基于鉆孔灌注樁水下混凝土施工分析

黃烈雄

摘 要：通過某工程的鉆孔灌注樁水下混凝土施工實(shí)踐，對(duì)鉆孔灌注樁水下混凝土施工工藝控制，討論常見異常情況處理，并提出相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：鉆孔；骨料；水下混凝土；施工技術(shù)

鉆孔灌注樁承載力高、施工方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、能適應(yīng)各種土質(zhì)、能夠承受較大橫向荷載和增加杭震能力，在水利水電、土木建筑、交通等工程中得到廣泛應(yīng)用。水下混凝土灌注樁工程的施工通常采用導(dǎo)管法進(jìn)行，施工技術(shù)要求相對(duì)嚴(yán)格。下面就施工準(zhǔn)備、混凝土配合比、施工工藝、檢測(cè)以及混凝土施工中常見異常情況的處理進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

1 施工準(zhǔn)備

首先研究工程地質(zhì)勘察報(bào)告、樁位平面布置圖、樁基結(jié)構(gòu)施工圖，然后進(jìn)行樁位、標(biāo)高放樣與復(fù)核。每個(gè)樁位必須獨(dú)立坐標(biāo)復(fù)核及位置復(fù)測(cè)后方可開孔。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)水源、運(yùn)輸、地質(zhì)情況和工程安全，統(tǒng)籌開挖泥漿池、沉淀池，準(zhǔn)備水源和合格赫土或膨潤(rùn)土。

對(duì)設(shè)備以及工器具，優(yōu)先采取較大容量的攪拌機(jī)，其生產(chǎn)能力應(yīng)滿足灌注時(shí)問不長(zhǎng)于首批混凝土初凝時(shí)間。保證混凝土的連續(xù)灌注，防止灌注時(shí)問延誤，避免造成斷樁事故。導(dǎo)管直徑大小要根據(jù)灌注強(qiáng)度要求進(jìn)行選擇。導(dǎo)管應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度，且密封性良好，管壁光滑、導(dǎo)管平直，無穿孔裂紋，導(dǎo)管接口處應(yīng)有彈性墊圈密封。施工前必須進(jìn)行水密、承壓和接頭抗拉試驗(yàn)。

2 混凝土配合比

2.1 基本要求

水下混凝土是在水下特殊條件以及不使用振動(dòng)器的情況下施工，并在地下和水中環(huán)境下凝結(jié)硬化，混凝土拌和物必須具有優(yōu)質(zhì)的勃聚性能，使水下混凝土質(zhì)量均勻，并經(jīng)受一定距離下落后不產(chǎn)生或少生產(chǎn)離析現(xiàn)象。由于受水的影響，一般會(huì)比同條件下的陸上混凝土低一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，因此應(yīng)提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。

2.2 施工要求

2.2.1 骨料。粗骨料宜選用堅(jiān)硬的卵礫石和碎石，應(yīng)優(yōu)先采用符合要求的卵石。石子含泥量小于2%，骨料最大粒徑不應(yīng)大于導(dǎo)管直徑的1/8～1/6和鋼筋最小凈距的1/4，同時(shí)粒徑在40mm以內(nèi)。粗骨料的級(jí)配應(yīng)保證混凝土具有良好的和易性。細(xì)骨料宜采用級(jí)配良好的中、粗砂，以提高混凝土的流動(dòng)性，防止堵管。

2.2.2 外加劑。混凝土初凝時(shí)問一般僅為3～5h，只能滿足淺孔小樁徑灌往要求，而深樁灌注時(shí)間為5一7h，因此需根據(jù)實(shí)際情況加緩凝劑，使混凝土初凝時(shí)間大于灌注時(shí)間。為提高和易性，混凝土中宜摻人外加劑，且摻人外加劑前，必須經(jīng)過試驗(yàn)確定外加劑的使用種類、摻人量和摻人程序。

2.2.3 拌和。保證足夠的攪拌時(shí)間，使混凝土具有良好的保水性和流動(dòng)性。坍落度應(yīng)控制在（180± 20）mm之間，混凝土灌注距樁頂約5m處時(shí)，坍落度控制在160～170mm，以確保樁頂浮漿不過高。氣溫高，成孔深，導(dǎo)管直徑在250mm之內(nèi)，取高值；反之取低值。

3 工藝控制

3.1 工藝流程

泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工工藝流程為：場(chǎng)地平整→樁位放線→開挖漿池、漿溝→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位、孔位校正→成孔、泥漿循環(huán)、清除廢漿、泥渣→清孔換漿→終孔驗(yàn)收→下鋼筋籠和鋼導(dǎo)管→澆筑水下混凝土→成樁。

3.2 混凝土施工工藝控制重點(diǎn)

3.2.1 泥漿。配置高質(zhì)量的泥漿，使孔壁形成一層鞘性好、密度大、滲透性差的泥皮，確保孔壁穩(wěn)定。灌注水下混凝土前，應(yīng)檢測(cè)孔底泥漿沉淀厚度，如大于規(guī)范規(guī)定的清孔要求，應(yīng)再次清孔。

3.2.2 鉆孔。鉆進(jìn)過程中，經(jīng)常進(jìn)行孔徑和鉛度檢查，根據(jù)撈取渣樣判斷地層變化和采用相應(yīng)的鉆進(jìn)方式，以確保成孔質(zhì)量。

3.2.3 下籠。鋼筋籠和鉆孔的中心要對(duì)應(yīng)，定位要準(zhǔn)確。如果是不放到孔底的鋼筋籠，要特別注意吊環(huán)、吊鉤的強(qiáng)度及牢固性。鋼筋籠吊放時(shí)要保持軸線順直、位置居中，嚴(yán)禁碰撞孔壁，以免產(chǎn)生坍孔。鋼筋籠安放到位后應(yīng)立即安設(shè)導(dǎo)管。

3.2.4 混凝土檢測(cè)。混凝土拌和物運(yùn)至灌注地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)檢查其均勻性和坍落度，如不符合要求，應(yīng)進(jìn)行第二次拌和，二次拌和仍達(dá)不到要求，則作廢棄處理。

3.2.5 過程控制。首批混凝土灌注正常后，必須連續(xù)進(jìn)行。出現(xiàn)非連續(xù)性灌注時(shí)，牽動(dòng)導(dǎo)管增強(qiáng)混凝土向周邊擴(kuò)散，加強(qiáng)樁身與周邊地層的有效結(jié)合，加大混凝土與鋼筋籠的結(jié)合力。在灌注后期，孔內(nèi)壓力較小，應(yīng)稍提漏斗增大落差，以提高其密實(shí)度。同時(shí)，灌注過程中應(yīng)經(jīng)常用測(cè)錘探測(cè)混凝土面的上升高度，并適時(shí)提升、逐級(jí)拆卸導(dǎo)管，保持導(dǎo)管的合理埋深。灌注過程中，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)混凝土不滿含有空氣時(shí)，后續(xù)混凝土宜通過滑槽緩慢流人漏斗和導(dǎo)管，不得將混凝土整斗從上面傾人管內(nèi)，以免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣囊，擠出管節(jié)間的橡膠墊而使導(dǎo)管漏水。

3.2.6 封頂。灌注的樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)高出一定高度，一般為0.5～1.0m.待樁頂混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%左右時(shí)，可以將其鑿除。

4 檢測(cè)

隨著工程質(zhì)量要求的提高，現(xiàn)在一些項(xiàng)目要求對(duì)樁基進(jìn)行100%的聲波自檢，確保了工程質(zhì)量。一般在混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以上進(jìn)行聲波透射法無破損檢測(cè)，通過在樁身內(nèi)預(yù)埋聲測(cè)管之間激發(fā)并接收高頻彈性脈沖波，根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，獲得樁身各橫截面混凝土的聲學(xué)參數(shù)，經(jīng)過對(duì)這些聲學(xué)參數(shù)的處理、分析和判斷，確定樁身等級(jí)。樁基檢測(cè)要求：基本為I類樁，Ⅱ類樁不大于2%，無Ⅲ類樁和Ⅳ類樁。

5 常見異常情況處理

在水下混凝土施工中，由于各種原因，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量問題，應(yīng)針對(duì)施工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行原因分析后采取合理措施處理，以保證工程質(zhì)量。當(dāng)然，施工過程中制定切實(shí)有效的防范措施，盡可能杜絕事故發(fā)生是根本。

5.1 封底

首批混凝土數(shù)量過小、孔底沉渣厚度大等原因?qū)е路獾资r(shí)，應(yīng)立即暫停灌注；如地質(zhì)較好，可采取導(dǎo)管內(nèi)安裝高壓風(fēng)管進(jìn)行二次清孔，將已灌注的混凝土清理干凈，或者馬上拆除導(dǎo)管、拔除鋼筋籠，采用沖擊鉆清除已灌注的混凝土。endprint

5.2 速度控制

水下混凝土灌注澆筑必須具有連續(xù)性，有效防止因混凝土初凝而造成的斷樁。但速度不能太快，太快容易使導(dǎo)管埋人混凝土中過深，從而造成埋管、鋼筋籠上浮等事故。灌注過程中出現(xiàn)鋼筋籠上浮，應(yīng)立即停止灌注。盡量縮短混凝土灌注時(shí)間，減小混凝土對(duì)鋼筋骨架的浮力；當(dāng)混凝土接近和進(jìn)入鋼筋骨架時(shí)保持較深埋管，緩慢連續(xù)灌注以減小混凝土向上的沖擊力；保證導(dǎo)管合理埋深時(shí)及時(shí)提升導(dǎo)管。對(duì)于鋼筋籠上浮較小，采取有效措施使鋼筋籠復(fù)原后繼續(xù)灌注；鋼筋籠上浮比較嚴(yán)重的必須拔出鋼筋籠，比照斷樁處理。

5.3 堵管

混凝土質(zhì)量造成的導(dǎo)管堵塞，在保證導(dǎo)管最小安全埋深的前提下先提升再快速下落導(dǎo)管，沖擊疏通導(dǎo)管；如果是混凝土沖擊力不足導(dǎo)致導(dǎo)管堵塞，應(yīng)加長(zhǎng)上部導(dǎo)管，加大一次性混凝土量，輔以快落導(dǎo)管疏通導(dǎo)管。

5.4 過程斷樁

灌注過程中發(fā)生斷樁事故后，應(yīng)立即停止繼續(xù)灌注，提拔導(dǎo)管和盡可能拔出鋼筋籠，根據(jù)斷樁長(zhǎng)度、埋深、地質(zhì)情況合理處理：采取沖擊鉆清除已灌注部分重新澆筑；進(jìn)行孔壁加固、樁面處理后旱樁接長(zhǎng)；進(jìn)行計(jì)算，采取將樁基直徑進(jìn)行修改或進(jìn)行加樁等設(shè)計(jì)變更處理。

5.5 成樁后常見質(zhì)量缺陷處理

5.5.1 接樁。樁頂高程小于設(shè)計(jì)要求，開挖后露出樁頂，風(fēng)鎬等清理干凈浮渣和松散混凝土，人工鑿修平整后采取接長(zhǎng)的方法處理。保證接長(zhǎng)部分樁孔直徑大于設(shè)計(jì)鉆孔直徑。孔底部沉積物未清理干凈造成的樁全長(zhǎng)小于設(shè)計(jì)，一般采取樁底部壓漿或者高壓注漿處理。

5.5.2 斷樁。經(jīng)檢測(cè)，某6跨大橋有一樁身中部50cm范圍一側(cè)有夾泥現(xiàn)象，從樁頂布設(shè)3個(gè)鉆芯孔鉆至缺陷部分以下50cm，將注漿管通過鉆孔設(shè)置到夾泥區(qū)，用泵壓大于20MPa的高壓水流對(duì)缺陷段自下而上進(jìn)行清洗，直至鉆孔連通、夾泥和廢渣排出樁身，然后進(jìn)行高壓注漿處理。樁內(nèi)夾層或混凝土不連續(xù)情況較嚴(yán)重，樁徑lm以上的樁基，可以采取在鉆孔樁中心處先探明缺陷范圍，從樁中心采用沖擊鉆開徑75～l00cm的孔，人工人孔清理，灌注高強(qiáng)混凝土。

5.5.3 其他。不宜采取上述方法的，采取沖擊鉆進(jìn)行鉆頭加固后重新沖孔，將鋼筋籠及樁底混凝土砸人樁四壁及樁底再重新澆筑。

6 結(jié)語

鉆孔灌注樁水下混凝土施工影響因素多，但作為一種成熟工藝，本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際證明，只要在思想上重視，淘汰落后設(shè)備，保證材料質(zhì)量，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底和嚴(yán)格施工工藝控制，分工明確、密切配合、統(tǒng)一指揮，避免人為錯(cuò)誤操作因素等影響，對(duì)水下混凝土灌注過程中出現(xiàn)的問題從施工的實(shí)際中進(jìn)行探討分析并加以解決，輔以高密度的聲波無損檢測(cè)，工程質(zhì)量完全能夠保證，應(yīng)用也具有廣闊的前景。endprint