清水介質下自護混凝土人工挖孔灌注樁施工技術研究

來 蓉

（中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710016）

1 工程簡介

云南某高速公路主線路線全長6.996 km,工程橋梁共計22 座,樁基總數共803 根,其中最小樁徑為1.5 m,最大樁徑為2.8 m,最淺樁基為18.0 m,最深樁基為40.0 m,橋隧合計長度所占路線長度的比例為72.76%。

本工程因位于云貴高原南緣、哀牢山和紅河東側,地形地貌比較復雜,部分線路因邊坡坡度較陡、巖體松散破碎等原因,只能采取人工挖孔樁工藝。該工程人工挖孔樁共803 根,樁截面分別為直徑1.5 m、1.6 m、1.8 m、2.0 m、2.2 m、2.5 m、2.8 m圓柱樁,其中5號大橋橋址區地下水豐富,更適合使用清水介質下自護混凝土澆筑施工。

2 人工挖孔樁施工工藝技術

2.1 主要施工工藝流程

①清理平整場地→②樁位放樣→③施工機具就位→④樁孔開挖→⑤成孔檢測→⑥鋼筋籠制作及吊裝→⑦配置水下保護劑并將其添加到樁孔地下水中→⑧灌注混凝土→⑨成樁檢測→⑩施工機具移位。

2.2 主要施工方法

2.2.1 平整場地

依據設計圖紙,首先對樁基孔位進行初始放樣,用挖掘機或人工清除坡面上的危石、浮土,在控制好孔口標高的前提下,保證場地平整,形成樁孔工作平臺,同時需在孔口的周圍布置排水溝以便于排水。

2.2.2 樁位放樣

由測量專業人員利用已知控制點的坐標用GPS對樁基中心基點進行定位[1],同一墩柱的樁基一次放樣,放樣后用鋼尺檢查各樁的相對位置,每根樁設4 護樁,用以控制及復核樁位。護樁距孔中心2.5 m~3 m呈十字形布置,待首節護壁成型后將樁位控制線標注在鎖口混凝土上,并在開挖前、開挖過程中及鋼筋籠安裝前工作人員必須再次測量樁位,確認孔位準確、鋼筋籠位置準確,為下一道工序正常施工提供良好的施工條件。

2.2.3 樁孔開挖

開挖樁孔應該由上而下逐層有序開挖,每層開挖時應該先從中間開始,然后再挖至周圍,開挖時必須嚴格控制孔樁的截面尺寸,該尺寸必須大于等于設計樁徑加上護壁混凝土厚度的2 倍,誤差應保證在30 mm以內。第一節高度根據地質情況及操作條件而定,一般不超過1 m。在整個開挖過程中必須遵循先樁基后承臺的原則,確保樁基開挖頂面標高高于承臺底面標高,相鄰兩樁孔不得同時開挖,宜間隔交錯跳挖。

孔口周圍用混凝土制成鎖口護圈予以圍護,孔口應用C30 混凝土灌注一個寬度不小于60 cm的環形護圈,護圈高度應高出地表30 cm以上,護圈2 m內嚴禁倒渣,護圈應和第一層護壁一起灌注,第一層護壁深度以80 cm~100 cm為宜。澆筑護圈完成后,孔口四周開挖排水溝,及時排除地表水。

圖1 井口鎖口

護壁采用C30 鋼筋混凝土護壁,樁孔每下挖一節（1 m）立即灌注護壁一節[2]。護壁上口厚度為15 cm,下口寬度為10 cm,上下護壁搭接5 cm,以保證護壁的支撐強度。每當完成一節護壁,必須立馬使用孔口中心吊線的方法監測護壁的內徑和垂直度是否滿足要求。內徑和垂直度若有偏差,則必須立即進行修整,要確保同一水平上的護壁任意直徑的極限差值滿足相關要求。

圖2 護壁示意圖

當挖孔過程中遇到有硬巖層、人工不能開挖時采用爆破施工,樁基爆破施工應有專業資質人員組織實施。在施工過程中,必須重點關注爆破時產生的飛石,盡最大程度減少對已經灌注護壁的危害,結合類似工程的經驗,采取“多打孔、少裝藥、短進尺、弱震動”的淺眼掏槽微差爆破方法進行挖孔。挖孔樁爆破終止時,孔底預留20 cm~30 cm,用人工、風鎬鑿除至設計標高。

在挖孔作業過程中,經常檢查樁孔尺寸平面位置、豎軸線情況,如有偏差及時糾正。樁孔挖掘及支撐護壁兩道工序在施工過程中必須連續作業,以防孔內發生塌陷,造成傷害。

2.2.4 終孔驗收

當樁基成孔完工后,首先應該自行檢查,當檢查合格時應向監理工程師報告請求驗收。在驗收過程中應對孔徑、孔深、樁位中線、垂直度、孔底沉渣厚度、地質渣樣等仔細認真核查。校驗結束后填寫終孔驗收記錄表。完善隱蔽工程驗收簽字確認手續。

孔的豎直度采用測錘法檢測,孔深、沉碴厚度可采用標準測繩檢測,測繩使用前需用鋼卷尺進行校核,在測繩的底部墜以重錘。驗收滿足設計及規范要求后,清理孔的底虛土、松渣、雜物等,排除孔內積水,即刻采用砼封底[3],如若不及時封底,樁底則可能產生坍塌,封底混凝土最小高度為200 mm~300 mm。

2.2.5 鋼筋籠制作與安裝

樁基鋼筋籠采用滾焊機在鋼筋加工廠按設計圖紙要求統一分節同槽制作,所用的盤圓鋼筋采用切斷式調直機調直后放置2 天~3 天后使用。主筋下料采用砂輪切割機下料,鋼筋的切口不得有馬蹄形或起彎等現象,保證切口斷面與鋼筋軸線垂直,以方便主筋的機械套絲連接,端部不直時,應重新下料。

對于Φ≥25 mm以上的HRB400 鋼筋采用直螺紋套筒連接,鋼筋絲頭檢驗合格后應盡快套上塑料保護帽。在拼接接頭時應該保證套筒中央的兩個絲頭頂緊,接頭要使用鉗子擰緊。拼接完成后,應檢查套筒段是否存在絲扣外露,若超過一扣以上則證明套筒內部的絲頭長度不夠,應該重新進行拼接。采用機械連接時,鋼筋連接件處的混凝土保護層厚度最少為20 mm,同時也必須滿足設計條件。

聲測管材料采用Φ57×3 mm的無縫鋼管精制而成,當樁徑小于等于1.5 m,埋設三根聲測管,樁徑大于1.5 m的埋設四根聲測管。聲測管應該提前安裝在鋼筋籠上,混凝土灌注前在聲測管內注入清水。聲測管長度要高出樁頂650 mm以上,且各聲測管管口高度保持一致,以方便樁基質量檢測。

樁基鋼筋籠利用25 t汽車吊裝配合人工按編號順序、逐節垂直吊裝,上下節鋼筋籠各主筋采用對稱連接,吊裝時在鋼筋籠上部箍筋與主筋焊接處設2 個吊耳,吊點對稱。吊放鋼筋籠入孔時,實行“一、二、三”的原則,即一人指揮、二人扶鋼筋籠、三人搭接,施工時應對準孔位,保持垂直狀態,避免碰撞孔壁[4],徐徐下入,若遇阻礙應不得強行墩放（可適當轉向）,如果仍無效果,則應起籠掃孔重新下入,嚴禁高提猛落和強制下入。

當第一節鋼筋籠的頂部到達孔口位置時,穿進工字鋼,將鋼筋骨架臨時支撐在孔口工字鋼上,再起吊第二節骨架與第一節骨架連接,連接采用機械連接。鋼筋籠安裝定位后,在4 小時內澆筑混凝土,防止坍孔。

2.2.6 配置水下保護劑、灌注混凝土

水下自護混凝土保護劑為適用于水下自護混凝土、水下自護砂漿等水下工程,可防止混凝土離析、損失的一種離子型線型水溶性高分子聚合物,而且是一種無揮發性、刺激性、腐蝕性等危害的新型材料,其性能指標見表1。

表1 水下自護混凝土保護劑性能指標

在挖孔完成,進行鋼筋籠吊裝、導管、料斗安裝后,可直接進行樁基水下混凝土施工。首先由專業人員將計劃使用的水下保護劑與清水按照1∶9的比例稀釋待用。在正式灌注混凝土前的30 min,將稀釋好的保護劑投入樁孔內的地下水中,保護劑稀釋液與待灌注部位水量的比例宜為1∶20,利用水下保護劑的抗分散作用使水體介質與混凝土表面形成自然隔離狀態。動水環境下應根據水流量、施工時間,在灌注點周圍適當補加水下保護劑。保護劑投完畢30 min后,開始灌注混凝土,采用導管自流方式灌注,灌注過程要連續進行,如果出料口和混凝土澆筑面的距離超過了2 m,為保證樁身的質量防止高度過高導致混凝土產生離析現象,則應該使用串桶或者溜槽。

施工時,水泥宜采用普通硅酸鹽水泥,也可采用硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥等；摻合料可采用II級或以上粉煤灰、S95級或以上粒化高爐礦渣粉作為摻合料；細骨料宜采用II區中砂；粗骨料最大粒徑不大于20 mm。

混凝土采用拌和站集中拌制,砼運輸罐車運輸至現場,采用料斗入模。澆注前抽測坍落度,符合設計和規范要求才能澆注,同時每灌注50 m3要有一組試件,每根樁必須有1組試件。在澆筑施工過程中,工長以及質量檢測員必須全程對該過程進行監督和記錄,如果有問題可下令停工整改,整改合格驗收以后方可繼續施工。

2.2.7 樁基檢測

待樁基施工完畢,達到14 天齡期后由第三方檢測單位進行檢測,該單位必須具有交通行業的資質以及計量認證。對于樁徑大于等于1.8 m挖孔樁采用超聲波法進行檢測。對于樁徑小于1.8 m的挖孔樁應隨機抽取25%采用超聲波法進行檢測,其余75%采用低應變反射波法檢測。

2.2.8 施工機具移位

在樁基檢測合格后,施工機具移位,重復上述步驟進行下一根樁施工。

3 結論

本文所述的清水介質下混凝土樁基施工工藝簡單明了,施工設備操作方便,質量容易控制,較傳統水下混凝土灌注方法具有工期短、灌注效率高、樁基質量可靠、安全風險低、節約施工成本的優點,能夠有效解決樁基水下混凝土因受地下水沖刷而產生的離析問題,較好地規避了斷樁問題的發生,具有廣泛的應用前景。