地下水不發(fā)育干法成孔樁基濕法灌注施工技術(shù)

呂國棟 郎金銘 陳云

中國建筑第八工程局有限公司，中國·上海 201204

1 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)實力日益增強(qiáng)與科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對基礎(chǔ)設(shè)施工程的施工質(zhì)量更加嚴(yán)格，在試驗檢測技術(shù)[1]迅速發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)施工技術(shù)需要進(jìn)一步革新、完善。其中，橋梁樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制尤為重要，作為橋梁上部結(jié)構(gòu)與地基之間傳遞荷載的媒介，直接制約著橋梁工程整體的運行安全。受限于環(huán)水保及風(fēng)險管控的要求，樁基的干法灌注工藝[2]與泥漿護(hù)壁灌注工藝[3]，均存在一定的局限性。

該論文將詳細(xì)介紹在地下水不發(fā)育、硬巖地質(zhì)區(qū)、干法成孔樁基濕法灌注的施工技術(shù)，結(jié)合工程實際應(yīng)用，詳細(xì)描述具體的施工機(jī)理、工序流程以及關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)，為后續(xù)類似工程提供技術(shù)經(jīng)驗參考。

2 工程概述

中國G228 陸埠互通及S319 丈亭互通建設(shè)工程地處山區(qū)水源保護(hù)區(qū)，環(huán)水保要求高，同時互通匝道圈橋梁樁基處于地下水不發(fā)育、硬巖地質(zhì)區(qū)。項目所處自然環(huán)境見圖1，項目整體效果見圖2。

圖1 項目周邊環(huán)境

圖2 項目效果圖

在該種工況下，樁基常規(guī)施工方法為：干法工藝成孔（包括旋挖鉆成孔、水磨鉆成孔及人工挖孔成孔）＋導(dǎo)管法灌注混凝土＋人工振搗配合。

此種灌注方法，存在以下幾點關(guān)鍵問題：

①受人工振搗效果影響，樁基灌注質(zhì)量不穩(wěn)定。

②樁基灌注過程中，作業(yè)人員進(jìn)入孔內(nèi)進(jìn)行振搗作業(yè)，工作條件差，安全風(fēng)險高。

③振搗工序占時長，樁基灌注速度慢，人工成本投入大，且拌和站及配套機(jī)械設(shè)備使用工效低。

為解決以上問題，并兼顧環(huán)水保要求，提出地下水不發(fā)育硬巖地質(zhì)區(qū)干法成孔樁基濕法灌注施工技術(shù)。

3 技術(shù)原理

地下水不發(fā)育硬巖地質(zhì)區(qū)干法成孔樁基濕法灌注施工技術(shù)的總體思路為：以初期8m 高水柱壓力及后期浸沒導(dǎo)管混凝土柱壓力取代人工振搗的作用。

具體技術(shù)原理有以下兩點：

①對樁基干孔灌注工藝與泥漿護(hù)壁水下灌注工藝進(jìn)行對比分析，確定出水下灌注混凝土初期由泥漿柱體壓力使混凝土密實、后期由浸沒導(dǎo)管的混凝土柱壓力使混凝土密實的理論。

②依據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，泥漿護(hù)壁條件下混凝土灌注作業(yè)，要求在灌注過程中，需嚴(yán)格控制導(dǎo)管底口距混凝土頂面的距離，宜控制在2～6m 之間。現(xiàn)場施工考慮一定的安全系數(shù)，將導(dǎo)管底口埋置入混凝土3m 深，運用壓力等效原理可知3m 高混凝土柱產(chǎn)生的壓力與7.2m 高水柱產(chǎn)生的壓力等效。

計算過程：素混凝土密度=2.4t/m3，水密度=1t/m3；3m×2.4t/m3=7.2m×1t/m3，即3m 高混凝土柱壓力等于7.2m高水柱壓力。

考慮首次灌注混凝土?xí)r，導(dǎo)管底口與樁基孔底需保持一定距離，同時為便于現(xiàn)場施工控制，確定孔內(nèi)注水水柱高度為8m。樁基注水布置見圖3。

圖3 干孔樁基注水布置圖

4 施工方案

4.1 施工工藝流程

本樁基施工技術(shù)主要工藝流程包括：樁基干法成孔→安裝鋼筋籠及導(dǎo)管至樁基孔內(nèi)→注8m 高水柱→灌注混凝土→樁頭鑿除→樁基檢測。

4.2 操作要點

4.2.1 清孔

澆筑混凝土前先進(jìn)行清孔作業(yè)，防止造成樁基底部缺陷。

4.2.2 導(dǎo)管安裝檢測

導(dǎo)管使用前進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗，合格之后方可使用。檢測參數(shù)需嚴(yán)格按照規(guī)范要求執(zhí)行。

4.2.3 注水

下放鋼筋籠及聲測管，二次清孔，然后安放導(dǎo)管，將導(dǎo)管底部至樁基孔底間距控制在0.4m；借助導(dǎo)管向樁基孔內(nèi)灌注清水，注水高度不小于8m。

4.2.4 混凝土試驗檢測

灌注混凝土前和灌注過程中，嚴(yán)格把關(guān)混凝土質(zhì)量檢測，包括坍落度、擴(kuò)展度、含氣量和入模溫度。

4.2.5 首批封底混凝土計算

依據(jù)規(guī)范計算首批混凝土方量，并配置對應(yīng)容量的集料斗，確保混凝土下落沖擊能量滿足規(guī)范要求。

4.2.6 灌注

①灌注混凝土前需對混凝土輸送管路及集料斗灑水潤濕，首批混凝土下落后，混凝土應(yīng)連續(xù)灌注。

②在灌注過程中，需嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋置深度，防止斷樁及浮籠問題的發(fā)生。

③樁基混凝土灌注作業(yè)。

4.2.7 樁頂標(biāo)高控制

控制灌注的樁頂標(biāo)高，通過試驗以樁頭鑿除后無松散層且標(biāo)高滿足設(shè)計要求為宜。

5 效益分析

本技術(shù)操作簡單，可提升樁基灌注工效、風(fēng)險管控、成樁質(zhì)量及綠色施工水平；可降低成本投入，改善樁基干孔灌注的作業(yè)環(huán)境。

5.1 社會效益

①本技術(shù)通過借助導(dǎo)管向樁基孔內(nèi)灌注清水，由于清水的密度小于混凝土的密度，使得在進(jìn)行混凝土灌注時，混凝土落至清水的下層，從而使得清水能夠?qū)ξ挥谄湎聦拥幕炷潦冀K產(chǎn)生壓力，清水的壓力作用代替了人工振搗的作用，從而使得下層的混凝土密實，解決了導(dǎo)管底部的樁底混凝土難以進(jìn)行人工振搗的缺陷以及導(dǎo)管距離樁底部分的混凝土因無法振搗密實而質(zhì)量容易有缺陷的問題。

②本技術(shù)與泥漿護(hù)壁濕法灌注工藝相比，不僅節(jié)約泥漿的使用量，同時采用清水灌注無需在場地內(nèi)建設(shè)泥漿池，能夠避免泥漿滿灌造成的環(huán)境污染，符合環(huán)保要求的施工理念。

③本技術(shù)是對樁基灌注施工作業(yè)方法的一次革新，通過本技術(shù)的成功應(yīng)用，完善了干法成孔樁基灌注的施工技術(shù)。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

①可有效規(guī)避樁基缺陷整治的可能性成本。

②每根樁基灌注時間可節(jié)省1h，可降低機(jī)械設(shè)備的公攤成本，每小時節(jié)約150 元。

③每根樁基可節(jié)省人工成本3 人×300 元/人×（3h/8h）=337.5 元。

本項目采用該技術(shù)共施工樁基455 根，只考慮機(jī)械、人工投入發(fā)生的成本，共節(jié)省成本（337.5 ＋150×3）×455元=35.83 萬元。

6 結(jié)語

6.1 應(yīng)用情況

該樁基施工技術(shù)適用于地下水不發(fā)育、硬巖地質(zhì)區(qū)、干法成孔、8m 及以上樁基灌注施工，并且該技術(shù)已在G228 陸埠互通及S319 丈亭互通建設(shè)工程中得以成功應(yīng)用，目前利用該技術(shù)共灌注樁基455 根，總長2775m，成樁質(zhì)量穩(wěn)定，檢測結(jié)果滿足樁基施工質(zhì)量要求，贏得業(yè)主單位一致好評。

6.2 推廣前景

①可推廣到類似情況—地下水不發(fā)育、硬巖地質(zhì)區(qū)—樁基施工領(lǐng)域，采用向孔內(nèi)灌注8m 高清水，實現(xiàn)干法成孔樁基的濕法灌注作業(yè)。

②可推廣到地下水不發(fā)育、軟巖地質(zhì)區(qū)，采用向孔內(nèi)灌注等效高度的泥漿，實現(xiàn)干法成孔樁基的濕法灌注作業(yè)。