高樁引橋鉆孔灌注樁基礎工程水下混凝土灌注施工技術

黃健 中交第四航務工程局有限公司北部灣分公司

1.工程簡介

廣西北部灣港欽州碼頭接岸工程主體工程位于我國南海的北部灣北部的欽州灣內。該項目始于30萬噸油碼頭輔助平臺的交接點，結束于規劃的三墩外港規劃的海岸線區域南端的著陸點，全長2998.25m。主要施工內容包括灌注嵌巖樁施工、橋墩及蓋梁現澆、箱梁預制、箱梁安裝、橋梁面層及護欄施工等。

2.主要施工方法

鉆孔灌注樁就是樁機成孔作業完成后置入鋼筋籠，將導管順延鏈接到樁孔下端，最后借助混凝土的流動性及自重性順著導管將樁孔從下而上注滿混凝土后排出多余泥漿，再經過一段時間自然養護形成鋼筋混凝土樁，以便負擔上部自重壓力。

樁基礎質量把控的核心技術是灌注水下混凝土，對施工技藝要求嚴苛，工序繁瑣，加之對施工過程有較強要求，例如隱蔽性和連續性等方面要求性較高，導致對施工人員的技藝要求超出同類項目。如果成樁作業完成后出現不合規問題基本不可能返工修繕。對此，要嚴格控制每一道程序，出現問題及時解決，不能以小忽大，保證基混凝土灌注作業高質量完成。

2.1 鉆孔

根據兩階段施工設計圖中所示的形成條件，使用反向循環鉆形成孔。在鉆孔過程中，在車削時注入泥漿，以確保泥漿表面始終與保護管頂部相距≥0.4m。檢查泥漿的比重和沉降厚度，如果超過標準，則進行處理。在施工過程中，鉆頭的旋轉中心應與保護缸的中心對齊。在鉆探開始時，啟動泥漿泵進行2～3分鐘的沖洗周期，然后啟動鉆頭，將鉆頭緩慢放置在孔的底部，然后在保護缸的底部緩慢鉆探，以便保護管可以牢固地支撐地層底部，防止偏離。從保護桶底部鉆至1.00m后，根據地層條件以正常速度鉆進。在不均勻地層中進行鉆井時，合理控制鉆井參數并降低壓力，速度控制在40～80r/min，黏性土層為高值，砂層土，硬質或非均質層為底值，鉆孔速度可降低至20-40r/min，鉆孔渣鉆土層時應及時清除。穿過流沙層時適當增加泥漿的比重，以防止孔眼塌陷，每2m或當巖層變化時取樣一次，取鉆孔渣，找出地質類型并如實記錄，直到達到設計孔深為止。

2.2 泥漿配置及泥漿池的設置

泥漿采用粘土配制。粘土要求塑性指數IP＞25，粒徑d＜0.005mm的粘粒含量＞50%。若土質性能較差時可摻加純堿（Na2CO3）來提高泥漿性能指標。摻入量為孔中泥漿的0.1～0.4%。泥漿性能指標符合規范要求。表1為泥漿性能指標。

表1 泥漿性能指標

2.3 成孔

鉆機按預先位置固定完成，適當調整底座及支架的垂直角度，定位后鎖定沖機位置，以避免鉆機在沖孔過程中發生位移。鉆機運行時確保穩定牢固、防止下沉，在鉆孔過程中及時做掏渣清理，利用反循環泵進行日常清渣工作。開沖一個臺班后重新復核位置以確定樁位，這有利于控制樁位在合理范圍內。沖孔過程中鋼絲繩上設有標記，在沖孔過程中有效控制落錘高度，降低因提錘過高而出現擊斷錘齒的情況，提錘角度過低也并非合理，易導致進尺過程緩慢。應在土層變化明顯處抽取土樣，從而精準獲取土層并與地質剖面圖對照，隨時做好記錄工作。

2.4 終孔清孔及驗收

鉆孔達到設計深度且成孔質量符合要求后立即清孔。孔內水位應保持在地下水位以上1.5～2m，以防止塌孔。換漿法清孔后的泥漿指標符合下列規定：相對密度1.03～1.10t/m3，粘度17～20Pa·s，含砂率＜2%，膠體率＞98%，清孔后孔底沉渣＜300mm，不得用加深孔底的方法來代替清孔。孔頂注入清水，反循環泵將孔底沉渣和泥抽出，直至換出孔內的泥漿，孔底沉渣達到設計要求。反循環抽出的泥漿抽放到排污船上。排污船開到指定的區域內排污。

2.5 鋼筋籠的制作與安放

（1）鋼筋必須有出廠質量保證書，進場經復檢合格后方可使用。

（2）鋼筋籠分段制作，分段長度9m，兩段鋼筋籠焊接時，接頭設置在35倍鋼筋直徑范圍內的接頭數不超過鋼筋總根數的一半。

（3）鋼筋籠均勻設置吊環或固定桿，以防吊運時扭轉、彎曲，骨架主筋外側設置定位鋼筋環、混凝土墊塊，保證鋼筋的保護層厚度。

（4）安裝鋼筋籠時對準孔位，吊直扶穩，緩慢下沉，避免碰撞孔壁，鋼筋籠下沉到設計位置后立即固定，防止移動。聲測管采用直徑50mm鋼管。按設計要求和鋼筋籠長度相同的分段。聲測管底口密封。對接時先套入套管內，然后將套管和聲測管用電焊焊牢。

2.6 二次清孔

在安裝好鋼筋籠和導管后放下導管，并借助導管的延展性對鉆孔進行兩次清洗，采用清孔反循環抽漿法可提高效率。水位應與護筒內水位一致，清孔后及時檢查沉淀物的厚度，合格后進行下一道工序。

3.灌注水下混凝土

混凝土由攪拌船（四航混凝土1號）進行攪拌，通過船載布料桿流到導管上部漏斗內，漏斗應具有足夠的容量。第一個料斗的放置位置應使管道底端埋入混凝土中的深度＞0.8m，并開始澆筑混凝土。在澆筑期間，管道底部與孔底部之間的距離控制在25～40cm，在澆筑第一批混凝土后檢測高程以確保埋管的深度。施工期間經常檢測孔中混凝土頂面的高程，及時調整導管埋深，以確保導管在混凝土中的埋深在2.0～6.0m。

導管法用于澆筑水下混凝土。主要設備包括剛性金屬導管、承料漏斗、起重設備等。該管道由幾段內徑為200～300mm的無縫鋼管組成，每段均通過快速接頭和止水橡膠墊圈連接，以防漏水，中間管段的長度為2.0～3.0m，最后一個管段的長度為4～6m。通過質量檢查后用于施工。管道強度和密封性必須符合要求，在使用前開展水密承壓試驗，水密試驗的水壓不小于孔中水深壓力的1.3倍，且不小于導管壁為焊縫可能承受灌注混凝土時最大內壓力的1.3倍。粗骨料粒度≤40mm，混凝土砂為良好分級的中型砂。混凝土的技術指標由配合比設計和預拌確定。

坍落度要求在180～220mm，混凝土要有良好的和易性，其從商品混凝土攪拌站運輸到現場。現場安裝混凝土地面泵，經地泵泵送到沖孔樁灌注的料斗中。首先將導管沉入孔的底部，然后用圓形鋼板覆蓋導管口，填充第一批混凝土，第一罐混凝土必須滿足導管埋深1m以上孔內混凝土、孔底距導管口40cm的孔內混凝土、導管外側平衡壓力下的導管內混凝土三部分混凝土總和，并在管道外的平衡壓力下處理管道中的混凝土。經計算，第一個混凝土罐需要3.2m3。將管道的底端從孔的底部提起30～40cm，然后用卷揚機拉出蓋板。使混凝土跌落到自重之下，沖到孔的底部并散布。然后通過漏斗將混凝土連續倒入管道中，不斷擠壓管道外部的混凝土，隨著混凝土表面上升，管道逐漸提起。拆卸管道所需的時間通常不超過15分鐘，不得在中途停止工作。澆筑過程中專人經常測量孔的深度，控制導管下端的埋入深度在適當范圍，并填寫水下混凝土澆筑記錄形式。管道的埋深通常為2～4m，最大埋深≤6m。埋深過淺可能會導致樁破裂，埋深過大可能會導致管道埋沒。由于頂層混凝土稀疏疏松，澆筑過程中1m范圍內的混凝土層可能會過滿，固化后將其去除。此外，為避免泥漿排出量過大對環境造成破壞，必須及時清理分化排漿，按規定抽放到排污船中。

4.結束語

本文分析了影響鉆孔樁水下混凝土澆筑的混凝土性能指標，并在實際的混凝土澆筑工程項目中進行總結，以找到合適的混凝土漿施工指標，并制定出適合水下混凝土澆筑施工過程的管理方法，為該技術的發展奠定理論基礎。