超長灌注樁群樁基礎(chǔ)施工控制要點探討

劉洪田

超長灌注樁群樁在施工中，對各項施工參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)的要求較普通鉆孔灌注樁更加嚴(yán)格，這就要求施工技術(shù)人員具有更精湛的技術(shù)水平和較強的組織協(xié)調(diào)能力，本文通過對濟南市某新建高速公路黃河特大橋超長灌注樁群樁基礎(chǔ)施工實踐展開討論，全面闡述了超長灌注樁群樁基礎(chǔ)施工經(jīng)驗和控制重點。

一、本項目超長灌注樁概述與特點

濟南市某新建高速公路跨黃河特大橋懸索橋46#墩索塔群樁基礎(chǔ)共56顆，采用C35水下混凝土，樁徑2.0m，樁長95m，符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650-2020）規(guī)定的樁長≥90m的灌注樁為超長灌注樁的標(biāo)準(zhǔn)。該群樁樁位位于黃河北岸大堤內(nèi)灘地上，與黃河岸邊最近直線距離約為60m。地質(zhì)以粉砂土、粉質(zhì)黏土、粉土和砂土為主，自上至下呈不均勻分布狀態(tài)，地下水位較高，地質(zhì)情況復(fù)雜多變。同時本項目臨近黃河，必須保證避免對黃河流域生態(tài)環(huán)境的人為破壞。

二、超長灌注樁施工控制要點

1.做好施工前的整體現(xiàn)場布局工作

（1）由于本橋超長灌注樁樁位所處位置的特殊性，需要在施工前對施工現(xiàn)場進行認(rèn)真規(guī)劃和詳細(xì)布局，既要保護生態(tài)環(huán)境，又要做到正常施工不受到影響，打破施工現(xiàn)場施工空間的局限性，將現(xiàn)場有限作業(yè)空間通過優(yōu)化布局、合理安排，做到有條不紊。首先組織全體參建人員認(rèn)真學(xué)習(xí)中共中央印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》，貫徹落實在黃河流域施工對生態(tài)環(huán)境的保護要求，提高全體參建人員對黃河流域生態(tài)環(huán)境的保護意識。

（2）由于該樁位屬于群樁基礎(chǔ)，在施工過程中難免會造成施工現(xiàn)場臟亂差的問題，如何確保黃河生態(tài)環(huán)境不被污染和破壞成為施工前需要必須考慮和解決的一個頭等難題。本項目通過組織監(jiān)理、施工技術(shù)管理人員召開專題會議討論，同時充分征求了黃河水務(wù)管理部門的意見，決定布設(shè)兩個大型整體泥漿池（每個泥漿池包括一個儲漿池和一個沉淀池），由該群樁共用，在各樁基之間采取布設(shè)管道的方式，使各樁基之間相互連通，為加快泥漿重復(fù)利用效率，在每個泥漿池安放一臺泥水分離機，同時將施工現(xiàn)場除了泥漿管道外的地方全部用水泥混凝土進行了硬化處理，最大限度的降低了鉆孔灌注樁因泥漿帶來的環(huán)境污染這一難題。

2.嚴(yán)格控制鉆孔垂直度

（1）超長灌注樁鉆進過程中，鉆桿擺動幅度的大小、鉆機底部不均勻沉降以及鉆進過程中同一層面遇到不同性質(zhì)的巖層造成鉆頭的不均勻進尺等都有可能造成鉆孔的傾斜，本項目超長樁設(shè)計樁頂標(biāo)高位于原地面-13m的位置，實際鉆進深度達到了108m，在鉆進過程中稍有傾斜就會造成樁孔的較大傾斜，本項目選擇FXZ-450型四動力大扭矩反循環(huán)回旋鉆機，對地面進行了硬化處理，從鉆機層面解決了地層不均勻沉降帶來的鉆孔垂直度偏差問題。

（2）為確保鉆孔垂直度符合規(guī)范要求，考慮到該樁位地質(zhì)復(fù)雜性，鉆機應(yīng)保持足夠的鉆壓力，成孔時采用了導(dǎo)向圈導(dǎo)向，并增加了配重，采取減壓鉆進，鉆機主吊鉤始終承受部分鉆具重力，孔底承受的鉆壓控制在不超過鉆具重力之和(扣除浮力)的80%。

（3）開始鉆進時，先輕壓慢鉆，待鉆頭正常工作后，調(diào)整壓力，當(dāng)進入密實砂層時，鉆進進尺逐步調(diào)慢，保持鉆機動力頭施加在鉆桿上的動力為恒壓動力，防止鉆桿變形。

（4）在鉆進時，經(jīng)常檢查鉆孔進尺和泥漿循環(huán)情況，認(rèn)真仔細(xì)觀察進尺和排水出渣的情況，排量減少或出水中含渣量較多時，就要控制鉆進速度，防止因循環(huán)泥漿相對密度大而中斷反循環(huán)。鉆孔鉆進速度可參照下表數(shù)據(jù)。

（5）本項目采用了智能化手段實時控制各項鉆進指標(biāo)，為控制鉆孔精度，本項目在鉆機上安裝了北斗定位灌注樁成孔信息化系統(tǒng)。借助北斗定位系統(tǒng)，實現(xiàn)了鉆機姿態(tài)自動調(diào)整與鉆機位置監(jiān)測，對成孔垂直度進行實時監(jiān)測并自動修正。通過智信息能化控制手段適時調(diào)整鉆進指標(biāo)，確保了鉆孔垂直度在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

表1 鉆孔鉆進指標(biāo)控制表

3.嚴(yán)防坍孔

由于超長灌注樁樁長較長加之復(fù)雜的地層條件，造成鉆孔各項控制指標(biāo)較為復(fù)雜，成孔時間較長，加之鉆進過程中需要多次加長鉆桿，無疑加重了對孔壁的擾動，成孔后清孔靜置時間較長等因素均會造成樁孔坍孔風(fēng)險，因此在成孔過程中防止坍孔成為了重點關(guān)注的內(nèi)容之一。

（1）鉆頭升降速度控制在0.75～0.80m/s,在粉砂層或亞砂土層中時，升降速度需要更加放緩進尺。泥漿初次注入時，垂直向樁孔中間進行注漿，并向孔內(nèi)補充適量泥漿，以穩(wěn)定孔內(nèi)水頭高度，防止孔內(nèi)水頭變化造成水壓失穩(wěn)導(dǎo)致坍孔的發(fā)生。

（2）接換鉆桿時，鉆頭不得碰撞孔壁，重新鉆進前,將鉆頭提離孔底0.2m～0.3m,且待泥漿循環(huán)正常后鉆進。

（3）確保泥漿各項指標(biāo)符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項指標(biāo)要求，為確保孔壁的穩(wěn)定性，間隔不超過6小時在泥漿孔處檢測一次泥漿指標(biāo)。

4.鋼筋籠安放精度和固定措施

在超長灌注樁的施工中，鋼筋籠的安裝精度和防上浮措施是必須要考慮的問題，鋼筋籠的安裝精度嚴(yán)重影響著樁基整體受力和樁身的質(zhì)量，本項目超長灌注樁鋼筋籠安放和固定采用了自主研發(fā)的鉆孔灌注樁輔助平臺和四角定位器兩種輔助設(shè)備，用以確保鋼筋籠安裝的精度和防止灌注過程中鋼筋籠上浮。

（1）灌注樁作業(yè)輔助平臺（見圖1），根據(jù)孔徑大小制作而成，由厚鋼板平臺和平臺四周的對稱可伸縮的用于吊掛鋼筋籠的四個掛鉤組成。灌注樁輔助平臺主要起到兩個作用，一是，固定鋼筋籠使其在灌注混凝土過程中不上浮，二是，為灌注作業(yè)人員提供平整安全的作業(yè)平臺。

圖1 灌注樁作業(yè)輔助平臺

（2）四角定位器（見圖2），采用鋁合金材料制作的一組兩個對稱四分之一鋼筋籠內(nèi)箍圈外徑相同的扇形支撐，根據(jù)鋼筋籠主筋直徑的大小選擇4根壁厚4mm的鋼管下部焊接套絲筒，長度視現(xiàn)場需要而定。

圖2 四角定位器

（3）當(dāng)鋼筋籠下放至孔口時，根據(jù)鋼筋根數(shù)將鋼筋籠四等份，將四根鋼管套筒與鋼筋籠主筋擰緊固定牢固，當(dāng)鋼筋籠下放至設(shè)計標(biāo)高時，將四角定位器套至四根鋼管上面并固定，用線繩將四個護樁對稱拉起，用吊車配合吊起鋼筋籠，人工調(diào)整將定位器中心與線繩十字交叉點重合后，調(diào)整灌注樁輔助作業(yè)平臺上的四根鋼筋籠吊掛裝置的伸出長度，將鋼筋籠固定到灌注樁輔助平臺上，將卡盤置于灌注樁輔助平臺后再進行導(dǎo)管下放工作，至此鋼筋籠對正固定完畢。

5.水下混凝土灌注控制要點

超長灌注樁的灌注較普通灌注樁要求的各項技術(shù)指標(biāo)更加嚴(yán)格，因為一旦在灌注過程中出現(xiàn)了不利情況就會給問題的解決到來較大困難，如果處置時間過長，就會導(dǎo)致混凝土結(jié)塊、初凝，帶來斷樁的風(fēng)險。所以，超長灌注樁的灌注對整個施工團隊是一個巨大挑戰(zhàn)。

（1）由于樁頂標(biāo)高位于原地面以下較深的位置，單從理論上計算很難確定混凝土需要灌注到的高度，為快速準(zhǔn)確地確定混凝土面是否已經(jīng)灌注到了設(shè)計標(biāo)高，本項目配備了混凝土超灌提醒儀，混凝土灌時，當(dāng)傳感器信息傳遞到地面設(shè)備黃燈報警時即提示需要降低混凝土的灌注速度，綠燈報警時，即混凝土澆筑至規(guī)定標(biāo)高，可停止混凝土灌注。

（2）通過嚴(yán)格計算控制首盤混凝土的灌注量，首批混凝土采用儲料斗澆筑，儲料斗容積大于初灌導(dǎo)管最低埋深混凝土體積一定富余系數(shù)，本項目按照儲料斗容積不小于導(dǎo)管初次埋深1.5m所需的混凝土方量進行設(shè)計。

（3）加強混凝土灌注過程中對混凝土面高度和灌注量的測量和記錄工作，從而預(yù)估導(dǎo)管埋，導(dǎo)管埋深應(yīng)控制在2～6m，在確保能將導(dǎo)管順利提升的前提下，根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當(dāng)放寬導(dǎo)管的埋深，最大埋深不超過9m。

（4）拆卸導(dǎo)管前，認(rèn)真測量混凝土面位置，確認(rèn)埋置深度安全后，方可提升導(dǎo)管拆卸，提升導(dǎo)管時，采用上下插拔的方式，確保導(dǎo)管周圍混凝土均勻密實，確保混凝土充盈系數(shù)不小于1.0。

三、超長灌注樁常見問題及預(yù)防措施

1.水塞和氣塞效應(yīng)導(dǎo)致堵管

（1）在超長灌注樁灌注過程中如果操作不慎將形成水塞效應(yīng)和氣塞效應(yīng)。導(dǎo)管接頭處密封不好或焊縫有砂眼而漏水較多,在灌注過程中容易產(chǎn)生水塞效應(yīng)，引起混凝土堵塞導(dǎo)管。如果混凝土卸料出口與漏斗之間落差較大，灌注速度較快，易將大量空氣帶入導(dǎo)管中產(chǎn)生高壓氣塞,形成氣塞效應(yīng)堵管，如果氣塞擠破導(dǎo)管焊縫或?qū)Ч軌|子，導(dǎo)致漏水則會引起水塞效應(yīng)而堵管。

（2）針對以上問題，必須提前做好預(yù)防措施。一旦由上述兩種原因造成堵管，只有拔出導(dǎo)管重新進行灌注，所以在混凝土灌注時必須嚴(yán)防以上問題的發(fā)生。

預(yù)防措施：

①應(yīng)通過計算確定導(dǎo)管所需承受的壓力，新導(dǎo)管在使用前必須通過水壓試驗檢測合格后方能使用，以檢驗導(dǎo)管連接部位的密封效果，不使用彎曲或不同心的導(dǎo)管。

②盡量采用直徑較大的導(dǎo)管，混凝土卸料口應(yīng)盡量貼近料斗，以防止落差過大將空氣帶入導(dǎo)管，混凝土灌注過程中應(yīng)經(jīng)常提動導(dǎo)管。

2.泥漿密度過大造成堵管

當(dāng)泥漿密度過大，混凝土灌注壓力小于導(dǎo)管外泥漿重力，導(dǎo)致混凝土頂升力不足造成混凝土被擠在導(dǎo)管中而堵管，若堵塞時間較長就會產(chǎn)生埋管的風(fēng)險。

預(yù)防措施：提高清孔質(zhì)量，通過試驗檢測泥漿各項指標(biāo)，待試驗檢測確認(rèn)泥漿各項指標(biāo)符合要求后方可進行灌注施工。

如果發(fā)生以上問題，可向孔內(nèi)加適量水稀釋泥漿，同時應(yīng)上下插拔抖動導(dǎo)管，盡量使孔內(nèi)泥漿稀釋均勻，從而使混凝土下落。

3.埋管

導(dǎo)管無法拔出稱為埋管。原因一般是導(dǎo)管埋入混凝土過深，導(dǎo)管內(nèi)外混凝土初凝使導(dǎo)管與混凝土的摩阻力過大，或提管過猛將導(dǎo)管拉斷。

預(yù)防方法：嚴(yán)格控制埋管深度不超過6米，最大不超過9米，經(jīng)常抖動導(dǎo)管，防止導(dǎo)管周圍混凝土過早初凝，首批混凝土摻入緩凝劑，加快灌注速度。導(dǎo)管接頭螺栓事先檢查是否牢固可靠，提升導(dǎo)管時不可猛拔。

發(fā)生以上問題時，初時可用吊車試拔，如仍拔不出，表層混凝土尚未初凝時，可另下一根導(dǎo)管，按處理漏水事故方法處理，再灌混凝土，如表面混凝土已初凝，則按斷樁處理。

四、結(jié)語

超長灌注樁群樁施工不確定性因素較多，在不同的施工階段易發(fā)生不可預(yù)見的問題，本文通過超長灌注樁群樁施工實例全面闡述了超長灌注樁施工中容易忽視和發(fā)生的問題，為后續(xù)超長灌注樁的施工提供了指導(dǎo)參考。