水上旋挖灌注樁施工技術(shù)實(shí)踐

彭甄如

（廣東水電二局集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000）

某堤岸防護(hù)工程位于廣州市海珠區(qū)，全長(zhǎng)2.122km。堤防防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇，設(shè)計(jì)洪（潮）水位為2.65m，堤防工程等級(jí)為1 級(jí)。堤頂路面高程為3.95m，設(shè)計(jì)防浪墻頂高程為4.45m。根據(jù)不同的地形和地質(zhì)情況，結(jié)構(gòu)斷面分述如下：①灌注樁單排結(jié)構(gòu)（樁徑1100mm）。灌注樁單排結(jié)構(gòu)方案主要針對(duì)軟弱土層較厚段，該結(jié)構(gòu)整治長(zhǎng)度為1561m，采用φ1100mm 灌注樁結(jié)構(gòu)，樁間距為1.3m，共1206 根灌注樁，樁間采用插條擋土，上部現(xiàn)澆砼樁帽及胸墻擋土。②碼頭、舊堤加高。在原碼頭邊或碼頭內(nèi)加高。碼頭、舊堤加高段共長(zhǎng)561m。根據(jù)初步勘察，揭露的地層主要為第四系全新統(tǒng)珠江三角洲沖積相的淤泥類(lèi)土、砂類(lèi)土或黏性土，下伏白堊紀(jì)泥質(zhì)粉砂巖。

1 設(shè)置技術(shù)參數(shù)

根據(jù)樁體力學(xué)性能值進(jìn)行灌注樁施工與后期質(zhì)量檢驗(yàn)，主要體現(xiàn)在單樁承載力、樁的數(shù)量、各樁的實(shí)際荷載及沉降狀況，通過(guò)預(yù)設(shè)和核準(zhǔn)相關(guān)參數(shù)確定樁的實(shí)際性能。

計(jì)算單樁極限承載力，如公式（1）所示。

式中：Quk為單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；Qpk為單樁端阻力極限標(biāo)準(zhǔn)值；Qsk為單樁側(cè)面阻力極限標(biāo)準(zhǔn)值；qpk為樁持力層端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap為樁底截面面積；u為樁體周邊長(zhǎng)度；qsik為樁周第i層土側(cè)面阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li為第i層巖土厚度。

計(jì)算單樁承載力特征值，如公式（2）所示。

式中：Ra為單樁承載力特征值；Quk為單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；k為安全系數(shù)，取值3。

計(jì)算樁頂荷載，如公式（3）所示。

式中：Nk為樁基平均豎向力；Fk為標(biāo)準(zhǔn)荷載下承臺(tái)頂面所受豎向力；Gk為基樁承臺(tái)上土體自重值；n為樁數(shù)。

計(jì)算樁數(shù)，如公式（4）所示。

式中：n為樁數(shù)；Fk為標(biāo)準(zhǔn)荷載下承臺(tái)頂面所受豎向力；Gk為基樁承臺(tái)上土體自重值；Nk為樁基平均豎向力。

計(jì)算樁頂豎向力，如公式（5）所示。

式中：Nk為樁基平均豎向力；Nkm為樁頂極限豎向力；R為樁基豎向承載力特征值。

計(jì)算樁基沉降，如公式（6）所示。

式中：S為樁基實(shí)際沉降值；φ為沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；φe為沉降等效系數(shù)；m為角點(diǎn)法中點(diǎn)對(duì)應(yīng)矩形荷載分塊數(shù)；P0j為角點(diǎn)法中第i 塊地面的附加壓力；n為計(jì)算深度下所含標(biāo)準(zhǔn)土層數(shù)；Zij為樁端第j塊荷載至第i層土的距離；Z（i-1）j為第i-1 層土底面的距離；aij為樁端第j塊荷載至第i層土的深度下所附加的應(yīng)力系數(shù)；a（i-1）j為第i-1 層土底面深度下所附加的應(yīng)力系數(shù)。

2 水中鋼護(hù)筒埋設(shè)技術(shù)要點(diǎn)

樁基鋼護(hù)筒直徑設(shè)計(jì)值大于樁基直徑10cm，鋼護(hù)筒材質(zhì)為6mm～8mm 的鋼板。需要用定位器輔助進(jìn)行卷曲，并設(shè)臺(tái)座完成接長(zhǎng)，確保護(hù)筒接縫度和形狀符合要求。在加工廠采用坡口式焊接法預(yù)制護(hù)筒主體，長(zhǎng)度為 1.5m，在保持銜接強(qiáng)度的同時(shí)，要求焊縫完全閉合。單個(gè)護(hù)筒首節(jié)長(zhǎng)度預(yù)設(shè)為6m，根據(jù)樁位處的深度要求和作業(yè)需求適度使用可調(diào)整護(hù)筒組件[1]。

使用14#槽鋼搭設(shè)“井”字形的雙層導(dǎo)向架。下層導(dǎo)向架與鉆孔平臺(tái)處用平撐進(jìn)行固定。在平臺(tái)頂下約2m 處，當(dāng)?shù)推匠睍r(shí)完成焊接；上層導(dǎo)向架加設(shè)2 根10#槽鋼，連接平臺(tái)上部的 2 根橫梁。

當(dāng)安裝第一節(jié)護(hù)筒時(shí)，護(hù)筒需要高于便橋0.8m～1m，通過(guò)4 個(gè)支撐點(diǎn)焊接“工”形鋼，將其固定在平臺(tái)“工”形鋼上，確認(rèn)牢固后起吊下一節(jié)，并進(jìn)行對(duì)接安裝。用履帶吊將振動(dòng)錘吊至護(hù)筒上方，確認(rèn)振動(dòng)錘與護(hù)筒基本垂直后，根據(jù)護(hù)筒的下沉情況下放鋼絲繩，直至護(hù)筒下沉深度為預(yù)設(shè)值或當(dāng)護(hù)筒的貫入速度為5cm/min 時(shí)完成作業(yè)。部分孔位夾雜粗砂，因此護(hù)筒下沉難度較大，須對(duì)護(hù)筒底端進(jìn)行開(kāi)孔，鉆出距離為3m，接護(hù)筒后用振動(dòng)錘繼續(xù)施力，確認(rèn)護(hù)筒下沉至不透水基層后完成作業(yè)。護(hù)筒施工技術(shù)如圖1 所示。

圖1 水中護(hù)筒施工技術(shù)

3 泥漿制備技術(shù)要點(diǎn)

每臺(tái)鉆機(jī)配備1 臺(tái)規(guī)格為22kW 的3PN 型泥漿泵，采用鋼板樁沿施工便橋圍閉10m×3m×3m 的泥漿循環(huán)池，每臺(tái)鉆機(jī)圍閉一個(gè)泥漿循環(huán)池，及時(shí)用車(chē)對(duì)成孔泥漿進(jìn)行外運(yùn)。泥漿池與鋼護(hù)筒間采用直徑300mm 的鋼管（具體以現(xiàn)場(chǎng)施工為準(zhǔn)）連接，鋼護(hù)筒須開(kāi)槽，并焊接鋼板成槽。施工期間護(hù)筒內(nèi)的泥漿面應(yīng)高出地下水位1m 以上，在清孔過(guò)程中，應(yīng)不斷置換泥漿，直至灌注水下混凝土。在灌注混凝土前，孔底50cm 內(nèi)的泥漿相對(duì)密度應(yīng)≤1.25；含砂率≤8%，黏度≤28s。新配制的泥漿性能見(jiàn)表1。

表1 泥漿性能指標(biāo)

當(dāng)旋挖機(jī)鉆孔施工時(shí)，在旋挖機(jī)一側(cè)放置一個(gè)小型泥漿箱，高度約0.6m，長(zhǎng)寬約2.5m×3m，泥漿箱底設(shè)置泄水管，泥漿水重復(fù)流入樁孔內(nèi)。在鉆孔施工過(guò)程中，通過(guò)抽取岸上儲(chǔ)備泥漿池補(bǔ)充泥漿至樁孔。鉆孔完成后，樁孔泥漿采用大功率泥漿泵泵送上岸儲(chǔ)備泥漿池，若距離超過(guò)50m，則用中轉(zhuǎn)小型號(hào)的泥漿箱進(jìn)行接力抽漿。

4 成孔技術(shù)要點(diǎn)

鉆進(jìn)時(shí)需要關(guān)注孔內(nèi)情況，當(dāng)鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，及時(shí)對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行檢查，核查并記錄孔徑、孔深和垂直度等信息，由于人工核查和傳統(tǒng)核查方式效果較差，因此使用超聲波檢孔儀進(jìn)行檢測(cè)[2]。具體指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 旋挖成孔質(zhì)量指標(biāo)

初步鉆孔完畢后，在孔內(nèi)插入大功率泥漿泵，開(kāi)啟正循環(huán)模式對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行清理，同步觀測(cè)孔內(nèi)泥漿指標(biāo)，當(dāng)泥漿指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求且孔底沉淀不超標(biāo)時(shí)，確認(rèn)清孔完畢。在鋼筋籠下放及澆注導(dǎo)管安置完畢后，進(jìn)行二次清孔作業(yè)，同步觀測(cè)孔內(nèi)泥漿指標(biāo)與孔底沉淀，二者均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，使用變徑接頭與澆注導(dǎo)管連接進(jìn)行正循環(huán)清孔。

當(dāng)鉆進(jìn)黏泥層時(shí)，泥層黏度過(guò)高，進(jìn)尺較深容易卡鉆，為避免該問(wèn)題，單次鉆進(jìn)的深度須控制在30cm～40cm。

設(shè)計(jì)使用鉆筒直徑至少比成孔直徑小5cm，側(cè)齒和邊齒加長(zhǎng)至鉆筒長(zhǎng)度的2/3，在使用過(guò)程中，需要檢查側(cè)齒和邊齒，發(fā)現(xiàn)磨損及時(shí)采取修復(fù)措施。

采用高壓噴射法解決卡鉆問(wèn)題。在鉆頭邊約50cm 的兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)2 個(gè)對(duì)稱(chēng)孔，噴管由小孔送入，對(duì)準(zhǔn)被卡的鉆頭，進(jìn)行高壓噴射至噴穿兩孔，待原鉆孔內(nèi)的沉渣落入小孔內(nèi)，鉆頭可進(jìn)行回轉(zhuǎn)提升。

軟弱層可塑性不足，鉆進(jìn)難度相對(duì)較大，若遇到無(wú)法鉆進(jìn)情況，則暫停鉆進(jìn)作業(yè)，在孔內(nèi)取適量土，使孔底呈空腔狀態(tài)，再向孔內(nèi)注入C20 混凝土，等待24h，待混凝土基本固結(jié)后重新鉆進(jìn)，如果軟弱層過(guò)厚，就采取分層處理辦法，重復(fù)以上操作。

需要按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制擴(kuò)底角度和深度，通常擴(kuò)展部分與垂直方向的傾斜角度θ應(yīng)控制在6°～12°，擴(kuò)底深度超擴(kuò)20cm～30cm。每次擴(kuò)底高度須與前一次擴(kuò)底面重疊20cm～30cm，根據(jù)每次擴(kuò)底深度設(shè)置擴(kuò)底直徑?？紤]擴(kuò)底段縮徑，根據(jù)持力層地層分布情況和實(shí)際成孔檢測(cè)情況，擴(kuò)底段直徑比設(shè)計(jì)圖紙要求超擴(kuò)5cm～10cm。

5 鋼筋籠制作及安裝技術(shù)要點(diǎn)

當(dāng)制作鋼筋籠時(shí)，須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，應(yīng)檢查接頭安裝，接頭不能集中在一處，總接頭數(shù)控制在該截面鋼筋總數(shù)的50%內(nèi)[3]。

鋼筋籠自上而下每2m 加設(shè)加強(qiáng)箍，須對(duì)加強(qiáng)箍的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證，保證有效地保護(hù)鋼筋籠，加強(qiáng)箍應(yīng)設(shè)置在主筋內(nèi)側(cè)，采用點(diǎn)焊方式與主筋焊接，加強(qiáng)箍的搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于5d，采用雙面焊接的方法。同時(shí)，鋼筋籠自上而下每2m 加設(shè)保護(hù)墊。鋼筋籠具體制作與吊放要求見(jiàn)表3。

表3 鋼筋籠制作與吊放偏差指標(biāo)

使用20t 汽車(chē)吊安裝鋼筋籠，在作業(yè)平臺(tái)上固定汽車(chē)吊支點(diǎn)。當(dāng)鋼筋籠下放時(shí)，確保與鉆孔保持垂直。在下放過(guò)程中，以50cm～100cm 為單位，對(duì)鋼筋籠和孔內(nèi)情況進(jìn)行觀測(cè)，確保二者同心度和孔內(nèi)環(huán)境滿(mǎn)足作業(yè)要求。吊裝作業(yè)如圖2 所示。

圖2 鋼筋籠安裝圖

若出現(xiàn)導(dǎo)管進(jìn)水的情況，則重新下放導(dǎo)管，當(dāng)導(dǎo)管沉至孔底30cm～40cm 時(shí)，投入制備的適量混凝土進(jìn)行二次沖底，若無(wú)法保證二次沖底效果，則需要將鋼筋籠提出復(fù)鉆，再按照工序標(biāo)準(zhǔn)下放鋼筋籠和導(dǎo)管，進(jìn)行灌注作業(yè)[4-5]。

6 混凝土灌注技術(shù)要點(diǎn)

導(dǎo)管采用吊裝接駁，下放時(shí)須保持垂直且用相應(yīng)的吊具和固定卡盤(pán)輔助操作，下放導(dǎo)管至距孔底部約40cm 停止下放。

鉆孔樁采用C30 商品混凝土?；炷列阅芤笕缦拢恒@孔樁工程采用普通硅酸鹽水泥（P2O），強(qiáng)度等級(jí)為42.5，質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）；灌注時(shí)的混凝土塌落度為18cm～22cm；粗骨料采用粒徑為5mm～25mm連續(xù)級(jí)配；混凝土的初凝時(shí)間控制在3h 以上；根據(jù)配比摻入適量的外加劑和粉煤灰，以此確保混凝土的流動(dòng)性與和易性；使用的粗骨料粒徑應(yīng)小于鋼筋最小凈距的1/5 且小于導(dǎo)管內(nèi)徑的1/6，粒徑上限值為40mm；細(xì)骨料使用級(jí)配較好的中砂。

混凝土攪拌車(chē)參與灌注流程。單樁灌注的材料方量約20m3，灌注強(qiáng)度下限值為30m3/h，灌注混凝土的單次時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)3h。采取拔塞法對(duì)灌注樁進(jìn)行封底。

封底完成后采取連續(xù)灌注混凝土的施工辦法，確保成樁的完整性與強(qiáng)度。若導(dǎo)管埋深＞3m，則需要將導(dǎo)管上提1m，確?；炷练瓭{順利；當(dāng)導(dǎo)管埋深超過(guò)6m 時(shí)，需要拆除導(dǎo)管，保證導(dǎo)管埋深在2m～6m。當(dāng)灌注混凝土?xí)r，每隔15min～20min提動(dòng)導(dǎo)管，確保灌注連續(xù)和翻漿順利。混凝土灌注作業(yè)如圖3所示。

圖3 混凝土灌注作業(yè)圖

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)水上旋挖灌注樁施工，對(duì)各種因素進(jìn)行認(rèn)真分析，制訂有效的施工計(jì)劃，做好施工前期的準(zhǔn)備工作。只有全面把握鉆孔、成孔、清孔、鋼筋籠生產(chǎn)以及后期的澆筑、安裝等各項(xiàng)流程，才能全面協(xié)調(diào)各施工環(huán)節(jié)，降低資源消耗，提高工程效益。