軌道交通車輛段鉆孔灌注樁施工技術和質(zhì)量控制要點

摘要：在敘述廣州城際軌道交通萬頃沙車輛段工程概況的基礎上，闡述鉆孔灌注樁施工流程、埋設鋼護筒、鉆孔和清孔、導管拼裝和就位、灌注水下混凝土等施工技術，闡述鉆孔灌注樁在鋼護筒、鉆孔、混凝土灌注等方面的質(zhì)量控制要點，闡述在塌孔、樁孔偏斜、孔底沉渣量偏多等質(zhì)量問題及防治措施，可供軌道交通地下工程施工技術人員參考。

關鍵詞：軌道交通;車輛段;鉆孔灌注樁;施工技術;質(zhì)量控制

1" "工程概況

1.1" "地理位置

廣州城際軌道交通萬頃沙車輛段工程是廣州地鐵十八號線和二十二號線車輛停放、檢查、整備、運營和修理的綜合管理中心。該工程建設用地位于廣州市南沙區(qū)蕉門水道以西、萬新大道以東、七涌以南、八涌以北的地塊之內(nèi)，呈東西向布置。該地塊施工前主要面積是養(yǎng)魚塘，其北側為南沙港鐵路高架橋。該車輛段工程用地處于區(qū)域性深厚淤泥質(zhì)軟基地段，地勢低洼，自然排水條件惡劣，周邊交通條件較差，施工體量大，現(xiàn)場施工組織難度大。

1.2" "主要結構

該車輛段工程用地長約 1960m，寬約 460m，占地面積約 50.67萬m²。 房屋建筑總面積約 21萬m²，蓋板建筑總面積 29.2萬m²，蓋板下包含工程車、調(diào)機庫、清掃庫、聯(lián)合檢修庫、 運轉綜合樓、日檢停車庫、鏇輪庫等。

1.3" "地基處理

蓋板區(qū)域的地基處理采用鉆孔灌注樁，為摩擦端承樁和端承摩擦型樁兩種，其直徑分別為800mm、1000mm、1200mm、1400mm，深約50～65m，混凝土等級為C35水下，抗?jié)B為P8。有效樁長為55m、56m、60m，設計承載力特征值為3600kN（樁徑Φ800，956根）、5500kN（樁徑Φ1000，3238根）、8000kN（樁徑Φ1200，6525根）、10000kN（樁徑Φ1400，1987根）萬頃沙車輛段樁基總計為12706根。

2" "鉆孔灌注樁施工技術

2.1" "鉆孔灌注樁施工流程

在鉆孔灌注樁正式施工之前，須完成場地平整、樁位放樣、護筒埋設、鉆機就位等施工準備工作;鉆孔施工過程中，要進行質(zhì)量檢驗;完成鉆孔后，要放置鋼筋籠、放置導管，進行混凝土灌注;成樁之后要做好鑿樁頭和樁基監(jiān)測等工作。鉆孔灌注樁具體施工流程如圖1所示。

2.2" "埋設鋼護筒

埋設鋼護筒是為了給鉆孔作業(yè)提供導向定位，并避免孔口塌陷。本次施工所用護筒使用5mm厚的鋼板制作，在鋼護筒的上、中、下段以焊接方法各設置1道加勁肋，用于提高其護筒剛度。鋼護筒長度按1.5m控制，埋深不小于1m。鋼護筒埋設到位后，采用粘土做分層回填、夯實處理，切實提高鋼護筒的穩(wěn)定性。此外，考慮到地下水對鉆孔施工具有干擾性，鋼護筒頂部高度應高出地下水位1.5～2.0m。鋼護筒的埋設方法如圖2所示。

2.3" "鉆孔和清孔

2.3.1" "鉆孔

采取輕壓滿鉆的方法，加強對鉆進速度的控制。隨著鉆進深度的增加，鉆頭徹底進入地層后，適當加大鉆進速度，以避免斜孔。在淤泥地質(zhì)條件下鉆進時，鉆進速度不可過快，否則容易因控制不當而產(chǎn)生螺旋形孔，從而影響成孔效果。根據(jù)鉆孔直徑配套合適規(guī)格的鉆頭，要求其具有耐磨性，若鉆進期間有磨損現(xiàn)象，則隨即更換。鉆孔完成后，準確測定孔深、傾斜度和孔徑，確認無誤后進入清孔環(huán)節(jié)。

2.3.2" "清孔

分2個階段完成清孔作業(yè)：

第一次清孔：鉆進深度達到要求后，安排抽漿和清孔，待孔內(nèi)原本沉積的沉渣被大量清理干凈后（沉渣厚度被控制在許可范圍內(nèi)），下放鋼筋籠。

第二次清孔：第一次清孔時可能會由于操作不當而撞下泥塊，為此有必要組織第二次清孔。在導管頂安裝彎頭和皮籠，以泵送的方法將泥漿壓入導管內(nèi)，通過漿液的作用，高效置換孔底沉渣。清孔過程中及時檢測孔底泥漿密度，該比重未超過1.15的時候，可灌注水下混凝土。

2.4" "導管拼裝和就位

2.4.1" "控制導管直徑和長度

有效控制導管的直徑，以滿足混凝土連續(xù)灌注的施工要求。合理控制導管分節(jié)長度，其中尤為關鍵的是最下端一節(jié)導管，該部分的長度不宜小于4m。

2.4.2" "測試導管密封性能

詳細檢查導管接頭的位置以及連接的緊密性，判斷是否有漏水、漏氣現(xiàn)象。安裝導管前，須組織水壓試驗，壓力應穩(wěn)定在0.6～1.0N/mm2之間，判斷在此過程中是否有漏水現(xiàn)象。

2.4.3" "導管就位和使用

導管的規(guī)格應與混凝土灌注量相匹配。吊放導管時加強檢測與控制，使軸線保持順直。配套錐形護罩，其目的在于避免因吊放導管時，鉤帶鋼筋籠，使鋼筋籠出現(xiàn)異常狀況。導管在混凝土中的埋深也是重點控制對象。隨著混凝土灌注量的增加，導管要適當向上提起，其埋深在灌注全程中均要穩(wěn)定在合理區(qū)間之內(nèi)。

2.5" "灌注水下混凝土

灌注水下混凝土是鉆孔灌注樁施工的重點環(huán)節(jié)，必須控制好各項技術要點，如下所述。

2.5.1" "控制混凝土質(zhì)量

按要求拌和混凝土，保證其在和易性、坍落度等方面均滿足要求。以試驗的方法判斷混凝土的性能，通常坍落度以18～22cm較為合適。

2.5.2" "控制灌注數(shù)量

控制首次灌注數(shù)量，保證混凝土用量充足，否則可能會造成孔內(nèi)聚集大量含泥漿混凝土，這樣將直接影響成樁質(zhì)量。配套隔水栓頭，待實際灌注量達到設定值后，間隔懸掛隔水栓的鐵絲。遵循連續(xù)、均勻灌注原則，全程導管埋深穩(wěn)定在1～6m，向上拔管時盡可能勻速。

2.5.3" "控制灌注速度

控制水下混凝土的灌注速度，導管內(nèi)混凝土面上升速度在2m/h之內(nèi)，灌注施工期間適當向上移動導管并拆除。按照此方法有序推進，直至完全拆除導管為止。

2.5.4" "超灌和接樁

適當超灌混凝土，即樁頂標高略高于設計高0.5～1.0m。避免盲目接樁，提前將多余部分鑿除干凈并做適當?shù)男拚?，使表面具有平整性之后，方可接樁，若直接操作將影響混凝土的最終強度。

3" "鉆孔灌注樁質(zhì)量控制要點

3.1" "鋼護筒

3.1.1" "檢驗制作原材料

加強制作鋼護筒原材料的入場檢驗，要求生產(chǎn)廠家提供原材料質(zhì)量保證書并抽樣檢查，不符合質(zhì)量要求的原材料不得進入施工現(xiàn)場。

3.1.2" "埋設深度

埋設鋼護筒時，應根據(jù)不同地質(zhì)環(huán)境和土體性質(zhì)調(diào)整鋼護筒的埋設深度。若土體為黏性土及粉土，鋼護筒的埋設深度應控制在1m以上;若土體為砂土，鋼護筒的埋設深度應控制在2m，且穿越堅硬土層的深度不得低于0.5m。

3.1.3" "埋設精度

鋼護筒埋設完畢后，應根據(jù)施工圖紙對鋼護筒進行復核，查驗其平面度和垂直度：平面中心偏差低于5cm，傾斜度不超出1%的允許范圍。

3.2" "鉆孔

3.2.1" "鉆機的選擇

在不同地質(zhì)條件下，鉆機鉆進的速度存在一定差異，應綜合考慮工程需求、地質(zhì)情況及不同類型鉆優(yōu)缺點等因素，選擇與孔徑、孔位、所在位置地質(zhì)特性相符合的鉆機。經(jīng)過充分研究，決定本工程鉆孔采用旋挖鉆機。在實施鉆孔作業(yè)時，操作手要控制鉆進速度，并加強對鉆桿檢查，防止斜孔、彎孔等不良缺陷影響鉆孔效果，確保灌注樁成樁后的承載力符合技術要求。

3.2.2" "泥漿的配置

在灌注樁實際施工中，應結合所在位置地下水高度、地層穩(wěn)定、孔徑、孔位以及所使用鉆機等情況，確定最佳泥漿性能指標。采用旋挖鉆機在該地段進行鉆孔作業(yè)所需泥漿性能指標，如表1所示。

3.2.3" "控制孔底沉渣

樁孔孔底沉渣的厚度會影響樁基承載能力，因此必須嚴格執(zhí)行設計要求和有關施工規(guī)范，控制孔底沉渣厚度，確保水下混凝土灌注樁鉆孔的沉渣厚度不超出10cm。但在實際的鉆孔灌注樁施工中，受到諸多因素的影響，泥漿的比重和粘度會與設計要求存在一定偏差，由此造成樁孔底部沉渣厚度過低或過高。

撈取孔底沉渣，置換孔內(nèi)泥漿，并采用泵吸的方式進行清孔。鉆孔作業(yè)完畢后，施工人員應對樁孔質(zhì)量進行檢查，檢查孔位偏差、鉆孔深度及樁孔孔徑等。以鉆孔深度檢查為例，質(zhì)量驗收人員采用專用測繩確定孔深。

3.2.4" "預防孔壁坍塌

造成孔壁坍塌的原因較為復雜，主要包括鋼護筒埋深不足、泥漿性能欠佳以及鋼筋籠吊裝失誤等因素。為預防孔壁坍塌事故，就要從多方面入手，加強可能導致孔壁坍塌因素的管理與控制。仔細閱讀地質(zhì)勘察報告，對施工區(qū)域內(nèi)的各種地質(zhì)情況都了如指掌，并根據(jù)不同的地質(zhì)環(huán)境調(diào)整施工方案。嚴格按照鋼護筒施工圖紙開展鋼護筒埋設作業(yè)，檢查鋼護筒埋深是否與設計深度一致。鋼筋籠吊裝由起重機及其司機、指揮、輔助人員相結合的方法進行吊裝，吊入時應保證鋼筋籠居中、垂直。

3.2.5" "預防樁孔縮徑

樁孔產(chǎn)生縮徑的主要原因是清孔不到位，孔底沉渣過多。為此，應選擇科學的清孔方法，采用氣舉反循環(huán)法，清渣不清泥。同時，在開展二次清孔作業(yè)時，施工人員要科學控制泥漿水頭高度，適當補充優(yōu)質(zhì)泥漿，維持孔壁土層的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)縮徑缺陷。

3.3" "混凝土灌注

3.3.1" "控制混凝土坍落度

嚴格按照試驗室確定的配合比進行混凝土拌合制備，加強對混凝土的出機坍落度和入模坍落度的控制，混凝土入模坍落度宜控制在18～20cm左右，確保混凝土強度、剛度等性能滿足設計要求。

3.3.2" "控制導管埋深

為保證灌注效率，須控制導管埋設深度。要遵循“自上而下”的原則對導管進行編號，以便控制導管深度在合理區(qū)間，即不超出2～6m設計范圍。隨著混凝土灌注作業(yè)的延續(xù)，導管需要不斷上提。提升導管時應遵循以下3個原則：一是每次灌注混凝土后，應確定混凝土面的上升高度;二是根據(jù)混凝土面的上升高度，計算導管埋深和適時拆卸導管;三是控制導管提升高度，使導管始終保持在混凝土面之下，預防出現(xiàn)斷樁質(zhì)量事故。

3.3.3" "防止鋼筋籠上浮

在混凝土灌注過程中，鋼筋籠受到灌注混凝土時產(chǎn)生頂托力的作用，吊裝好的鋼筋籠會出現(xiàn)一定程度的上浮。為控制鋼筋籠的上浮，應從以下4個方面進行控制：采用槽鋼臨時固定上節(jié)鋼筋籠，有效連接鋼筋骨架上端與鋼護筒，控制導管與鋼筋籠的距離，以此抵消灌注作業(yè)頂托力的作用。當灌注的混凝土表面上升到鋼筋籠位置后，可以適當提升導管，使得導管底口離開鋼筋籠底端，但是導管要始終保持在已經(jīng)灌注的混凝土表面之下。若鋼筋籠因為導管埋設過深而出現(xiàn)上浮時，施工人員可拆除拔起部分的導管，以改變樁基內(nèi)部的頂托力，引導鋼筋籠回落;混凝土的坍落度也會影響鋼筋籠的狀態(tài)，應加強其坍落度的控制。

3.3.4" "樁頂質(zhì)量控制

為加強對樁頂質(zhì)量的控制，應做好清孔工作，嚴格執(zhí)行灌注施工規(guī)范。若在灌注施工過程中發(fā)現(xiàn)樁孔孔口有較濃的泥漿或泥塊溢出，應及時調(diào)整灌注方案，在樁孔內(nèi)插入自來水管，改善泥漿濃度，避免短澆樁頭現(xiàn)象的出現(xiàn)。如果在灌注樁樁頂出現(xiàn)浮漿，應采用鑿除的方法清理浮漿部位。還應加強對樁身混凝土超澆量的檢查，混凝土強度達到設計要求后，即可采用風鎬鑿除樁頂超高部分，使得鉆孔灌注樁樁高與設計標高保持一致。

4" "質(zhì)量問題及防治措施

4.1" "塌孔

4.1.1" "塌孔的原因

有很多因素可導致塌孔，其中主要原因有以下6個方面：一是施工現(xiàn)場的土質(zhì)條件較差，例如偏疏松;二是制備的泥漿不適合所在地質(zhì)條件灌注樁施工，性能不達標;三是未合理埋設鋼護筒，或鋼護筒內(nèi)壓力和水位不達標;四是未有效控制鉆進速度，在長時間快速鉆進條件下，有塌孔的可能。五是樁孔成型后未及時跟進混凝土灌注施工，中途間隔時間過長，在外部因素的干擾下發(fā)生塌孔;六是鋼筋籠的吊放缺乏精準性，未能有效對準樁孔中心，發(fā)生剮蹭或碰撞。

4.1.2" "防治措施

基于以上塌孔的原因，提出3項防治措施：一是制備粘度、密度均合理的泥漿，充分發(fā)揮泥漿在維護樁孔穩(wěn)定性方面的作用;二是施工中適時提升鋼護筒，成孔后要根據(jù)具體情況補給泥漿，使水頭高度始終穩(wěn)定在合理的區(qū)間之內(nèi);三是清孔后必須盡快安排混凝土灌注施工，若等待灌注的時間達到3h以上，將明顯加大塌孔的概率。

4.2" "樁孔偏斜

4.2.1" "樁孔偏斜原因

樁孔偏斜主要有以下4種原因：一是鉆機就位前，未針對現(xiàn)場地基做有效的平整和壓實處理，導致鉆機施工現(xiàn)場的平整性較差，鉆機運行時偏位，成型孔洞產(chǎn)生偏斜;二是鉆機桅桿的穩(wěn)定性不足，難以提供有效的支撐，或部分鉆機零部件發(fā)生松動，或相關零部件產(chǎn)生明顯的磨損，或鉆桿彎曲，造成樁孔偏斜;三是鋼護筒埋設時未加強控制，有傾斜的情況;四是受地質(zhì)條件的影響，造成樁孔偏斜，特別是現(xiàn)場軟硬不均的基巖，其對鉆孔施工的干擾作用較強。

4.2.2" "防治措施

針對樁孔偏斜原因，提出5項防治措施：一是提前處理鉆機所在區(qū)域的地基，采取整平、夯實措施，保證地基的平整性與穩(wěn)定性，使鉆機穩(wěn)定運行;二是鉆機就位時，其鉆桿、動力頭與鋼護筒應共處同一中垂線上，否則必須予以糾偏;三是合理適配導向架裝置，發(fā)揮該裝置的導向作用，有效控制水龍頭的姿態(tài)，使其垂直向下;四是加強對接頭和鉆桿的檢查，若彎曲則予以換新。五是遇到施工現(xiàn)場地下障礙物，可采取沉井挖孔樁的方法進行樁孔施工。

4.3" "鋼導管卡堵

4.3.1" "卡堵原因

鋼導管卡堵主要有以下3種原因：一是混凝土初灌時，隔水栓卡堵在鋼導管內(nèi);二是受混凝土性能的影響（表現(xiàn)在坍落度偏小、缺乏足夠的流動性、原材料的均勻性不足等方面），造成水泥漿被沖走，而遺留下的粗集料大量集中在鋼導管內(nèi)，導致鋼導管堵塞;三是施工期間機械設備發(fā)生故障，混凝土長時間滯留在鋼導管內(nèi)，或灌注時間較長未得到有效的控制，造成已經(jīng)灌注的混凝土發(fā)生初凝，而存在于鋼導管內(nèi)的混凝土在下落過程中遇到較強阻力，出現(xiàn)混凝土堵塞在鋼導管內(nèi)的情況。

4.3.2" "處置措施

因前2種原因造成鋼導管卡堵時，可采取以下方法進行處置：用長桿沖鋼導管內(nèi)的混凝土，或利用附著式振搗器在鋼導管上做振動處理，在外力作用下使隔水栓下落。若這種方法的應用效果欠佳，則將鋼導管連同漏斗內(nèi)混凝土提出樁孔，經(jīng)過清理后再吊裝鋼導管，進而完成該部分的水下混凝土灌注施工。

因第3種原因造成鋼導管卡堵時，可采取以下方法進行處置：在水下混凝土灌注施工之前詳細檢查機械設備，若有異常則維修;澆筑時嚴格控制澆筑速度;通過摻入緩凝劑的方法調(diào)節(jié)首批混凝土的凝結狀態(tài)，為后續(xù)灌注施工提供充足的時間;如果鋼導管內(nèi)的混凝土已經(jīng)初凝，將鋼導管拔出，重新將鉆機安裝到位，隨后用小鉆頭將凝固在鋼筋籠內(nèi)的混凝土清理干凈，再用沖抓錐將鋼筋籠拔出;經(jīng)過前述的處理后，使用黏土摻砂回填，重新鉆孔成樁。

4.4" "孔底沉渣量偏多

4.4.1" "原因分析

孔底沉渣量偏多主要有以下3種原因：一是清孔不到位，造成孔內(nèi)堆積大量沉渣;二是鋼筋籠在吊放過程中，其姿態(tài)未得到有效的控制，與孔壁發(fā)生碰觸后有部分泥土脫落，堆積在孔底;三是清孔完成后至混凝土灌注前的間歇時間過長，在該時間段會增加孔底沉渣量。

4.4.2" "防治措施

針對孔底沉渣量過多的原因，提出以下3條防治措施：成孔后適當向上提升鉆頭（與孔底保持10～20cm的距離），在該位置慢速空轉，安排至少30min的循環(huán)清孔時間，以便有效清理孔底沉渣。選擇優(yōu)質(zhì)泥漿進行清孔，保證其密度、粘度均滿足要求，且清孔時不可采取清水置換方法。合理制作鋼筋籠，吊放時控制好姿態(tài)，對準樁孔中心，避免與孔壁發(fā)生碰觸，吊放速度盡可能做到勻速，不可忽快忽慢或驟然停頓。

5" "結語

鉆孔灌注樁在城市軌道交通建設領域取得廣泛的應用，其在提高基礎結構穩(wěn)定性、保證整體結構安全性等方面均具有突出作用。由于施工現(xiàn)場環(huán)境復雜，必須將導管及鋼護筒的施工、鉆孔、清孔、水下混凝土灌注等關鍵環(huán)節(jié)落實到位，并針對塌孔、樁孔偏斜、導管卡堵、孔底沉渣量過大等問題，采取有針對性的防治措施。在多種途徑并行的模式下，全面保證鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量。

參考文獻

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