富水粉細砂層大直徑鉆孔灌注樁基礎及鋼管柱施工關鍵技術研究

李 果

(中煤建工集團有限公司，北京 100010)

1 工程概況

雨水泵站改造工程的調蓄池新建為地下兩層的箱形框架結構，而在其中部設有雙排六根鋼管混凝土柱，使用Q235鋼管(?700×20)，管內設置鋼筋籠，最后使用C30微膨脹自密實混凝土進行澆筑。鋼管柱的下部主要是鋼筋混凝土樁基礎，孔深度約33.8m，直徑1800mm，樁基的長度為17m。工程的樁位參數如表1。

表1 鋼管柱和樁基參數

樁基鉆孔的土層分布從最上方開始依次向下為：粘質粉土素填圖層→有機質粘土層→粉質粘土、粘質粉土層→粉砂細砂層→粉質粘土和粉土層→粉砂、細砂1層→粘質和砂質粉土層→重粉質粘土、粉質粘土層→粉砂、細砂層→重粉質粘土、粉質粘土層-細砂層→圓礫層。

2 施工的難點分析

2.1 施工工序

基礎主要施工分成三部分，即樁基、鋼管柱、柱基和鋼管柱連接，牽扯樁基鉆孔、鋼筋籠安裝、鋼護筒吊放、混凝土澆筑、安裝定位器、澆筑細石混凝土、鋼管柱就位、澆筑混凝土、灌砂等工序，并且每一步的施工質量均對鋼管柱的質量及結構造成嚴重影響。

2.2 樁基樁頭的處理

樁基礎的混凝土澆筑處于水下，頂標高則在泵站的基坑底，而樁基的上部分采取鋼護筒進行護壁，在混凝土初凝以后則將護筒泥漿抽出，再由施工人員對柱基礎的表面浮漿進行鑿除。另外，在鋼護筒內的施工作業空間小，施工難度大，且浮漿強度高不易清理。

2.3 鋼管柱定位

定位主要是定位鋼護筒并控制垂直度，以及鋼管下口和上口的定位，還有后續施工時對鋼管柱的位置穩定。鋼護筒和鋼管柱的間隙大概在140mm左右，因此，需要在安裝過程中需要保障精度。如果出現偏差則會導致鋼管柱下放定位困難，因此，在鉆孔及護筒吊裝時提高對定位控制的測量。

2.4 混凝土質量控制

對于鋼管柱內使用的混凝土來講，要求其具有以下特點：早強、緩凝、流動性強、微膨脹等，保障混凝土的質量則是本工程施工的控制重點。

3 關鍵技術措施分析

3.1 工藝流程

首先進行工程測量和放線并開展鉆孔施工，然后對鉆孔樁進行清底后吊裝鋼筋籠及鋼護筒，再進行樁基混凝土澆筑，將泥槳抽排干凈，在鋼護筒的外壁和孔壁之間的空隙灌砂，再對樁基表層的混凝土進行相應的鑿除，安裝自動定位器，其次澆筑混凝土到定位器的頂面，并吊放鋼管柱，并對鋼管的柱上、下端進行定位，然后再一次澆筑混凝土至泵站的底板底標高，并吊裝鋼管柱的鋼筋籠，最后再澆筑鋼管柱內的混凝土，并在鋼管柱的周圍回填細砂，最后對孔口進行處理。

3.2 鋼護筒的制作

為了確保鋼護筒吊裝更加安全和方便，因此，運用分節分段進行加工，即分成四部分，分別為A段，B段，C段，D段，從長到下分別長為1m，2.55m，12.2m或13.2m，4.8m。在管節的法蘭盤加焊吊耳一對，用來吊裝B段和A段護筒對接。下吊之前把A段和鋼筋籠進行焊接固定，使用外法蘭螺栓和橡膠墊將B段和A段進行連接，然后再使用內法蘭螺栓和橡膠墊將其它段進行連接。圖1為鋼護筒的連接示意圖。

圖1 鋼護筒連接示意

3.3 富水粉細砂層大直徑樁基施工

依據本工程的實際地質決定采用旋挖鉆機進行鉆孔。護壁泥漿則配制膨潤土，然后再添加4%的火堿及0.5%的纖維素，經過相關實驗并檢查確定泥漿的密度1.06～1.08g/cm3，另外，對于泥漿的制作需要提前，禁止把膨潤土直接倒入孔內。當鉆至富水粉細砂層時，首先保證低速鉆進，然后把泥漿的密度調整至1.08g/cm3，控制泥漿的液面超出地下水位1m，以此來避免塌孔的情況。當成孔后開展兩次清孔。清孔結束后吊裝鋼筋籠和鋼護筒，最后進行混凝土澆筑。如果在鉆孔過程中出現塌孔的情況則立即停止，并把鉆頭提出，將質量高的粘土進行回填，然后再進行新鉆孔；如果孔內出現局部的坍塌則利用提高泥漿的密度，然后把坍塌的土體清理出來。在灌注混凝土之前，對成孔后的孔深加以探查，如果出現沉渣超標的情況則利用導管對沉渣進行置換，由此來降低沉渣的厚度。在施工時還應當密切檢查泥漿的含砂量，并及時進行相應的調整，以此來達到對沉渣厚度的有效控制。

在鉆孔時，為避免出現垂直度偏差和孔位偏斜的情況，需要確保旋挖鉆機時時處于水平的狀態，在鉆孔前對垂直度進行檢查和調整，并確保軸線和孔中線重合。在鉆進時應當依據地層選擇合理的鉆進速度。如果出現偏差則檢查偏差部位及程度，如果偏差小則可以在偏差處進行來回掃孔進行調直；如果偏差非常嚴重則回填粘性，然后再重新進行鉆孔。

為了避免混凝土中出現泥漿的夾層現象，澆筑時將導管插至混凝土2m～6m范圍內，而導管的接頭位置使用橡膠圈進行密封，并使用絲扣進行固定。在澆筑時，首次應保證澆筑量，以此確保有足夠的沖擊力把導管中的泥漿全部擠出，在同時應控制速度和持續性，避免防澆筑折時間過長而引起塌孔的情況。

3.4 安裝自動定位器

鋼管混凝土柱主要利用底端及頂端定位固定，頂端使用螺栓定位，螺栓可以自由調節，而柱底端則利用自動定位器進行定位，自動定位器的主要構造如圖2。自動定位器主要由以下幾個部件組成，即十字定位板、錐形板、錨固腳、定位構件，其訂使用鋼板進行組合焊接，鋼板厚度為20mm，形狀呈現為十字錐形，通過機械進行整體加工制成。另外，必須保證自動定位器加工的精度，確保固定邊和水平面形成的直角誤差小于1%，并且中心位置的誤差要低于3mm。自動定位器的錐形底部，寬度要小于鋼管內徑6mm。鋼管柱的底端能夠直接連接插入錐形板，而錐形板的寬度比鋼管柱的內徑小，所以能夠很好的固定鋼管柱，不會出現位移的情況；錨固腳主要是定位鋼管柱底標高，而且將其下端錨入樁基，進而避免自動定位器出現移位；定位構件則是對自動定位器進行固定，并承托上部的構件。

圖2 自動定位器結構

3.5 安裝鋼管柱

首先對鋼管柱軸線和標高及垂直度進行準確的定位，然后再開始下放鋼管柱。在正式進行吊裝鋼管柱前，于鋼管柱頂部位置的兩側，焊接兩個吊耳，吊耳需增設加強肋板，以此來確保吊裝鋼管柱出現傾斜而不會側翻。將準備工作完成之后，再使用130t的起重機吊裝鋼管柱，首先將鋼管柱緩慢的吊起，并保持柱體垂直，然后將鋼管柱水平移動到鋼護筒的正上方，當平穩后再進行吊放鋼管柱至鋼護筒的孔口。鋼管柱底端插入自動定位器錐形板，然后固定到定位十字板上，再對鋼管柱的標高進行測量,查看是否符合標準。當鋼管柱的底端定位完成后開始調節在鋼護筒和鋼管柱體間的螺栓，確保頂端精準定位，當定位確認正常，再焊接固定鋼管柱和鋼護筒。

當把鋼管柱完全固定以后便可以開始澆筑杯口的混凝土，為了減少施工周期決定使用C30早強細石的混凝土。采取內徑8cm高壓管進行現場的鋼管柱杯口混凝土澆筑，在澆筑時保持一定的勻速來移動導管，確保混凝土澆筑的均勻性。在澆筑時需要注意要連續進行澆筑，不得在中途停工。利用測繩對混凝土澆筑的標高進行測定，再以實際的澆筑量加以校核。為確保杯口混凝土的質量符合標準，在澆筑時應高出泵站底板5cm，待后期施工時再將多出部分鑿除。

4 結 語

通過本次對富水粉細砂層進行鉆孔灌注樁的施工分析，進一步對鉆孔出現的問題加以總結，特別是成孔質量、混凝土灌注控制、鋼管柱定位、柱底沉渣等難點，通過制定有效的綜合措施確保了本工程的質量。經后續的檢測明確各項標準均符合設計標準和要求。