清水介質(zhì)下自護(hù)混凝土人工挖孔灌注樁施工技術(shù)研究

來(lái) 蓉

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司,陜西 西安 710016）

1 工程簡(jiǎn)介

云南某高速公路主線路線全長(zhǎng)6.996 km,工程橋梁共計(jì)22 座,樁基總數(shù)共803 根,其中最小樁徑為1.5 m,最大樁徑為2.8 m,最淺樁基為18.0 m,最深樁基為40.0 m,橋隧合計(jì)長(zhǎng)度所占路線長(zhǎng)度的比例為72.76%。

本工程因位于云貴高原南緣、哀牢山和紅河?xùn)|側(cè),地形地貌比較復(fù)雜,部分線路因邊坡坡度較陡、巖體松散破碎等原因,只能采取人工挖孔樁工藝。該工程人工挖孔樁共803 根,樁截面分別為直徑1.5 m、1.6 m、1.8 m、2.0 m、2.2 m、2.5 m、2.8 m圓柱樁,其中5號(hào)大橋橋址區(qū)地下水豐富,更適合使用清水介質(zhì)下自護(hù)混凝土澆筑施工。

2 人工挖孔樁施工工藝技術(shù)

2.1 主要施工工藝流程

①清理平整場(chǎng)地→②樁位放樣→③施工機(jī)具就位→④樁孔開挖→⑤成孔檢測(cè)→⑥鋼筋籠制作及吊裝→⑦配置水下保護(hù)劑并將其添加到樁孔地下水中→⑧灌注混凝土→⑨成樁檢測(cè)→⑩施工機(jī)具移位。

2.2 主要施工方法

2.2.1 平整場(chǎng)地

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,首先對(duì)樁基孔位進(jìn)行初始放樣,用挖掘機(jī)或人工清除坡面上的危石、浮土,在控制好孔口標(biāo)高的前提下,保證場(chǎng)地平整,形成樁孔工作平臺(tái),同時(shí)需在孔口的周圍布置排水溝以便于排水。

2.2.2 樁位放樣

由測(cè)量專業(yè)人員利用已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)用GPS對(duì)樁基中心基點(diǎn)進(jìn)行定位[1],同一墩柱的樁基一次放樣,放樣后用鋼尺檢查各樁的相對(duì)位置,每根樁設(shè)4 護(hù)樁,用以控制及復(fù)核樁位。護(hù)樁距孔中心2.5 m~3 m呈十字形布置,待首節(jié)護(hù)壁成型后將樁位控制線標(biāo)注在鎖口混凝土上,并在開挖前、開挖過(guò)程中及鋼筋籠安裝前工作人員必須再次測(cè)量樁位,確認(rèn)孔位準(zhǔn)確、鋼筋籠位置準(zhǔn)確,為下一道工序正常施工提供良好的施工條件。

2.2.3 樁孔開挖

開挖樁孔應(yīng)該由上而下逐層有序開挖,每層開挖時(shí)應(yīng)該先從中間開始,然后再挖至周圍,開挖時(shí)必須嚴(yán)格控制孔樁的截面尺寸,該尺寸必須大于等于設(shè)計(jì)樁徑加上護(hù)壁混凝土厚度的2 倍,誤差應(yīng)保證在30 mm以內(nèi)。第一節(jié)高度根據(jù)地質(zhì)情況及操作條件而定,一般不超過(guò)1 m。在整個(gè)開挖過(guò)程中必須遵循先樁基后承臺(tái)的原則,確保樁基開挖頂面標(biāo)高高于承臺(tái)底面標(biāo)高,相鄰兩樁孔不得同時(shí)開挖,宜間隔交錯(cuò)跳挖。

孔口周圍用混凝土制成鎖口護(hù)圈予以圍護(hù),孔口應(yīng)用C30 混凝土灌注一個(gè)寬度不小于60 cm的環(huán)形護(hù)圈,護(hù)圈高度應(yīng)高出地表30 cm以上,護(hù)圈2 m內(nèi)嚴(yán)禁倒渣,護(hù)圈應(yīng)和第一層護(hù)壁一起灌注,第一層護(hù)壁深度以80 cm~100 cm為宜。澆筑護(hù)圈完成后,孔口四周開挖排水溝,及時(shí)排除地表水。

圖1 井口鎖口

護(hù)壁采用C30 鋼筋混凝土護(hù)壁,樁孔每下挖一節(jié)（1 m）立即灌注護(hù)壁一節(jié)[2]。護(hù)壁上口厚度為15 cm,下口寬度為10 cm,上下護(hù)壁搭接5 cm,以保證護(hù)壁的支撐強(qiáng)度。每當(dāng)完成一節(jié)護(hù)壁,必須立馬使用孔口中心吊線的方法監(jiān)測(cè)護(hù)壁的內(nèi)徑和垂直度是否滿足要求。內(nèi)徑和垂直度若有偏差,則必須立即進(jìn)行修整,要確保同一水平上的護(hù)壁任意直徑的極限差值滿足相關(guān)要求。

圖2 護(hù)壁示意圖

當(dāng)挖孔過(guò)程中遇到有硬巖層、人工不能開挖時(shí)采用爆破施工,樁基爆破施工應(yīng)有專業(yè)資質(zhì)人員組織實(shí)施。在施工過(guò)程中,必須重點(diǎn)關(guān)注爆破時(shí)產(chǎn)生的飛石,盡最大程度減少對(duì)已經(jīng)灌注護(hù)壁的危害,結(jié)合類似工程的經(jīng)驗(yàn),采取“多打孔、少裝藥、短進(jìn)尺、弱震動(dòng)”的淺眼掏槽微差爆破方法進(jìn)行挖孔。挖孔樁爆破終止時(shí),孔底預(yù)留20 cm~30 cm,用人工、風(fēng)鎬鑿除至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

在挖孔作業(yè)過(guò)程中,經(jīng)常檢查樁孔尺寸平面位置、豎軸線情況,如有偏差及時(shí)糾正。樁孔挖掘及支撐護(hù)壁兩道工序在施工過(guò)程中必須連續(xù)作業(yè),以防孔內(nèi)發(fā)生塌陷,造成傷害。

2.2.4 終孔驗(yàn)收

當(dāng)樁基成孔完工后,首先應(yīng)該自行檢查,當(dāng)檢查合格時(shí)應(yīng)向監(jiān)理工程師報(bào)告請(qǐng)求驗(yàn)收。在驗(yàn)收過(guò)程中應(yīng)對(duì)孔徑、孔深、樁位中線、垂直度、孔底沉渣厚度、地質(zhì)渣樣等仔細(xì)認(rèn)真核查。校驗(yàn)結(jié)束后填寫終孔驗(yàn)收記錄表。完善隱蔽工程驗(yàn)收簽字確認(rèn)手續(xù)。

孔的豎直度采用測(cè)錘法檢測(cè),孔深、沉碴厚度可采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)繩檢測(cè),測(cè)繩使用前需用鋼卷尺進(jìn)行校核,在測(cè)繩的底部墜以重錘。驗(yàn)收滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后,清理孔的底虛土、松渣、雜物等,排除孔內(nèi)積水,即刻采用砼封底[3],如若不及時(shí)封底,樁底則可能產(chǎn)生坍塌,封底混凝土最小高度為200 mm~300 mm。

2.2.5 鋼筋籠制作與安裝

樁基鋼筋籠采用滾焊機(jī)在鋼筋加工廠按設(shè)計(jì)圖紙要求統(tǒng)一分節(jié)同槽制作,所用的盤圓鋼筋采用切斷式調(diào)直機(jī)調(diào)直后放置2 天~3 天后使用。主筋下料采用砂輪切割機(jī)下料,鋼筋的切口不得有馬蹄形或起彎等現(xiàn)象,保證切口斷面與鋼筋軸線垂直,以方便主筋的機(jī)械套絲連接,端部不直時(shí),應(yīng)重新下料。

對(duì)于Φ≥25 mm以上的HRB400 鋼筋采用直螺紋套筒連接,鋼筋絲頭檢驗(yàn)合格后應(yīng)盡快套上塑料保護(hù)帽。在拼接接頭時(shí)應(yīng)該保證套筒中央的兩個(gè)絲頭頂緊,接頭要使用鉗子擰緊。拼接完成后,應(yīng)檢查套筒段是否存在絲扣外露,若超過(guò)一扣以上則證明套筒內(nèi)部的絲頭長(zhǎng)度不夠,應(yīng)該重新進(jìn)行拼接。采用機(jī)械連接時(shí),鋼筋連接件處的混凝土保護(hù)層厚度最少為20 mm,同時(shí)也必須滿足設(shè)計(jì)條件。

聲測(cè)管材料采用Φ57×3 mm的無(wú)縫鋼管精制而成,當(dāng)樁徑小于等于1.5 m,埋設(shè)三根聲測(cè)管,樁徑大于1.5 m的埋設(shè)四根聲測(cè)管。聲測(cè)管應(yīng)該提前安裝在鋼筋籠上,混凝土灌注前在聲測(cè)管內(nèi)注入清水。聲測(cè)管長(zhǎng)度要高出樁頂650 mm以上,且各聲測(cè)管管口高度保持一致,以方便樁基質(zhì)量檢測(cè)。

樁基鋼筋籠利用25 t汽車吊裝配合人工按編號(hào)順序、逐節(jié)垂直吊裝,上下節(jié)鋼筋籠各主筋采用對(duì)稱連接,吊裝時(shí)在鋼筋籠上部箍筋與主筋焊接處設(shè)2 個(gè)吊耳,吊點(diǎn)對(duì)稱。吊放鋼筋籠入孔時(shí),實(shí)行“一、二、三”的原則,即一人指揮、二人扶鋼筋籠、三人搭接,施工時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔位,保持垂直狀態(tài),避免碰撞孔壁[4],徐徐下入,若遇阻礙應(yīng)不得強(qiáng)行墩放（可適當(dāng)轉(zhuǎn)向）,如果仍無(wú)效果,則應(yīng)起籠掃孔重新下入,嚴(yán)禁高提猛落和強(qiáng)制下入。

當(dāng)?shù)谝还?jié)鋼筋籠的頂部到達(dá)孔口位置時(shí),穿進(jìn)工字鋼,將鋼筋骨架臨時(shí)支撐在孔口工字鋼上,再起吊第二節(jié)骨架與第一節(jié)骨架連接,連接采用機(jī)械連接。鋼筋籠安裝定位后,在4 小時(shí)內(nèi)澆筑混凝土,防止坍孔。

2.2.6 配置水下保護(hù)劑、灌注混凝土

水下自護(hù)混凝土保護(hù)劑為適用于水下自護(hù)混凝土、水下自護(hù)砂漿等水下工程,可防止混凝土離析、損失的一種離子型線型水溶性高分子聚合物,而且是一種無(wú)揮發(fā)性、刺激性、腐蝕性等危害的新型材料,其性能指標(biāo)見表1。

表1 水下自護(hù)混凝土保護(hù)劑性能指標(biāo)

在挖孔完成,進(jìn)行鋼筋籠吊裝、導(dǎo)管、料斗安裝后,可直接進(jìn)行樁基水下混凝土施工。首先由專業(yè)人員將計(jì)劃使用的水下保護(hù)劑與清水按照1∶9的比例稀釋待用。在正式灌注混凝土前的30 min,將稀釋好的保護(hù)劑投入樁孔內(nèi)的地下水中,保護(hù)劑稀釋液與待灌注部位水量的比例宜為1∶20,利用水下保護(hù)劑的抗分散作用使水體介質(zhì)與混凝土表面形成自然隔離狀態(tài)。動(dòng)水環(huán)境下應(yīng)根據(jù)水流量、施工時(shí)間,在灌注點(diǎn)周圍適當(dāng)補(bǔ)加水下保護(hù)劑。保護(hù)劑投完畢30 min后,開始灌注混凝土,采用導(dǎo)管自流方式灌注,灌注過(guò)程要連續(xù)進(jìn)行,如果出料口和混凝土澆筑面的距離超過(guò)了2 m,為保證樁身的質(zhì)量防止高度過(guò)高導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象,則應(yīng)該使用串桶或者溜槽。

施工時(shí),水泥宜采用普通硅酸鹽水泥,也可采用硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥等；摻合料可采用II級(jí)或以上粉煤灰、S95級(jí)或以上?；郀t礦渣粉作為摻合料；細(xì)骨料宜采用II區(qū)中砂；粗骨料最大粒徑不大于20 mm。

混凝土采用拌和站集中拌制,砼運(yùn)輸罐車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng),采用料斗入模。澆注前抽測(cè)坍落度,符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求才能澆注,同時(shí)每灌注50 m3要有一組試件,每根樁必須有1組試件。在澆筑施工過(guò)程中,工長(zhǎng)以及質(zhì)量檢測(cè)員必須全程對(duì)該過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和記錄,如果有問題可下令停工整改,整改合格驗(yàn)收以后方可繼續(xù)施工。

2.2.7 樁基檢測(cè)

待樁基施工完畢,達(dá)到14 天齡期后由第三方檢測(cè)單位進(jìn)行檢測(cè),該單位必須具有交通行業(yè)的資質(zhì)以及計(jì)量認(rèn)證。對(duì)于樁徑大于等于1.8 m挖孔樁采用超聲波法進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于樁徑小于1.8 m的挖孔樁應(yīng)隨機(jī)抽取25%采用超聲波法進(jìn)行檢測(cè),其余75%采用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)。

2.2.8 施工機(jī)具移位

在樁基檢測(cè)合格后,施工機(jī)具移位,重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一根樁施工。

3 結(jié)論

本文所述的清水介質(zhì)下混凝土樁基施工工藝簡(jiǎn)單明了,施工設(shè)備操作方便,質(zhì)量容易控制,較傳統(tǒng)水下混凝土灌注方法具有工期短、灌注效率高、樁基質(zhì)量可靠、安全風(fēng)險(xiǎn)低、節(jié)約施工成本的優(yōu)點(diǎn),能夠有效解決樁基水下混凝土因受地下水沖刷而產(chǎn)生的離析問題,較好地規(guī)避了斷樁問題的發(fā)生,具有廣泛的應(yīng)用前景。