防洪大桥基础岩溶地质钻孔灌注桩施工
2016-03-13高元军
高元军
（大连宏伟水利水电工程有限公司,辽宁大连116400）
防洪大桥基础岩溶地质钻孔灌注桩施工
高元军
（大连宏伟水利水电工程有限公司,辽宁大连116400）
水利工程涉及诸多工艺且每一工艺相对复杂，这与水利工程的特殊性相关。笔者结合自身经验，对水利工程中岩溶地质条件下的钻孔桩施工工艺钻孔中遭遇溶洞时的处理方案等进行了介绍，可类似工程参考以提高水利工程质量。
水利工程；岩溶；钻孔桩；施工工艺
1 工程概况
庄河热水河下游防洪大桥基础钻孔桩工程，根据地质报告采用冲击成孔泥浆护壁反循环方式施工。桩径均为φ1 000 mm，桩长为18～21 m，其中2～6号墩计5个墩台，每墩台下布桩2根，设计桩端持力层为中风化石灰岩，地质报告显示大部分墩台下岩溶发育，溶洞尺寸垂直大小为2～4 m左右，且只有少许填充物。桩端需穿过溶洞，桩端达到稳定的中风化石灰岩层为止。
2 钻孔桩施工
2.1 工艺流程
桩位场地平整—桩定位—钻机就位—安放护筒—桩位校正—钻孔—注泥浆—排渣—清孔—吊放钢筋笼—下导管—浇灌混凝土—拔出导管—钻机移位。
2.2 施工准备
根据地质钻探资料显示，工程自上而下地层揭露为：粉质粘土，粉细砂，粘土夹碎石、中风化灰岩，地下水位埋深约5～6 m，场地地形平坦，护壁采用满足要求的粘土制备，人工挖设护筒，护筒直径φ1 400 mm，高1.5 m。
配备十台钻机，根据每墩台下桩的设计分布间距，采取间隔孔位施工方式，以保证施工完孔的混凝土质量等不受邻桩施工影响，或造成邻孔施工出现连孔、塌孔事故。
2.3 钻机就位
钻机就位时，必须保持平稳、不发生倾斜、位移，为准确控制钻孔深度，应在机架上或机管上作出控制标尺，以便在施工中进行观测、记录。
2.4 钻 孔
调直机架斜挺杆，对准桩位、开机钻进、注泥浆、排出渣土，达到设计孔深停钻、提钻。
2.5 清孔排碴
1）冲孔到设计深度后，利用轴流泵送浆冲出孔内沉渣，清孔后距孔底0.2～1 m处的泥浆比重控制在1.1左右；对于土质较差，容易塌孔的土层泥浆比重宜控制在1.15～1.25左右。
2）根据设计桩为嵌岩桩，清孔后的孔底沉渣厚度不大于50 mm。
2.6 钢筋笼制作安装
1）钢筋笼主筋的焊接接头应互相错开，35倍钢筋直径范围内的接头数不得超过钢筋总数的50%。
2）钢筋笼外径比冲孔设计直径小100 mm其内径应比导管接头处的外径大100 mm以上；钢筋笼的主筋保护层不小于50 mm。
3）分段制作钢筋笼，其长度控制在8～12 m，每段钢筋笼连接时可用单面搭接焊，搭接长度满足规范要求。
4）钢筋笼下到孔底时，为防止浇筑混凝土时上浮，可将钢筋笼与孔口护筒临时焊接固定。
5）保证钢筋笼的保护层厚度，设置混凝土垫块定位。
3 钻孔主要技术质量保证措施
1）施工前，对每孔定位进行超前钻探，目的了解岩层溶洞发育情况，避免施工中的盲目性。
冲孔施工时，若发现突然掉钻、斜孔、塌孔、孔内浆面突降等现象，应立即停钻，并及时报告工地监理工程师，采取措施后方可施工；
2）为了保证冲孔的垂直度，应随时观察、测量，发现斜孔及时回填石块纠偏。
3）发现突然掉钻，孔内泥浆面突然下降，说明遇到溶洞，且已打穿溶洞顶板，应及时提钻，采用块石（500 mm左右）和粘土拌合充填孔内，再注入泥浆后冲打孔，此时的泥浆比重适宜在1.3～1.5左右，可有效防止塌孔事故发生。也可采取δ10 mm钢护筒，直径φ1 200 mm逐节采用平板下冲方式，直至护筒下至溶洞底为止。另对超前钻探有溶洞孔位，溶洞顶板上部按超设计桩径施工，以备采用钢护筒方式处理。
4 浇筑混凝土的施工
4.1 浇筑混凝土流程
提钻测孔深—测定垂直度—放钢筋笼—下导管—浇筑混凝土—提拔导管。
4.2 检查成孔质量
1）钻孔深度测定：用测绳、钢尺、铅锤测孔深及沉渣厚度。沉渣厚度小于50 mm。
2）孔径控制：因为此施工段为岩溶发育地层，在钻进过程中为封堵溶洞多次回填石块及粘土，或下设钢护筒必定造成扩孔，因此孔径必然超出设计值，应及时报告监理工程师，原始施工记录中必须注明超灌混凝土原因。
3）清孔沉渣：钻孔到设计深度后及时清孔底沉渣，达到规定要求值后，移走钻机。
4.3 浇筑混凝土、吊放钢筋笼
1）移走钻机后，及时吊放钢筋笼，并固定井口处的钢笼居孔位中心。吊直扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。
2）重新测定孔底沉渣厚度，若超标重新清渣，达到设计要求为准。
3）浇筑混凝土。浇筑混凝土应连续进行，钢笼放入孔内至浇筑混凝土时间不应超过4 h，浇筑混凝土时间不应超过混凝土初凝时间的1.5倍。
4）混凝土坍落度控制在180～220 mm，为保证其流动性，注意调整砂率等。尽可能采用商品混凝土。
5）混凝土首次埋设导管不少于1 m，浇筑混凝土前的导管下端距底保持在0.3～0.5 m。连续浇筑过程中导管埋设在混凝土中2～6 m，浇筑过程中随时根据混凝土面上升情况拆卸部分导管，以保证导管在混凝土中埋量深度为定值范围内。
6）每孔混凝土留出一组试件，且每班不少于一组，浇筑混凝土最终标高控制在设计桩顶标高0.5～1.0 m范围中。
4.4 灌注混凝土操作技术
1）混凝土浇注
混凝土浇注量与泥浆到混凝土面高度、混凝土面至孔底高度、泥浆的比重、导管内径及桩径有关。
孔径越大，首批灌注的混凝土量越多，由于混凝土量大，就要求商品混凝土要及时送到现场，控制运输时间及浇注时间。
2）后续灌注混凝土
后续灌注混凝土若出现非连续性时，应按一定时间间隔地提拔上下串动300 mm左右导管，保证导管内混凝土的流动性，并观察孔中返浆情况，若混凝土在导管内存留时间过长，流动性变差，与导管内壁摩擦阻力变大，混凝土灌注下落困难，容易导致断桩，严重影响成桩质量。
3）上下牵动导管可增强混凝土向周边的扩散，加强桩身与周边地层的有效结合，增大桩体摩擦阻力，同时加大混凝土与钢筋的结合力，从而提高桩身混凝土与钢筋的握裹力及桩基承载能力。
4）混凝土灌注速度是控制桩身质量的关键因素，必须控制在初凝时间的1.5倍内，因此必须提前做好灌注混凝土的一切准备工作。
4.5 灌注混凝土浇筑方法
1）水下混凝土的浇筑主要有导管法、泵送法、容器开底法、袋装法等，本工程采用导管法。
2）水下混凝土导管法施工与普通混凝土导管法施工要求基本相同。由于水下混凝土的自流平性的抗分散性，很少出现水下流动带来的混凝土质量下降，其流动直径可达4～6 m，所以在导管配置时，应考虑到水下混凝土的特性。浇注时除要求能连续将混凝土供给料斗处，并尽可能将料斗的容积加大，以保证混凝土的连续浇注。
3）在浇注前应充分考虑运输与浇注机具的配套与衔接，应对其机具认真检查，防止故障发生。4.6灌注混凝土的步骤
1）混凝土导管壁厚不小于3 m，直径宜为200～300 m，底管长不小于4，下管前应试拼试压，水密试压达到水下压力的1.3倍，球胆隔水件能顺利排出。
2）混凝土浇注前储料斗中的混凝土必须经计算可足将导管底端一次性埋入混凝土中不少于1 m的储量。
3）混凝土灌注的上升速度不得小于2 m/h，每根桩的灌注时间不得超过下列规定：①灌注量在10 m3以内≤2 h；②灌注量在10～20 m3≤3 h；③灌注量在20～30 m3≤4 h；④灌注量在30～40 m3≤5 h。
4）混凝土浇注应连续进行，不得中断，严禁把导管底端提出混凝土面。
5 结语
1）采用反复冲击钻进成孔的施工方法有利于防止斜孔等质量通病的发生。对于容易造成斜孔、偏位、溶洞挟钻、浆液突然下降等处理方法是及时回填一定次数和一定数量的块石与粘土混合料。
2）对于溶洞发育的土层，也可先往孔底投放一定数量的袋装水泥，并在水泥上方回填一定数量的块石和粘土，然后用冲击钻头将其搅拌制均匀，再提出钻头再回填粘土，待水泥初凝形成孔壁后，继续钻进。
3）为确保成孔质量，必须严格控制钻进的冲击时间间隔，并综合考虑地质岩土情况，冲击次数和钻进深度。
4）上述施工工艺为溶岩地质钻孔灌注桩施工过程质量控制的一些粗浅经验。
1002－0624（2016）09－0019－02
U448
B
2016-06-15
