大跨徑跨江大橋超長鉆孔灌注樁質量控制

陳小虎

（安徽虹橋交通建設監(jiān)理有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

濟（南）祁（門）高速淮南至合肥段淮河特大橋全長11839.5m，主橋結構采用（120+200+120）m 單索面矮塔斜拉橋，全長440m，塔墩梁固結體系，上部主梁結構為大懸臂單箱三室預應力混凝土懸澆箱梁；主橋主墩19 號墩、20 號墩位于淮河主河槽上，均采用20 根直徑2.0m 鉆孔樁灌注樁，單樁設計樁長88m，實際鉆進超過100m，均按摩擦樁設計。主墩鋼護筒按永久性結構設計，施工中采取措施確保護筒參與結構受力，長度根據施工方法及施工水位經計算后確定。

2 工程地質情況

根據淮河特大橋地質勘察資料，墩柱處具有代表性的樁基區(qū)域地質情況見圖1。

圖1 樁基處地質條件柱狀圖

3 鉆孔灌注樁施工工藝

3.1 施工定位

根據設計提供的導線點坐標，計算出每個樁基點位的中心點坐標，采用全站儀進行測量放樣。重點是鉆機在鉆進過程中的定位控制，監(jiān)測的方法是采用全站儀復測鉆盤中心位置（即樁位中心點），調整到位并實施找平，確保樁位中心偏差小于50mm。在鉆進過程中，需要對鉆機底盤4 個角點沉降以及鉆架垂直度進行量測，以保證鉆機穩(wěn)定性，確保鉆孔施工樁基的定位的精確控制。

3.2 鉆機選擇

主墩鉆孔灌注樁基礎為大直徑長深結構體系，根據設計施工的樁長88m，以及鉆機位于鋼棧橋平臺施工的實際情況，經計算鉆機的最大鉆孔深度已經達到110m。經過設備比對以及以往相鄰橋梁橋位施工的經驗，選擇GPS-25D 型鉆機，最大鉆孔直徑為3m，最大鉆深130m。改型反循環(huán)鉆機具有提高鉆進效率，成孔質量好等特點，同時配套并列式反循環(huán)鉆具，在孔深時作氣舉反循環(huán)鉆進，完全滿足實際施工需要。

3.3 泥漿制備及泥漿循環(huán)

3.3.1 泥漿制備

針對主墩深基礎的特點，選用優(yōu)質泥漿護壁，鉆孔過程中選用不分散、低固相、高黏度的PHP 泥漿進行護壁。施工中加強泥漿性能指標的控制，控制鉆進速度，以使孔壁泥皮得以牢靠形成，保持孔壁的穩(wěn)定。

性能指標詳見表1。

表1 PHP 泥漿性能指標

3.3.2 泥漿循環(huán)

鉆進過程中需根據不同的地層控制鉆壓和鉆進速度，尤其在變土層位置采用低壓慢轉施工。主墩鉆孔樁泥漿池為特殊設計的鋼套箱，設置于鉆孔作業(yè)平臺墩位處，并根據樁位動態(tài)調整。泥漿循環(huán)按有利于施工的原則設置循環(huán)系統(tǒng)，及時向鉆孔內提供合適的泥漿。根據樁位處地層情況，及時調整鉆進參數，并注意觀察孔內泥漿液面的變化情況，孔內泥漿液面應始終高于水面2m 左右，并適時向孔內補充新制備的泥漿。

不同地層鉆進過程中泥漿性能指標見表2。

表2 不同地層鉆進過程中泥漿性能指標

4 鉆孔灌注樁檢孔及清孔

4.1 檢孔

為保證超長深樁基的成樁質量符合設計規(guī)范要求，采用先進檢測設備代替常規(guī)的探孔器檢測，為此現(xiàn)場專門配備了一臺超聲成孔成槽檢測儀，對成孔后的孔徑、孔深、垂直度、垮塌擴縮徑位置、傾斜方位和成渣厚度等指標進行檢測，檢測操控便捷、靈活，檢測過程全部實現(xiàn)軟件自動控制，實測數據與測試結果實現(xiàn)數據化顯示，并自動分析測試結果，及時準確反應鉆孔樁的各項指標，保證工程質量。

4.2 清孔

在灌注水下混凝土之前，應根據孔底成渣厚度情況進行充分清孔，保證沉渣厚度滿足設計及規(guī)范要求，在清孔過程中必須保持孔內水頭，防止坍孔。在施工過程中，應防止采用加深鉆孔深度的方式來保證樁長以及代替清孔。

5 鋼筋籠制作、安裝

主橋樁基鋼筋籠骨架在定位胎具上分段制作成型，多節(jié)段同時制作，鋼筋間距使用卡具等措施控制，確保鋼筋骨架幾何尺寸滿足設計要求，并嚴格控制鋼筋籠軸線偏差，保證鋼筋匹配對接精度，鋼筋籠節(jié)段采用機械連接。鋼筋籠總長90.15m，18m 一節(jié)，每節(jié)2 根鋼筋采用直螺紋套筒連接，分為6 節(jié)（13.5+4×18+4.65），鋼筋籠總長為90.15m，根據吊車起吊能力和施工現(xiàn)場情況，盡量減少鋼筋籠接頭數量，以縮短鋼筋籠下放時間。鋼筋全長布置圖如圖2所示。

圖2 鋼筋全長布置圖

鋼筋籠采用特制運輸設備運送至樁位現(xiàn)場，為防止鋼筋籠運輸吊裝過程中變形，采取在鋼筋籠內環(huán)加強圈處用鋼筋加焊三角形支撐的措施，如圖3所示。

圖3 三角形支撐

6 混凝土澆筑

大直徑超長灌注樁的特點之一是每根樁基的混凝土方量較大，因此在選用導管時候宜使用直徑較大的鋼導管，鋼導管在使用前進行水密承壓和街頭抗拉試驗，并不得采用壓氣試壓，經試驗合格后方可進行灌注混凝土。

混凝土運至灌注地點后，及時檢查其均勻性和坍落度等指標，其坍落度指標在樁基直徑為2m 時，宜為160～200mm，并充分考慮施工時的氣溫、運距及施工時間的影響，不符合要求時不得使用。同時，在澆筑開始后應連續(xù)進行，嚴禁中途停止。首批灌注混凝土的數量應能滿足導管首次埋深厚度1m 以上，在灌注過程中應保持孔內的水壓高度，導管的埋置深度始終控制在2～6m 范圍內。混凝土的灌注應超過樁頂設計高程的0.5m 以上（實際現(xiàn)場控制在約1.0m），從而保證樁頂混凝土強度和質量，并且保證樁頂鋼筋不被扭曲和損壞。

7 施工中容易出現(xiàn)的質量問題及防治措施

7.1 孔壁坍陷

鉆進過程中，如發(fā)現(xiàn)排出的泥漿中不斷出現(xiàn)氣泡，或泥漿突然漏失，則表示有孔壁坍陷跡象。

造成原因：造成孔壁坍陷的主要原因是鋼護筒的制作長度不足，護筒剛度不足變形，或未按設計形狀制作，鋼護筒打入土層深度不夠；泥漿的容重及濃度不足或黏度不符合標準起不到護壁作用。未按不同地質狀況及時調整鉆進速度、成孔后未能及時進行下道工序。

防治措施：按設計埋深要求打入鋼護筒并保持護筒安裝垂直，在護筒內設置泥漿泵并在適當位置開孔，做好泥漿循環(huán)，嚴格控制孔內水頭標高，使用優(yōu)質的泥漿，提高泥漿的比重和黏度，使護筒內保持1.0～1.5m 的水頭高度并高于地下水位。保證鋼筋籠安裝定位準確，鋼筋籠接長采用直螺紋套筒連接，加快施工進度。成孔后，待灌時間不宜大于3 小時，在保證樁基施工質量的情況下，加快混凝土的灌注速度。

7.2 縮孔

造成原因：地質構造中含有軟弱層，在鉆孔通過該層中，軟弱層在土壓力的作用下，向孔內擠壓形成縮孔；地質構造中塑性土層，遇水膨脹，形成縮孔；鉆頭磨損過快，未及時補焊，從而形成縮孔。

防治措施：根據設計地質資料，鉆進過程中及時撈渣分析鉆進土層變化情況，在含有軟弱層或塑性土的地層時，在選用優(yōu)質泥漿的同時，采用上下反復掃孔的辦法，以擴大孔徑；及時進行鉆具檢查，當鉆頭出現(xiàn)磨損較多時要及時補焊，保證設計孔徑要求。

7.3 卡管

造成原因：外加劑的使用導致混凝土產生假凝現(xiàn)象，造成和易性、流動性降低；混凝土中粗骨料粒徑過大以及混合料級配不合理；設備故障等造成混凝土澆筑的中斷，混凝土初凝而卡管；灌注后期泥漿比重過大等。

防治措施：在混凝土灌注時，應加強對混凝土攪拌時間和混凝土坍落度的控制，水下混凝土應具備良好的和易性，宜摻減水劑和緩凝劑外加劑。鋼導管應具有足夠的剛度，使用前應進行拼裝和試壓。在混凝土澆筑過程中，應使用漏斗接導管的方式，確保混凝土不直接倒入導管。灌注混凝土后期應及時清理混凝土頂面沉渣，進行泥漿置換。

7.4 斷樁

造成原因：施放導管前導管長度計算錯誤導致導管底端距孔底距離較大或首批灌注混凝土方量計算有誤，灌注后未能將導管埋住或埋置深度不足；灌注混凝土過程中，在提升導管時由于量測或計算有誤，盲目提升導管長度，導致導管拔出已澆筑的混凝土表面或在混凝土與泥漿的混合處；導管在提升過程中偏位，被鋼筋籠卡住，在混凝土初凝前未能提出。

防治措施：精確計算并留足富余量，混凝土澆筑過程中，應隨時控制混凝土面的標高和導管的埋深，提升導管要準確可靠，切勿頻繁起拔及偏位提升，確保首批混凝土灌注后導管埋置深度不小于1m，過程中導管埋深控制在2～6m。嚴格確定混凝土的配合比，混凝土應有良好的和易性和流動性，對坍落度進行嚴格控制使之滿足工作要求，灌注過程中應連續(xù)不間斷。

8 結語

濟（南）祁（門）高速淮南至合肥段淮河特大橋19號、20 號主墩樁基屬于超長大直徑鉆孔灌注樁，在滿足設計要求的前提下，通過對樁位地質分析，在鉆機類型的選擇、泥漿制作、樁位定位等方面的控制，按照樁基施工的工序進行嚴格的管理，并在過程中提前做好樁基施工中易發(fā)生質量隱患的防止措施，在規(guī)劃和監(jiān)管等環(huán)節(jié)重點突出，確保做到事前有預案、事中有管控、事后有驗收。通過上述措施的管控，該主橋施工樁基質量得到了有效保證，所有樁基檢測均為Ⅰ類樁。