基于古學水電站廠房基礎處理的大直徑沖孔灌注樁施工技術探討

■潘大飛 ■中國水利水電第十一工程局有限公司第七分局，河南 鄭州 450000

1 工程概況

1.1 工程概況

古學水電站位于四川甘孜藏族自治州得榮縣境內定曲河上，電站裝機兩臺，單機容量45MW，總裝機容量90MW。岸邊地面廠房位于卡日共村上游約350m處定曲河左岸一級階地上，廠區建筑物主要由主副廠房、GIS樓和尾水建筑物等組成。

1.2 地質情況

廠房階地長291m，寬19.0m～35.0m，高于河水面3.0m～6.0m，呈條帶狀。場地內上部地層為第四系沖洪積砂卵礫石層，地表4.0m～5.0m為耕植砂土層。砂卵礫石層厚約17.0m，結構較密實，其中5.0m～13.7m段主要為砂卵石、碎石夾漂塊石，卵礫石含量55%，砂含量45%，透水性強，穩定性好，承載力較高；下部13.7m～42.0m主要由粗礫砂、中、細砂組成，夾有少量卵礫石，結構中密～密實，承載力較高，經過適當的工程措施處理后作為廠基的持力層。

1.3 樁基參數

地面發電廠房基礎采用沖擊成孔灌注樁，設計為20根直徑為1.5m的大直徑鋼筋混凝土沖孔灌注樁；基礎持力層為弱風化巖石，樁端進入持力層≥1.0m，相鄰樁樁底高差不大于相應的樁間凈距的二分之一；樁身混凝土等級為C30。樁基設計技術參數如下表：

表1 樁基設計技術參數表

2 沖孔灌注樁施工工藝流程

施工順序為：測量放線及施工準備→樁機就位→護筒埋設→沖孔及終孔檢查→清孔→鋼筋籠制安→導管安裝與二次清孔→水下砼灌注→破樁頭及成樁檢測。

3 施工工藝

3.1 測量放線及施工準備

由測量工程師用全站儀準確測量出每根樁的樁位，用鋼筋埋入土中作好標記并固定，在施工前注意保護未施工樁的樁位標不受擾動破壞。在平臺樁位空檔處布置泥漿池、排水溝，道路填筑厚度不小于30cm。

3.2 樁機就位

采用CZ-60型沖擊鉆機鉆孔，移機對準樁位，使鉆機天車前緣、樁位中心在同一鉛垂線上，并將機臺墊平，墊實。

3.3 護筒埋設

護筒采用δ=5～7mm鋼板卷制而成，護筒內直徑為1700mm，護筒長度單節1.0m。護筒中心線與樁中心線垂合埋設，深度0.7～1.0m，埋好后復核校正，中心偏差控制在20mm以內，其傾斜度控制在0.5%以內，護筒頂高出地面20～30cm，頂部開設1～2個溢漿口，使孔內溢流泥漿流入排漿溝，減少污染。

3.4 沖孔及終孔檢查

沖孔前，需經監理工程師同意后方可開鉆。鉆機安裝就位后，底座和頂端要平穩，不得產生位移和沉陷。進入正常鉆進后，采用4～5m中、大沖程，但最大沖程不超過6m。當沖進至基巖面時，必須放慢沖進速度，避免斜孔；鉆孔達到要求深度后，對孔深、孔位、孔徑、孔形和傾斜度進行檢查，并將檢查結果填入終孔檢查表。

3.5 清孔

清孔采用換漿法，不得用加深孔深來代替清孔。鋼筋籠下放完畢，須進行二次清孔。清孔后，從孔底提取的泥漿指標要符合規范要求，即比重應小于1.25，含砂率不得大于8%，黏度不得大于28s。在灌注水下混凝土前，孔底沉淀物厚度不超過設計圖紙的規定值50mm，提前做好灌注水下混凝土準備工作，縮短清孔至灌注水下混凝土間隔時間。

3.6 鋼筋籠制安

在沖孔的同時，按照設計要求，接頭要錯開，同一截面接頭數不大于鋼筋總數的50%。本工程灌注樁設計為鋼筋混凝土端承樁，鋼筋籠加工在加工區內成型，采用分節制作，樁頂首節采用批量制作，樁身樁底段根據孔深情況單節制作；單節最大籠長不超過9m，便于吊車吊裝入孔，安裝固定。

鉆孔一次清孔完成后采用25t吊車將鉆機吊離孔口，然后將單節驗收合格的鋼筋籠人工抬至孔口，25t吊車起吊，孔口搭接焊連接安裝。

3.7 導管安裝與二次清孔

鋼筋籠安裝驗收合格后，立即安裝澆筑導管，導管底管口距孔底小于50cm。安裝完畢后進行二次清孔，二清采用反循環方式，清孔泥漿為新鮮泥漿，其輸入比重應小于1.25，含砂率不得大于8%，黏度不得大于28s。清孔后，采用標準測繩，上拴鋼制園錐形測錘，測定孔底沉碴厚度小于5cm，且有明顯觸底手感后結束；結束反循環二次清孔后，改用正循環，保持孔內泥漿處于流動狀態，直到開始澆注混凝土。

3.8 水下砼灌注

水下砼澆筑采用預拌商品砼。開始澆注前，應先檢查孔底沉渣厚度，不滿足要求時應通過重新掏孔；澆注時，應保證導管底部距孔底0.3～0.5m，且應保證砼的初灌量，使導管第一次埋入砼面以下0.8m以上；嚴防導管拔出砼面，造成斷樁；砼澆注結束后，最終導管起拔應緩緩上提。

3.9 破樁頭及成樁檢測

在破樁前，測量人員根據施工圖測量出需破除樁高，并在樁頂位置設置10～15CM的切割線。加鉆頂斷，鉆頭水平或稍向上，位置在樁頂線以上10～15CM。成樁檢測，采用超聲波和小應變檢測對所有樁身完整性進行檢驗；采用靜載荷試驗來進行豎向承載力檢驗。

4 施工過程中質量控制要點

4.1 施工機具的選擇

綜合考慮本工程的場地和地質條件，確定采用CZ-60型沖擊鉆機，空心沖錘。CZ-60型沖擊鉆鉆進效率較高，鉆渣量也較大。分離鉆渣不及時還會使循環液變成廢液，使鉆渣廢液量劇增，加大施工現場鉆渣液的處理工作量，而且易造成廢液在施工現場的漫流，影響文明施工。

4.2 樁機就位的控制

在灌注樁施工中的樁位控制必須引起高度重視，一旦發生錯誤將難以彌補。在沖孔過程中應定時或不定時的復核鋼絲繩是否與樁位中心重合，這樣樁的垂直度和樁位才有保證。

4.3 泥漿制備

沖孔灌注樁是靠泥漿護壁，防止坍孔，運用泥漿循環清孔掏渣，泥漿比重和粘度是兩項最直觀、最重要的指標，泥漿比重太小則難以護壁，容易坍孔；泥漿比重太大則會影響沖孔進度且壁膜太厚，因此，正確控制泥漿比重是成孔施工順利及保證質量的一個重要環節。

4.4 沖擊成孔

沖擊成孔的原理是通過卷場機懸吊起沖錘形成一定的勢能，以沖錘的自由落體運動產生的的沖擊力把巖層破碎成孔，一部分渣石擠入孔壁，一部分用泥漿浮起排除。開始應低錘密擊，至孔深超過護筒底以下3m～4m后，可加快速度。當在粘土和亞粘土層中沖擊時，應采用中小沖程0.5m～1.0m沖孔，并補充稀泥漿或清水，避免糊錘；地下水位低，要加水補充，發現漏水及時補充，始終保持孔內水位高于地下水位1.5m左右，以防坍孔；遇巖層表面不平或傾斜，應拋入20cm～30cm厚塊石，使孔底表面略平，然后低錘快擊使其成一緊密平臺后，再進行正常沖擊，同時泥漿比重可降到1.2左右，以減少沖錘阻力，但又不能過低，避免渣粒浮不上來，排渣困難。

4.5 清孔

通常運用兩次清孔來達到混凝土灌注前對泥漿的技術性能要求。第一次清孔是沖孔至持力層并進入持力層達到設計深度要求時進行的泥漿循環清孔工作，第二次清孔是在下完鋼筋籠和導管后，利用導管進行清孔。在清孔過程中必須保持孔內水頭，防止坍孔，清孔完畢后孔底500mm以內的泥漿應達到以下技術性能要求：孔底沉渣厚度≤50mm，泥漿比重≤1.25，含砂率≤8，粘度≤28S。

4.6 水下混凝土的灌注

首先，混凝土的強度等級必須滿足設計要求；此外，水下混凝土還需控制初凝時間及良好的和易性。水下混凝土在灌注過程中應控制以下幾個點：(1)水下混凝土灌注前應檢查樁底的沉渣厚度與泥漿技術性能指標，不符合要求則應再次清孔。(2)灌注開始后，應緊湊、連續地進行，嚴禁中途停工。在灌注過程中，要防止砼拌和物從漏斗處掉入孔中，使泥漿內含有水泥而變稠凝結；當導管內砼不滿含有空氣時，后續砼要徐徐灌入。(3)當砼面升到鋼筋骨架下端時，盡量縮短砼總的灌注時間，防止頂層砼進入鋼筋骨架時，砼的流動性過小。(4)在灌注將近結束時，如出現砼頂升困難時，可在孔內加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀物，使灌注順利進行。(5)控制好最后一次的灌注量，樁頂不得偏低，必須保證鑿除泛漿高度后的樁頂混凝土達到強度設計值。

4.7 塌孔預防措施

塌孔的主要表現是孔內的水位突然下跌，孔口冒出細蜜的水泡，在鉆進時，則表現為排渣量顯著增加而不見進尺，鉆機負荷增加鉆機跳動等。塌孔的原因很多，但歸結一點就是沒有很好(或無法)保證孔內應有的水頭高度和泥漿性能不能達標。

5 結束語

在古學水電站廠房基礎水下混凝土鉆孔灌注樁的施工過程中，嚴格按照施工工藝流程組織施工，牢牢把握質量控制要點，使樁基工程施工情況良好，超聲波、靜載荷及小應變試驗檢測均達到設計及規范要求。經過將近兩年的沉降監測，廠房基礎穩定，達到了設計目的，對其它類似工程的基礎處理也有借鑒作用。

［1］何藝雄.大直徑超長鉆孔灌注樁施工技術實例分析［J］.中國水運(下半月)，2012(08).