旋挖鋼筋混凝土灌注樁在水利工程中的應(yīng)用

黃科睿

(惠州市水務(wù)集團(tuán)有限公司，廣東 惠州 516001)

0 引 言

旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工技術(shù)和沖擊鉆孔、沖抓鉆孔等施工技術(shù)相比，具有工作效率更高、施工質(zhì)量更好、對(duì)環(huán)境污染輕等優(yōu)勢(shì)，是一種綠色施工技術(shù)，契合現(xiàn)代化水利工程施工的要求。該技術(shù)主要是利用先進(jìn)的旋挖鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)樁位的自動(dòng)定位，實(shí)現(xiàn)垂直旋轉(zhuǎn)鉆孔，具有很高的自動(dòng)化水平，且成孔質(zhì)量比較好，能夠輕松快速穿過(guò)多種復(fù)雜底層，非常契合水利工程施工要求。故此，開(kāi)展此項(xiàng)技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用分析就顯得尤為必要。

1 工程概述

蓮塘布河位于惠州市惠城區(qū)三棟、河南岸街道兩個(gè)街道(鎮(zhèn))境內(nèi)，治理河道長(zhǎng)約9.2km。起點(diǎn)位于蓮塘布水庫(kù)，流經(jīng)惠大鐵路、商貿(mào)技校及衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院、穿過(guò)惠南大道、后流經(jīng)田心村、河村，穿過(guò)奧林匹克體育場(chǎng)館，最后匯入金山湖。惠南大道、四環(huán)路橫跨河道，沿河附近有體育南路及金山大道等市政道路，河道周邊鄉(xiāng)村道路四通八達(dá)，且沿河分布有較多鄉(xiāng)村道路。工程施工場(chǎng)地的附近地勢(shì)平坦，場(chǎng)地寬闊，障礙物較少，施工條件極佳，雖然有幾處村民點(diǎn)，只要征地拆遷工作順利，不影響工程的施工場(chǎng)地布置。工程區(qū)施工營(yíng)造區(qū)場(chǎng)地寬闊，地勢(shì)起伏較小，地形平坦，施工條件良好。

工程所在地氣候溫和，空氣濕潤(rùn)，雨量充沛。多年平均降雨量1665mm，多年平均相對(duì)濕度80%，多年平均蒸發(fā)量為1740mm，汛期4月至9月降雨量占全年的80%，10月至3月降雨量占全年的20%；多年平均氣溫21.5℃，最高氣溫為七月份31.2℃，最低氣溫為1月份14.1℃；冬季半年盛行偏北風(fēng)，夏季半年盛行偏南風(fēng)，10月下旬至次年3月為枯水期，是合適的施工期。

2 施工工藝流程

雖然旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工技術(shù)在施工效率、施工質(zhì)量、施工成本等方面有很多優(yōu)勢(shì)，但涉及到的工序也比較多，若某一環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，將會(huì)影響總體施工質(zhì)量，故此需要按照相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，具體的旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工工藝流程如圖1所示。

3 施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 測(cè)量放線

測(cè)量放線是旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工的第一步，主要目的是為后期施工提供精確的參考和標(biāo)準(zhǔn)，按照樁位平面布置圖和施工現(xiàn)場(chǎng)提供的軸線，利用全站儀和經(jīng)緯儀相互結(jié)合的方法，確定好每根旋挖鋼筋混凝土灌注樁的具體位置，并打入木樁，控制樁位測(cè)量放線的誤差不超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的±5mm。

圖1 旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工工藝流程

3.2 護(hù)筒制作和埋設(shè)

在案例工程旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工中護(hù)筒直徑為2.3m，長(zhǎng)度為6m，由厚度為12mm的鋼板分節(jié)制作而成，通過(guò)焊接的方法連接成一個(gè)整體，保證焊接接頭相對(duì)圓順[1]。按照放樣的標(biāo)準(zhǔn)提前埋設(shè)護(hù)筒，案例工程所在區(qū)域地質(zhì)條件為泥質(zhì)黏土和松散的雜填土，在護(hù)筒安裝時(shí)采用了振動(dòng)錘聯(lián)合動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)器的方法打設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒埋設(shè)完成之后，需要高出施工水位2.0m，且高出施工地面0.5m，頂面誤差控制在50mm以?xún)?nèi)，傾斜度允許偏差控制在1%以?xún)?nèi)。

3.3 制備泥漿和設(shè)置泥漿池

在制備旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工泥漿時(shí)，最好選擇膨潤(rùn)土，在材料缺乏時(shí)，也可以選擇略差的黏土增加30%的塑性指數(shù)>25的黏土，但需要保證黏土中不含有石膏、石灰、鈣鹽類(lèi)等化合物，在制備泥漿時(shí)黏土量可按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中：q為每m3泥漿中所需黏土的質(zhì)量，kg；v為泥漿體積，m3；ρ1為黏土的密度，kg/m3；ρ2為泥漿的密度，kg/m3；ρ3為水的密度，1000kg/m3。在泥漿制備中泥漿技術(shù)指標(biāo)需要結(jié)合地層條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，就案例工程而言，泥漿比重控制在1.1-1.2之間，黏度控制在18s-24s之間效果最佳。

合理布設(shè)泥漿池也是旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工的主要工序，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè)制漿池、儲(chǔ)漿池、沉淀池、循環(huán)槽、泥漿分離器等。并保證泥漿池的容積≥旋挖鋼筋混凝土灌注樁體積的2.5倍。

3.4 鉆機(jī)就位和鉆進(jìn)施工

樁機(jī)就位就位前需由施工員對(duì)樁位偏差、鉆桿垂直度進(jìn)行檢查，確認(rèn)無(wú)誤后，樁機(jī)才可按施工順序就位，確保對(duì)中偏差5mm以下[2]。在案例工程鉆孔時(shí)，為保證鉆孔質(zhì)量和速度，采取了旋挖鉆進(jìn)的方法，當(dāng)取土量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，提升鉆頭倒出鉆土后再繼續(xù)鉆進(jìn)，反復(fù)循環(huán)，直到鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，提出鉆頭。對(duì)孔徑、孔深及垂直度檢查，在鉆進(jìn)前先對(duì)鉆頭直徑進(jìn)行檢查，確保滿足孔徑要求，鉆進(jìn)中采用測(cè)繩法對(duì)孔深隨時(shí)檢查，并用垂球?qū)︺@桿的垂直度隨時(shí)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正。

3.5 檢孔和一次清孔

旋挖鋼筋混凝土灌注樁成孔之后，清孔之前，需要用專(zhuān)業(yè)的檢孔器，對(duì)鉆孔進(jìn)行全面檢查，保證檢孔器的長(zhǎng)度為鉆孔孔徑的4-6倍，直徑不能超過(guò)鉆孔孔徑5-10cm[3]。如果采用檢孔器無(wú)法下沉到實(shí)際的鉆孔深度位置，可能是孔徑傾斜度過(guò)大，或者發(fā)生了塌孔問(wèn)題和縮徑問(wèn)題，需要及時(shí)采取有效的措施進(jìn)行處理。本工程選擇用鉆頭上下掃孔，掃孔完成之后，再進(jìn)行檢查，循環(huán)此項(xiàng)工作，直到達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行清孔操作。

檢孔達(dá)標(biāo)之后要及時(shí)跟進(jìn)清孔，清孔質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 清孔質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)表

3.6 鋼筋籠制作和安裝

鋼筋籠的制作精度對(duì)整個(gè)工程的總體質(zhì)量有很大影響，在案例工程施工中，為最大限度上保證施工質(zhì)量，鋼筋籠嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求制作，鋼筋籠在地面制作完成之后，再通過(guò)吊裝的方法安裝到鉆孔中。凡是用于鋼筋籠制作的鋼材，必須進(jìn)行全方位檢驗(yàn)，保證鋼筋的材質(zhì)、性能、直徑、規(guī)格等指標(biāo)都符合其制作要求。每根鋼筋在使用之前，需要進(jìn)行表面去銹處理和調(diào)直處理，尤其是焊接位置，要打磨出金屬光澤，以保證焊接質(zhì)量。由于案例工程的鉆孔深度比較深，鋼筋籠分段制作。通過(guò)焊接的方法將每根主筋和加勁筋焊接成一個(gè)整體，以提上鋼筋籠的穩(wěn)定性。

在鋼筋籠安裝之前，需要有工程監(jiān)理師對(duì)鋼筋籠制作質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)通過(guò)之后，再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。在鋼筋籠運(yùn)輸時(shí)需要做好保護(hù)工作，避免碰撞損壞。運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)之后，采用三點(diǎn)式起吊方法進(jìn)行吊裝，將鋼筋籠吊起，對(duì)中鉆孔中心，緩慢下方。鋼筋籠下放時(shí)要保證下放的垂直度，避免碰觸孔壁，下放到指定位置后，用鋼筋連接，以免在后期混凝土澆筑時(shí)發(fā)生鋼筋籠上浮問(wèn)題，影響澆筑質(zhì)量[4]。

3.7 導(dǎo)管配制和吊裝

旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工時(shí)灌注混凝土用的導(dǎo)管要盡量選擇無(wú)縫鋼管，并保證導(dǎo)管的壁厚不超過(guò)3mm，直徑控制在200-300mm之間，最大的直徑偏差不能超過(guò)2mm，分節(jié)安裝，每節(jié)長(zhǎng)度控制在2.0-30m之間，底管長(zhǎng)度不能低于4.0m。每節(jié)導(dǎo)管通過(guò)法蘭連接，至少需要擰上6顆連接螺栓，在連接處需要用4-5mm的橡膠墊圈充分密封，以免發(fā)生滲漏問(wèn)題[5]。導(dǎo)管安裝連接完成之后需要保證導(dǎo)管的軸線偏差不超過(guò)20mm，下孔之前要進(jìn)行水密承壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力≥混凝土灌注時(shí)最大壓力的1.5倍，具體的試壓計(jì)算公式如下：

P=γchc-γwhw

(2)

式中：P為導(dǎo)管可承受的最大壓力，kPa；γc為混凝土的重度，本工程施工中取值為24kN/m3；hc為導(dǎo)管中混凝土柱的最大高度，m；γw為孔內(nèi)水或者泥漿的重度，kN/m3；hw為孔中水或者是泥漿的高度，m。在案例工程旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工中試驗(yàn)壓力控制在0.6-10MPa之間，保證導(dǎo)管具有良好的密封性。

3.8 二次清孔和混凝土灌注

當(dāng)導(dǎo)管安裝結(jié)束之后，需要再次進(jìn)行深度測(cè)量，如果孔底沉渣的厚度超過(guò)設(shè)計(jì)要求，則需要進(jìn)行二次清孔。但沉渣厚度、泥漿指標(biāo)等都達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后，及時(shí)上報(bào)給監(jiān)理工程師進(jìn)行混凝土灌注。

在開(kāi)始混凝土灌注之前，需要保證儲(chǔ)料斗中具有足夠的混凝土量，并且混凝土量需要滿足將導(dǎo)管底端一次性埋入混凝土80cm以上深度的要求，首次混凝土灌注深度≥1.0m[6]。邊灌注，邊測(cè)量混凝土上升的高度，保證導(dǎo)管在混凝土中的深度在2-6m之間，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土面，在混凝土灌注時(shí)，應(yīng)當(dāng)連續(xù)進(jìn)行。本工程混凝土灌注中，混凝土運(yùn)輸采用罐車(chē)運(yùn)入場(chǎng)內(nèi)。開(kāi)始灌注時(shí)，在料斗內(nèi)投入拌好的混凝土，并不斷緩慢的下移止水球，在止水球下移至計(jì)算位置時(shí)，在保證首灌量能將導(dǎo)管埋入0.8m的混凝土，然后剪斷止水球，連續(xù)灌注。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上，文章結(jié)合蓮塘布河河道冶理工程實(shí)例，分析了旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用的全過(guò)程。水利工程規(guī)模比較大，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，且存在很多影響施工質(zhì)量的安全因素。旋挖鋼筋混凝土灌注樁施工技術(shù)具有很強(qiáng)的地層適應(yīng)能力，可在多種地質(zhì)條件下穩(wěn)定運(yùn)行。而且自動(dòng)化程度比較高，成孔速度快，質(zhì)量有保證，在施工中泥漿可實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用，排污降低，綠色環(huán)保，可很好的保護(hù)水利工程周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境，符合現(xiàn)代化水利工程施工建設(shè)的要求，值得在類(lèi)似工程中大力推廣應(yīng)用。