洺河渡槽冲击钻成孔及钢筋笼定位施工

2012-04-14杨镇生

水科学与工程技术 2012年4期

杨镇生

（南水北调河北省建管局，石家庄 050035）

桩基工程有着承载能力高、抗震性能好等优点。随着大直径钻孔灌注桩技术的发展和进步，其在水利工程的应用越来越普遍。由于桩基工程的不直观性、地层岩性差异大及工序环节多的特点，工程实践中常会由于桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥皮厚度、钢筋笼保护层等方面的质量偏差，造成灌注桩的完整性差和承载力不足等质量问题。据有关资料统计显示，我国桩基施工中出现质量缺陷的概率高达15%～20%，后期的补救处理不仅技术难度大且费用高。因此加强灌注桩施工工法和施工过程控制是保证质量的关键，本文结合冲击钻成孔和钢筋笼施工定位在洺河渡槽的施工实践，介绍有关保证桩位、桩径及钢筋笼定位的措施和方法。

1 工程概况

洺河渡槽是南水北调中线总干渠渠道建筑物，设计流量230m3/s，加大流量250m3/s，槽身段长640m，单跨长度40m，共16跨。上部结构为三槽一联带拉杆预应力钢筋混凝土矩形槽结构，墩身为实体重力墩，除15#、16#槽墩为扩大基础外，其余均采用灌注桩基础，承台下设两排灌注桩，每排7根，桩距和排距均4.2m，桩径1.7m（边墩1.5m）其中桩径1.7m的灌注桩182根，桩径1.5m的灌注桩28根，桩长13.5～54.5m。

洺河渡槽1#、2#槽墩上部壤土厚3.6～5.3m，中部卵石层厚约26.2m；3#～15#槽墩上部卵石层厚9.8～24.3m。1#～6#槽墩下伏基岩以二叠系砂岩为主，泥岩、砂岩交错沉积，基岩风化较强烈，局部发育有节理密集带，岩体较破碎，且强风化底界变化较大；7#～15#槽墩下伏基岩以二叠系泥岩为主，局部砂岩，弱风化岩芯多呈柱状，较完整坚硬，节理不发育。

2 冲击钻成孔

洺河渡槽灌注桩采用CZ-9型冲击钻成孔，主要使用管型空芯冲击钻头，孔底1.5m范围内采用十字型实芯冲击钻头，膨润土造浆护壁，二次清孔采用气举反循环工艺。根据《南水北调中线一期工程总干渠河北省邯邢段主体工程施工技术要求》（以下简称“施工技术要求”），钻孔成孔质量标准：孔中心位置允许偏差小于50mm，孔径不小于设计桩径，倾斜度不小于0.5%，沉渣厚度摩擦桩不大于150mm（端承桩不大于50mm）。

2.1 保护桩埋设

冲击钻成孔施工前，在完成桩孔中心线和孔径放样定位的基础上，为了后续成孔和钢筋笼定位需要，在桩基周边埋设4根准28钢钎保护桩，护桩位置不仅要考虑便于恢复桩位点，且尽量避免护桩遭到破坏。

2.2 护筒埋设

灌注桩埋设护筒具有桩孔定位、孔口保护、控制泥浆水位、桩顶标高控制以及防止沉渣回流等作用，同时也是保证钢筋笼位置准确的屏障。

洺河渡槽工程灌注桩护筒采用厚度10mm的A3钢板卷制而成，内径比桩径大40cm，单节高度2.0m，开设1个流溢口。护筒采用挖坑埋设，坑径比护筒直径大0.8～1m，埋置深度不小于2m，护筒底部和四周采用粘土夯打结实，护筒顶面高出地面40～60cm或高出施工时的河水位1m以上，护筒中心要保持与桩位中心重合（规范允许误差50mm，实际操作中要控制在20mm内），垂直线倾斜控制在0.5%埋置深度以内。

2.3 钻机定位

利用护桩检查桩孔的中心位置是否正确，然后调整钻架，使钻架上的起吊滑轮线、冲击锤中心和钻孔中心三者在同一铅垂线上，其偏差不得大于20mm。钻机安装要保证基础平台平整和结实，避免钻机在施工作业过程中发生倾斜、移位及沉陷。

成孔过程中，每钻进1～2m利用十字引线护桩方式进行校验，保持钢丝绳中心与桩位中心重合，以避免不偏孔。

2.4 钻头选择和直径控制

目前冲击钻头有管型空芯和“十字”实芯两种钻头，管型空芯钻头的不封闭和阶梯状的结构特点，不仅可减轻冲击对孔壁的冲刷破坏，利于保护孔壁，防止坍塌；且起到先掏小孔，紧接着扩孔，实现分级扩成孔，使得成孔圆整度、垂直度较好。综合工程区域砂卵石和中强风化地层岩性，及保证桩底平整的需要，除靠近孔底1.5m范围内采用十字型实芯冲击钻头，以上均采用管型空芯钻头成孔。

冲击成孔直径选取受钻头直径、钻机冲程、泥浆稠度和钻头摆动幅度等因素影响，洺河渡槽工程冲击钻采用管型空芯钻头，桩径1.7m的导正圈外径167cm，外加焊准28钢筋，当钢筋磨耗严重后及时进行补焊，从洺河渡槽210根灌注桩统计结果来看，充盈系数在1.16～1.25之间。

2.5 冲程控制

冲击频率38次/min，冲击钻钻孔开始时，采用0.4～0.6m低冲程开孔，防止孔位偏心、孔口坍塌，待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲击钻孔。钻进过程中经常注意地层变化，砂砾地层使用0.8～0.85m冲程，岩石地层冲程可适当减少。遇到倾斜软硬地层钻进时，采取低冲程钻进，及时填充块石进行纠偏。

3 钢筋笼加固和吊装

洺河渡槽钢筋笼长度14.6～55.6m不等，主筋采用准28，箍筋准10。施工技术要求钢筋笼制作和吊放允许偏差：骨架倾斜度±0.5%，骨架外径±10mm，骨架保护层±20mm，骨架中心位置20mm，骨架顶端高程±20mm，骨架底面高程±30mm。

3.1 钢筋笼加固

钢筋笼加工除符合设计要求外，应满足在制作、运输和吊装过程中钢筋笼顺直和不变形的要求，因此必须采取适当的加固措施。

为便于起吊，对于较长钢筋笼骨架采取分节制作，其中最长钢筋笼分3节制作，单节长度18.5m。沿纵向自承台底以上10cm向下间隔2m设置一道环形准25加强箍筋，加强箍筋接头采用双面焊接，同时加强筋处设置“十字”临时内支撑（吊放钢筋笼过程中拆除），支撑采用准25钢筋，下层钢筋笼底端主筋对齐，收口并加焊加强箍筋，以防止浇筑导管挂到钢筋笼引起钢筋笼上浮。

3.2 钢筋笼吊装固定

在以往钢筋笼吊装实践中，常会出现钢筋笼擦碰桩孔孔壁、钢筋嵌入孔壁及很难保证钢筋笼整体顺直现象，在洺河渡槽工程钢筋笼吊装环节采用了护筒内挂“壁杆”措施。在钢筋笼吊装前，均匀沿护筒内壁悬挂6根准48的钢管，钢管长6m，其上端通过焊接挂钩固定到护筒上，从实践效果来看，在壁杆挤靠加之“耳朵”型保护层定位钢筋作用，控制住了钢筋笼在钻孔内的位置并保持其垂直。另外，在钢筋笼顶端设4根准28定位吊筋，其长度根据测定的孔口标高确定，端部弯制成吊环，通过槽钢和枕木固定到护筒上，可防止掉笼和上浮。

钢筋笼精确定位采用用吊线坠来实现，在安装完钢筋笼后，抽孔内泥浆漏出钢筋笼顶面，在钢筋笼顶端挂“十”字线，用线坠来校核钢筋笼中心与桩位的中心是否重合，否则用大锤或钢管撬动钢筋笼。当钢筋笼顶面至泥浆的上面距离较大时，采取在4根活吊筋上增设加强筋的方法，避免抽泥浆造成塌方。

3.3 钢筋笼保护层控制

目前经常使用绑扎混凝土方块（或塑料块）、滚轮垫块及钢筋笼外焊“耳朵”定位钢筋3种方法，前两种存在吊装期间脱落破损和固定困难的弊端，外焊“耳朵”型钢筋易嵌入孔壁泥土中。

工程采用主筋上外焊“耳朵”型钢筋，用准25mm钢筋弯制而成，长59cm，高4.95cm（混凝土保护层6.5cm），为防止保护层定位钢筋进入孔壁泥土中，采取加密方式，沿钢筋笼每2m设一道，横截面上布置8个“耳朵”型钢筋，相邻两道错位布置（约22.5°），焊接到纵向主筋上。从试桩及外漏桩头效果来看，钢筋保护层基本能够得到保证。

4 混凝土浇筑

灌注桩灌注过程中钢筋笼上浮现象时有发生，除控制混凝土拌合物特性外，控制好钢筋笼底端段浇筑速度及导管埋深是关键。灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇筑标高及导管埋深，混凝土面接近和进入骨架时，保持埋管2～4m，徐徐灌入混凝土，以减少混凝土出导管口的向上冲击力；当孔口混凝土面进入骨架4m后，提升导管高于骨架底部2m以上，以增加管口以下钢筋骨架的埋深，从而增加混凝土对钢筋的握裹力。