大口徑深孔抗滑樁水下混凝土施工關鍵工藝控制

任超，萬霞

(中國葛洲壩集團第一工程有限公司，湖北宜昌443002)

1 概述

某水電站1#堆積體坡腳設計采用抗滑樁加固，共87根，樁長18～32 m，開挖尺寸為3.1 m×4.1 m，樁井凈尺寸2.5 m×3.5 m，采用30 cm厚C20混凝土全樁護壁，樁身為C30二級配混凝土。

抗滑樁樁頂高程603.5 m，樁底分布在高程571.5～589.5 m，距離大渡河水平距離不足20 m。施工期間，大渡河常水位維持在高程591～593 m，即樁底位于水位線以下最大深度約20 m。隨河水位漲落，井內水位也隨之發生變化。因井內巖體裂隙較發育，透水率大，單根樁最大滲水量為118 m3/h，給施工造成較大影響。

2 施工風險、經濟風險分析

大口徑、深孔抗滑樁水下混凝土澆筑施工工藝較復雜，風險高，特別是在施工過程中出現導管內進水、堵管等情況，若處理不及時或不當，將形成斷樁或整個樁全部報廢，不僅處理費用昂貴，還會造成工期延誤，從而加重項目管理工作負擔。

3 關鍵工藝控制

抗滑樁屬隱蔽工程，故在施工過程中，除了要有一個組織嚴密、運行高效、信息反饋及時的組織管理體系和嚴格的配合比設計、現場配合比試驗外，通過該工程的實踐得知，控制好首批封底混凝土、導管埋深探測及提升等關鍵施工工藝，才能實現水下混凝土“一條龍”正常、連續、快速灌注，其關鍵施工工藝控制情況如下(圖1)。

(1)導管安裝。

導管選用壁厚4 mm、φ250的插入式絲扣快速連接導管，其上端接澆筑漏斗，由吊車懸吊，以便灌注及起拔時導管可作上下垂直移動。

導管使用前，在地面應進行水密性、承壓和接頭抗拉試驗。試水壓力為0.6～1 MPa，同時檢查導管是否彎曲，連接件是否牢固可靠，并丈量導管組裝后的實際長度。灌注混凝土開始時，導管底部至孔底一般預留0.25～0.5 m空間。

該工程抗滑樁結構尺寸較大，考慮到混凝土擴散半徑一般為1.5 m，導管應居中布置，以便混凝土向四周流動、擴散和向上頂升。

(2)導管孔口鎖定裝置。

井口滿鋪20 cm×20 cm方木，在井中心垂直于方木放置工字鋼梁，將導管固定在工字鋼梁鎖定板上。最上面一節導管采用配套的卡環卡緊，卡環與提升設備采用鋼筋繩連接。

(3)確定首批封底混凝土。

首批封底混凝土在水下混凝土施工中是最關鍵的，直接關系到整樁質量。一般情況下，導管下口至孔底取0.25～0.5 m，導管初次埋置深度應滿足0.8 m以上，以便有足夠的超壓力能使管內混凝土順利下落并將管外混凝土頂升，首批混凝土數量V按下式計算:

式中A為樁長度;B為樁寬度;d為導管直徑;Hc(首批混凝土面至孔底高度)=導管初次埋置深度(0.8 m)+導管下口至孔底高度;Hd為混凝土面到水面高度，即導管內混凝土所必須保持的最小高度(m)，根據下式計算:Hd=γw×Hw/γd;式中γw為水容重(kg/m3)，取1 000 kg/m3;Hw為水深(m)，取21.5 m;γd為混凝土容重(kg/m3)，取2 450 kg/m3。

圖1 抗滑樁水下混凝土關鍵工藝控制圖

(4)封底混凝土。

封底混凝土澆筑前，采用“籃球”作隔水栓(籃球稍微放一點氣，使籃球直徑變小，略小于導管直徑2 mm左右即可)，先將“籃球”丟入導管內，導管頂部管口采用薄鐵板覆蓋并用鐵絲拉住，待漏斗內盛滿混凝土后，兩人同時、快速拉出薄鐵板，即實現“剪球”。首批混凝土入孔底后，測探井內混凝土面高度，計算出導管埋置深度，如滿足首批灌注混凝土的數量并使導管初次埋置深度≥0.8 m和填充導管底部間隙的需要，即可正常灌注。

(5)混凝土灌注。

封底混凝土完成后開始正常澆筑，要求施工連續、緊湊，不得中斷，否則先灌入的混凝土達到初凝將阻止后灌入的混凝土從導管中流出，從而造成斷樁。同一根樁的混凝土持續灌注時間應不大于混凝土初凝時間。盡量縮短拆除導管的時間，下料掌握好速度，不宜太快太猛，以免造成氣堵。

混凝土在導管內自由下落，和易性變差，阻力變大，易發生導管現象。啟用吊車上下小幅度抖動導管，可以使混凝土順利下降至孔底，也有利于混凝土頂升。

灌注過程中，應經常探測混凝土面的上升高度，并適時提升、逐級拆卸導管，保持導管的合理埋深。力求導管下口埋深在2～3 m，但不得小于0.8 m，應由專人測探導管埋深及管內外混凝土面的高差，填寫水下混凝土澆筑記錄。

(6)導管拆除。

導管拆除工作非常重要，應保持軸線豎直和位置居中，且導管下口不能露出混凝土面。

首批混凝土(12 m3)灌注完成后再澆筑3車(3×9 m3)混凝土，經精確測探，滿足導管下口埋深為2 m，此時，暫停灌注，先取走漏斗，采用吊車掛上最頂端導管，打開井口鎖定板，吊車緩緩起升，待倒數第2節與第3節連接處露出鎖定板位置約30 cm后，立即關閉鎖定板，吊車緩緩回落，將第3節導管鎖定后，人工輔助快速拆除導管，最后將漏斗重新置于導管內，繼續灌注(其余各節導管拆除方法同上)。導管拆除動作要快，時間一般不宜大于10 min。

(7)灌注混凝土探測和導管埋深控制。

①探測:探測水面以下的孔深和灌注混凝土面的高度，以控制導管埋深和樁頂高度。多采用繩系重錘吊入孔內，可根據錘的沉入深度作為混凝土灌注深度。為防止上述量測有誤，根據記錄的每車混凝土方量，推算混凝土澆筑高度和導管埋深情況，當與測探數值基本吻合時，方可進行導管提升。

②導管埋深控制。

水下混凝土灌注過程中必須嚴格控制導管下口埋入混凝土的深度。規范要求埋置深度為2～6 m。導管埋深過淺，導管容易進水，發生斷樁事故;導管埋置過深，會因混凝土的凝結而無法拔出導管。所以，在混凝土灌注過程中，需時刻測量已灌混凝土厚度及導管埋深。其測量計算方法可參照表1進行。

4 其他要求

表1 水下混凝土灌注探測及計算表

(1)由于樁深較深、口徑較大，混凝土初凝時間宜為8 h。為使混凝土有足夠的和易性和流動性，混凝土細骨料采用河砂，混凝土攪拌時間規定為90 s。

(2)為提高水下混凝土施工的可靠性和保證率，本項目采用一根導管灌注水下混凝土，另一根導管備用。

5 配套設備

(1)攪拌設備。生產能力必須能滿足連續澆筑要求，并要滿足最長樁澆筑水下混凝土時間少于首批混凝土的初凝時間(加緩凝高效減水劑)。

(2)水下混凝土運輸設備。首批封底混凝土選用4臺，封底完成后，其余混凝土選用2臺澆筑即可。

(3)漏斗。導管頂部應設置漏斗，漏斗為棱錐形，其上方直接接混凝土攪拌車輸料斗;攪拌車無法靠近時，漏斗與攪拌車之間用溜槽接力。

(4)起吊設備。用于拆、裝和提升導管，澆筑過程中用于抖動導管用，選用16 t以上吊車。

(5)其它設備及備用設備。①發電機。發電機為備用，防止停電而造成斷樁，要求發電機的輸出功率不得小于配料機、攪拌機等的工作功率。②應急備用拌和站。出現機械故障時，從其他承包人處購買商品混凝土予以補就。

6 應用效果

因抗滑樁受澆筑工藝的影響，易出現質量問題，危及結構的正常使用功能與安全，因此，關鍵施工工藝的控制十分必要。通過本工程對水下混凝土施工工藝進行控制，經鉆芯法和超聲波投射法方式進行混凝土質量檢查，波速均勻，芯樣連續完整，抗壓強度符合設計要求。