橋梁工程水下沖孔樁基混凝土灌注施工控制要點——以閬中市嘉陵江四橋主塔群樁基礎施工為例

高彬彬，張濤，盤倩

（1重慶建工新型建材有限公司，重慶 401122；2重慶城建控股（集團）有限責任公司，重慶 400010；3重慶慶揚建筑工程項目管理有限公司，重慶 401120）

0 引言

閬中市嘉陵江四橋位于閬中城區(qū)已建成的嘉陵江二橋下游2.8km處，起于嘉陵江右岸淳風大道，跨越嘉陵江后，經(jīng)蟠龍路與國道212線和省道302線相接，橋梁全長1329.5m，橋面寬度29m，結(jié)構(gòu)設計上互通區(qū)及靠近河邊段引橋采用現(xiàn)澆連續(xù)梁，標準斷面河灘淺水段引橋采用預制T梁，全橋跨徑組合為（12×40m連續(xù)梁）+（8×41.25m簡支T梁）+（2×130m獨立斜拉）+（2×130m獨塔斜拉橋）+（4×32.5m+45m+32.5m連續(xù)梁），主橋采用兩跨130米獨塔斜拉橋，主塔高96m，為“承臺接群樁”基礎，群樁為15根Φ2.50m、樁長35m的鉆孔灌注樁，橫橋向5排，縱橋向3排成矩形布置，縱橫樁距均為5.6m，混凝土為C30水下混凝土。

1 混凝土灌注施工工藝

由于主塔位于河道深水區(qū)，通過打入鋼管樁、鋪設貝雷梁、型鋼梁搭設棧橋與施工平臺，結(jié)合工程水文、地質(zhì)情況，主塔群樁采用沖擊成孔工藝進行樁基鉆孔施工，工藝流程為：測量定點→護筒埋設→沖擊成孔→清孔→鋼筋籠制作與下放→導管拼裝與下放→泥漿沉渣檢測→水下混凝土灌注，混凝土灌注的詳細工藝流程見圖1。沖擊成孔工藝由于成孔深度大、穩(wěn)定性好，特別適合于地質(zhì)條件不良，地下水豐沛的工程施工中，但沖孔樁基施工對施工技術要求較高，施工難度大，也容易造成樁基沉渣過厚，泥漿指標不良，水下混凝土灌注過程中極易造成樁身結(jié)構(gòu)完整性不良，甚至造成斷樁等嚴重的質(zhì)量事故[1]。

圖1 沖孔樁基混凝土灌注施工工藝流程

2 灌注過程質(zhì)量控制要點

2.1 導管拼裝下放

導管采用鋼制導管，內(nèi)徑一般要求為200～350mm，且要完好無變形和過度磨損，該項目使用鋼制導管為Φ300mm，拼裝連接時接頭必須洗干凈，且需加上橡膠材質(zhì)止水密封圈，要求密封圈無老化、表面無開裂等現(xiàn)象，防止使用過程出現(xiàn)滲水、混凝土漏漿情況發(fā)生。正式澆筑混凝土前特別是首次使用時務必對導管進行水密承壓和接頭抗拉試驗，并進行導管垂直度檢查，其中水密試驗的水壓不小于樁基孔內(nèi)水壓以及導管壁與焊縫可能承受混凝土壓力的1.3倍[2]，混凝土壓力P按照下式計算：

式中：P為導管可能承受到的最大內(nèi)壓力，kPa；γc為混凝土拌合物重度，kN/m3；hc為導管使用長度，以最大長度計，m；γw為樁孔內(nèi)泥漿重度，kN/m3；Hw為樁孔內(nèi)泥漿深度，m。

下放導管時，需安排專人對導管的螺紋絲口連接情況逐個進行檢查，導管下至距離孔底30cm即可。另因清孔驗收不合格需繼續(xù)清孔循漿時，必須控制導管下放深度，要求距離孔底沉渣頂部距離不少于1m，避免清孔時翻渣造成導管堵塞。正式開始灌注混凝土時，拆除的導管必須及時清洗，以免水泥砂漿附著凝固后影響導管的正常使用。

2.2 清孔控制要點

樁基成孔后需進行清孔，滿足要求方能下放鋼筋籠、導管。在澆筑混凝土前還必須對樁孔內(nèi)泥漿指標、沉渣厚度進行檢測，要求見表1。若不滿足要求時必須進行二次清孔（清孔一般先加純堿充分沉淀，再加CMC，并且調(diào)整泥漿指標），方法為：在混凝土導管內(nèi)接好風管和彎管，風管埋深50m左右，再接好彎管上的高壓送風管。以上工序全部結(jié)束后，用吊鉤將導管慢慢提起距離孔內(nèi)沉渣頂部上面1m左右（避免導管堵塞），然后開始用空壓機送風，循環(huán)泥漿，然后逐步往下清渣，進行第二次吸泥清孔，并及時向護筒內(nèi)補充優(yōu)質(zhì)泥漿，確保護筒內(nèi)水頭，當孔底沉渣及泥漿指標符合清孔要求后，立即停止送風，拆除吸渣彎頭、風管。

表1 沖孔樁基泥漿指標、沉渣厚度技術要求

2.3 水下混凝土制備

水下混凝土應具備良好的流動性、自密實性以及良好的抗分散性能[3]，單樁澆筑體量在考慮到擴孔系數(shù)的情況下達到200m3左右，加之棧橋運輸能力限制，混凝土灌注時間預計在6～8h，因此還要求混凝土具備一定的緩凝特性，工作性能經(jīng)時損失要小。結(jié)合交通行業(yè)的施工技術規(guī)范[2]與四川地區(qū)推薦使用橋梁工程高性能混凝土制備技術規(guī)范[4]，確定了目標混凝土的技術要求，其中力學性能要求滿足1.15倍設計值要求，工作性能要求見表2。

表2 水下混凝土的技術要求

立足目標技術要求，設計選定的配合比及其性能參數(shù)見表3、表4。

表3 閬中市嘉陵江四橋樁基用水下混凝土配合比

表4 水下混凝土性能參數(shù)

為準確測定混凝土的流動性損失，對其倒流時間經(jīng)時損失進行了測定，見圖2。

圖2 流動性經(jīng)時損失（單位：s）

2.4 灌注過程控制

導管安裝到位（導管底口離孔底30～40cm時即固定），安裝料斗，料斗的體積要求不宜少于首批封底混凝土的體量，具體按照式2.1.2計算，閬中四橋主塔樁基封底混凝土需求量約為7.5m3。但現(xiàn)場料斗體積不足，且受限于棧橋通行條件混凝土運輸車為7m3小型運輸車，實際施工時采取的辦法是先將料斗內(nèi)裝滿混凝土約為2.5m3，然后將運輸至現(xiàn)場的第二臺混凝土運輸車退至料斗前，待拔球（為一塊直徑略大于導管直徑的硬質(zhì)鋼片，上焊接有吊環(huán)通過鋼絲繩與卷揚機相連，下混凝土之前將鋼片放置在料斗內(nèi)的導管口處，開始下混凝土時要求工人用鋼筋壓住，拔球時則使用卷揚機快速將其提起即完成拔球下料動作）下料開始時運輸車立即加大罐體轉(zhuǎn)速往料斗內(nèi)送料，使得首批混凝土下料體積達到9.5m3左右，即滿足首批封底混凝土的體量需求。

圖3 水下混凝土灌注過程控制

2.1.2 式中:D為樁孔直徑，m；H1為導管底距樁孔底的距離，m，一般控制在0.3m左右；H2為導管初次埋置深度，m，一般為1.0m；d為導管內(nèi)徑，m；h1為樁孔內(nèi)混凝土達到初次埋置深度時，導管內(nèi)混凝土柱平衡導管外壓力所需的高度，m。

2.1.3 式中HW、γw、γc同2.1.1式。

需要注意的是，封底混凝土完成灌注后應通過測錘測量導管埋深，以確定封底是否成功。封底成功后開始正常灌注水下混凝土，要求全過程盡量連續(xù)，車輛轉(zhuǎn)換、導管拆除、深度測量等中間作業(yè)過程時間盡量要短，灌注過程中應認真監(jiān)測混凝土柱上升高度，導管埋深，并和已灌入的混凝土數(shù)量校核，以便確定擴孔率或混凝土面上升是否正常。此外還需要注意的控制要點有：

（1）正常灌注時進入導管混凝土量不宜過大，速率不宜過快，以不全部封住導管口為宜，避免在導管內(nèi)形成高壓氣囊堵塞導管，若因氣囊造成堵管，可用吊車提升漏斗，混凝土開始下落迅速回原位或在漏斗的導管上端開一排氣孔。

（2）灌注過程中建議的導管埋置深度為2～6m，通過測錘測得導管埋置深度≥6m時，根據(jù)情況進行導管的拆除作業(yè)，要求在拆除過程中要謹慎操作，提升降落導管動作不宜過猛，避免將導管提空形成亮封，或者對鋼筋籠造成擾動，同時還建議現(xiàn)場配備一兩節(jié)1m導管進行置換性拆除，便于合理保證導管埋深。

（3）孔內(nèi)由混凝土置換出來的泥漿經(jīng)連通管流入其它待鉆鋼護筒回收利用，對于混凝土澆至樁頂以上部分含有水泥漿的廢漿不能回收再利用，用砂石泵抽至艙駁內(nèi)，運至碼頭，用泥漿泵通過布設的輸送管道，將廢漿排放到泥漿處理場內(nèi)。

（4）當混凝土澆注至接近設計標高時，應反復測定混凝土面高程，以保證混凝土頂面標高比設計標高高0.5～1.0m，以保證足夠的樁頭破除長度。

3 施工效果

圖4 主塔樁基灌注完成后現(xiàn)場概況

閬中市嘉陵江四橋主塔樁基在施工完成后，通過超聲波檢測樁身結(jié)構(gòu)完整性、通過鉆芯法對樁身混凝土強度進行檢測均一次性合格，通過抗壓靜載試驗檢測單樁豎向承載力，均能滿足設計要求，全部評定為Ⅰ類樁，取得了良好的施工效果。

[1]王晉林.關于沖孔灌注樁施工實踐[J].四川建筑科學研究，2005，31（3）：92-93.

[2]JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]王洪順，王毅.淺談水下混凝土的配制與施工[J].商品混凝土，2005，（4）：38-41.

[4]SCG F51-2010橋梁高性能混凝土制備與應用技術指南[S].成都：四川省交通運輸廳，2010.