混凝土數(shù)量用下式計(jì)算：

(2)

式(2)中:V—首批混凝土所需數(shù)量,m3；

D—孔直徑，m;

h1—混凝土面達(dá)到h2時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱需要的高度，h1≥rwHw/rc；

h2—導(dǎo)管初次埋深，m；d—導(dǎo)管內(nèi)徑，m；

rw—孔內(nèi)水或泥漿的容重,kN/m3，取rw= 1.3 kN/m3；

rc—混凝土拌和物容重,kN/m3,取rc=2.4 kN/m3。

如果導(dǎo)管中含有空氣，則后續(xù)混凝土要通過(guò)溜槽緩慢注入漏斗和導(dǎo)管中，嚴(yán)禁混凝土整斗傾倒到導(dǎo)管中，避免形成較高的氣壓[8]。在澆注將近結(jié)束時(shí)，在孔內(nèi)注入適量水使孔內(nèi)泥漿稀釋?zhuān)懦隹淄?，保證泥漿全部排出。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合南寧紅光路工程實(shí)例，分析了鉆孔灌注樁施工技術(shù)在城市道路及巖溶地段中的應(yīng)用，提出鉆孔灌注樁施工中解決孔口高層及鉆孔深度誤差、孔徑誤差、鉆孔垂直度誤差等重難點(diǎn)問(wèn)題的措施。分析結(jié)果表明，鉆孔灌注樁施工技術(shù)在施工效率和保障質(zhì)量等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但此項(xiàng)技術(shù)屬于典型的隱蔽性工程，施工結(jié)束后難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的質(zhì)量問(wèn)題，即便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，處理和糾正的難度也比較大。因此，在具體施工過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)各道施工工序的控制，嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，才能保證施工質(zhì)量。