大直径深长灌注桩旋挖成孔施工的质量监控

2014-04-15周志贞

建设监理 2014年5期

周志贞

（南京苏宁建设监理有限公司，江苏南京 210004）

1 工程概况

扬州新建万福大桥自万福闸以南 240 m 处跨越廖家沟，总长 664 m，东西桥头堡建筑总高度 109 m。大桥总体风格为亭台楼阁，模仿园林景廊设计，把建筑和桥梁完美地结合在一起，是扬州市首座双层大桥，主桥宽 30.5 m，上层为车行桥，下层为非机动车及人行桥，实现人车分离。

大桥的主跨为双塔自锚式悬索桥，7 号和 8 号主塔的墩桩基各采用 68 根 φ2.2 m 钻孔灌注桩，桩长 85 m，桩底标高－93.321 m，桩中心距 5.5 m，持力层为全风化的(5)3 砂岩(K)。主墩承台平面尺寸 49.3 m(顺桥向)×65.5 m(横桥向)，呈哑铃型布置。边墩和引桥水中墩桩基采用 φ1.5 m 钻孔灌注桩，桩长 70 m，计 112 根。钻孔桩均采用水下 C35 商品混凝土和泥浆护壁旋挖钻机成孔施工工艺。本工程总造价 6.38亿元，总工期 630 d。

2 前期准备质量控制

2.1 认真研读工程地质勘察报告，弄清地质分布情况

熟悉设计图纸，明确桩型、桩长、桩径、桩底和桩顶标高、桩身混凝土强度等级、桩嵌入承台高度等设计指标作为质量控制的依据。

2.2 组织施工方查勘现场，摸清障碍物情况

2.1.1 废弃电线杆及基础的处理

经现场查勘，8 号主墩水域内有一废弃的高压线电线杆。电线杆由两根直径 40 cm 的水泥杆组成，水下基础为毛石混凝土，平面尺寸为 10 m×6.6 m。对该类障碍物一般采用浮吊将电线杆拔出(埋入较浅)、水上镐机破除、水下爆破的方法处理。本工程由于电线杆埋入较深且有毛石基础，因此采用水上镐机破除法。先用挖土机清除毛石混凝土基础表层的沉积土；再将基础四周的土挖出一圈至基础底标高，将基础四周和河床分隔开；再用水上镐机将毛石混凝土破碎至基础底层，用浮吊将电线杆从土中拔出。破除的石块和渣土及时用泥浆船运至弃渣场。

2.1.2 南侧高压线的处理

本工程 8 号主墩南侧有 35 kV 高压线。该线路为万福水源厂备用电源，经测量该高压线距 8 号主墩南侧的水平距离约 15 m，位于主墩塔吊作业半径范围内，且搭设钻孔桩施工平台利用浮吊插打平台钢管桩时，浮吊离高压线距离很近。为了保证施工的安全，原计划将该高压线拆除，但从办理相关手续到高压线拆除需 2～3 个月时间，将会严重制约工程的进度。后采取将该备用电源临时改为冷备用状态即临时停电的措施，以保障施工安全。

2.3 召开施工现场交底会

组织建设、施工、通讯、燃气、广电网络等单位召开施工现场规划红线及毗邻区域范围管线交底会，对施工方进行交底，确认上述范围内无地下管线。

2.4 明确桩基检测要求

组织建设、质监、设计、施工、桩基检测等相关单位商讨明确桩基检测要求。本工程采用超声波法进行单桩完整性检测，采用自平衡法进行承载力检测；取消了原设计要求的高应变检测要求，增加了自平衡检测的数量。

2.5 编制监理实施细则和旁站监理方案，组织召开监理工作交底会

编制监理实施细则和旁站监理方案，组织召开监理工作交底会。明确监理工作程序、质量控制要求、报验程序、停歇报验点、施工过程记录表格及资料申报要求等。审查钻孔桩专项施工方案，组织专家论证，要求采取隔孔施工。

2.6 明确桩基检验批的划分

依据 CJJ 2—2008《城市桥梁工程施工与质量验收规范》，以单桩为检验批，实行“一桩一验”。审查单桩混凝土试块制作计划。本工程主墩单桩制作试块 6 组；制作部位分别为桩底最下部 20 m 制作 2 组，然后向上每隔 20 m 制作1 组，以保证试块的代表性。

2.7 检查钢筋笼制作场地

检查钢筋笼制作场地的标高和平整度。本工程钢筋笼采用长线法制作，单节钢筋笼长度达到 24 m。如果场地不平整或胎架与垫木高度不一致，就会导致钢筋笼制作或存放时的变形。因此严格控制场地标高和平整度，对控制钢筋笼变形很重要。

2.8 检查验收导管抗拉拔试验和水密性试验

检查验收导管抗拉拔试验和水密性试验，严禁用压气试压。进行水密性试验的水压不应小于孔内水深 1.3 倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受混凝土时最大内压力 P 的1.3 倍。可按公式 P=rchc－rwHw计算。对导管进行拼装编号，记录每节长度和总长度，验收合格后在验收记录上签认。

2.9 加强对原材料的质量控制

所有原材料必须按规定抽样检测合格后方可使用。应通过做试验确定混凝土的初凝时间，以控制钻孔桩混凝土的灌注时间不超过首灌混凝土的初凝时间。混凝土的初凝时间不应少于正常运输和灌注时间之和的 2 倍，且不应少于 8 h。

2.10 复核复测工作

复核施工测量控制网。依据轴线控制桩和水准基点，复测桩位轴线、护筒顶标高和钻孔平台标高等。

2.11 及时观测河道水位

因桩基施工正值枯水期，监理进场后应及时观测河道水位。经观测，河道水位的标高在涨潮期高水位 +3.1 m，落潮期低水位－0.24 m。8 号主墩四周水深 20 cm～40 cm，东侧部分河床露出，船只无法航行。因此提出如下解决措施。

(1)对主墩处河道采用反铲挖泥船开挖疏浚。开挖宽 20 m，靠平台处 30 m，深 1.8 m，采用自航运泥船运泥至抛土区抛卸，以满足船只的正常航行和钻渣能得到及时外运。

(2)主桥边墩和引桥水中墩采用筑岛法施工。在现有河堤边坡上修筑便道，通过便道运送砖渣填筑水中便道，然后在墩位处筑岛，水中便道及岛面顶层填筑硬质骨料以便行车，桩位处用好土回填压实，以避免钻机沉降及方便护筒插打。

2.12 桩的试成孔工作

要求施工方在 7 号和 8 号主墩各选 1 根桩进行试成孔并且进行首件总结，以取得相关工艺技术参数，验证地质勘察资料和施工方案的可行性，为后续施工总结经验。

3 施工过程的质量控制

3.1 钢护筒插打的质量控制

钢护筒在钻孔桩施工中能起到：高水位时固定孔位保证正常施工、用作钻孔储浆循环设施、用作结构受力的一部分、保护钻孔桩孔壁以防止塌孔、提高孔内水位等的作用。因此监理应重视控制钢护筒的施工质量。

(1)检查钢护筒钢板原材料的出厂合格证、检验报告等质保资料。

(2)检查钢护筒的加工制作质量是否达到要求。本工程钢护筒内径 2.4 m，壁厚 18 mm，每根护筒长度 23.4 m。为了保证主塔桩基在地震作用下满足抗弯剪要求，设计要求钢护筒作为永久结构，保留承台底面以下部分并利用承台底面以上100 mm，护筒顶周围焊接锚固钢筋锚入承台内。监理应检查钢护筒的几何尺寸和焊接质量。焊接应采用坡口焊，焊缝应饱满，不得有裂纹、气泡、夹渣等缺陷。护筒外壁沿焊缝周圈平均设置 6 块加劲钢板，内壁在上下端采用角铁设置十字对撑，以防钢护筒在起吊时变形。

(3)测量复核导向架的定位。为了保证钢护筒的定位准确以及在插打过程中不发生偏斜，监理应要求施工方使用导向架作为钢护筒插打的辅助设施；监理应复核导向架的加工尺寸，安装水平度及定位轴线等，导向架的中心线应与护筒、桩位中心线一致。导向架上的导向限位装置采用滑轮，不得采用角铁，以防护筒插打过程中角铁扭曲变形，造成护筒偏位、偏斜起不到导向作用。

(4)护筒就位后，监理应复测护筒中心线是否与桩位中心线一致，保证护筒定位平面偏差小于 50 mm，并用 2 m 靠尺或线锤测量护筒竖直方向的倾斜度，以相对成 90° 方向倾斜度不超过 1% 进行控制。

(5)护筒插打时，监理应跟踪监控护筒在插打过程中的倾斜度、变形及下沉情况。当无法下沉时，应要求施工方按预案处理，不得强制下沉，以免造成护筒严重变形。本工程开始使用 DZJ150 型振动打桩锤，护筒沉入速度较慢，插打困难；后换用 DZJ200 型振动锤，以增大振动锤的激振力保证护筒顺利沉入到设计标高。当插打护筒至 8 号主墩南侧时又出现了护筒插打 2 m～3 m 就无法下沉的现象。通过与地质资料的对比，该位置处于硬塑黏土层，土质较硬，难以沉入。经监理组织各方商讨，决定采用旋挖钻机先掏挖土然后护筒跟进的方法完成护筒插打，即：当护筒沉入 2 m～3 m 打不动时，先用旋挖钻机掏挖护筒内土方，以减小护筒内壁与土的挤压力和摩擦力，掏挖至设计底标高 3 m～4 m 时停止；再用振动锤将护筒沉入至设计底标高以保证护筒底部与外侧土体密实，防止漏浆。该法很好地解决了硬土层中护筒插打困难的问题，顺利地将护筒打至设计深度；同时，既减小了对万福闸水工建筑物及周边民宅的振动影响，又降低了噪音，减小了对周边环境的影响。

(6)护筒插打至设计深度后，监理应再次复核护筒中心的位置及顶标高。与设计规范要求不符时，应及时要求施工方按规定处理，以免影响钻孔桩施工。

3.2 泥浆制备质量控制

泥浆在钻孔过程中起到平衡土压力、悬浮渣土，并在孔壁形成泥皮隔断孔内外渗流、防止塌孔等作用。监理要加强对泥浆质量的检查，监督施工方严格科学地控制泥浆指标。

3.2.1 泥浆池的位置

检查泥浆池的位置是否合理，泥浆池容积能否满足施工要求。泥浆池的容积一般按桩孔体积的 3 倍考虑。本工程在两岸大堤上各设 1 座 1 000 m3泥浆池；池体开挖平面尺寸20 m×25 m，深度 2 m。

3.2.2 沉淀池的设置

要求施工方必须单独设置足够容量的沉淀池。因本工程下部土质主要为粉质，且存有 18 m～27 m 厚不等的粉砂层，钻孔钻至该层时泥浆中含砂率较大。虽采用除砂器除砂，但泥浆中仍含有大量的砂粒。由于沉淀池容量不足，泥浆中的砂粒经沉淀后很快就将沉淀池和泥浆池填满，造成钻孔过程中泥浆供应不足和泥浆质量不达标，影响了成孔。针对该问题，监理要求施工方采取措施将造浆池作为沉淀池，在其旁重新开挖造浆池，使沉淀的泥砂及时得到挖除和外运，以保证泥浆的循环利用。

3.2.3 泥浆的控制

因本桥下部土质为粉质，钻进过程中易产生大量泥砂，如泥浆性能控制不好，泥浆循环不及时，则易使孔内泥浆含砂率、比重、黏度超标，一方面大大降低钻进速度，另一方面增加孔壁泥皮厚度，从而降低桩侧摩擦力，而且增加泥浆沉淀速率，成孔后清孔时间大大增加，因此要求施工方采用优质膨润土造浆。为使孔壁土表面形成薄膜防止孔壁剥落，降低失水量，提高黏度，掺入膨润土量 0.1% 的纤维素；同时为增大泥浆 PH 值，加速膨润土颗粒的分散，增强土的水化作用，提高泥浆的胶体率和稳定性，掺入膨润土量 0.4% 的纯碱。泥浆应充分搅拌不少于 10 min，搅拌好的新鲜泥浆应在泥浆池中水化分解 24 h 后再使用，放置期间用污水泵不停进行池内循环。钻进时加强泥浆检测，保证泥浆沉淀、循环、补浆系统的畅通。

3.2.4 建立泥浆质量检查制度

每隔 4 h 检测一次泥浆指标并做好记录；发现指标不符合要求时，及时要求调整。

3.3 成孔质量控制

3.3.1 采用不同的钻进参数

钻孔过程中应根据不同的土层情况采用不同的钻进参数，钻进时不能进尺太快以保证有充足的护壁时间。黏土层可适当加快钻进速度，每钻进尺深度控制在 60 cm；粉砂层应放慢钻进速度，每钻进尺深度控制在 40 cm，进尺速度控制在 3 m/h 内，并增加钻机空钻循环圈数，以加强护壁效果。软硬土层交界处应进行二次复钻扫孔，防止产生孔斜。粉砂层中钻机下钻和提钻时要均匀缓慢，防止孔内产生负压造成塌孔，钻斗升降速度控制在 0.5 m/s。要及时和足量地补充泥浆，严格控制护筒内泥浆液面始终高出施工水位不小于 2 m，以增加孔内静水压力，保证护壁稳定性，防止塌孔。

3.3.2 对钻渣作取样分析

在土层变化处应对钻渣作取样分析，核对地质资料；不符时应按预案处理。本工程 7 号墩南侧有 8 根桩位于旧河堤处，有较多块石，换用锥螺旋钻头将其钻出。

3.3.3 调整泥浆性能指标

旋挖钻孔护壁泥浆为静态泥浆，主要起护壁和固孔作用。泥浆过稠，则影响钻进速度；泥浆过稀，则孔壁易塌孔；泥浆含砂率大，则孔底沉渣太厚。钻进时应根据钻头提土情况判断土层结构，及时合理地调整泥浆性能指标。

3.3.4 成孔垂直度

SR360 型旋挖钻机带有自动进尺显示和钻杆垂直度显示，其自动调整钻杆垂直度功能，保证了成孔的垂直度，确保成孔质量。

3.3.5 采取2次扩孔法成孔

经常检查钻头直径，以防过多的磨损减小桩径。由于钻孔平台高、钻孔深度达到 100 m，对泥岩和砂岩层采取 2 次扩孔法成孔：先用 φ1.5 m 小钻头钻进，再用 φ2.2 m 钻头钻进。

3.3.6 护筒内壁土体清理

在护筒全长范围内钻进时，应在钻头上焊钢丝刷。通过钢丝刷将护筒内壁上的土体清理干净，确保护筒内壁与桩身混凝土密切结合，保证内壁的摩擦力且不漏水。护筒内壁扫刷的长度控制在扫刷范围内，避免护筒底土层冲刷掏空，引起护筒下沉偏斜。

3.3.7 清孔质量控制

钻孔达到设计标高经终孔检查以后立即进行清孔，除去孔底沉淀的钻渣和更换泥浆。清孔采用换浆法，用泥浆泵向孔内注入性能良好的泥浆，以正循环法带出钻渣至孔底沉渣厚度和泥浆性能达到标准为止。不得以加深孔深来替代清孔。

3.3.8 终孔验收

清孔完毕后应验孔。孔径及孔形采用检孔器检查，孔深和孔底沉渣厚度用测绳检测。验收合格后，方可进行下钢筋笼作业。

3.4 钢筋笼制作及安放质量控制

每根桩钢筋笼制作好后监理均应按设计构造详图验收，即“一桩一验”。

3.4.1 钢筋设计要求的检查

检查钢筋的规格、级别、数量、间距、位置、长度等是否符合设计要求。钢筋笼内侧每 2 m 设 1 道 φ28 加强箍筋，加强箍筋应与主筋垂直布置并焊接牢固；吊点部位应采用短钢筋加强，以防起吊钢筋笼时脱落、变形造成事故。箍筋电弧焊焊接接头的焊缝长度单面焊为 10 d(d 为箍筋直径)，焊渣应清理干净；焊缝应连续饱满，不得有裂纹等缺陷，与主筋垂直布置点焊牢固。下部螺旋箍筋应与主筋的每点绑扎牢固；扎丝的丝头应弯向笼内，不得进入混凝土保护层内；混凝土保护层定位钢筋应按设计要求沿钢筋笼外侧周边均匀布置 4 根，每隔 2 m 布置 1 层，焊接在主筋上，高度 75 mm。

3.4.2 钢筋笼设计要求的复核

用钢尺测量每节钢筋笼的长度并计算出总长度，与设计要求复核。因钢筋笼较长，达到 86.653 m，需分段预制，各段钢筋笼之间的主筋采用滚扎直螺纹机械连接，接头断面之间距离应不小于 35 d(d 为主筋直径)，且同一断面主筋接头面积不得超过该截面全部主筋面积的 50%(当为Ⅰ级接头时可不受该限制)。注意箍筋不得焊接在套筒上。

3.4.3 钢筋笼吊装专项安全施工方案的编制和报批

钢筋笼吊装应编制专项安全施工方案上报监理审批。监理应审查吊机的选型并对吊机的吊装能力、钢筋笼吊具、吊点等进行计算复核。为了保证钢筋笼起吊不变形，钢筋笼内侧应按设计要求，每隔 2 m 设置 φ28 三角形内支撑与加强箍筋焊接牢固。为了保证钢筋笼安放入孔时接头能正确对应连接，在防雷接地通长主筋(设计要求每根桩选择 1 根通长主筋作为防雷接地钢筋，主筋接头处采用条焊加强)的端部用白漆标明记号，保证准确对接。

3.4.4 检查钢筋笼吊放入孔时的各项连接质量

钢筋笼按编号逐节吊放入孔时，监理应注意检查直螺纹接头的连接质量；检查连接部位箍筋的间以及与主筋绑扎的牢固程度，必要时要求点焊加强；防雷接地焊接质量应符合规范要求，焊渣应清理干净。下放声测管时，应采用 φ10钢筋制作成 S 钩，一端钩在加强箍上，一端钩在声测管下口以防声测管掉入桩孔内。必须对每节声测管进行注水检验，如果水面下降则应要求对已安装的声测管进行更换。为了缩短工期，便于及时进行桩基超声波检测后穿插施工桩端后压浆，采用附笼将声测管伸至钻孔平台下口与护筒顶标高相同。附笼由施工方编制加工制作详图，经监理审核后报设计复核确认。

3.4.5 钢筋笼的固定

钢筋笼安放至设计深度后用 4 根 φ32 mm 吊筋固定在钻孔平台上的槽钢上，防止钢筋笼脱落和灌注混凝土时上浮。吊筋的长度应根据设计钢筋笼顶标高精确计算确定。监理应测量吊筋的长度，核算并控制钢筋笼顶标高符合设计要求。

3.5 混凝土灌注质量控制

3.5.1 沉渣厚度的控制

在相同地质及成桩条件下，桩底沉渣厚度越大，则桩顶沉降量越大、单桩极限承载力越低。所以，必须要严格控制沉渣厚度，以达到满足承载力的要求。影响桩端沉渣厚度的因素主要是清孔方式。清孔是为了降低孔底沉渣厚度，解除孔壁侧向应力和减少侧向松弛。钢筋笼下放至设计深度后，应及时下放导管采用正循环换浆法进行二次清孔，以使在混凝土灌注前孔底沉渣厚度和泥浆性能指标符合要求，保证混凝土成桩的质量。

3.5.2 混凝土首灌质量的控制

(1)首批混凝土灌注应在二次清孔结束后 30 min 内进行，其数量应能满足导管首次埋置深度 1 m 和填充导管底部的需要。监理应按公式 V=πD2(H1+H2)/4+πd2h1/4，核算混凝土的首灌量。由于孔径不均匀，以上式计算出首灌量后，需根据孔内情况适当增大混凝土量。经计算混凝土首灌量为 8.2 m3，混凝土储料斗的容量应能满足该要求。

(2)在混凝土首灌前，应检查混凝土配合比等质保资料，注意检查混凝土的初凝时间，以控制水下混凝土灌注时间不超过首批混凝土的初凝时间。

(3)对混凝土浇筑进行全过程旁站监理并逐车对混凝土塌落度进行实测。混凝土塌落度必须符合 180 mm～220 mm 的要求，以保证混凝土的和易性、流动性，不产生离析。首批混凝土浇灌后，混凝土应连续灌注，不得中断。

3.5.3 混凝土灌注过程质量的控制

(1)混凝土灌注过程中，为防止河水高涨时护筒内水头不足造成孔壁坍塌，应始终保持孔内水头高度。

(2)在混凝土灌注过程中，旁站监理人员应经常探测桩孔内混凝土面的实际位置，计算混凝土上升高度以及导管下口与混凝土面的相对位置。要及时拆卸导管，使导管埋深控制在 2 m～6 m 之间；导管的埋深不宜过小，否则当灌注前灌注深度较大时，新灌注的混凝土有可能冲破首批混凝土冒到其上面，将泥浆沉淀物裹入桩中，形成夹层而导致断桩。而在灌注后期，首批混凝土表面的泥浆沉淀增厚，有时还夹有少量坍土。若导管埋深太小，特别是在探测混凝土表面高度不精确时，容易造成导管提漏和进水，造成夹层而断桩；导管的埋深也不宜过大，否则会发生埋管事故。严禁将导管拔出混凝土面。

(3)应保证混凝土灌注的连续进行，不得中断；否则易出现断桩现象。

(4)见证施工方取样员在浇筑地点制作混凝土标养试块。

(5)组织业主、总包单位共同去商品混凝土搅拌站检查砂、石原材料的颗粒级配、含泥量等是否与送检样品相符。防止以次充好，掺用细砂或含泥量较大的片状石子。

3.5.4 桩顶混凝土灌注质量的控制

(1)当凿除桩顶浮浆层后，应保证设计的桩顶标高和桩身混凝土的质量。由于桩项混凝土与孔内泥浆有直接接触，里面会裹有泥砂和泥浆等杂质，对桩头质量影响极大。因此，监理应加强对桩顶混凝土灌注质量的控制，控制好最后一次灌注量，混凝土的强度达到设计要求。本工程考虑到桩径较大、桩长较长，施工过程中混凝土易发生离析、泥浆过多等现象，因此设计要求桩顶超灌高度为 2 m。混凝土灌注即将结束时，监理应反复测准混凝土上升面标高，严格控制混凝土超灌高度以达到设计要求。

(2)混凝土浇灌结束后，应及时统计桩孔内实际灌注混凝土的体积，并与设计桩身体积(含超灌体积)相比得出充盈系数。充盈系数应大于 1 且不宜大于 1.3。

4 验收质量控制要点

监理应及时组织业主、质监站、勘察、设计、施工、桩基检测等单位，进行桩基子分部工程验收。验收应符合：原材料质量控制资料完整有效；检验批和隐蔽工程验收文件齐全；桩基检测合格并有完整报告；经复核桩顶标高、桩位偏差超出规范允许偏差的，按要求处理后能够达到设计要求；混凝土试块强度能够达到设计和《混凝土强度检验评定标准》要求。