深水區(qū)鉆孔灌注樁施工方法與工藝分析

摘 要：鉆孔灌注樁是基礎(chǔ)工程領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一種承載形式，具有適應(yīng)性強、對鄰近建筑物影響小、抗震性能強、操作方便、施工安全等優(yōu)點。文章以長沙灣特大橋工程為例，對鉆孔灌注樁在深水區(qū)的施工方法和工藝進行詳盡的論述，并結(jié)合施工過程中容易出現(xiàn)的工程事故及質(zhì)量問題，提出了相應(yīng)的預(yù)防和處理措施，為今后同類工程的施工提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；施工方法；施工工藝；質(zhì)量問題；處理措施

1 工程概況

長沙灣大橋位于廣東省汕尾市海豐縣梅隴鎮(zhèn)長沙灣，此區(qū)域?qū)偃侵薷蹫呈綖I海相沉積平原區(qū)，橋址處位于平原微丘陵地區(qū)，地形較為平坦，河渠縱橫交錯。該工程主要為跨越深汕高速、長沙灣、G324國道、眾多道路、水溝及水田而設(shè)。大橋下部結(jié)構(gòu)主要包括橋墩和橋臺。橋墩采用圓端形實體橋墩和圓端形空心橋墩，橋臺采用雙線矩形空心橋臺，基礎(chǔ)均采用鉆孔樁，樁徑除河段部分及連續(xù)梁選用Φ1.25m、Φ1.5m外，其余均選用Φ1.0m。樁基采用C40混凝土灌注。

2 總體施工方案

施工方案根據(jù)工程所在地區(qū)的地形、地貌、水文地質(zhì)情況確定。長沙灣特大橋55#-65#墩位于外海屬深水區(qū)，采用搭設(shè)水中鋼棧橋、鉆孔平臺的方案進行施工。鉆孔樁基礎(chǔ)設(shè)計為柱樁，鉆孔機械選用D2000型沖擊鉆鉆機。鋼筋籠集中制作，現(xiàn)場吊機吊放并接長，水下混凝土采用拌和站集中拌和，混凝土輸送泵運輸，導(dǎo)管法灌注。

3 施工方法與工藝

3.1 棧橋施工

棧橋中心線與長沙灣特大橋軸線一致平行，上部采用貝雷梁與型鋼共同作用的結(jié)構(gòu)形式。主縱梁選用貝雷梁，下橫梁采用雙肢I20a工字鋼，橋墩采用樁基排架，每榀排架下設(shè)2根Φ630×8mm鋼管樁。自下而上依次為Φ630×8mm鋼管樁，2I20a工字鋼下橫梁，長為5.5m；縱梁選用貝雷梁2組、每組2片；I20工字鋼作為橫向分配梁，布置間距0.75m，長度為6m；[16槽鋼作為縱向分配梁，布置間距23cm，同時兼作橋面板。鋼棧橋基礎(chǔ)采用鋼管樁直徑Φ630mm，壁厚8mm。樁頂及樁尖均設(shè)置50cm長加強箍，以防鋼管樁卷口、變形。為保證棧橋與后方連接，在海堤靠江側(cè)棧橋軸線上采用漿砌塊石砌筑一擋土墻橋臺，作為棧橋起始墩，擋土墻頂部澆注50cm厚C30混凝土作為臺帽，棧橋貝雷梁安裝在臺帽上，起始墩總寬7m，貝雷梁與海堤平齊。（如圖1）

圖1 棧橋斷面示意圖

3.1.1 棧橋起始墩施工。由于橋軸線與大堤有一定夾角，施工時起始墩與棧橋軸線必須對應(yīng)，起始墩臺帽混凝土為C30，澆混凝土?xí)r，固定貝雷梁的預(yù)埋件一定要埋設(shè)準確。

3.1.2 鋼管樁制作。卷制鋼樁的鋼板，按設(shè)計要求長度加工成型，水上通過船運至現(xiàn)場沉樁，陸上通過已搭設(shè)棧橋用兩臺裝載機抬至現(xiàn)場沉樁。

3.1.3 振動下沉鋼管樁。采用50t履帶吊吊振動錘（帶液壓鉗）夾住鋼管樁，直接振沉到位。沉樁以標高控制。

3.1.4 每排鋼管樁下沉到位后，進行樁之間的連接，增加樁的穩(wěn)定性，避免涌潮來時發(fā)生意外事件，連接材料采用[16槽鋼。

3.1.5 下橫梁2I20a安裝及樁頂處理。鋼管樁樁頂50cm范圍內(nèi)設(shè)置加強抱箍，并在樁頭設(shè)置一直經(jīng)為83cm、10mm厚的鋼板底座并與鋼管樁焊接，I20a安裝經(jīng)測量放線后，直接放在鋼管樁樁頭的鋼板底座上并采用U型固定件固定。

3.1.6 貝雷梁及橫、縱向分配梁拼裝。貝雷梁預(yù)先在陸上或已搭設(shè)好的棧橋上按每組尺寸拼裝好，然后運輸?shù)轿唬惭b在2I20a上。貝雷梁的位置需放線后確定，以保證棧橋軸線不偏移。貝雷梁安裝到位后，橫向、豎向均焊定位擋塊及壓板，將其固定在2I20a上。貝雷梁拼裝完畢，其上鋪設(shè)I20a橫向分配梁。

3.1.7 附屬設(shè)施的安裝。在棧橋縱向分配梁安裝完畢后，即開始安裝棧橋護欄，護欄采用40mm鋼管制作，高度為1.5m，間距為2m一道，并設(shè)置兩道40鋼管的橫向連接。

3.2 鋼護筒的制作

3.2.1 材料。鋼護筒采用鋼板卷制焊接而成，鋼材材質(zhì)均采用Q235鋼。

3.2.2 護筒制作及運輸。鋼護筒在現(xiàn)場制作，用專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)加工公司加工。考慮沖擊鉆鉆孔的影響，對鋼護筒進行直徑加大300mm。在加工場內(nèi)制成9m長的標準節(jié)段，用拖車運至河邊碼頭，進行分段接長，然后裝船運至墩位施工現(xiàn)場。

3.2.3 鋼護筒制作加工滿足設(shè)計文件要求。

3.3 鋼護筒的沉放、插打

3.3.1 施工工藝流程。具體的施工工藝流程包括：定位樁（鋼管樁）插打、拼裝定位平臺、安裝下放護筒導(dǎo)向架、插打鋼護筒、鉆孔樁施工等幾個步驟。

3.3.2 總體施工方案。鉆孔時，采取先鉆中間孔，后鉆周邊孔，最后鉆四角孔的對稱鉆孔施工的順序。利用平臺四周的鋼護筒與鋼管樁作為鉆孔時抗傾覆和抗扭轉(zhuǎn)的護樁。鋼護筒采用6m長導(dǎo)向架定位，鋼護筒采用先點動，再連續(xù)的方法下沉。采用∠75×75×6mm角鋼作十字撐。在拆除護筒內(nèi)部十字撐時應(yīng)采用保險繩，防止鐵件掉入護筒。

3.3.3 鋼管樁的插打。深水鉆孔樁作業(yè)平臺φ426mm鋼管樁的施工，利用四個9.0m×2.7m×1.5m的標準舟節(jié)拼組成一個長18m、寬6.9m的浮式定位裝置進行打設(shè)，其上安放8根I40工字鋼作為鋼管樁的定位梁及舟節(jié)的剛性連接梁，工字鋼的端頭和中間分別焊上3個定位導(dǎo)向框架，將浮式定位裝置對應(yīng)樁區(qū)錨定到位，進行鋼管樁的插打。鋼管樁的吊裝和施打均利用棧橋上的50噸履帶吊機進行。

3.3.4 鋼護筒的施工。鋼管樁插打完畢后，施工橫向聯(lián)系將其連接為一整體結(jié)構(gòu)，安裝下放鋼護筒的導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向裝置采用型鋼焊成框架式的導(dǎo)向裝置，固定在鋼管樁起始平臺上，利用50t履帶吊進行吊裝，使鋼護筒沿著導(dǎo)向裝置準確就位。鋼護筒運至樁位處，用吊機吊起，采用90KW振動錘振動下沉。鋼護筒施工完畢后，在其頂部焊接牛腿，鋪設(shè)主梁、分配梁，形成鉆孔平臺。

3.3.5 鋼護筒的定位措施。鋼護筒定位采用GPS靜態(tài)測量技術(shù)布設(shè)控制點，結(jié)合水準儀、全站儀進行平面和高程定位，經(jīng)緯儀控制垂直度，具體控制方法為：對于鋼護筒采用GPS靜態(tài)測量技術(shù)，在岸上沿路線方向及其法線方向架設(shè)兩臺經(jīng)緯儀，控制鋼護筒下沉的垂直度，并檢校鋼護筒下沉過程中的平面位置。根據(jù)設(shè)計圖紙計算鋼護筒中心坐標。校核方法：通過GPS靜態(tài)測量的方法加密控制點于，利用該點采用全站儀極坐標放樣方法對定位好的鋼管樁導(dǎo)向架位置進行校核。

3.3.6 保證組合鉆孔平臺穩(wěn)定的措施。鉆孔過程中采取的措施：鉆機開鉆時應(yīng)采用小沖程，由測量人員對鉆機的晃動、平臺的變形進行測量后，確定平臺穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)測監(jiān)控措施：為了保證鉆孔平臺的安全，對平臺的變形進行控制，對于關(guān)鍵工序應(yīng)加強觀測，觀測頻率為8h一次，如果測量結(jié)果一切正常，可適當(dāng)降低測量的頻率至24h一次。通航防護措施：鉆孔上應(yīng)設(shè)置明顯的標志標牌，晚上應(yīng)有反光標志或照明標志。確保過往船舶不會碰撞平臺，對于拋錨纜風(fēng)繩，應(yīng)在水面以下3m以外的區(qū)域設(shè)置明顯的通航標志，并通過港監(jiān)和水上派出所共同發(fā)出通告，要求過往船只在通過鉆孔平臺時減速行駛，降低波浪的影響。

3.4 鉆孔灌注樁施工

3.4.1 施工放樣。復(fù)核下沉護筒的中心是否與設(shè)計圖紙樁位中心相一致，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。護筒頂高出鉆孔平臺30cm。護筒中心與樁位中心保持重合，垂直度偏差不大于1%。

3.4.2 泥漿準備。選用優(yōu)質(zhì)黏土，其性能指標符合規(guī)范要求，開鉆時應(yīng)先在孔內(nèi)灌注泥漿，采用膨潤土、水、分散劑（工業(yè)碳酸鈉Na2CO3）、降失水增粘劑（中黏度甲基纖維素鈉CMC）為原料造漿，用沖擊錘以小沖程反復(fù)沖擊造漿。進行造漿試驗后，為避免泥漿對周圍環(huán)境的污染，在鉆孔樁施工過程中，對沉淀池中沉碴及灌注混凝土?xí)r溢出的廢棄泥漿隨時清除，用運輸船棄運至指定地點，禁止就地棄碴，嚴防泥漿溢出，污染周圍環(huán)境。（如圖2）

圖2 泥漿制備、循環(huán)處理系統(tǒng)

泥漿性能和各項指標的具體要求見表1。

表1 泥漿的性能指標

造漿后試驗全部性能指標，鉆進過程隨時檢驗?zāi)酀{比重和含砂率，并做好施工記錄。鉆機就位：將鉆機用駁船運輸至現(xiàn)場浮吊吊放在樁位上，使鉆頭中心線對準樁孔中心，誤差控制在2cm以內(nèi)。安裝鉆機時要使底座平正，并經(jīng)常校核。

3.4.3 鉆孔。鉆孔開始后利用護樁檢查鉆孔偏位情況，及時進行調(diào)整。鉆進時經(jīng)常檢查孔內(nèi)泥漿比重、粘度、含砂率、膠體率等，并記錄。泥漿比重根據(jù)鉆孔方法按規(guī)范加以控制。鉆進過程中及時取碴樣、核對地質(zhì)資料并記錄。定時檢查孔位、孔徑、孔斜情況，有偏差及時調(diào)整。開鉆時應(yīng)先在孔內(nèi)灌注泥漿，泥漿相對密度指標根據(jù)土層情況而定，孔中有水，可直接投入粘土，用沖擊錘以小沖程反復(fù)沖擊造漿。全面掌握孔內(nèi)泥漿性能的變化情況是否在設(shè)計試驗的泥漿指標范圍內(nèi)，以便及時調(diào)整，同時通過泥漿面觀察孔壁的穩(wěn)定情況，確保孔壁的安全。在鉆孔施工中為保證鉆孔的垂直度，采取減壓鉆進，始終讓加在孔底的鉆壓小于鉆具總重（扣除泥漿浮力）的80%。鉆進及提升拆除鉆桿的過程中始終維持護筒內(nèi)外的水頭差不小于1.5m，以保證孔壁穩(wěn)定。

3.4.4 成孔檢查。鉆孔達到設(shè)計深度后檢查下列各項：（1）孔位檢查：用鋼尺量測，孔中心位置允許偏差50mm以內(nèi)。（2）孔徑和孔形檢測：采用自制籠式鋼筋檢孔器。（3）孔深、孔底沉渣檢測：采用標準測錘檢測，符合各樁設(shè)計高程要求，沉淀層厚度小于50mm。（4）樁孔豎直度檢測：允許傾斜度不大于1%。

3.4.5 清孔。在成孔檢查合格后，進行第一次初步清孔，沖擊鉆鉆孔用正循環(huán)法進行清孔。在孔深達到設(shè)計標高后及時清孔，清孔后及時測量沉渣厚度，然后拆除鉆機鉆桿，用監(jiān)理工程師批準的檢孔器檢查鉆孔樁的孔徑和傾斜度是否符合驗收標準。

3.4.6 鋼筋籠制作和吊放和普通的鉆孔灌注樁施工工藝系統(tǒng)，不再贅述。

3.4.7 導(dǎo)管安裝。導(dǎo)管使用前應(yīng)作水密性試驗。導(dǎo)管在吊裝前作水壓和接頭抗拉試驗。導(dǎo)管下口距孔底30cm左右，首批混凝土灌注要使導(dǎo)管埋深不得小于1m同時不宜大于3m。

3.4.8 二次清孔。二次清孔用灌注水下混凝土的導(dǎo)管，在離導(dǎo)管頂端接入泥漿，通過泥漿循環(huán)的方法來完成，確保沉淀層厚度達到規(guī)范要求。

3.4.9 混凝土的拌和、運輸及灌注。混凝土塌落度為16～22cm，擴散度為34～38cm。混凝土初凝時間為4～6h。首批混凝土灌注數(shù)量保證混凝土埋深不小于1米不大于3米。灌注前先在導(dǎo)管口放入隔水栓（球膽），再安裝斗容量大于2.5m3的儲料斗，首批混凝土要連續(xù)灌注不得中斷，確保首批混凝土到達孔底將導(dǎo)管埋深1.0m以上。在整個灌注過程中，由專人測量導(dǎo)管埋置深度保持2～6m并及時填寫下混凝土灌注記錄。混凝土灌注過程中，按規(guī)范規(guī)定從拌和機的出料口和混凝土澆筑現(xiàn)場取樣檢測混凝土的坍落度，并取樣制取試塊，檢驗混凝土的強度。灌注的樁頂高比設(shè)計高出0.5～1.0m，確保成樁混凝土的質(zhì)量和檢測的需要。

4 鉆孔過程中常見事故的預(yù)防及處理

4.1 塌孔的預(yù)防及處理

（1）保證鉆孔時有足夠的水頭差，不同土層選用不同的轉(zhuǎn)速和進尺。（2）保證鉆孔時泥漿質(zhì)量的各項指標滿足規(guī)范要求。（3）回填砂和粘土的混合物到坍孔處以上1～2m，靜置一定時間后重鉆。（4）起落鉆頭時對準鉆孔中心插入。

4.2 鉆孔偏斜和縮孔的預(yù)防和處理

（1）安裝鉆機時使底座水平，起重滑輪、鉆頭中心和孔位中心三者在一條直線上，并經(jīng)常檢查校正。（2）傾斜的軟硬地層鉆進時，采取減壓鉆進。（3）鉆桿、接頭逐個檢查，及時調(diào)整。遇有斜孔、偏孔時，用檢孔器檢查探明孔偏斜和縮孔的位置情況，在偏孔、縮孔處上下反復(fù)掃孔。偏孔、縮孔嚴重時回填砂粘土重鉆。（4）全過程采用減壓鉆進方式。

4.3 預(yù)防鋼筋籠上升的措施

克服鋼筋籠上升，除了主要從改善混凝土流動性能、初凝時間及灌注工藝等方面外，還把鋼筋籠上端焊固在護筒上，可以承受都分頂托力，具有防止其上升的作用。可在鋼筋籠下部設(shè)置十字形角鋼，使其略低于導(dǎo)管口，用首批灌注混凝土壓住角鋼防止其上浮。鋼筋籠的吊桿可采用強度較大的型鋼作吊桿，防止鋼筋籠上浮。

4.4 水下混凝土灌注事故的預(yù)防及處理

（1）導(dǎo)管進水的處理方法：將導(dǎo)管提出，將散落在孔底的混凝土拌合物用空氣吸泥機清除，重新灌注。（2）卡管的預(yù)防措施：準備備用機械、摻入緩凝劑，做好配合比，改善混凝土的力學(xué)性能。處理辦法：拔管、吸渣、重灌。（3）坍孔：發(fā)生坍孔后，應(yīng)查明原因采取相應(yīng)措施，如保持或加大水頭，排除震動源等防止繼續(xù)坍孔，然后用吸泥機吸出孔中泥土，如不繼續(xù)坍孔可恢復(fù)正常灌注，如坍孔不停止、坍孔部位較深，宜將導(dǎo)管拔除。保存孔位回填粘土，研究處理措施。

5 結(jié)束語

文章以長沙灣特大橋鉆孔灌注樁工程為實例，詳細介紹了水中鉆孔灌注樁從棧橋施工，到鋼護筒的制作、沉放、插打，直至完成灌注樁澆筑的整個施工過程，論述了各部分工藝流程的具體步驟和操作方法。考慮到鉆孔灌注樁施工質(zhì)量會受到很多不確定性因素的干擾，在施工中易出現(xiàn)質(zhì)量問題并存在事故隱患，針對鉆孔過程中較為常見的塌孔、鉆孔偏斜和縮孔防鋼筋籠上升等不利情況，以及在水下澆筑混凝土?xí)r可能發(fā)生的導(dǎo)管進水、卡管、坍孔等工程事故，提出了相應(yīng)的預(yù)防和處理措施。采用合理的施工方法和工藝，輔以完善的施工質(zhì)量控制手段，對于最大限度地加快施工進度、保證和提高樁基施工質(zhì)量的有著重要的意義。

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作者簡介：阮猛（1986-），男，漢族，陜西西安人，工程師，主要從事地鐵工程的技術(shù)研究與施工管理工作。