南水北调中线干线漕河渡槽工程灌注桩施工

2012-06-30杨惠芳

东北水利水电 2012年5期

杨惠芳

（中国水利水电第四工程局有限公司第二分局工程管理部，河北涿州 072750）

1 工程概述

南水北调中线总干渠漕河渡槽段，是南水北调中线京石段应急供水工程的重要组成部分，工程位于河北省保定市满城县境内。漕河渡槽设计流量125 m3/s，加大流量150 m3/s。漕河渡槽工程的第Ⅱ标段，全长1013.4 m，由进口段、连接段、槽身段（包括落地矩形槽段、20 m跨多侧墙槽段）组成。

漕身20 m跨多侧墙渡槽段长710 m，为预应力混凝土结构。基础为扩大基础和端承桩两种形式，端承桩设8根桩基，桩长在20～50 m之间，桩径150 cm，设计要求端承桩伸入弱风化岩石50 cm，桩基总工程量为208根。

2 施工技术方案

该标段大直径灌注桩，其基岩风化带厚薄不均，基岩上部存在局部发育的溶洞及溶隙。卵石层、基岩与覆盖层接触带及基岩中漏浆、漏水严重。该段岩层力学指标离差较大，从而对适用钻机要求高，对配套钻具的规格与种类及互换性等也有更高的要求。

根据设计要求及岩土工程地质资料，结合设备特点和工程经验综合考虑，灌注桩施工采用GZ-6、GZ-8型，冲击钻冲击成孔,黏土泥浆护壁，水下浇筑混凝土的施工工艺。

施工前孔口埋设1.5 m护筒护壁，护筒直径1.80 m，冲击钻在不同的地层中采用不同的钻具,壤土、黏土层，使用环刀式抽筒钻头,砾石、卵石层及基岩等，较坚硬的地层使用十字钻头;达到预定深度后，清孔以掏渣抽筒清渣换浆，泥浆比重为1.1～1.2时停止清孔,保证泥浆面至地面以下1 m为止,防止上部塌孔,最后利用导管进行水下混凝土浇筑。

3 灌注桩施工工艺及技术要求

3.1 灌注桩施工工艺流程

其主要施工工艺流程为：平整场地→测定孔位→埋设护筒→钻机就位→钻进成孔→提钻→第一次清孔→检孔→制作钢筋笼→吊放钢筋笼→下导管→第二次清孔→水下混凝土灌注→起拔导管→成桩。

3.2 灌注桩施工技术要求

1）桩基工程施工前，应按施工图纸的规定和监理人的指示，进行成孔或成桩试验，以检验有关参数和工艺；成孔和成桩设备安装就位应平整和稳固，并配备观测孔深和孔斜的装置。

2）质量检查记录和报表：灌注桩施工应有完整的施工记录。

3）埋设护筒。钢板护筒内径比桩径大200～400 mm，护筒埋入自然地面以下2～4 m，护筒高出地面0.4～0.6 m或水面1.0～2.0 m，上部开设溢浆孔，外围用黏土夯实，测定护筒标高的误差不大于10 mm。确保护筒埋设位置准确，其中心应与桩中心重合，偏差小于50 mm，垂直线倾斜不大于0.5%。泥浆护壁钻孔钻进期间，护筒内泥浆应高出得下水面1.0 m以上；在受水位涨落影响时，应加高护筒内泥浆至最高水位1.5 m以上。钻进过程应不断置换泥浆，并保持浆液面稳定。

4）钻机安装后，底座和顶端应平稳，在钻进中不应产生位移或沉陷，否则应及时处理。开钻时均应慢速钻进，待导向部位或钻头全部进入地层后，方可加速钻进。

采用正、反循环钻机（含潜水钻）均应采用减压钻进，在钻孔排渣、提钻头除土或因故停钻时，应保持孔内水位和泥浆相对密度。处理孔内水位和泥浆相对密队和黏度。处理孔内事故或因故停钻时，必须将钻头提出孔外。

5）造孔时采用隔孔跳跃式流水作业，保证安全距离不小于4倍桩径，以防止对临桩的影响。造孔时，要随时纠偏，如产生斜孔、塌孔，立即停钻，采取措施，稳定孔壁后再继续钻进。

6）钻机作业就分班连续进行,填写的钻孔施工记录,交接班时应交待钻进情况及下一班应该注意的事项。应注意对钻孔泥浆进行监测和试验，不合要求时，应随时改正。应该经常注意地层变化，在地层变化处均应捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。

7）成孔检查，定时检查泥浆护壁钻孔的孔位、孔径、孔深、孔斜；对于端承桩，桩端应深入弱风化50 cm。弱风化岩面及终孔建基面，必须经监理人员、设用计代理人确认，并填写隐检报告，经施工质检人员、监理人、设计方地质工程师，三方人员签认后，进行下道工序。

4 混凝土

4.1 混凝土的制备

1）基于该工程工期紧、混凝土用量大、日用量强度高、混凝土质量要求高等特点，工程全部灌注桩桩身混凝土均采用现场搅拌。

根据最大混凝土浇筑量和浇筑时间，在混凝土运输能力满足搅拌站出料能力的前提下，控制每根桩的灌注时间不大于2 h，浇筑强度要求搅拌系统小时生产能力为35 m3，实际选配海诺HZS90搅拌站，理论生产能力90 m3/h。

2）原材料、配合比、坍落度。采用二级配混凝土，425号太行普通硅酸盐水泥，骨料应合理级配，粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4，且应小于40 mm。为改善混凝土的和易性和缓凝，水下混凝土宜掺外加剂。坍落度宜控制在18～22 cm之间。施工中要加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。配合比应通过实验室确定并在现场根据实际调整。整个混凝土生产系统必须保证混凝土供应的连续和充足。该工程采用混凝土配合比如下表1。

表1 混凝土配合比

4.2 混凝土的运输

为保证混凝土运至孔口时具有良好的和易性，该工程采用6 m3混凝土搅拌运输车。

4.3 灌注桩混凝土浇筑

混凝土浇筑是钻孔灌注桩的关键工序之一，浇筑质量的好与坏直接决定桩身质量。

混凝土浇筑：开始浇筑前，应先检查孔底沉渣厚度，不合要求时应重新清孔，符合规定并经监理下达浇筑令后半小时内必须灌注混凝土。浇筑时，应保证导管底部距孔底0.3～0.5 m，且应保证混凝土的储备量，使导管底第一次埋入混凝土面以下0.8 m以上；为保证导管埋深为2～6 m，应定时测量混凝土面上升情况，专人测量专人记录；测绳应经常校核；浇筑的桩顶标高不得偏低；拆管前必须测量导管在混凝土内埋深，计算准确后方可进行拆管工作；混凝土浇筑结束后，最终导管起拔应缓缓上提，拔出混凝土面时应反复插，避免过快，以防桩头空洞及夹泥。桩头混凝土灌注超浇量应满足合同技术条件，以确保桩顶混凝土标号符合设计要求；当导管内混凝土面不满时应徐徐灌入混凝土，以防止桩体内混凝土疏松；当混凝土面上升顶托钢筋笼时，应放慢灌注速度，适当控制导管埋深，防止钢筋笼上浮。

5 施工预防处理措施

5.1 孔斜

1）原因分析。冲击钻钻进速度过快；钻具在钻进中遇到孤石、块石等障碍物；钻机操作手操作不熟练。

2）预防处理措施。严格控制钻进速度在合理的范围，避免钻具下放时快时慢；遇到孤石、块石时，采取孔内表面定向聚能爆破处理；选择熟练的设备操作手。

5.2 塌孔

1）原因分析：孔内漏浆严重，浆面水头不能保持；钻具的冲程过大或过小。

2）预防处理措施：施工中注意孔内水头，发现漏浆采取往孔内投放黏土，加高泥浆水头等措施；钻具在不同的地层采取不同的冲程，塌孔较严重时，采用吸泥设备吸走埋钻的泥砂，提钻回填黏土。

5.3 梅花孔和卡钻

1）防止梅花孔的措施。改善泥浆的性能，及时捞渣，减少钻渣等对钻具的回转阻力，经常检查绳卡的灵活性。

2）卡钻的原因。孔口掉入块石等物；孔内壁有孤石、块石等障碍物。处理采取交替紧绳、松绳上下窜动的方法，切不可硬提猛拉，必要时使用打捞工具辅助，处理无效时，可采用小直径钻头把塞物捣碎或挤入孔壁内。

5.4 浇筑堵管

1）原因分析。隔水塞不符合要求，直径过大或过小；隔水塞遇物卡住，或导管连接不直，变形而使隔水塞卡住；混凝土坍落度过小或混凝土搅拌不匀，严重离析；导管漏水，混凝土被水浸稀释，粗骨料和水泥砂浆分离；灌注时间过长，表层混凝土已过初凝时间，开始硬化；或混凝土在管内停留时间过长而失去流动性。

2）预防处理措施。若为隔水塞卡在管内，在深度不大时，可用长杆冲捣；或在允许的范围内，反复提升导管振冲；如不能清除则应提起和拆开导管，取出不合格隔水塞。检查导管连接部位和变形情况，重新组装导管入孔，安放合格的隔水塞。不合格混凝土造成的堵管，可通过反复提升漏斗导管来消除，或在导管顶部安装激振装置，不断振动导管来解除。

5.5 断桩

1）原因分析。因测深不准或操作不当造成提升导管过高，以致底部脱离混凝土层面；出现堵管而未能及时排除；灌注中断过久，表层混凝土失去流动性，而继续灌注的混凝土顶破表层而上升，将有浮浆泥渣的表层覆盖包裹，形成断桩；灌入的混凝土质量低劣。

2）预防处理措施。对断桩应以预防为主。灌注前要对各作业环节认真检查，指定有效的预防措施。灌注中，严格遵守操作规程，保证灌注作业连续紧凑，重视混凝土面的准确探测，绘制混凝土灌注曲线，正确指导导管的提升，提升应匀速平稳，控制灌注时间在适当的范围内。如灌入混凝土量不够，应先将已灌混凝土清除再下入导管重新灌注。若灌入量较多，可按前述打小孔的方法处理。断桩位置较深，断桩承受荷载不大时，可采取钻孔至断桩部位先清洗再钻孔压浆补救，断桩承受荷载较大时，可采取插入钢筋束灌浆制作锚固桩的措施。断桩位置较浅或处于地下水位以上可将清除断桩以上混凝土，支模重新浇筑成桩。

6 成桩检验

灌注桩施工结束后28 d，对成桩进行以下项目的检验和检测，并将检验和检测的成果报送监理人。灌注桩的每一种配合比均取样制模，每台班至少取一组样，每组3块。漕河桩基C25F50混凝土共检测216组，平均抗压强度36.5 MPa，最大值46.5 MPa，最小值 26.1 MPa，离差系数为 0.11，强度保证率为99.4%,检测结果合格；抗冻检测 1组，检测结果合格。

低应变动测桩身完整性，抽测数不少于总桩数的20%，共抽检44根，全部为Ⅰ类桩，满足设计要求；单桩竖向抗压静载试验：选取监理指定的桩进行，试验过程严格按照相关规范规定进行，结果3根试验桩的单桩竖向抗压极限承载力，均大于13000 kN，符合设计要求。