論鉆孔灌注樁深水成樁施工技術(shù)

許傳財(cái)

（上海市水利工程集團(tuán)有限公司，上海 201802）

1 概況

某水文監(jiān)測(cè)站工程位于長(zhǎng)江邊上，由兩座水文測(cè)站組成，工程主要建設(shè)內(nèi)容包括測(cè)亭、引橋、防撞警示墩等。其中水文站測(cè)亭1 位于某閘外河岸以東200m 的深水中，測(cè)亭下部基礎(chǔ)為10 根直徑800mm 樁長(zhǎng)38m 強(qiáng)度C35 的鉆孔灌注樁組成；水文站測(cè)亭2 位于兩座丁壩段一線海塘外側(cè)124m 的深水中，測(cè)亭下部基礎(chǔ)為9 根直徑800mm 樁長(zhǎng)38m 強(qiáng)度C35 的鉆孔灌注樁組成。

2 影響因素

該工程區(qū)域位于長(zhǎng)江河口段（江陰至長(zhǎng)江段），施工時(shí)段處于梅雨季節(jié)，大風(fēng)、暴雨天氣頻發(fā)，嚴(yán)重影響鉆孔灌注樁的施工進(jìn)度。加上區(qū)域地質(zhì)差，多為淤泥及淤泥質(zhì)粘土層，且厚度較大，有些區(qū)域接近10m。粘土層多見于-22.27m 以下。因此，鋼管護(hù)筒的埋設(shè)深度勢(shì)必對(duì)鉆孔灌注樁成樁的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在長(zhǎng)江南支的新橋水道是一條漲潮槽，該段徑潮流相互作用強(qiáng)烈，漲潮優(yōu)勢(shì)明顯，在口門附近的多年平均超差2.66m，最大潮差4.62m，在口內(nèi)為反復(fù)流，落潮流速大于漲潮流速，屬于中等強(qiáng)度的非正規(guī)半日淺海潮。這對(duì)水上排架管樁沉樁及鋼管護(hù)筒埋設(shè)的安全、施工進(jìn)度及鋼管護(hù)筒埋設(shè)的精確度都造成嚴(yán)重影響[1-2]。

3 施工難點(diǎn)

鉆孔灌注樁深水成樁的施工重難點(diǎn)有：排架鋼管樁水上沉樁時(shí)如何精確定位是難點(diǎn)；如何保證排架鋼管樁型鋼的吊裝及固定的安全性是施工難點(diǎn)[3]；鋼管護(hù)筒的沉樁及焊接質(zhì)量及可靠性是施工難點(diǎn)；如何進(jìn)行樁孔精確定位和垂直度控制是施工重點(diǎn)；樁壁穩(wěn)定性控制是監(jiān)測(cè)難點(diǎn)；如何避免斷樁，保證樁身完整性是施工難點(diǎn)[4]。

4 施工方案確定

本工程鉆孔灌注樁成樁前，水上鋼管樁排架已施工完畢，同時(shí)鋼管護(hù)筒埋設(shè)就位。為避免成樁過程發(fā)生孔壁坍塌、斷樁、江水內(nèi)灌等意外現(xiàn)象發(fā)生，保證鉆孔灌注樁混凝土澆筑的連續(xù)性及成樁質(zhì)量，鋼管護(hù)筒底部一定要深入有效土層且不小于1 倍護(hù)筒直徑，護(hù)筒頂部宜高出施工期最高水位1.5m～2.0m，并根據(jù)水位作一定調(diào)整[5]。結(jié)合情況研究決定，鉆孔灌注樁成樁分三階段進(jìn)行。第一階段：利用150t 的駁船，將一定量的排架鋼管樁通過碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)至施工指定區(qū)域，然后利用200t 的浮吊船進(jìn)行起重沉樁，沉入深度及排架間距滿足設(shè)計(jì)荷載及施工要求，最后再利用浮吊船將H 型鋼吊裝至排架鋼管樁上，并固定牢固。第二階段:利用150t 的駁船，將一定量的鋼管護(hù)筒通過碼頭運(yùn)至施工指定區(qū)域，然后再利用浮吊船將鋼管護(hù)筒按指定位置進(jìn)行沉入，直至設(shè)計(jì)深度。第三階段：利用浮吊船將鉆機(jī)吊裝至鋼管排架上，鉆孔成樁，當(dāng)成樁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行鑿樁，鑿樁長(zhǎng)度不小于1m。

5 鉆孔灌注樁施工

5.1 施工要點(diǎn)

5.1.1 排架鋼管樁沉入深度確定

鉆孔灌注樁樁機(jī)自重22t，施工平臺(tái)需跨越三排樁，每排兩根樁，共計(jì)6 根，故：

Po=22×9.8N/kg=215.6kN，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.5kN/m2，考慮到動(dòng)力系數(shù)為K0=1.1，安全系數(shù)為K=2.0，故G1=KO×K×215.6≈475kN。因本工程所采用的是規(guī)格為長(zhǎng)12mΦ400mm 敞口式鋼管垂直沉入，鋼管橫向間距5.2m，縱向間距3.4m,故樁端承載力可忽略不計(jì)。單根樁軸向受壓容許承載力[Ra]可按下列方法計(jì)算：

u—樁周長(zhǎng)，即：u=3.14×0.4=1.256m；

ai— 振動(dòng)沉樁對(duì)各土層樁側(cè)摩阻力的影響系數(shù)，按規(guī)范取值0.7；

qsik—極限側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)值，因土層處于軟塑粘土中，故按規(guī)范取值為40kPa；

li—樁在局部沖刷線以下的有效長(zhǎng)度（6m)；

計(jì)算得：[Ra]=0.5×1.256×0.7×40×6=105.5kN。

則6 根樁的承載力為：6×[Ra]=633kN>G1=475kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.1.2 排架鋼管樁沉樁

利用駁船將排架鋼管樁運(yùn)至施工指定區(qū)域后拋錨就位，然后用浮吊船通過系在排架鋼管樁一端的鋼絲繩將鋼管樁緩慢吊起，待鋼管樁處于垂直狀態(tài)時(shí)，再利用振動(dòng)錘上的抱樁器將合攏抱樁并鎖定。將鋼管樁水平移動(dòng)直至指定位置，然后將樁緩慢下放，下放過程中時(shí)刻保持樁架與樁的傾斜度與設(shè)計(jì)要求一致，在下放完畢后，立即檢查樁錘、樁身是否在同一軸線上，以避免造成偏心沉樁。同時(shí)將鋼管樁斜度調(diào)整到設(shè)計(jì)的斜度，慢慢下沉，然后再測(cè)量復(fù)核，復(fù)核無誤后再開始沉樁。沉樁時(shí)采用振動(dòng)錘將樁緩慢沉入，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。當(dāng)水位較深，沉樁后入土深度滿足不了設(shè)計(jì)要求時(shí)，需及時(shí)進(jìn)行接樁，接樁時(shí)確保接口對(duì)齊，焊縫飽滿可靠，符合規(guī)范要求。當(dāng)所有鋼管樁都沉入就位后，再用浮吊船將擱置于駁船上的H 型鋼緩慢起吊，并放置于排架管樁上，后采用Φ22 鋼筋將H 型鋼與鋼管樁焊接固定牢固。平臺(tái)橫梁和縱梁采用[32 槽鋼將制定區(qū)域進(jìn)行滿鋪，便于作業(yè)人員休息及小型工器具堆放。

5.2 鋼管護(hù)筒埋設(shè)

為避免在鉆孔過程中發(fā)生護(hù)筒下沉，并考慮到水頭壓力對(duì)護(hù)筒筒壁產(chǎn)生變形影響，經(jīng)研究決定采用規(guī)格為內(nèi)徑Φ850mm、壁厚10mm、長(zhǎng)24m 的鋼護(hù)筒進(jìn)行埋設(shè)。在駁船將鋼護(hù)筒運(yùn)抵施工指定區(qū)域后拋錨就位，通過氣割在鋼護(hù)筒靠上一端向下5cm 處對(duì)稱各切割一個(gè)5cm×5cm 的孔洞作為吊點(diǎn)，然后通過卡環(huán)與鋼絲繩捆綁作用于一點(diǎn)，且保證鋼絲繩與水平線的夾角呈450，最后利用浮吊船通過卡環(huán)將鋼護(hù)筒緩慢起吊，待鋼護(hù)筒呈垂直狀態(tài)時(shí)，再利用振動(dòng)錘上的抱樁器將合攏抱樁并鎖定。將鋼管護(hù)筒水平移動(dòng)直至指定位置，然后將其緩慢下放，下放過程中時(shí)刻保持樁架與鋼護(hù)筒的傾斜度與設(shè)計(jì)要求一致，在下放完畢后，立即檢查樁錘、護(hù)筒筒壁是否在同一軸線上，以避免造成偏心沉入。同時(shí)將護(hù)筒斜度調(diào)整到設(shè)計(jì)的斜度，慢慢下沉，然后再測(cè)量復(fù)核，復(fù)核無誤后再開始沉入。沉入時(shí)采用振動(dòng)錘將其緩慢沉入，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

因鋼護(hù)筒較長(zhǎng)，運(yùn)輸及吊裝困難，故經(jīng)研究決定，將鋼護(hù)筒平均分為兩段（注：每段長(zhǎng)12m）進(jìn)行吊裝沉入，當(dāng)?shù)谝欢纬寥氲揭欢ㄉ疃群螅谧o(hù)筒外壁頂端向下1m 處對(duì)稱各焊一塊厚1.5mm 的直角三角形鋼板，然后繼續(xù)沉入，直至鋼板與平臺(tái)上的槽鋼接觸牢固。拆除卡環(huán)、鋼絲繩及抱樁器后，利用氣割將留有孔洞部位的護(hù)筒水平切除，后再重復(fù)第一段的吊裝方法將第二段護(hù)筒吊裝至指定位置，并確保兩接口能緊密結(jié)合后，通過二氧焊將兩段護(hù)筒焊接牢固，提起護(hù)筒，利用氣割將兩側(cè)鋼板切割后抽取平臺(tái)上的槽鋼，采用振動(dòng)錘將其緩慢沉入。沉入后，確保護(hù)筒頂部宜高出施工期最高水位1.5m～2.0m。當(dāng)護(hù)筒埋設(shè)完畢，在其上設(shè)置一個(gè)0.3m(長(zhǎng)）×0.2m（高）的溢漿口。

5.3 鉆孔及成樁

5.3.1 鉆孔、成孔

因樁基地質(zhì)條件較差，為防止在鉆進(jìn)過程中發(fā)生孔壁坍塌，故本工程采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔。鉆孔前，再利用GPS 儀器對(duì)樁軸線進(jìn)行精確定位，并確保鉆桿、鉆錘、樁位中心在一條垂直線上。開始鉆進(jìn)時(shí)宜慢不宜快，密切注意孔內(nèi)水位，隨時(shí)檢查泥漿的相對(duì)密度及粘度，并根據(jù)鉆渣及泥漿指標(biāo)判斷地質(zhì)情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿指標(biāo)異常時(shí)立即停止鉆進(jìn)，分析判明原因。若泥漿指標(biāo)過于偏低，添加大量膨潤(rùn)土后依然偏低時(shí)，認(rèn)為嚴(yán)重塌孔。故在移離鉆機(jī)后將鋼護(hù)筒接長(zhǎng)，接長(zhǎng)長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況判定，接長(zhǎng)方法重復(fù)5.2.2 條。若泥漿指標(biāo)變化較小時(shí)，可在泥漿中添加適當(dāng)?shù)纳暗[，并增加泥漿濃度后繼續(xù)鉆進(jìn)，直至設(shè)計(jì)位置。因考慮到沉渣影響，故在鉆進(jìn)時(shí)要超鉆30cm。

在鉆孔完畢后，及時(shí)移離鉆機(jī)，用提前制作好的規(guī)格為長(zhǎng)6.0m、Φ0.8m的鋼筋籠檢孔器對(duì)孔徑、垂直度及樁深進(jìn)行檢測(cè)。若孔徑小于設(shè)計(jì)值時(shí)，則對(duì)鉆錐加焊刀片增加直徑，并在孔徑小于設(shè)計(jì)值位置反復(fù)提升鉆錐掃孔。

成孔檢測(cè)一般包括孔的中心位置、傾斜度、鉆孔底標(biāo)高、深度、直徑、護(hù)筒頂標(biāo)高等?？椎闹行奈恢每刂圃凇?00mm 范圍內(nèi)，孔徑≥設(shè)計(jì)樁徑，傾斜度＜1%，孔深≥設(shè)計(jì)規(guī)定。

5.3.2 鋼筋籠制作及吊裝

鋼筋籠制作前對(duì)進(jìn)場(chǎng)的鋼筋及時(shí)抽樣復(fù)檢，復(fù)檢合格后方可進(jìn)行鋼筋籠制作。因本工程鋼筋籠較長(zhǎng)，一次制作成型對(duì)運(yùn)輸及吊裝不利。故本次鋼筋籠制作分為五段，在駁船上進(jìn)行加工，即：9.0m、9.0m、9.0m、9.0m、2.1m。鋼筋籠主要有16 根Φ22 的主筋和Φ8@100 的箍筋組成，加強(qiáng)箍筋規(guī)格為Φ 16，每隔2m 設(shè)一根，接頭采用5d 的雙面焊。定位筋每隔2m 沿鋼筋籠周邊均勻設(shè)置4 根，并與加強(qiáng)箍筋位置一一對(duì)應(yīng)。主筋接頭采用雙面貼角焊，接頭錯(cuò)開1m，焊縫厚度8mm，控制在同一截面上搭接鋼筋接頭根數(shù)不超過主筋總根數(shù)的50%，搭接長(zhǎng)度為雙面焊5d。搭接方式為主筋間采用搭接焊，主筋與箍筋間采用電焊，螺旋筋與主筋間采用間隔電焊，制作允許偏差按鋼筋加工規(guī)范進(jìn)行，鋼筋籠主筋間距偏差為±10mm，箍筋間距為±20mm，骨架外徑為±10mm，傾斜度為±0.5%，保護(hù)層厚度為±20mm，中心平面位置±20mm，頂端高程±20mm。

因鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)為38m，故鋼筋籠分五節(jié)安放，孔口對(duì)接的方法。每節(jié)鋼筋籠主筋焊接完畢后補(bǔ)足接頭部位的箍筋方可繼續(xù)下籠。鋼筋籠的現(xiàn)場(chǎng)吊裝利用鉆機(jī)上的卷?yè)P(yáng)機(jī)械通過吊掛裝置滑輪上的鋼絲繩進(jìn)行控制。鋼筋籠現(xiàn)場(chǎng)吊裝需由專人指揮，為防止鋼筋籠彎曲變形，起吊時(shí)籠內(nèi)必須安設(shè)支撐桿，隨籠的下沉依次取出。吊裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)孔位，盡量豎直輕放、慢放，遇障礙物可慢起慢落和正反旋轉(zhuǎn)使其下落，下落無效時(shí)立即停止下落，查明原因后再行吊裝。不允許高起猛落，以防彎曲、扭曲變形，更不能碰撞孔壁而引起坍孔。鋼筋籠就位完畢后，在孔口用事先焊好的吊環(huán)筋固定以使鋼筋籠定位，避免澆筑混凝土?xí)r鋼筋籠上浮。

5.3.3 成樁養(yǎng)護(hù)

為保證鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量，故選用商品混凝土。為確保混凝土的澆筑質(zhì)量，防止斷樁、夾泥、堵管等意外現(xiàn)象發(fā)生，在混凝土澆筑時(shí)加強(qiáng)對(duì)混凝土運(yùn)輸及澆筑時(shí)間、坍落度的控制。因?yàn)榛炷恋倪\(yùn)輸及澆筑時(shí)間約為2h，滿足混凝土的初凝時(shí)間要求，混凝土坍落度控制在18cm～22cm。混凝土灌注工作連續(xù)進(jìn)行，當(dāng)混凝土面接近和進(jìn)入鋼筋骨架時(shí)，保持導(dǎo)管較大埋深，放慢澆筑速度，減少混凝土對(duì)鋼筋籠的沖擊。當(dāng)混凝土面進(jìn)入鋼筋骨架一定深度后，適當(dāng)提升導(dǎo)管，使鋼筋骨架在導(dǎo)管下口有一定埋深。導(dǎo)管的埋置深度一般宜保持在混凝土面以下2～6m，且嚴(yán)禁把導(dǎo)管低端提出混凝土面?；炷翆?shí)際澆筑高度高于設(shè)計(jì)樁頂高程1m 以上，當(dāng)設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高達(dá)到或接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，樁頂混凝土泛漿充分，以確保設(shè)計(jì)樁頂高程以下樁身混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求[6]。

6 實(shí)施效果

綜上所述，該水文監(jiān)測(cè)站工程鉆孔灌注樁深水施工技術(shù)更簡(jiǎn)潔可靠、成本更經(jīng)濟(jì)、施工效率更高、作業(yè)時(shí)間更短，解決了鉆孔灌注樁深水作業(yè)中遇到的施工條件差、地質(zhì)復(fù)雜、潮位影響明顯等客觀難題，為工程后續(xù)施工順利進(jìn)行奠定了可靠基礎(chǔ)。