基于古學水電站廠房基礎(chǔ)處理的大直徑?jīng)_孔灌注樁施工技術(shù)探討

■潘大飛 ■中國水利水電第十一工程局有限公司第七分局，河南 鄭州 450000

1 工程概況

1.1 工程概況

古學水電站位于四川甘孜藏族自治州得榮縣境內(nèi)定曲河上，電站裝機兩臺，單機容量45MW，總裝機容量90MW。岸邊地面廠房位于卡日共村上游約350m處定曲河左岸一級階地上，廠區(qū)建筑物主要由主副廠房、GIS樓和尾水建筑物等組成。

1.2 地質(zhì)情況

廠房階地長291m，寬19.0m～35.0m，高于河水面3.0m～6.0m，呈條帶狀。場地內(nèi)上部地層為第四系沖洪積砂卵礫石層，地表4.0m～5.0m為耕植砂土層。砂卵礫石層厚約17.0m，結(jié)構(gòu)較密實，其中5.0m～13.7m段主要為砂卵石、碎石夾漂塊石，卵礫石含量55%，砂含量45%，透水性強，穩(wěn)定性好，承載力較高；下部13.7m～42.0m主要由粗礫砂、中、細砂組成，夾有少量卵礫石，結(jié)構(gòu)中密～密實，承載力較高，經(jīng)過適當?shù)墓こ檀胧┨幚砗笞鳛閺S基的持力層。

1.3 樁基參數(shù)

地面發(fā)電廠房基礎(chǔ)采用沖擊成孔灌注樁，設(shè)計為20根直徑為1.5m的大直徑鋼筋混凝土沖孔灌注樁；基礎(chǔ)持力層為弱風化巖石，樁端進入持力層≥1.0m，相鄰樁樁底高差不大于相應(yīng)的樁間凈距的二分之一；樁身混凝土等級為C30。樁基設(shè)計技術(shù)參數(shù)如下表：

表1 樁基設(shè)計技術(shù)參數(shù)表

2 沖孔灌注樁施工工藝流程

施工順序為：測量放線及施工準備→樁機就位→護筒埋設(shè)→沖孔及終孔檢查→清孔→鋼筋籠制安→導(dǎo)管安裝與二次清孔→水下砼灌注→破樁頭及成樁檢測。

3 施工工藝

3.1 測量放線及施工準備

由測量工程師用全站儀準確測量出每根樁的樁位，用鋼筋埋入土中作好標記并固定，在施工前注意保護未施工樁的樁位標不受擾動破壞。在平臺樁位空檔處布置泥漿池、排水溝，道路填筑厚度不小于30cm。

3.2 樁機就位

采用CZ-60型沖擊鉆機鉆孔，移機對準樁位，使鉆機天車前緣、樁位中心在同一鉛垂線上，并將機臺墊平，墊實。

3.3 護筒埋設(shè)

護筒采用δ=5～7mm鋼板卷制而成，護筒內(nèi)直徑為1700mm，護筒長度單節(jié)1.0m。護筒中心線與樁中心線垂合埋設(shè)，深度0.7～1.0m，埋好后復(fù)核校正，中心偏差控制在20mm以內(nèi)，其傾斜度控制在0.5%以內(nèi)，護筒頂高出地面20～30cm，頂部開設(shè)1～2個溢漿口，使孔內(nèi)溢流泥漿流入排漿溝，減少污染。

3.4 沖孔及終孔檢查

沖孔前，需經(jīng)監(jiān)理工程師同意后方可開鉆。鉆機安裝就位后，底座和頂端要平穩(wěn)，不得產(chǎn)生位移和沉陷。進入正常鉆進后，采用4～5m中、大沖程，但最大沖程不超過6m。當沖進至基巖面時，必須放慢沖進速度，避免斜孔；鉆孔達到要求深度后，對孔深、孔位、孔徑、孔形和傾斜度進行檢查，并將檢查結(jié)果填入終孔檢查表。

3.5 清孔

清孔采用換漿法，不得用加深孔深來代替清孔。鋼筋籠下放完畢，須進行二次清孔。清孔后，從孔底提取的泥漿指標要符合規(guī)范要求，即比重應(yīng)小于1.25，含砂率不得大于8%，黏度不得大于28s。在灌注水下混凝土前，孔底沉淀物厚度不超過設(shè)計圖紙的規(guī)定值50mm，提前做好灌注水下混凝土準備工作，縮短清孔至灌注水下混凝土間隔時間。

3.6 鋼筋籠制安

在沖孔的同時，按照設(shè)計要求，接頭要錯開，同一截面接頭數(shù)不大于鋼筋總數(shù)的50%。本工程灌注樁設(shè)計為鋼筋混凝土端承樁，鋼筋籠加工在加工區(qū)內(nèi)成型，采用分節(jié)制作，樁頂首節(jié)采用批量制作，樁身樁底段根據(jù)孔深情況單節(jié)制作；單節(jié)最大籠長不超過9m，便于吊車吊裝入孔，安裝固定。

鉆孔一次清孔完成后采用25t吊車將鉆機吊離孔口，然后將單節(jié)驗收合格的鋼筋籠人工抬至孔口，25t吊車起吊，孔口搭接焊連接安裝。

3.7 導(dǎo)管安裝與二次清孔

鋼筋籠安裝驗收合格后，立即安裝澆筑導(dǎo)管，導(dǎo)管底管口距孔底小于50cm。安裝完畢后進行二次清孔，二清采用反循環(huán)方式，清孔泥漿為新鮮泥漿，其輸入比重應(yīng)小于1.25，含砂率不得大于8%，黏度不得大于28s。清孔后，采用標準測繩，上拴鋼制園錐形測錘，測定孔底沉碴厚度小于5cm，且有明顯觸底手感后結(jié)束；結(jié)束反循環(huán)二次清孔后，改用正循環(huán)，保持孔內(nèi)泥漿處于流動狀態(tài)，直到開始澆注混凝土。

3.8 水下砼灌注

水下砼澆筑采用預(yù)拌商品砼。開始澆注前，應(yīng)先檢查孔底沉渣厚度，不滿足要求時應(yīng)通過重新掏孔；澆注時，應(yīng)保證導(dǎo)管底部距孔底0.3～0.5m，且應(yīng)保證砼的初灌量，使導(dǎo)管第一次埋入砼面以下0.8m以上；嚴防導(dǎo)管拔出砼面，造成斷樁；砼澆注結(jié)束后，最終導(dǎo)管起拔應(yīng)緩緩上提。

3.9 破樁頭及成樁檢測

在破樁前，測量人員根據(jù)施工圖測量出需破除樁高，并在樁頂位置設(shè)置10～15CM的切割線。加鉆頂斷，鉆頭水平或稍向上，位置在樁頂線以上10～15CM。成樁檢測，采用超聲波和小應(yīng)變檢測對所有樁身完整性進行檢驗；采用靜載荷試驗來進行豎向承載力檢驗。

4 施工過程中質(zhì)量控制要點

4.1 施工機具的選擇

綜合考慮本工程的場地和地質(zhì)條件，確定采用CZ-60型沖擊鉆機，空心沖錘。CZ-60型沖擊鉆鉆進效率較高，鉆渣量也較大。分離鉆渣不及時還會使循環(huán)液變成廢液，使鉆渣廢液量劇增，加大施工現(xiàn)場鉆渣液的處理工作量，而且易造成廢液在施工現(xiàn)場的漫流，影響文明施工。

4.2 樁機就位的控制

在灌注樁施工中的樁位控制必須引起高度重視，一旦發(fā)生錯誤將難以彌補。在沖孔過程中應(yīng)定時或不定時的復(fù)核鋼絲繩是否與樁位中心重合，這樣樁的垂直度和樁位才有保證。

4.3 泥漿制備

沖孔灌注樁是靠泥漿護壁，防止坍孔，運用泥漿循環(huán)清孔掏渣，泥漿比重和粘度是兩項最直觀、最重要的指標，泥漿比重太小則難以護壁，容易坍孔；泥漿比重太大則會影響沖孔進度且壁膜太厚，因此，正確控制泥漿比重是成孔施工順利及保證質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。

4.4 沖擊成孔

沖擊成孔的原理是通過卷場機懸吊起沖錘形成一定的勢能，以沖錘的自由落體運動產(chǎn)生的的沖擊力把巖層破碎成孔，一部分渣石擠入孔壁，一部分用泥漿浮起排除。開始應(yīng)低錘密擊，至孔深超過護筒底以下3m～4m后，可加快速度。當在粘土和亞粘土層中沖擊時，應(yīng)采用中小沖程0.5m～1.0m沖孔，并補充稀泥漿或清水，避免糊錘；地下水位低，要加水補充，發(fā)現(xiàn)漏水及時補充，始終保持孔內(nèi)水位高于地下水位1.5m左右，以防坍孔；遇巖層表面不平或傾斜，應(yīng)拋入20cm～30cm厚塊石，使孔底表面略平，然后低錘快擊使其成一緊密平臺后，再進行正常沖擊，同時泥漿比重可降到1.2左右，以減少沖錘阻力，但又不能過低，避免渣粒浮不上來，排渣困難。

4.5 清孔

通常運用兩次清孔來達到混凝土灌注前對泥漿的技術(shù)性能要求。第一次清孔是沖孔至持力層并進入持力層達到設(shè)計深度要求時進行的泥漿循環(huán)清孔工作，第二次清孔是在下完鋼筋籠和導(dǎo)管后，利用導(dǎo)管進行清孔。在清孔過程中必須保持孔內(nèi)水頭，防止坍孔，清孔完畢后孔底500mm以內(nèi)的泥漿應(yīng)達到以下技術(shù)性能要求：孔底沉渣厚度≤50mm，泥漿比重≤1.25，含砂率≤8，粘度≤28S。

4.6 水下混凝土的灌注

首先，混凝土的強度等級必須滿足設(shè)計要求；此外，水下混凝土還需控制初凝時間及良好的和易性。水下混凝土在灌注過程中應(yīng)控制以下幾個點：(1)水下混凝土灌注前應(yīng)檢查樁底的沉渣厚度與泥漿技術(shù)性能指標，不符合要求則應(yīng)再次清孔。(2)灌注開始后，應(yīng)緊湊、連續(xù)地進行，嚴禁中途停工。在灌注過程中，要防止砼拌和物從漏斗處掉入孔中，使泥漿內(nèi)含有水泥而變稠凝結(jié)；當導(dǎo)管內(nèi)砼不滿含有空氣時，后續(xù)砼要徐徐灌入。(3)當砼面升到鋼筋骨架下端時，盡量縮短砼總的灌注時間，防止頂層砼進入鋼筋骨架時，砼的流動性過小。(4)在灌注將近結(jié)束時，如出現(xiàn)砼頂升困難時，可在孔內(nèi)加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀物，使灌注順利進行。(5)控制好最后一次的灌注量，樁頂不得偏低，必須保證鑿除泛漿高度后的樁頂混凝土達到強度設(shè)計值。

4.7 塌孔預(yù)防措施

塌孔的主要表現(xiàn)是孔內(nèi)的水位突然下跌，孔口冒出細蜜的水泡，在鉆進時，則表現(xiàn)為排渣量顯著增加而不見進尺，鉆機負荷增加鉆機跳動等。塌孔的原因很多，但歸結(jié)一點就是沒有很好(或無法)保證孔內(nèi)應(yīng)有的水頭高度和泥漿性能不能達標。

5 結(jié)束語

在古學水電站廠房基礎(chǔ)水下混凝土鉆孔灌注樁的施工過程中，嚴格按照施工工藝流程組織施工，牢牢把握質(zhì)量控制要點，使樁基工程施工情況良好，超聲波、靜載荷及小應(yīng)變試驗檢測均達到設(shè)計及規(guī)范要求。經(jīng)過將近兩年的沉降監(jiān)測，廠房基礎(chǔ)穩(wěn)定，達到了設(shè)計目的，對其它類似工程的基礎(chǔ)處理也有借鑒作用。

［1］何藝雄.大直徑超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)實例分析［J］.中國水運(下半月)，2012(08).