海上鉆孔灌注樁施工技術

摘要：從冰箱結構、制冷系統、控制技術三方面進行綜述了，對目前冰箱節能技術的特點進行了細致的分析和研究，指出了綜合優化結構、制冷和控制技術，發展經濟的高效的節能技術才是冰箱的發展方向。

關鍵詞：電冰箱；節能技術；優化設計

隨著我國橋梁事業的不斷發展，各地區陸續建設了海上橋梁。橋梁施工中鉆孔灌注樁是極其常見的施工方法，但因施工環境的不同這種傳統的施工不斷發展，鉆孔灌注樁的新技術和新工藝也不斷完善，本文主要介紹青島海灣大橋第五合同段鉆孔灌注樁施工技術。

鉆孔灌注樁；施工控制；海水泥漿

1 前言

青島海灣大橋土建工程第五合同段起訖里程為K19+130-K22+130，非通航孔橋下部墩身、支座墊石、承臺及樁基礎。共400根鉆孔樁均為摩擦樁，樁長49.3m-70.3m。根據鉆探地質資料，從上到下淤泥層、淤泥質黏土層、粉砂、細砂層、灰黃色亞黏土、灰黃色中粗砂、砂礫、卵石、強風化泥巖、強風化角礫巖、弱風化泥巖和弱風化角礫巖等。

鉆孔灌注樁從開始鉆進到樁基混凝土灌注完畢，本身就是一個復雜的施工過程，再加上標段完全遠離海岸，完全為海上施工，受氣象(7級以上大風)、海潮、海流、海浪以及運輸不便和運輸速度慢等條件的影響，更是加大了施工的難度。因此，從技術角度，就要求樁基的鉆孔擺脫以往陸地施工的一些經驗，必需摸索和制定出一套完全適用于海上施工的施工工法，以保證復雜的海上施工條件下樁基施工的順利進行。

2 施工原理

根據地質鉆探質料，對鉆頭進行改進，對鉆頭鑿巖處加焊耐磨的鋼軌塊，同時在鋼軌塊上用高合金耐磨焊條焊一定數量的凸起焊點，這樣就減少鉆頭的磨損，減少鉆頭補焊次數和時間。鉆進過程中，根據不同的地層和潮水的規律，及時調整適合地層特點的各項泥漿指標和潮水規律的孔內水頭高度。同時也要調整鉆進時的沖擊頻率，以增加破巖速度和和減少擴孔。清孔時采用風壓機利用高壓空氣翻渣換漿，用掏渣筒及時掏出鉆渣。根據樁基的灌注深度和速度，調整混凝土塌落度，以保證超壓力減少后混凝土灌注順利進行。

3 施工流程及要點

施工中采用的是沖擊鉆機，在鉆機提升能力的容許下，通過增加鉆頭自重和耐磨度，根據地層和潮水情況控制泥漿、孔內水頭高度和沖擊頻率來保證鉆進速度和成孔質量。成孔后，嚴格控制孔內泥漿的備項指標和鋼筋籠的下放速度。灌注時，根據導管的規定埋深，確定好首批混凝土的灌注數量，灌注正常后，根據混凝土的灌注深度控制塌落度，同時也要根據潮水漲落來確定灌注速度。

(一)鉆機就位

鉆機就位前，將鉆機固定在平臺上。放下支撐鋼架穩固好鉆機，使其不能向任何方向傾斜。事先準備好相應的水、電。檢查鉆機潤滑部位注油情況，供電和電器是否正常安全，鉆機各部位是否正常，轉動是否靈活，堅固件和肖軸鍵時候有松動現象，防護罩是否裝配正確、鋼絲繩接頭是否連接牢固護筒內是否有異物等。鋼絲繩對中(偏差小于20mm)，鉆進時隨時校驗，確保鉆機垂直。

(二)鉆孔

1)泥漿循環

由于平臺場地有限，再加上海上運輸不便，鉆進時所需的泥漿不易保證，于是將護筒間利用中30cm鋼管進行串聯，利用護筒存儲泥漿，這樣就加大了泥漿的存儲。鉆機排出的攜帶鉆渣的泥漿經過濾網初步分離鉆渣后，進入鉆渣箱徹底沉淀以后，泥漿從沉淀箱頂部槽口排入鄰近護筒，最后流入鉆孔繼續使用，鉆渣從沉淀箱底部排渣管排入泥漿船。混凝土澆注時，對孔內泥漿進行回收。回收時將鉆孔樁內干凈泥漿通過泥漿泵將泥漿直接泵送到泥漿船內或待鉆孔內，重復利用。

2)泥漿組分

保證海水泥漿質量的穩定性，結合別的標段施工經驗，按不同的材料比例分別制漿，測定泥漿的各項性能指標，經優化最終確定為海水：膨潤土：PAC：純堿=1：0.13：0.0037：0.005的人工配制海水泥漿，進行現場施工。

造漿前PAC事先充分水解，膨潤土充分攪拌。泥漿采用ZJ-80強制式拌漿機進行配置，且應先加水再加膨潤土，最后加PAc，純堿攪拌，制備成泥漿。經過強制式拌漿機拌制的泥漿儲存于護筒內。在鉆孔施工的不同階段，通過增加新鮮泥漿或加入少量膨潤土的方法對鉆孔泥漿的性能進行不同的調整。

使用PAC配置的海水泥漿除原材料選取外還要注意其拌合工藝，尤其是PAc的水解工藝。PAC水解在施工現場按1：20-1：50之間的比例配制成水溶液，采用高速攪拌機高速攪動，直至水溶液表面不再出現結晶體為止即認為水解完成，水溶液中海水比例在泥漿加水攪拌的過程予以扣除。攪拌速度將直接影響泥漿的性能，在加料的過程中開始不間斷的攪拌，最終實現拌合均勻的目的。造漿時一般投量不應太多，視施工現場的容積而定，一般加工兩個3方左右的泥漿池，一次拌制2m左右泥漿，來回高速循環，攪拌均勻后投入孔中，繼續攪拌即可。

3)鉆進

在粗顆粒沉淀池上設計4mm間隙的篩網，將大于4mm的渣粒從泥漿中完全分離；過濾后的泥漿再通過旋流除渣器進行懸流處理，將4ram以下的砂礫分離出來，然后根據泥漿含砂量情況再用泥漿凈化分離器進行凈化。鉆孔達到設計孔深停鉆時，仍要求鉆機間隔一定的時間進行鉆頭提拉，以保證泥漿上下均勻，不致使泥漿下沉。清孔使用掏碴筒反復進行掏碴，直至沉碴厚度小于規范要求為止。

(1)起鉆時注意操作輕穩，防止鉆頭拖刮孔壁，并向孔內適量補水，穩定孔內水頭高度，使泥漿面標高始終高于孔外潮位1.0m～2m，保證護筒內外水頭差滿足要求。

(2)鉆進速度不宜過快，合理選用鉆壓，采用“少吃多餐”的鉆進技術，即少量鉆進勤給進的方法。不宜單純求鉆孔速度，必須在排渣能力的范圍內，及時清除孔底鉆渣，避免堵鉆，包鉆。

(3)鉆孔過程中，應經常檢查鉆機的水平位置以及鉆頭直徑，磨損嚴重應及時補焊或更換，鉆頭起落速度要均勻，避免撞擊孔壁造成坍孔。

(4)升降鉆具應平穩，尤其是當鉆頭處于護筒底口位置時，必須謹慎操作、防止鉆頭鉤掛護筒，避免沖撞鋼護筒擾動鉆孔孔壁。

(5)鉆孔過程中發生卡鉆、掉鉆時，應及時查明原因，采取有效措施，盡快處理。發生坍孔斜孔后，應仔細分析，查明原因和位置，然后對癥下藥。

(6)在砂層中施工一定要對泥漿及進尺進行控制，例如205L3孔，施工時采用1臺CZ-6A型沖擊鉆，當時在砂層中進尺太快，不注意泥漿護壁情況。造成局部塌孔，經回填后補加護筒處理后才進行施工，出護筒時一定要減壓、低檔、慢速，例如207L2孔，施工時護筒底口在亞黏土土層中2m深處，在出護筒時2小時進尺約4m，造成護筒底口穿孔漏漿，最后不得不接護筒才解決問題。

4、清孔

終孔后停止進尺，在泥漿池加入清水，適當降低泥漿濃度，以灌注混凝土導管代替泵吸反循環回轉鉆機的空心鉆桿作為吸泥管，進行循環、沉淀，直至泥漿的質量以及孔底沉淀土厚度滿足規范要求。護筒內壁采用鉆機吊掛鋼絲繩制作的類似干試管刷的護筒刷旋轉清除。

清孔后，用沉渣測定儀和灌注樁孔徑檢測系統進行孔徑、沉渣厚度和垂直度的檢查。

注意，清孔時指定專人補漿，保證孔內必要的水頭高度。

(三)鋼筋施工

1、鋼筋骨架的制作

由于樁基較長，鋼筋籠分節加工制作，采用胎架成型法。胎架用2cm厚的鋼板，按骨架的設計尺寸做成全圓的固定支架。在它的周圍邊緣按主筋的位置設置旋轉式固定件。制作時將鋼筋放人固定件凹槽，與加強筋聯結后采用扁擔粱吊出，放置在箍筋繞制臺上按設計位置在骨架外圍繞成圓箍并與主筋點焊，直到最后加工成型。鋼筋籠分3至4節制作，制作時兩端斷面的接頭均按50％錯開，采用鐓粗直螺紋套筒連接，并在加工過程中進行預拼，確保前場拼裝時接頭對位準確。

2、鋼筋骨架的運輸與吊裝

頂端吊點設兩根等長吊素，1／3鋼筋骨架長度處的兩個吊點設一根吊索。起吊時，一臺吊車吊頂端索，一臺吊車吊中部索，先吊起頂部吊索，后起吊中部吊索，使平臥變為斜吊，根部離開地面時，頂端吊點迅速起吊到90。后，拆除中部吊點垂直吊入孔安裝。

為確保鋼筋籠保護層厚度，鋼筋骨架下放前在箍筋上綁扎特制圓柱形半徑為保護層厚度的混凝土墊塊，下放時速度放慢防止碰撞孔壁。下放過程中，要觀察孔內水位變化。鋼筋籠底部主筋稍向內彎曲，避免鋼筋籠籠體在下放過程中插入孔壁造成塌方。每根鉆孔樁鋼筋籠安裝過程中，及時安裝至少3根聲測管。聲測管底標高同鋼筋籠底標高，頂標高比鋼護筒高出20-30cm。

(四)澆筑水下混凝土

1 灌注前，對孔底沉淀厚度再進行一次測定。若大于規范要求，進行二次清孔，首批混凝土確定的方量以能滿足導管初次埋置深度和填充到管底部間隙為宜。

2、水下混凝土灌注采用φ300mm鋼導管施工。導管長度在中間導管每節長為1.5～2.0m，底節為4m，并配以若干1m和0.5m短導管。灌注前，對使用的導管調直、編號、試拼組裝并打壓試驗。導管的長度按計算拼裝，保證導管底端距孔底為25～40cm。漏斗和儲料斗按計算容量設計，并具備足夠的強度和剛度。

3、混凝土的初存量應滿足首批混凝土入孔后，導管埋置深度不小于1米，在灌注過程中，導管埋置深度控制在2～6m。混凝土采用水上混凝土攪拌船、輸送泵配合灌注，混凝土坍落度在18～22cm之間，粗骨料粒徑在0.5～2cm。打開閥門，將首批混凝土灌入孔底后，立即測探孔內混凝土面高度，計算出導管內埋置深度。正常灌注后，應緊湊、連續地進行，嚴禁中途停工。在灌注過程中，注意觀察管內混凝土下降和孔內水位升降情況，及時測量孔內混凝土高度，正確指揮導管的提升和拆除，同時要防止混凝土拌合物從漏斗頂溢出或從漏斗處調入孔底，使泥漿內含有水泥而變稠凝結，致使測深不準確。

4 當混凝土面升到鋼筋骨架下端時，為防鋼筋骨架被混凝土頂托上升，可采取以下措施：

(1)盡量縮短混凝土總的灌注時間，樁基混凝土灌注速度控制在50m3／h，

(2)當混凝土面接近和初進入鋼筋骨架時，使導管底口處于鋼筋籠底口3m以下和1m以上處，并徐徐灌注混凝土，以減小混凝土從導管底日出來后向上的沖擊力。

(3)當孔內混凝土進入鋼筋骨架4m～5m以后，適當拆除1～2節導管，減小導管埋置長度，以增加骨架在導管口以下的埋置深度，從而增加混凝土對鋼筋骨架的握裹力。

5 在灌注將近結束時，導管內混凝土柱高度減小，超壓力降低，而導管外的泥漿及所含渣土稠度增加，相對密度增大，在這種情況下出現混凝土頂升困難，可在孔內加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀土。在拔出最后一段長導管時，拔管速度要慢，以防止樁頂沉淀的泥漿擠入導管下形成泥心。

6 混凝土灌注到接近設計標高時，工地值班人員要計算包括導管內及混凝土輸送泵內還需要的混凝土數量，通知拌合站按需要數拌制。為確保樁頂質量，在樁頂設計標高以上應加灌0.5～1.0m。可在灌注結束后，混凝土凝結前，挖除多余的一段樁頭，但應保留10～20cm，以待隨后修鑿，接澆承臺。

4 質量控制

(1)鋼筋

鋼筋原材料嚴格按《公路橋涵施工技術規范》(JTJ041—2000)中的要求放置，在表面用彩條布覆蓋，防止雨、雪銹蝕并合理控制鋼筋原材料進場數量。除按照常溫焊接的有關規定外，對焊接工藝參數(焊接電流、焊接電壓、等)作適當調整，并在鋼筋焊接時采取防風、防雨、雪措施。

(2)砼施工

將砂石料的各項雜質含量控制在規范要求范圍內，并盡量降低，氣溫過低時，對于現場清洗好的石予，放置于搭設好的堆料棚內，砂子過篩后集中堆放并覆蓋，防止雨、雪浸泡形成結塊；使用前對砂石料表面清除，嚴禁把含有冰雪或冰團的骨料投入攪拌機內t在拌和站處設置加溫設備，保證拌和用水的溫度控制在50-60℃之間，砼投料時，先將骨料和拌和用水投入，后投入水泥和超細粉，拌和時間比常溫延長50％左右。

5 效益分析

采用此施工方法解決了海上鉆孔和灌注混凝土施工的通病，因而加快了施工進度，節約工期約為30天，并保證其他分部工程施工的順利進行。

綜合分析比較，縮短了施工工期，保證了施工質量和安全，施工上積累了寶貴的施工經驗，經濟效益及社會效益取得了顯著的效果。

6 特點及應用范圈

6.1 特點

(一)適應海上鉆孔灌注樁施工。

(二)保證鉆孔的速度，加快施工進度，保證施工質量。

(三)解決海上鉆孔灌注樁樁基施工難度。

(四)施工方法簡單，節省施工費用，能有效的保證施工安全、環保。

6.2 適用范圍

海上鉆孔灌注樁樁基施工。

7 結語

目前青島海灣大橋第五合同段施工已經全部結束，在全線13個標段中率先完成施工生產任務，并教合同工期提前20余天，鉆孔施工為工程順利竣工奠定了，實踐證明在柱基施工過程中，采取以上技術效果良好，取得了較好的經濟及社會效益。

參考文獻：

[1]JTJ041—2000公路橋涵施工技術規范[S]，北京：人民交通出版社，2000。

[2]青島海灣大橋工程，跨徑60m非通航孔橋下部，通用圖冊2007年

[3]青島海灣大橋第五合同段項目經理部，非通航孔橋鉆孔灌注樁施工技術方案，2007年

[4]劉自明橋梁深水基礎，人民交通出版社，2003

作者簡介：

夏云鵬(1976)，男，漢，遼寧錦州人，工程師，從事公路鐵路工程管理工作。