淺談沖孔灌注樁的質量控制在內河高樁碼頭中的應用

蔣丹

（長江武漢航道工程局，湖北 武漢 430014）

1 概述

1.1 工程概況

岳陽國際集裝箱碼頭二期工程位于岳陽港城陵磯港區，建設為4 個3000 噸級（兼顧5000 噸級）以集裝箱為主的多用途泊位。碼頭平臺長500m，寬30m，共13 個排架。碼頭結構形式為高樁碼頭結構，碼頭平臺樁基為鋼筋混凝土嵌巖灌注樁，嵌巖灌注樁樁身直徑1.6m，樁長20～29m，共317 根，混凝土澆筑總工程量約15000m3。

1.2 樁基施工地質條件

碼頭施工作業平臺地處長江防洪大堤江側邊灘，覆蓋層由上至下主要為淤泥質粉質黏土、淤泥質粉質黏土夾粉細砂和圓礫等組成，總厚7.9～21.4m，巖面標高3.17～10.65m。樁基持力層為中風化板巖，嵌巖深度4.5m～5.5m。嵌巖灌注樁施工現場圖如下：

圖1 嵌巖灌注樁施工現場

2 施工工藝流程及清孔

2.1 灌注樁施工工藝流程

本工程嵌巖灌注樁采用CZ-50 型沖擊鉆進行沖孔施工，能滿足施工需要。嵌巖灌注樁施工工藝流程：平整場地→泥漿制備→埋設護筒→鋪設工作平臺→安裝機器設備并定位→沖孔→清孔并檢查成孔質量→下放鋼筋籠→安裝灌注導管→第二次清孔→澆筑水下砼。

2.2 清孔

清孔方式采用換漿法正循環清孔。清孔原理：由泥漿泵將已配置好的泥漿經過輸送管線將泥漿送至孔底，送至孔底的泥漿懸浮并攜帶孔內鉆渣，再經過鋼護筒溢漿口、溝槽流入循環溝、沉淀池，然后進入泥漿池循環使用。

沖擊鉆沖孔達到設計土層底標高后，進行第一次清孔，主要對孔底以及懸浮在孔內泥漿中的大量鉆渣進行清除。經第一次清孔完成，沉渣厚度符合要求后，及時下放鋼筋籠及灌注導管，下放完畢之后，再利用灌注導管進行第二次清孔。第二次清孔完成，沉渣厚度及泥漿性能指標符合要求后，再及時澆灌混凝土。

圖2 換漿法正循環清孔原理圖

3 施工場地布置、鋼筋籠制作下放

碼頭平臺灌注樁樁基中心橫向間距8.25m，縱向間距分別為3.22m、7.56m、8m。施工投入15 臺沖擊鉆同時進行施工，樁基采用由一側向另一側間隔跳打的施工順序，盡量減少對附近的樁基成孔質量的影響。因樁基密集，施工場地空間狹窄，并且要留出施工便道，附近難以開挖較大的泥漿池，甚至部分樁基泥漿池需要共用，泥漿沉淀池沉渣采用1.5m3挖掘機進行隨時清理并外運。單排架樁基平面布置圖如下：

圖3 單排架樁基平面布置圖

本項目鋼筋籠數量多，受長江水位影響可施工時間少，工期緊。根據現場施工安排，鋼筋籠不采用分節制作、下放，就近整體制作，直接一次成型，節省下放鋼筋籠時在孔口進行焊接或機械連接所消耗的時間，并減少施工便道被吊機占用較多時間。

鋼筋籠下放前，由專業測量人員在鋼護筒口放出樁中心，便于鋼筋籠順利下放。鋼筋籠下放由30 噸履帶吊協助完成，鋼筋籠下放至頂面接近鋼護筒口時，在鋼筋籠的加勁箍下橫穿兩根3m 的2［10 槽鋼使鋼筋籠固定。然后起吊2 根φ16(圓鋼)吊筋與整節鋼筋籠進行連接，吊筋長度要經過精確計算，以保證鋼筋籠頂能夠剛好下放至設計標高，吊筋焊接完畢后，及時接長聲測管。聲測管連接好以后抽出槽鋼，下放鋼筋籠到設計標高。沖擊鉆施工及鋼筋籠下放圖如下：

圖4 沖擊鉆施工

圖5 鋼筋籠下放

4 混凝土澆筑工藝

4.1 施工工藝

混凝土由罐車運至施工現場采用泵送進行澆筑。當進行首灌混凝土澆筑時，澆筑時采用儲料斗進行施工，儲料斗與導管直接連接。儲料斗方量必須大于首灌方量。澆筑過程中，混凝土由儲料斗經導管下料，導管采用φ300 mm（內徑）×δ8 mm的無縫鋼管制作、快速接頭連接，加工長度取1～5m 不等。

導管使用前在陸地上預拼，分節之間安裝O型密封圈法蘭連接，導管在使用前進行水密承壓和接頭抗拉試驗。水密成壓試驗方法是把拼裝好的導管先灌入70%的水，兩端封閉，一端焊輸風管接頭，輸入2300kp 的風壓力，導管滾動數次，經15 分鐘不漏水即為合格。導管內過球應暢通。符合要求后，在導管外壁用明顯標記逐節標明尺寸，導管應配備總數20%～30%的備用導管。

4.2 混凝土澆筑

首批混凝土澆筑采用“拔塞法”，確保一次成功。儲料斗中的混凝土方量稍大于首灌方量，當儲料斗裝滿混凝土量時，開始拔掉儲料斗底口的塞子，首灌混凝土澆注成功后，混凝土經泵送直接向儲料斗提供混凝土，并不斷檢測澆注的混凝土面高度，防止導管埋深超過6m，當接近6m 時，用吊車將儲料斗提升，從導管頂面拆除一節導管，使儲料斗高度適合澆注，但在提升時一定要保證導管埋深至少2m。如此循環直至澆注完畢。

首批混凝土灌注前進行孔內沉渣厚度的測定，沉渣厚度滿足要求后即可進行首批混凝土的灌注，首批灌注混凝土的數量應能滿足導管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導管底部的需要，首批混凝土澆筑量根據計算確定，公式計算：

式中：V—灌注首批混凝土所需數量（m3）；D—樁孔直徑（m）；H1—樁孔底至導管底端間距，一般為0.4m；H2—導管初次埋置深度（m），按1m 考慮；d—導管內徑（m）；h1—樁孔內混凝土達到埋置深度H2時，導管內混凝土柱平衡導管外（或泥漿）壓力所需的高度（m），即h1＝HwΥw/Υc；樁基樁徑為1.6m，Hw=30m（碼頭平臺樁長為20～29 米不等，取30 米計算），Υw=10KN/m，Υc=24KN/m，d=0.30m。h1=HwΥw/Υc=30.00×10/24=12.5m。

經計算，首灌混凝土方量≥3.7m3，儲料斗里的混凝土方量要達到3.7m3以上。

5 施工質量控制

5.1 嵌巖深度的判斷

判斷樁端是否達到持力層至關重要。判斷標準如下：

（1）鉆孔深度與相鄰勘探孔反映的中風化基巖層深度基本一致。

（2）現場孔底渣土樣與地質勘查報告上的特征是否相吻合。

（3）鉆機(具)振動明顯加大，鉆進很困難、鉆桿進尺量很小。

5.2 測量控制

施工前，對鋼護筒埋設進行垂直度檢測，垂直度滿足施工要求，豎向傾斜度不得大于1%。鋼護筒中心與樁基中心位置利用全站儀進行復核，平面誤差不得大于50mm。樁基施打前，對沖擊鉆鉆頭進行測量，鉆頭直徑宜比孔徑小20mm～60mm。用以沉渣厚度測量的鋼測繩必須通過鋼卷尺進行校核，施工過程中定期進行復核，滿足測量精度要求。如施工過程中如發現鋼測繩損壞，應立即進行更換。

5.3 鋼筋籠制作與下放

為防止鋼筋籠主筋及箍筋露筋，鋼筋籠四周均設置鋼筋保護層，保護層沿鋼筋籠主筋方向每隔2m 設置一道，保護層寬度均為0.057m，鋼筋籠直徑（含保護層）計算為1.566m。鋼筋籠沿豎向主筋方向若發生較大幅度彎曲，下放鋼筋籠時，會刮碰泥漿護壁，導致護壁泥皮甚至泥塊掉入孔底，難以清理。鋼筋籠簡易構造圖如下：

圖6 鋼筋籠簡易構造圖（尺寸mm）

施工現場鋼筋籠制作場地必須平整。鋼筋籠制作應選擇地質較硬的場地，經挖掘機整平后，鋪墊10cm厚碎石整平后再進行鋼筋籠制作，碎石整平標準為±20mm，有條件時可進行硬化處理。鋼筋籠制作偏差如下表：

表1 鋼筋籠制作偏差表

鋼筋籠應徐徐緩慢下放，下放時檢查鋼筋籠垂直度，直至下放完畢。嚴禁高起猛落，強行下放。若遇阻礙或異常情況應立即停放，查明原因。下放過程中應時刻注意孔內水位變化。

5.4 清孔

終孔后，應及時進行清孔。鉆孔灌注樁采用二次清孔，在第一次清孔前，利用挖掘機將泥漿沉淀池底部的碎石以及細小顆粒清理一遍。在清孔時，泥漿從孔內攜帶鉆渣多數能沉至泥漿池底部，可以減少泥漿池中的細小顆粒隨泥漿繼續循環進入孔內。在第一次清孔完成后，再次對泥漿池內沉渣予以清除。

第一次清孔：成孔驗收完畢后，將鉆頭提離孔底30～50cm，注入優質泥漿，進行正循環清孔，清孔到位后，及時停機提鉆，并下放鋼筋籠。

第二次清孔：鋼筋籠安裝完畢后，下放導管進行第二次清孔，清孔過程中導管底口距離孔底30～50cm。整個清孔過程中，應將泥漿相對密度控制在1.20～1.45，粘度19～28s，含砂率4%～8%，在確?？妆诜€定的前提下進行清孔。清孔標準：第二次清孔后沉渣厚度不超過5cm。

由于泥漿池狹小及泥漿內沉渣難以沉淀等因素，綜合考慮在二次清孔前，在泥漿池與孔內泥漿輸送導管之間增加濾砂器。經過泥漿泵加壓的泥漿從進漿口進入濾砂器（筒）內后，形成高速旋轉渦流，在離心力作用下，泥漿中的砂粒與泥漿分離，同時在重力和離心力雙重作用下向下析出，通過濾砂器（筒）底部的出砂口排出，達到漿砂快速分離的目的。分離析出砂后的泥漿，經過濾砂器（筒）頂部的出漿口排出循環進入孔內。

第二次清孔完成后，報驗合格后，繼續保持泥漿循環清孔直至混凝土罐車到達施工現場，再及時安裝灌注料斗進行澆筑混凝土。在清孔排渣時，應保持孔內水頭，防止坍孔。施工現場安排專人隨時對泥漿比重、泥漿粘度、泥漿砂率三大指標進行監測。

圖7 泥漿粘度檢測

圖8 泥漿砂率檢測

5.5 工序之間銜接緊密

灌注樁施工各工序之間應盡量銜接緊密，工序之間盡可能縮短等待時間，尤其要縮短鋼筋籠下放時間及二次清孔驗孔合格等待首灌混凝土澆筑的時間，以免造成塌孔或孔底沉渣難以清理的情況。

沖孔灌注樁的可施工樁徑大，施工噪聲和振動較小，對周邊土層擾動小，適用的土層范圍廣。隨著碼頭規模和吞吐量的增加，沖孔灌注樁越來越被廣泛利用，而灌注樁施工過程中的質量控制尤為重要，本文主要以岳陽城陵磯碼頭為例，用以指導后續類似項目的施工。