鋼筋混凝土鉆孔灌注樁施工技術(shù)在漆水河渡槽基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用研究

黃 悅

(陜西省寶雞峽引渭灌溉中心，陜西 咸陽 712000)

1 工程概況

漆水河倒虹吸是寶雞峽灌區(qū)塬下北干渠穿越漆水河的大型輸水建筑物，位于國家楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)東北3.5 km、寶雞峽塬下北干渠樁號23+567處，全長382 m，灌溉楊陵、武功、興平等8縣(市、區(qū))77.7萬畝農(nóng)田。該工程已運(yùn)行60多年，混凝土碳化、附屬設(shè)施損毀嚴(yán)重，投運(yùn)以來壅水、淤積、漏水、淤堵等問題嚴(yán)重。寶雞峽灌區(qū)2015年開始實(shí)施漆水河倒虹改建工程：在北干渠樁號23+493～24+428段，裁彎取直改線，新建跨漆水河的渡槽1座，長450 m，改造渡槽進(jìn)出口明渠段273 m，并對原倒虹吸進(jìn)行封堵。

新建渡槽工程區(qū)位于渭河北岸一級黃土塬前部，地勢西北高，東南低，地貌單元由北向南依次劃分為一級黃土塬、渭河三級階地、二級階地及河漫灘。漆水河深切一級黃土臺源30.0～50.0 m，由北向南流經(jīng)本區(qū)。漆水河河谷寬180～300 m，發(fā)育有一級階地、二級階地及河漫灘，一級階地階面地形開闊平坦，臺面完整微傾漆水河谷，沖溝不發(fā)育，地面高程455.50～446.00 m，二級階地階面地形平坦，寬度較窄，局部缺失。新建渡槽段基礎(chǔ)土層主要由第四系全新統(tǒng)人工堆積(Q4)素填土、第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積(Q3col)黃土、第四系上全新統(tǒng)沖積堆積(Q42al)壤土及第四系上全新統(tǒng)沖積堆積(Q41al)粉質(zhì)壤土等組成，承載力基本值在150～160 kPa之間，土層厚度普遍在5～14 m，從控制沉降變形和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性綜合考慮，渡槽下部結(jié)構(gòu)選用低承臺灌注樁基礎(chǔ)。

渡槽基礎(chǔ)設(shè)計(jì)由承臺和鉆孔灌注樁組成。承臺采用C25F100鋼筋混凝土，鉆孔灌注樁采用C25鋼筋混凝土。兩端槽臺承臺1#、15#橫槽向長9.6 m，順槽向?qū)?.4 m，高2.5 m。灌注樁采用1排3根樁，樁徑1.2m，樁中距3.6m，邊樁外緣與承臺邊緣距離0.6 m，進(jìn)、出口槽臺樁長分別為40 m、32 m。中間槽墩承臺2#～14#橫槽向長9.6 m，順槽向?qū)? m，高2 m。灌注樁采用2排對稱布樁，每排3根，樁徑1.2 m，樁中距3.6 m，邊樁外緣與承臺邊緣距離0.6 m，樁長為23～40 m。

2 鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

該工程梁式渡槽樁基根據(jù)地質(zhì)情況采用沖擊鉆成孔。鋼筋籠在鋼筋加工場集中加工，鋼筋籠長度小于20 m按一節(jié)綁扎，大于20 m按兩節(jié)綁扎，焊接連接，吊車吊裝入孔，導(dǎo)管法灌注水下混凝土。風(fēng)鎬鑿除樁頭，并逐根進(jìn)行無破損檢測。

2.1 修筑施工平臺

施工用鉆機(jī)等機(jī)械設(shè)備置于堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固的填土上，工作平臺尺寸根據(jù)設(shè)備尺寸確定，以滿足施工要求和安全為主，且工作平臺標(biāo)高一般宜高出施工水位1 m以上，該工程施工平臺面長26 m，寬12 m，平臺中心填筑河灘砂土，平臺面鋪0.3 m厚黃土。工作平臺為順利沖孔施工提供了保證。

2.2 樁位施工順序

兩端槽臺1#、15#承臺基礎(chǔ)灌注樁，單排3根樁布設(shè)，按先兩側(cè)后中間的順序施工；中間槽墩2#～14#承臺基礎(chǔ)灌注樁，雙排對稱每排3根樁布設(shè)，按先打每排兩側(cè)的4根樁，后打中間2根樁的順序施工。為保證質(zhì)量和進(jìn)度，一般相鄰兩樁成樁與沖孔時(shí)間應(yīng)間隔3 d以上。

2.3 護(hù)筒埋設(shè)

鋼護(hù)筒的埋設(shè)必須頂部與工作平臺面持平；護(hù)筒的中心線與灌注樁中心偏差應(yīng)小于50 mm；鋼護(hù)筒周圍一般要用粘土夯填密實(shí)，防止筒周滲漏或穿孔。

2.4 泥漿制備

泥漿的作用：(1)泥漿在孔壁形成一層較厚的泥皮，阻隔孔內(nèi)外滲流，保護(hù)孔壁；(2)具有懸浮鉆碴的作用；(3)具有很好的流動性，產(chǎn)生一定的上升流速。

造漿粘土一般以水化快，造漿能力強(qiáng)，粘度大的膨潤土或地表凍融粘土為好，開孔泥漿采用膨潤土制作，當(dāng)鉆孔至粘土層時(shí)也可使用原土造漿。泥漿主要性能包括比重、粘度、含砂率、膠體率、失水率、酸堿度等。該工程主要控制泥漿粘度和比重，粘度采用19～25 s，泥漿比重根據(jù)土層變化，介于1.2～1.5 g/cm3之間，且要求造壁時(shí)粘度高于正常鉆進(jìn)粘度，并保持護(hù)筒內(nèi)泥漿頂面始終高出筒外水位或地下水位1米以上。

2.5 鉆孔

鉆孔施工首先在孔內(nèi)注滿泥漿，如果是粘土層，直接注入清水，以小沖程反復(fù)沖擊以造漿，使泥膏充分?jǐn)D入孔壁；在護(hù)筒刃腳以下2 m范圍內(nèi)，泥漿比重控制在1.2～1.5 g/cm3之間，采用小沖程1 m左右反復(fù)沖擊，使護(hù)筒底部孔壁充分堅(jiān)實(shí)，不出現(xiàn)坍漏現(xiàn)象；黏性土層采用中、小沖程1～2 m；粉砂及中粗砂層采用中沖程2～3 m，泥漿比重控制在1.2～1.5 g/cm3之間；砂卵石層采用中、高沖程3～4 m，泥漿比重控制在1.3 g/cm3左右；軟弱土層及塌孔回填重鉆，采用小沖程反復(fù)沖擊，并加黏土塊夾小片石，相應(yīng)提高泥漿的比重至1.3～1.5 g/cm3之間。鉆進(jìn)中應(yīng)保持水位高出地下水位1.0 m以上，清空后再及時(shí)補(bǔ)水。

2.6 鉆進(jìn)中易發(fā)事故處理

鉆進(jìn)中易發(fā)生塌孔、卡錐、掉錐、斜孔等事故，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，采取措施處理：

塌孔一般是因?yàn)槟酀{護(hù)壁處理不當(dāng)，或泥漿粘度小、孔內(nèi)漿面低、外水壓力大，或錐頭撞壁、外界振動等造成。因而要求嚴(yán)格按施工規(guī)范操作規(guī)程執(zhí)行，消除外界各類因素影響，使泥漿始終起到足夠的固壁作用[1]。

卡錐一般是因?yàn)榘l(fā)生塌孔未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，鉆進(jìn)中途掉入石頭，錐頭補(bǔ)強(qiáng)后未檢孔等造成。應(yīng)切實(shí)注意避免誤操作，每班定期檢查錐頭磨損情況；錐頭補(bǔ)強(qiáng)后，必須先檢孔，發(fā)現(xiàn)孔底尺寸小于錐頭直徑現(xiàn)象，必須填孔后重新鉆孔。因故停鉆時(shí)，孔口應(yīng)護(hù)蓋，嚴(yán)禁鉆錐留在孔內(nèi)，以防埋鉆。

掉錐問題，則要避免就須勤檢查鋼絲繩及卡環(huán)，一般每班至少檢查兩次，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，同時(shí)備用打撈鉤。當(dāng)發(fā)生斜孔、彎孔、縮頸現(xiàn)象時(shí)，可反復(fù)緩速上下掃孔進(jìn)行修正，如修正無效，則須在孔內(nèi)回填土及小片石至發(fā)生斜孔、彎孔、縮頸位置以上，重新鉆孔。

2.7 清孔及二次清孔

鉆進(jìn)孔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求，要立即清孔，以保證孔底沉淀物厚度及泥漿的相對密度、含砂率、黏度符合規(guī)范要求。用測錘復(fù)測孔深及孔底沉渣厚度，符合要求方可準(zhǔn)備灌注混凝土。按相關(guān)規(guī)范摩擦樁的孔底沉淀物厚度應(yīng)小于100 mm。在鋼筋籠入孔及混凝土導(dǎo)管準(zhǔn)備完畢，灌注混凝土前應(yīng)測量孔深度，樁底沉渣厚度要滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，如不滿足則要二次清孔。二次清孔有換漿法、高壓射水、吹風(fēng)等方法，使泥漿濃度降低后再灌注混凝土。

2.8 鋼筋籠吊放

清孔并檢查質(zhì)量合格后，應(yīng)立即吊裝鋼筋籠。采用吊車吊裝，對準(zhǔn)孔位，吊直扶穩(wěn)，逐步下落，防止碰撞孔壁。鋼筋籠下到設(shè)計(jì)深度，必須在孔口拉十字線以檢查鋼筋籠中心偏位情況。鋼筋籠的頂面和底面標(biāo)高應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，誤差不得大于±50 mm。檢查符合質(zhì)量要求后，應(yīng)對鋼筋籠進(jìn)行固定，一般采取加焊鋼筋吊環(huán)與護(hù)筒壁焊接，防止?jié)沧⒒炷林邪l(fā)生鋼筋籠上浮或移動現(xiàn)象。

2.9 混凝土配合比確定

參考有關(guān)規(guī)范及本工程實(shí)踐證明：用配合比應(yīng)通過試驗(yàn)確定，塌落度以180～220 mm左右為宜，水泥用量不少于360 kg/m3，混凝土含砂率應(yīng)為40%～50%，石子最大粒徑應(yīng)小于40 mm，且不大于鋼筋間距最小凈距的1/3。

2.10 混凝土灌注方法及注意事項(xiàng)

混凝土采用導(dǎo)管灌注法，導(dǎo)管直徑一般為0.25～0.3 m，按1～2 m長度分節(jié)聯(lián)接，兩節(jié)之間采用法蘭盤聯(lián)接緊固。灌注前必須對導(dǎo)管進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)無漏氣現(xiàn)象后才可使用。導(dǎo)管離孔底要求不大于0.3～0.5 m。導(dǎo)管上設(shè)置封底漏斗，漏斗與導(dǎo)管間設(shè)隔水蓋板。

首批混凝土灌注：首批混凝土儲量指是保證一次連續(xù)灌注至導(dǎo)管下端埋入混凝土深度1 m以上的混凝土方量。灌注時(shí)應(yīng)先以30～40 L水灰比為0.5～0.6的水泥漿灌入導(dǎo)管內(nèi)，然后將首批混凝土連續(xù)灌入漏斗內(nèi)。當(dāng)首批混凝土儲備足量時(shí)，剪斷隔水蓋板所拉鐵絲，連續(xù)快速灌入混凝土[2]。

混凝土灌注中要注意：(1)灌注速度要快。因?yàn)榧s有1.0～1.5 m厚混凝土始終位于混凝土與泥漿接觸面，它被后期混凝土頂托上升，若表面混凝土因接近初凝時(shí)間失去流動性，將會阻礙混凝土面上升，影響混凝土正常灌注造成斷樁事故。因而必須綜合考慮環(huán)境溫度、設(shè)備配置等因素，采取一切必要措施加快灌注混凝土灌注速度。要做到隨時(shí)測量混凝土面高度，計(jì)算導(dǎo)管在混凝土中的埋深，上提并逐節(jié)拆除導(dǎo)管，要求導(dǎo)管在混凝土中的埋深控制在2～6 m。(2)混凝土灌注中易發(fā)生浮筋現(xiàn)象。主要是因?yàn)閷?dǎo)管埋深太大，混凝土流動推動鋼筋籠上浮。這還是要求必須隨時(shí)測量并計(jì)算導(dǎo)管埋深，合理控制導(dǎo)管埋深，適時(shí)逐步提升導(dǎo)管[3]。

2.11 質(zhì)量檢測

該工程樁基是渡槽的承重基礎(chǔ)，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到渡槽整體結(jié)構(gòu)的安全性及使用年限。而灌注樁是隱蔽工程，其質(zhì)量的判定需要采用專業(yè)的檢測方法。樁基工程一般按承載力分為摩擦樁、端承樁、摩擦端承樁，本工程采用混凝土摩擦樁。樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測方法一般有低應(yīng)變檢測、聲波透射法、靜荷載、鉆孔取芯、高應(yīng)變檢測等。本項(xiàng)目分別采取了聲波透射法和單樁極限承載力試驗(yàn)，檢測結(jié)果質(zhì)量良好。

3 結(jié)語

該工程鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的施工，在地質(zhì)復(fù)雜、外圍環(huán)境影響工期、施工難度大的條件下，順利完成84根混凝土灌注樁，合計(jì)2500余米，無斷樁事故發(fā)生。建成至今，質(zhì)量完好，運(yùn)行正常。通過該工程施工實(shí)踐，說明這種施工方法適應(yīng)性廣、方便水中施工，可解決不適宜擴(kuò)大明挖基礎(chǔ)施工問題，并有效降低勞動強(qiáng)度。目前，鉆孔灌注樁已廣泛用于各類道路、交通、橋梁、市政及水工建筑物的基礎(chǔ)處理工程中。