鉆孔灌注樁施工技術(shù)在碼頭工程項目中的應(yīng)用

屈建剛

(中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710068)

0 前 言

港口碼頭對地基的質(zhì)量提出較高的要求，即必須具有承載能力強的特點，否則易引發(fā)不均勻沉降等問題。通過鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用，有利于建設(shè)穩(wěn)定可靠的碼頭地基，但此項施工技術(shù)的應(yīng)用要點較多，其應(yīng)用水平將直接影響到工程質(zhì)量，因此需要加強技術(shù)探討，把握具體的應(yīng)用要點，將施工技術(shù)落實到位。

1 工程概況

某工程碼頭全長628 m，總寬50 m，采用高樁梁板結(jié)構(gòu)。于碼頭前平臺縱向鋪設(shè)2條軌距為30 m的軌道，碼頭排架間距8 m，每排榀架分別為9根直徑1 000 mm的PHC管樁，長度59～60 m。立足于現(xiàn)場施工條件，結(jié)合工程質(zhì)量要求，經(jīng)技術(shù)可行性、質(zhì)量可靠性等多角度分析后，選用鉆孔灌注樁施工技術(shù)，以此保質(zhì)保量完成樁體的建設(shè)工作。

2 鉆孔灌注樁施工工藝

2.1 準備工作

為快速鉆孔，先做好各項準備工作，包含測量放樣、現(xiàn)場場地整理、根據(jù)工程要求制作護筒并埋設(shè)、泥漿制備、鉆機就位、搭建穩(wěn)定可靠的鉆孔架等。

1)場地整理。從現(xiàn)場施工條件出發(fā)，采取針對性的場地整理措施。樁基設(shè)置在旱地時，先將該處的樹根、雜草等雜物清理干凈，安排夯實處理；對于在水中的鉆孔灌注樁，為了便于施工，搭建可靠的施工平臺。

2)護筒的制作和埋設(shè)。以3～5 mm厚的鋼板為原材料制作鋼護筒。為切實提高剛度，在護筒上、下和中部外側(cè)焊一道加勁肋。相比于鉆孔樁直徑，護筒直徑在該基礎(chǔ)上適當增加25 cm。待鋼護筒制作成型后將其埋設(shè)到位。精細化調(diào)整護筒的軸線，使其與預(yù)先標記的樁位中心對準，提高鋼護筒所處位置的準確性；護筒周邊和護筒底接觸緊密；護筒傾斜度≤1%。

3)泥漿的制備。制漿前，先打碎黏土，盡可能使其均勻，以便更快速地攪拌成漿，得到優(yōu)質(zhì)的泥漿。黏土經(jīng)過打碎處理后投入護筒內(nèi)，啟用沖擊錐，用該裝置制備泥漿，過程中需密切關(guān)注黏土的實際狀態(tài)，待其攪拌成泥漿后開始鉆孔。施工中可能存在多余的泥漿，此部分用管導(dǎo)入泥漿池內(nèi)，暫時存放在該處，后續(xù)可根據(jù)需求補充孔內(nèi)泥漿，此方式可有效提高泥漿的利用率。

4)鉆機就位。鉆錐中心對準已經(jīng)測放的樁位，檢測并判斷兩者的差值，必須確保對中誤差不超過5 cm，否則需進一步調(diào)整。

2.2 鉆孔工藝

2.2.1 沖擊鉆鉆孔

沖擊鉆孔施工示意圖如圖1所示。

圖1 沖擊鉆鉆孔工藝示意圖

2.2.2 開 鉆

1)正式鉆進前，向護筒內(nèi)摻入適量的黏土。若施工現(xiàn)場的地表土層偏疏松，為提高其穩(wěn)定性，還需摻入適量的小片石，再注入泥漿和清水，借助鉆頭的沖擊作用將摻入的材料擠向孔壁，起到加固的作用。沖擊振動的擾動作用較強，可能會導(dǎo)致鄰孔已灌注的混凝土出現(xiàn)異常(例如無法正常凝固)，為此應(yīng)合理調(diào)整施工時間，待鄰孔混凝土達到特定的強度要求后方可鉆孔。首先以小沖程的方式鉆孔，加強檢查，待孔底在護筒腳下3～4 m位置時，若現(xiàn)場條件允許可適當增加沖程。

2)鉆機需平穩(wěn)運行，為此提前對鉆機就位區(qū)域做整平、夯實處理，以免因地基層面的問題而導(dǎo)致鉆機異常運行(傾斜、下陷等)。鉆機精準就位且必須有足夠的穩(wěn)定性，不允許在鉆孔期間出現(xiàn)移位現(xiàn)象。鉆孔時，及時檢查鋼絲繩的回彈情況，勤松動、少量松繩；嚴格控制孔內(nèi)泥漿液面，要求其始終在護筒腳以上0.5 m或更高的部位，否則將由于泥漿面蕩漾而損傷護筒腳孔壁，但不可隨意增加孔內(nèi)泥漿液面的高度，即需要比護筒頂面低0.3 m，否則將由于泥漿量過多而溢出。

2.2.3 抽 渣

適時向孔內(nèi)補漿或補水，例如在抽渣后隨即沖擊投放黏土，但嚴格控制好投放量，單次不可過多，否則會出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象。抽碴筒到達孔底后，于該處做多次的上、下提放操作，盡可能將鉆渣清理出孔。此外，鉆頭刃口在鉆井期間有持續(xù)性磨損的情況，為保證鉆孔效果，每班開鉆前均檢查鉆頭直徑，要求直徑磨耗量≤1.5 cm，否則需修補，必要時換新。

2.3 回轉(zhuǎn)鉆鉆孔工藝

1)初鉆。泥漿泵和轉(zhuǎn)盤空轉(zhuǎn)一段時間，在此期間輸入適量的泥漿，此后方可正式鉆進。在不影響鉆孔質(zhì)量的前提下，接、卸鉆桿動作需迅速，避免停鉆時間過長，否則有明顯的孔底沉淀現(xiàn)象。

2)鉆進要點。鉆進初期加強對進尺的控制，且尤為關(guān)鍵的是在護筒刃腳處需適當放慢速度，目的在于使該處形成穩(wěn)定的泥皮，起到護壁的作用。鉆至刃腳下1 m位置時，若確認無異常狀況可按正常速度鉆進。鉆進期間由于護筒土質(zhì)松軟而漏漿時，適當向上提起鉆錐，向其中倒入黏土，經(jīng)過此處理后下鉆錐倒轉(zhuǎn)，通過鉆錐的運轉(zhuǎn)將膠泥擠入漏漿部位，起到封堵的作用。此外，鉆進進尺2～3 m，過程中要及時檢查鉆孔的垂直度和直徑，根據(jù)實測結(jié)果采取針對性的調(diào)整措施，保證鉆孔精度。

3)鉆孔檢查及清孔。鉆孔后及時檢查成孔質(zhì)量，通過孔深、直徑、傾斜度幾項指標做系統(tǒng)性的判斷，其中傾斜度不可超過1%，其他指標的實測結(jié)果均要與設(shè)計要求一致。經(jīng)過成孔檢查后，清理鉆孔期間堆積在孔內(nèi)的石碴、泥漿，以便鋼筋籠下放等后續(xù)工作的順利進行[1]。

2.4 鋼筋籠的制作和吊裝

1)材料的選取。以設(shè)計圖紙要求為準，挑選合適規(guī)格的鋼筋，保證其種類、型號、表觀形態(tài)等方面均滿足要求。此外，Ⅰ級、Ⅱ級鋼筋的力學(xué)性能均要符合相關(guān)規(guī)定，以免因鋼筋力學(xué)性能不足而影響鋼筋籠的整體質(zhì)量。

2)鋼筋籠的制作。鋼筋籠制作時涉及調(diào)直、除銹、彎折等相關(guān)操作，均要嚴格依據(jù)設(shè)計圖紙操作。鋼筋籠的主筋盡可能保持整根，若由于長度需要采取對接措施時，優(yōu)先選用搭接焊接頭，搭接長度至少為5d(d為鋼筋直徑)，以保證搭接的穩(wěn)定性。成品鋼筋籠應(yīng)具有順直性，此外諸如直徑、箍筋間距等各項指標均要得到有效控制，誤差不可超過許可范圍。

3)鋼筋籠的吊裝。鋼筋籠外設(shè)置混凝土保護層，其厚度控制至關(guān)重要，為保證厚度的合理性，分別在上下端及中間區(qū)域按照2 m的間距設(shè)鋼筋“耳環(huán)”(統(tǒng)一布設(shè)在橫截面上)。吊裝前，先用探孔器檢測鉆孔，判斷實測結(jié)果與設(shè)計鉆孔直徑是否保持一致。若檢測過程中發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)有不利于鋼筋籠安裝的障礙物，及時將其清理干凈。

待各項準備工作均完成后，吊裝鋼筋籠，使該裝置對準孔位，以緩慢的速度向下放置。下放期間遇障礙物時，采取慢起慢落的方法，或適當做正反旋轉(zhuǎn)處理，若經(jīng)過前述操作后仍無法取得良好的效果(鋼筋籠難以正常下放)，則暫停下落，分析原因并處理。禁止強制性下放，否則會損傷鋼筋籠，孔壁也易失穩(wěn)。鋼筋籠入孔后呈懸吊狀態(tài)，需具有足夠的穩(wěn)定性，容許偏差不超過5 cm。

2.5 混凝土灌注施工

2.5.1 混凝土的材料要求及相關(guān)裝置的制作

1)混凝土由砂石、水泥、水等材料組成，要求其級配足夠合理，嚴格控制最大顆粒尺寸，不可偏大。此外，集料中的雜物含量也需要滿足要求，否則需安排清洗和過篩處理，剔除其中的雜質(zhì)，以免影響集料的正常使用。

2)混凝土灌注施工中采用到導(dǎo)管、漏斗、儲料斗，各自均是重要的輔助裝置。導(dǎo)管以3 mm厚的鋼板為原材料，經(jīng)卷制后制作成型，直徑≥250 mm，具體根據(jù)樁長、樁徑、灌注速度而定。導(dǎo)管由多個節(jié)段組成，以便快速完成各節(jié)段的搬運和拆裝作業(yè)，中間節(jié)長度約為2 m，下端節(jié)可適當增加，例如4～6 m，在漏斗下方配備長度約為1 m的上端節(jié)導(dǎo)管。中間節(jié)法蘭兩端以焊接的方式穩(wěn)定設(shè)置厚度為10～12 mm的法蘭，以便螺栓互相連接。在一端法蘭附近焊接一對小吊耳，備栓掛鋼絲繩用，取4～5 mm厚的橡膠墊圈墊在上下兩節(jié)法蘭間。

漏斗呈圓錐形，用2～3 mm厚的鋼板制作成型，在距漏斗上口15 cm的外面兩側(cè)對稱焊吊環(huán)。錐形漏斗插入導(dǎo)管的深度通常為15 cm，具體視實際情況靈活調(diào)整。儲料斗的原材料為3 mm厚鋼板和加勁肋，出口設(shè)閘門，底部制作成斜坡狀，在料斗出口下方設(shè)活動溜槽。

2.5.2 混凝土的拌和

鉆孔灌注樁施工中，混凝土是重要的材料，在其質(zhì)量控制中配合比的設(shè)計至關(guān)重要。其中，坍落度以18～22 cm為宜；骨料粒徑為0.5～3 cm，材料可選擇機制碎石；水灰比控制在0.5～0.6；在取用水泥時，實配標高比設(shè)計標號高10%～15%。在確定具體的配合比后，精準稱量適量優(yōu)質(zhì)的原材料，然后按特定的順序摻入并充分攪拌。為保證混凝土的均勻性，要求攪拌時間不小于2～2.5 min；下盤材料裝入前，必須確保已經(jīng)存在于攪拌機內(nèi)的拌和料完全卸出。由于某些原因?qū)е聰嚢铏C停用時間達到30 min以上時，需要先清理攪拌機，在此前提下方可繼續(xù)拌和。

2.5.3 混凝土灌注

遵循連續(xù)作業(yè)的原則，盡可能縮短每斗混凝土灌注的間隔時間[2]；合理協(xié)調(diào)，力爭導(dǎo)管的拆除時間不超過15 min；混凝土灌注時及時檢測混凝土面的高度，根據(jù)實際情況適時拆除或提升導(dǎo)管，全程導(dǎo)管埋深以2～4 m為宜，最大不超過6 m。

鉆孔灌注樁混凝土施工中，需注意：①及時檢測并合理控制導(dǎo)管下端的位置，要求其距離樁底0.3～0.4 m；②嚴格控制導(dǎo)管埋入混凝土的深度，全程均要≥1.0 m；③水下混凝土灌注施工中，以樁頂設(shè)計標高為參照基準，要求實際樁頂標高略大于該值0.5 m；④合理選擇優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)管并在混凝土灌注期間加強防護，以免因?qū)Ч苈┧畬?dǎo)致斷樁。

2.6 清理樁頭

樁頭混凝土強度達到設(shè)計值的25%時，根據(jù)計劃由專員將護筒拆除，確定樁頭多余的混凝土并將其鑿除干凈。為了保證樁頭質(zhì)量，宜采取手工鑿除的方法，精細化施工，確保處理后的樁體達到設(shè)計標高要求。

3 成樁質(zhì)量控制

1)原材料進場時，詳細檢驗出廠合格證、化驗報告等相關(guān)資料，若實際情況與資料不符，隨即取樣復(fù)查，禁止任何不達標的材料被投入工程施工中。

2)導(dǎo)管灌注是應(yīng)用較為廣泛的鉆孔灌注水下混凝土施工方法，其應(yīng)用效果較好。但從實際施工情況來看，混凝土仍有可能離析，為此需注重對配合比的優(yōu)化，從源頭上規(guī)避離析問題。實際施工中密切關(guān)注水泥品種、砂石料的規(guī)格及其含水率，根據(jù)實際情況對配合比做動態(tài)化的調(diào)整，確保每根樁的配合比均滿足要求。在正式拌和前還需復(fù)核配合比，嚴格計量和測試管理，制備試件，做好信息的記錄工作。

3)為避免斷樁、堵管等質(zhì)量問題，需加強對拌和時間、坍落度的控制。從拌和時間的角度來看，若偏短會影響混凝土的強度，坍落度控制在18～20 cm較為合適，同時灌注期間密切關(guān)注混凝土面的標高，適當向上拔起導(dǎo)管，保證導(dǎo)管的埋入深度達到要求。通常，導(dǎo)管在混凝土中的埋深以2～4 m為宜，禁止將導(dǎo)管底端完全拔出混凝土面。隨著灌注進程的推進，距離樁頂標高8～10 m時，在原坍落度的基礎(chǔ)上適當調(diào)整，減小至12～16 cm，保證樁身上部的施工質(zhì)量(有足夠的抗壓強度)。施工時，抽動導(dǎo)管使混凝土面上升的力度應(yīng)適中，升降幅度不可過大，否則會導(dǎo)致混凝土體沖刷孔壁，進而誘發(fā)孔壁下墜、樁身夾泥等質(zhì)量問題[3]。每灌注2 m3時，測定一次混凝土面上升高度，根據(jù)實測結(jié)果展開計算，明確各段樁體的充盈系數(shù)，根據(jù)規(guī)定該值需在1以上。

4 結(jié)束語

鉆孔灌注樁施工技術(shù)在港口碼頭工程中具有舉足輕重的地位，其兼具質(zhì)量可靠、靈活性強等多重優(yōu)勢，有利于推動我國港口建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。經(jīng)過本文的分析，提出鉆孔灌注樁施工技術(shù)的具體應(yīng)用要點，體現(xiàn)在前期準備、材料配套、鋼筋籠制作與安裝、混凝土灌注等方面，希望所提內(nèi)容可為同仁提供參考。

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