嵌巖灌注樁在連云港西墅閘中的應(yīng)用

陳 勇

(淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 223005)

周 末

(河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院 淮安 223005)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)及施工情況

連云港市海濱新區(qū)西墅閘位于連云港市連云新區(qū)圍海形成的淺灘上，西墅碼頭西側(cè)約110m 處，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，洪峰流量232m3/s，100年一遇擋潮標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，300年一遇高潮位校核，共2 孔，每孔凈寬10m，設(shè)一塊底板。垂直水流方向底板長(zhǎng)23.2m，順?biāo)鞣较虻装彘L(zhǎng)16.0m，底板面高程－2.0m，厚1.5m，閘墩頂高程7.5m。閘室主體、空箱岸墻及上下游翼墻等部位采用灌注樁基礎(chǔ)，樁總數(shù)為273 根，混凝土標(biāo)號(hào)為C25，樁基情況見(jiàn)下表。

樁基情況表

1.2 地質(zhì)情況及評(píng)價(jià)

根據(jù)初設(shè)階段的地質(zhì)勘察報(bào)告，灌注樁樁基穿過(guò)4個(gè)土層:第一層為真空預(yù)壓處理后的淤泥層，承載力特征值約60kPa;第二層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，土質(zhì)不均勻，土體性質(zhì)差異性大，承載力特征值70kPa;第三層為黏土，具中等壓縮性，承載力特征值220kPa，力學(xué)強(qiáng)度較高;第四層為前震旦系地層，分為3個(gè)巖土層。本工程地質(zhì)情況共計(jì)6個(gè)巖土亞層，其中，全、強(qiáng)風(fēng)化層承載力特征值300～500kPa，力學(xué)強(qiáng)度均較高，中等風(fēng)化層力學(xué)強(qiáng)度高，樁基深入中風(fēng)化層，符合規(guī)范及相關(guān)要求。

2 嵌巖灌注樁的施工概況

2.1 施工順序

先施工閘底板樁基，然后打上下游翼墻及空箱岸墻部位的樁基，最后打檢修平臺(tái)部位的樁基。

2.2 機(jī)具選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)實(shí)際情況，配備5臺(tái)沖擊鉆樁機(jī)同時(shí)施工，錘頭重量根據(jù)樁徑選擇2.5～4.5t。

2.3 施工工藝

初步測(cè)量放線→平整場(chǎng)地→定位樁位中心→護(hù)筒埋設(shè)→校核樁位中心→開(kāi)始鉆孔→成孔檢測(cè)→循環(huán)泥漿清孔→下鋼筋籠→下導(dǎo)管→二次清孔檢查→澆筑水下混凝土→樁頭鑿除→成樁檢測(cè)。

3 質(zhì)量控制

3.1 護(hù)筒要求

護(hù)筒內(nèi)徑一般要比樁徑大200～400mm，為了防止塌孔，護(hù)筒頂口應(yīng)能保證孔內(nèi)泥漿面與外部水位形成1～2m 液位差且高于地面0.3m。護(hù)筒底部與四周回填土必須分層夯實(shí)，護(hù)筒中心垂直線與樁中心垂直線的平面誤差應(yīng)小于50mm，傾斜度不大于1%。護(hù)筒頂部應(yīng)加焊加強(qiáng)筋和吊耳，開(kāi)泥漿出水口，鉆進(jìn)過(guò)程中要經(jīng)常檢查護(hù)筒的位移和下沉情況，及時(shí)糾正。

3.2 鉆孔

a.樁機(jī)就位前，首先對(duì)樁機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢查和維修;就位后，保證樁機(jī)平穩(wěn)、牢固，不得移動(dòng)和沉陷，樁中心位置必須控制在平面誤差的50mm 范圍之內(nèi)。

b.采用原漿護(hù)壁，開(kāi)鉆時(shí)泥漿比重控制在1.35～1.40 g/cm3間，保證樁孔質(zhì)量及巖石碎渣能上浮出來(lái)。

c.錐頭升降時(shí)要平穩(wěn)，禁止碰撞護(hù)筒壁和孔壁，控制沖擊錘的吊繩與鋼護(hù)筒中心線偏差小于2cm。

d.鉆孔時(shí)無(wú)特殊情況不得中斷，同時(shí)做好施工記錄，且經(jīng)常對(duì)泥漿比重進(jìn)行測(cè)試，控制在1.35～1.40g/cm3之間，保證護(hù)筒內(nèi)泥漿面比外部水位高1～2m 左右，防止孔壁坍塌，確保成孔質(zhì)量。

e.鉆進(jìn)過(guò)程中，每進(jìn)2～3m 時(shí)采用孔規(guī)探測(cè)儀檢查樁孔直徑和垂直度，注意地質(zhì)巖層變化，在地層變化處撈取泥漿沉渣，弄清地質(zhì)巖層情況后記入施工記錄表中，并與地質(zhì)鉆探報(bào)告核對(duì)，根據(jù)實(shí)際情況采用相應(yīng)的鉆進(jìn)速度。在鉆至淤泥質(zhì)粉質(zhì)土層時(shí)，放慢鉆進(jìn)速度，確保樁孔質(zhì)量。

f.根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，嵌巖灌注樁嵌入微風(fēng)化、中等風(fēng)化巖層深度應(yīng)不小于50cm，故本工程確定:?原則上樁深應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)高程，對(duì)于未能達(dá)到設(shè)計(jì)高程的樁的判定標(biāo)準(zhǔn)為樁基礎(chǔ)嵌入中等風(fēng)化層巖層深度60cm 以上即滿足設(shè)計(jì)要求;?樁進(jìn)入中等風(fēng)化層的判定標(biāo)準(zhǔn)為24h 鉆孔進(jìn)尺深度只有20cm 左右為準(zhǔn)。

g.相鄰樁連續(xù)施工時(shí)，中心距在5m 內(nèi)的樁，待混凝土灌注完成24h 后，才允許施工下一根樁。

3.3 樁的成孔檢測(cè)和清孔

a.樁孔直徑不小于設(shè)計(jì)直徑，中心位置偏差小于±100mm，傾斜度應(yīng)小于1%，本工程原則上孔深應(yīng)不小于設(shè)計(jì)高程，對(duì)于未能達(dá)到設(shè)計(jì)高程的樁的判定標(biāo)準(zhǔn)為樁基礎(chǔ)嵌入中等風(fēng)化層巖層深度60cm 以上即滿足設(shè)計(jì)要求。

b.鉆孔完成后，清孔時(shí)采用循環(huán)泥漿，最終泥漿比重控制在1.10～1.20g/cm3之間，黏度(Pa·s)為17～20，含砂率小于4%，沉渣厚度應(yīng)小于5cm。

3.4 鋼筋籠骨架質(zhì)量控制要點(diǎn)

a.鋼筋籠的制作質(zhì)量除滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求外，還必須在骨架的環(huán)形加強(qiáng)筋上設(shè)置保護(hù)層厚度的混凝土墊塊，橫向方向不少于4個(gè)，豎向間距為1～2m。

b.鋼筋籠制作好后，放在干燥、平整的場(chǎng)地上，同時(shí)每個(gè)加強(qiáng)環(huán)形鋼筋部位都?jí)|上30cm 高的木方，避免鋼筋籠與地面直接接觸。每根樁的鋼筋籠骨架各分節(jié)要掛上標(biāo)志牌，寫(xiě)明樁號(hào)、節(jié)號(hào)等，排好順序，便于使用。

c.為了防止鋼筋籠起吊時(shí)變形，本工程選用兩點(diǎn)起吊。第一吊點(diǎn)設(shè)在鋼筋籠骨架的下三分之一的環(huán)形加強(qiáng)筋上，第二吊點(diǎn)設(shè)在鋼筋籠骨架的中點(diǎn)到上部三分點(diǎn)之間的環(huán)形加強(qiáng)筋上。起吊鋼筋籠時(shí)，先吊第一點(diǎn)，使鋼筋籠離開(kāi)地面30cm 以上，然后兩點(diǎn)同時(shí)起吊，待鋼筋籠離開(kāi)地面達(dá)到一定高度時(shí)，停止第一點(diǎn)，繼續(xù)起吊第二點(diǎn)，隨著第二吊點(diǎn)的不斷升高，緩緩放低第一吊點(diǎn)，直至鋼筋籠骨架垂直地面，此時(shí)停止起吊，松開(kāi)第一吊點(diǎn)，同時(shí)檢查鋼筋籠是否順直。

d.鋼筋籠吊入孔位后，應(yīng)將其扶正緩慢下降，禁止擺動(dòng)碰撞孔壁;鋼筋籠達(dá)到設(shè)計(jì)高程后應(yīng)將其固定，防止上浮，固定鋼筋籠的鋼筋長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)樁機(jī)平臺(tái)高程來(lái)確定。

e.采用單面搭接焊接方式對(duì)接鋼筋籠骨架，對(duì)于焊縫長(zhǎng)度大于10的主筋直徑，應(yīng)同時(shí)保證上、下鋼筋籠同軸度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，且相鄰兩根鋼筋接頭錯(cuò)開(kāi)1m 以上。鋼筋籠全部下放至孔內(nèi)固定后，還應(yīng)對(duì)每節(jié)鋼筋籠入孔時(shí)解下的標(biāo)志牌進(jìn)行核對(duì)，防止發(fā)生錯(cuò)接和漏接現(xiàn)象;最后控制鋼筋籠骨架的底高程在設(shè)計(jì)要求的±50mm 內(nèi)。

3.5 灌注水下混凝土

a.本工程導(dǎo)管采用直徑為30cm的鋼導(dǎo)管，各節(jié)導(dǎo)管內(nèi)徑大小基本一致，管內(nèi)徑偏差不大于±2cm，使用前做水密、拼接、承壓、過(guò)球和抗拉等試驗(yàn)檢測(cè)。水密試驗(yàn)時(shí)的水壓力必須大于樁孔內(nèi)的泥漿壓力的1.3 倍;承壓試驗(yàn)的水壓力必須大于導(dǎo)管所能承受的最大壓力。

b.在水下混凝土灌注前進(jìn)行導(dǎo)管吊裝升降試驗(yàn)，保證導(dǎo)管位于樁孔中間部位且軸線順直，防止灌注過(guò)程中導(dǎo)管碰撞孔壁或卡掛在鋼筋籠骨架上。保證導(dǎo)管下口到樁孔底的距離在25～40cm 之間。導(dǎo)管上口裝有儲(chǔ)料倉(cāng)，儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)出料口上設(shè)置鋼蓋板，系上鋼絲繩，灌注首批混凝土?xí)r用吊機(jī)吊出。

c.灌注水下混凝土前，再一次檢測(cè)沉渣厚度，如果超過(guò)設(shè)計(jì)要求5cm 時(shí)，可用比重為1.10～1.20g/cm3的循環(huán)泥漿進(jìn)行二次清孔，時(shí)間應(yīng)大于10～15min。二清后，立即灌注首批水下混凝土，混凝土用量應(yīng)能保證導(dǎo)管埋置深度大于1.2m。

d.水下混凝土應(yīng)連續(xù)灌注，無(wú)特殊情況不得中途停工。灌注過(guò)程中密切注意導(dǎo)管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)泥漿溢出情況，及時(shí)測(cè)出孔內(nèi)混凝土面高程，確保導(dǎo)管埋深在2～6m，及時(shí)、正確指揮導(dǎo)管的提升和拆除。每根樁的灌注時(shí)間控制在混凝土初凝時(shí)間的2.5h 內(nèi)，且灌注中要防止混凝土落入孔中，使泥漿內(nèi)含有混凝土而變稠凝結(jié)，導(dǎo)致混凝土測(cè)深不準(zhǔn)確。

e.當(dāng)?shù)谝慌炷凉嗳肟椎缀?，?yīng)及時(shí)測(cè)出孔內(nèi)的混凝土面高程，推算出導(dǎo)管埋深，如埋深大于1.2m即可正常灌注;如發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿未大量排出，即表明導(dǎo)管內(nèi)已經(jīng)進(jìn)水，應(yīng)立即按事故應(yīng)急方案處理。

f.灌注過(guò)程中，如導(dǎo)管內(nèi)混凝土不滿，含有空氣時(shí)，后續(xù)的混凝土不可大量地灌入漏斗和導(dǎo)管內(nèi)，要慢慢灌入，防止形成高壓氣囊，擠出導(dǎo)管接頭間的橡膠墊，致使導(dǎo)管漏水。

g.升降導(dǎo)管時(shí)要緩慢操作，保證導(dǎo)管位置居中和軸線垂直;如導(dǎo)管接頭處的法蘭卡掛在鋼筋骨架上，可上下左右輕微地移動(dòng)導(dǎo)管，使其脫離鋼筋籠骨架后再移至樁孔中間，保證順利升降。

h.提升導(dǎo)管時(shí)，當(dāng)導(dǎo)管法蘭接頭超出樁機(jī)操作平臺(tái)時(shí)，可根據(jù)樁機(jī)平臺(tái)高程、導(dǎo)管長(zhǎng)度及導(dǎo)管埋入混凝土深度，決定拆除一節(jié)或兩節(jié)導(dǎo)管。此時(shí)暫停澆筑，移走料倉(cāng)，卡牢孔口的導(dǎo)管，松開(kāi)樁機(jī)平臺(tái)以上導(dǎo)管接頭，并用吊鉤將要拆除的導(dǎo)管吊走，緩慢地放在地上，然后重新安裝好料倉(cāng)，校好位置，擰緊接頭，繼續(xù)灌注。

i.拆除導(dǎo)管時(shí)要注意安全，時(shí)間控制在15min 以內(nèi)，并防止橡膠墊和工具等落入孔中，已拆除的導(dǎo)管立即清洗干凈，堆放整齊。

j.灌注混凝土?xí)r，當(dāng)導(dǎo)管底口位于低于鋼筋籠底部3m 至高于鋼筋籠底部1m的位置，且混凝土表面在鋼筋籠底部上下1m 之間時(shí)，應(yīng)放慢澆筑速度，防止鋼筋籠上浮;同時(shí)為防止鋼筋籠上浮，本工程也采取了如下措施:?縮短混凝土灌注總時(shí)間、改善混凝土的和易性或初凝時(shí)間;?在樁孔底設(shè)置1～2 道環(huán)形加強(qiáng)鋼筋，并以適當(dāng)數(shù)量的牽引鋼筋牢固地焊接于鋼筋籠底部;?鋼筋籠上端焊固在護(hù)筒上，以承受部分頂托力。當(dāng)導(dǎo)管口高于鋼筋籠骨架底部2m 以上時(shí)，即恢復(fù)正常灌注速度。

k.為了確保樁頂質(zhì)量，可根據(jù)樁長(zhǎng)、鉆孔工藝、清孔方法等，在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上多澆筑0.5～1.0m 高的混凝土，深樁應(yīng)多澆筑1.0m 以上高度的混凝土。

1.在灌注接近結(jié)束時(shí)，因?qū)Ч軆?nèi)混凝土柱高度減小，壓力降低，而孔內(nèi)泥漿及所含渣土稠度增加，混凝土出現(xiàn)頂升困難，易造成質(zhì)量事故，此時(shí)可在孔內(nèi)加注清水稀釋泥漿，并掏出渣土，使?jié)仓樌M(jìn)行。最后一節(jié)長(zhǎng)導(dǎo)管應(yīng)緩慢地拔出，以防止樁頂沉淀的泥漿及渣土擠入導(dǎo)管，形成泥心樁。

m.混凝土灌注的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間、樁頂灌注高程、導(dǎo)管埋深和拆除時(shí)間、灌注的混凝土方量、灌注期間的異常情況等均由專(zhuān)人負(fù)責(zé)記錄。護(hù)筒拆除時(shí)，樁的混凝土抗壓強(qiáng)度必須達(dá)到5MPa 以上。

4 灌注樁的質(zhì)量檢測(cè)

4.1 檢測(cè)要求

a.混凝土檢驗(yàn):每根樁應(yīng)至少留2 組試壓塊，澆筑時(shí)間較長(zhǎng)、樁徑較大的，不少于4 組，且每工作臺(tái)班均應(yīng)留試塊。

b.樁身檢驗(yàn):?低應(yīng)變檢測(cè)樁身的完整性，抽測(cè)數(shù)不少于該批樁總數(shù)的20%，且不少于10 根;當(dāng)抽測(cè)不合格樁數(shù)超過(guò)抽測(cè)數(shù)的30%時(shí)，應(yīng)加倍重新抽測(cè);加倍抽測(cè)后，若不合格樁數(shù)仍超過(guò)抽測(cè)數(shù)的30%時(shí)，應(yīng)全部檢測(cè);?采用靜載試驗(yàn)測(cè)定單樁承載力時(shí)，檢測(cè)樁數(shù)應(yīng)不少于總樁數(shù)的1%，且不少于3 根;工程總樁數(shù)在50 根以內(nèi)時(shí)，應(yīng)不少于2 根;采用高應(yīng)變檢測(cè)單樁承載力時(shí)，對(duì)工程地質(zhì)條件、樁型、成樁機(jī)具和工藝相同的樁基，其檢測(cè)樁數(shù)應(yīng)不少于總樁數(shù)的2%，并不得少于5 根。

c.設(shè)計(jì)要求:?φ80的單樁承載力特征值:水平為75.8kN，豎直為753.6kN;?φ100的單樁承載力特征值:水平為120kN，豎直為1177.5kN;?φ120的單樁承載力特征值:水平為160kN，豎直為1695.6kN;?φ130的單樁承載力特征值:水平為197kN，豎直為1990kN。

4.2 檢測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)

高應(yīng)變共檢測(cè)20 根，全部為Ⅰ類(lèi)樁。φ80 單樁極限承載力2485～2709kN，φ100 單樁極限承載力3076～3173kN，φ120 單樁極限承載力4251～4446kN，φ130 單樁極限承載力4870～4908kN。低應(yīng)變共檢測(cè)50 根，全部為Ⅰ類(lèi)樁。水平推力檢測(cè)3 根，樁號(hào)為2號(hào)、6號(hào)、8號(hào)，最終水平位移分別為4.96mm、4.89mm、4.92mm，單樁水平承載力極限值分別為250kN、260kN、280kN。抗壓檢測(cè)1 根，單樁堅(jiān)向極限承載力4000kN，最終穩(wěn)定沉降量為5.85mm。檢測(cè)結(jié)果表明，本工程嵌巖灌注樁施工質(zhì)量控制情況良好，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，可以得到如下結(jié)論:

a.本工程設(shè)計(jì)合理，施工比較規(guī)范，質(zhì)量控制方法及效果良好，各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

b.本文確定的樁基進(jìn)入巖石中等風(fēng)化層判定方法和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。

c.本工程閘室及翼墻等部位共布置沉降觀測(cè)點(diǎn)54個(gè)，觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示沉降為3～6mm，最大不均勻沉降發(fā)生在下游左側(cè)第三節(jié)與第四節(jié)翼墻交接處，為3mm。沉降數(shù)據(jù)說(shuō)明，海邊灘涂軟淤地基嵌巖灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留沉降可控制在10mm 以內(nèi)。

1 J 131—2004.混凝土灌注樁基礎(chǔ)施工工藝標(biāo)準(zhǔn)［S］.

2 GB 50202—2002.建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

3 JGJ 94—2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

4 GB 5007—2002.地基技術(shù)規(guī)范［S］.