淺析南水北調(diào)中線主渠道2+450～3+970段膨脹土地區(qū)抗滑樁施工技術(shù)

□侯少華 □王國新 □張紅娟

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院）

1.施工概述

南水北調(diào)中線一期工程總干渠陶岔渠首～沙河南淅川段，渠段起點(diǎn)樁號(hào)0+300，終點(diǎn)樁號(hào)8+400，總長8.1km。本標(biāo)段為膨脹土分布區(qū)，主要建筑物包括明渠和建筑物兩類。

淅川1標(biāo)段工程地質(zhì)條件：自上而下依次為粉質(zhì)粘土、粘土巖和灰?guī)r，粉質(zhì)粘土具弱膨脹性。地下水位高于渠水位，存在施工排水問題，渠坡穩(wěn)定性較差。渠道工程存在的主要問題是膨脹土問題、渠坡穩(wěn)定問題。

淅川1標(biāo)抗滑樁施工范圍為主渠樁號(hào)2+450~3+970段，抗滑樁樁徑1.2m，樁長18m。

2.工程布置

抗滑樁施工主要運(yùn)輸設(shè)備為混凝土罐車、平板車及汽車吊，道路為左右岸沿渠路與渠道內(nèi)碎石鋪的臨時(shí)下渠道路，其中臨時(shí)下渠道路左右岸共布置9處。

鋼筋加工廠布置在主渠樁號(hào)2+550處渠道右岸施工路旁，占地面積400m2。地面采用C20混凝土硬化，硬化厚度20cm。

本標(biāo)段混凝土拌和站布置在主渠樁號(hào)4+200處，共設(shè)置2座H ZS90型拌和站，單座理論生產(chǎn)能力為90m3/h，考慮設(shè)備利用率0.6，混凝土拌和系統(tǒng)總生產(chǎn)能力為45 m3/h，滿足本施工段混凝土生產(chǎn)能力要求。

3.施工工序

施工工序見圖1。

圖1 施工工序簡圖

4.施工方法及施工工藝

4.1 成孔施工

4.1.1 測量控制

首先與甲方監(jiān)理一塊，檢查設(shè)計(jì)所給測量控制點(diǎn)。利用全站儀精確定位樁基中心點(diǎn)位、樁位軸線。

4.1.2 護(hù)筒的埋設(shè)

護(hù)筒由厚度為6m m的鋼板制成，高度為2.0m，內(nèi)徑為1.2m。護(hù)筒接頭處保證內(nèi)部無突出物，上口設(shè)置泥漿出口和吊環(huán)，耐拉、壓，不漏水。

圖2為抗滑樁施工工藝流程圖，護(hù)筒采用挖孔埋設(shè)，埋置深度1.8m左右，坑底分層夯填粘土至護(hù)筒底0.5m以下。

圖2 護(hù)筒埋設(shè)示意圖

4.1.3 樁位復(fù)測

護(hù)筒埋設(shè)完成后，重新放樣樁位中心點(diǎn)，校核護(hù)筒埋設(shè)位置；并測量護(hù)筒頂標(biāo)高，計(jì)算孔深。

4.1.4 鉆進(jìn)施工

4.1.4.1 沖擊鉆機(jī)施工

鉆機(jī)就位前，在設(shè)置抗滑樁的部位修建工作平臺(tái)，平臺(tái)高出樁頂高程約1.5~2.0m，寬約8m，采用山坯石填筑，厚度50cm。待抗滑樁施工完畢再進(jìn)行拆除。

鉆機(jī)就位后，利用護(hù)樁定出樁位中心點(diǎn)，調(diào)整鉆機(jī)位置，使鉆頭中心與樁位中心重合。開孔：開鉆時(shí)先在孔內(nèi)回入清水，用于沖擊鉆沖擊造漿。沖程：一般在通過堅(jiān)硬密實(shí)巖層時(shí)，沖程4~5m。在通過卵石或巖層時(shí)，如表面不平整，先投入粘土和小片石將表面墊平，再用十字型鉆進(jìn)，注意防止發(fā)生斜孔、坍孔事故。

4.1.4.2 旋挖鉆機(jī)施工

旋挖鉆機(jī)的設(shè)置及調(diào)整:施鉆時(shí)，首先將旋挖鉆機(jī)移到鉆孔作業(yè)所在位置，在鉆孔作業(yè)之前需要對(duì)鉆桿進(jìn)行調(diào)垂。

鉆孔作業(yè):在作業(yè)過程中，操作人員可通過主界面的3個(gè)虛擬儀表的顯示—?jiǎng)恿︻^壓力、加壓壓力、主卷壓力，實(shí)時(shí)監(jiān)測液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。開孔時(shí)，以鉆頭自重并加壓作為鉆進(jìn)動(dòng)力，一次進(jìn)尺深度和鉆頭的運(yùn)動(dòng)位置由儀器顯示。施工過程中通過鉆機(jī)本身的三向垂直控制系統(tǒng)反復(fù)檢查成孔的垂直度，確保成孔質(zhì)量。

鉆孔進(jìn)尺速度:由地層的軟硬程度確定，在易縮徑的地層中,應(yīng)適當(dāng)增加掃孔次數(shù),防止縮徑；對(duì)回填土層采用保護(hù)措施進(jìn)行施工；對(duì)于深度較淺的卵石層可采取人工直接開挖的方法穿過該層后改用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)的方法。鉆渣要及時(shí)運(yùn)出工地，棄運(yùn)到合適的地點(diǎn)以達(dá)到環(huán)境保護(hù)的要求。

4.1.5 清孔及成孔檢查

孔底沉淀的厚度直接關(guān)系到成樁的質(zhì)量，采取以下方法控制孔底沉淀的厚度。

4.1.5.1 清孔方法

采用正循環(huán)的方法進(jìn)行清孔，清孔分兩次進(jìn)行。第一次是終孔后換漿，提升鉆錐距孔底10～20cm，以相對(duì)密度較低(1.1～1.2)的泥漿壓入，把鉆孔內(nèi)的懸浮鉆渣和相對(duì)密度較大的泥漿換出。第二次是在安好鋼筋籠并下導(dǎo)管后，泥漿泵通過導(dǎo)管以大泵量壓入泥漿進(jìn)行置換。

4.1.5.2 沉淀厚度控制

在鉆進(jìn)過程中做好鉆進(jìn)記錄，終孔時(shí)通過鉆進(jìn)記錄仔細(xì)計(jì)算孔底標(biāo)高以及孔底到護(hù)筒頂面的長度。清孔過程中不斷用長鋼卷尺測量沉淀頂面到護(hù)筒頂面的長度，計(jì)算出孔底沉淀厚度。測量按多點(diǎn)進(jìn)行，防止孔底局部沉淀過厚。孔底沉淀符合設(shè)計(jì)及技術(shù)規(guī)范的要求。

4.1.5.3 泥漿指標(biāo)

灌注前泥漿比重控制在1.03～1.1，含砂率＜1%，粘度控制在 18～22s。

4.1.5.4 清孔后，對(duì)孔徑、孔深和傾斜度等進(jìn)行檢查。

4.2 成樁施工

4.2.1 鋼筋籠制作及安裝

4.2.1.1 場地處理

鋼筋籠制作場地須平整、硬化，在場地上鋪設(shè)墊木進(jìn)行鋼筋籠的制作。

4.2.2.2 鋼筋的下料與制作

鋼筋籠的加工應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，嚴(yán)格控制鋼筋的搭接方法、搭接長度、焊縫質(zhì)量及所用焊條的種類。用卡板成型法控制鋼筋籠直徑和主筋間距，根據(jù)鋼筋籠設(shè)計(jì)長度下料制作。同時(shí)，為控制鋼筋籠的保護(hù)層厚度，在鋼筋籠周圍設(shè)置輪型混凝土墊塊,自上而下每2m設(shè)置1道，每道4個(gè)。

4.2.2.3 鋼筋籠的運(yùn)輸和吊裝

采用吊車吊裝，為防止骨架彎曲變形，采用“十字”吊架多點(diǎn)吊裝。吊裝過程應(yīng)豎直、緩慢。盡量避免鋼筋籠傾斜或擺動(dòng)，防止碰及孔壁。鋼筋籠就位后，用鋼管固定于孔口，防止發(fā)生移位或澆筑混凝土?xí)r上浮。

4.2.2 混凝土灌注

混凝土坍落度宜控制在180～220m m。

4.2.2.1 施工準(zhǔn)備

導(dǎo)管：直徑為280m m的無縫鋼管，每節(jié)導(dǎo)管長度為1m、1.5m、2m和3m不等，以適應(yīng)灌注需要。導(dǎo)管采用絲扣連接。導(dǎo)管連接要直，密封性要好，不漏氣，不漏水。導(dǎo)管使用前應(yīng)進(jìn)行水壓密封試驗(yàn)。漏斗：漏斗用3m m左右的薄鋼板卷成，下端為圓錐形，下口焊接1節(jié)短管，短管用絲扣和導(dǎo)管連接。安裝導(dǎo)管時(shí)，底口距孔底距離控制在20~50cm之內(nèi)。分節(jié)上緊，逐一編號(hào)并做好詳細(xì)記錄，防止在拔管過程中拔錯(cuò)，導(dǎo)致導(dǎo)管埋深過小或斷樁。

4.2.2.2 灌注步驟

計(jì)算首次連續(xù)灌注混凝土的方量，向漏斗內(nèi)灌入混凝土，保證首次灌注要滿足導(dǎo)管埋深(≥1m)。緊湊、連續(xù)不斷的進(jìn)行灌注，觀察管內(nèi)混凝土下降和孔口的返水情況。統(tǒng)計(jì)灌入的混凝土量，填寫灌注記錄表。導(dǎo)管埋深一般控制在2~6m之間。

注意事項(xiàng)：嚴(yán)格控制混凝土的質(zhì)量，防止混凝土中混入異物造成導(dǎo)管堵塞。一旦堵塞，及時(shí)組織力量進(jìn)行檢查和疏通，以確保灌注的連續(xù)性。若耽擱的時(shí)間較長要上下抖動(dòng)導(dǎo)管，防止導(dǎo)管活動(dòng)困難影響灌注。隨時(shí)用測錘多點(diǎn)測量混凝土面的高度，以提供拆除導(dǎo)管的依據(jù)。提升導(dǎo)管時(shí)要保持導(dǎo)管軸線豎直和位置居中。拆、裝導(dǎo)管要快，導(dǎo)管的接頭要清洗，漏斗和導(dǎo)管要上緊。混凝土面到達(dá)鋼筋籠下端時(shí)，為避免鋼筋籠上浮，可用鋼管垂直地卡壓住鋼筋籠，鋼管點(diǎn)焊在孔口上，也可用短鋼筋焊在護(hù)筒上。當(dāng)混凝土面接近鋼筋籠時(shí)，放慢灌注速度，進(jìn)入鋼筋籠2~3m后，適當(dāng)提升導(dǎo)管，減小埋深（但不小于2m）。樁頂超出設(shè)計(jì)標(biāo)高0.8m以上，保證樁頭部位混凝土的質(zhì)量。

4.3 截樁頭及打磨

4.3.1 確定樁位，首先清運(yùn)基槽內(nèi)土方，將槽底整平，根據(jù)樁圖重新核實(shí)每根樁的位置，確定無誤后方可進(jìn)行下道工序的施工。

4.3.2 一次截樁，對(duì)樁頭進(jìn)行一次截?cái)啵財(cái)帱c(diǎn)為樁頂設(shè)計(jì)高程上返5cm處。

4.3.3 機(jī)械開挖，樁間土的開挖采用1臺(tái)小型挖掘機(jī)自西向東進(jìn)行開挖，一次性挖至圖紙?jiān)O(shè)計(jì)標(biāo)高。開挖時(shí)沿兩排樁的中心線開挖，每邊留250m m土方采用人工開挖，以免機(jī)械擾動(dòng)樁基。

4.3.4 人工配合，在挖掘機(jī)開挖的同時(shí)，用人工進(jìn)行配合，將離樁較近的土方用人工清理。槽底預(yù)留的100m m厚的土方采用人工開挖。

4.3.5 人工清理、整平，用水準(zhǔn)儀控制槽底標(biāo)高隨時(shí)抄平，清理至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.3.6 樁頭打磨，打磨前要檢查打磨面下是否松動(dòng)，打磨面要平整光滑，不得出現(xiàn)孔洞，以便樁檢。

4.4 樁身低應(yīng)變法檢測

檢測過程中，同一批試樁的試驗(yàn)操作宜保持同等條件，根據(jù)樁徑大小，樁身對(duì)稱布置2~4個(gè)檢測點(diǎn)。

5.結(jié)論

通過上述施工方法，共完成抗滑樁737根，保證了渠坡的穩(wěn)定性。通過樁身低應(yīng)變法檢測，一類樁730根，二類樁7根，優(yōu)良率99.1%，合格率100%。

該方法對(duì)今后同類工程施工具有指導(dǎo)意義。