淺析大直徑、深樁基施工技術(shù)控制(最終版)

1、淺析大直徑、深樁基施工技術(shù)控制張磊，中國水利水電第三工程局有限公司，陜西省西安市二環(huán)北路東段609號；710016王龍，中國水利水電第三工程局有限公司，陜西省西安市二環(huán)北路東段609號；710016摘  要：本文主要從超大直徑、超深樁基的鉆孔泥漿的配制、鉆機(jī)成孔，樁基鋼筋籠制作及吊裝，混凝土灌注等幾個工序的技術(shù)控制方面進(jìn)行了詳細(xì)的論述，通過論述，與廣大技術(shù)人員共同探討同類型工程的技術(shù)、質(zhì)量、安全、進(jìn)度的控制管理措施，與大家進(jìn)行一些淺顯的工作交流。    關(guān)鍵詞：垂直度；鋼筋骨架保護(hù)層；機(jī)械連接接頭；初灌量1、工程概況  大同至西安客運專線站前2

2、標(biāo)太北跨北同蒲鐵路特大橋起訖里程為DK247+505.08DK252+716.52，線路長度5211.44m。施工范圍內(nèi)溝壑較多，地形起伏大，沿線所經(jīng)地區(qū)地層出露較齊全，太古界、下元古界、中元古界、古生界、中生界、新生界均有分布；樁基基礎(chǔ)巖性分布主要為圓礫土、粉質(zhì)粘土、片麻巖等；最大地層應(yīng)力為700Kpa;施工段由于地勢較高，受溝谷切割，地下水埋藏較深；根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306-2001），沿線地震動峰值加速度為0.20g（）。該段2m大樁徑樁基共120根，且全部位于連續(xù)梁施工段，施工場地狹小，全部處于溝壑起伏較大地段；工期自2010年9月20日開始施工，2010年11月30日

3、前全部完成，歷時72天。工期緊張，施工難度較大。2、工程特點、難點及施工中的主要技術(shù)要求  （1）樁基鉆孔深度大，直徑大。本工程最大樁徑為2.0m，最大樁長67m，實際鉆孔深度達(dá)到90m。（2）施工質(zhì)量要求高。根據(jù)設(shè)計，樁基為摩擦樁，設(shè)計要求垂直度不大于1/300，孔底沉渣厚度小于100mm，施工質(zhì)量控制難度大，要求高。（3）鋼筋籠制安，施工操作難度大。本工程設(shè)計鋼筋籠鋼筋采用B25普通螺紋鋼筋，主籠長為20m，雙排主筋附加鋼筋長10m，超聲波檢測管必須下至孔底，鋼筋籠主籠分3節(jié)制作，超聲波檢測管附加單獨3根B25普通螺紋鋼筋籠總長為47m,分6節(jié)制作，超聲波檢測管采用接管工藝一直連

4、接至孔底，鋼筋籠共分9節(jié)，總重達(dá)到5t，鋼筋籠制作分節(jié)段較多，鋼筋設(shè)計重量較大，制作及吊裝循環(huán)時間段較長，施工操作難度較大。（4）地址情況復(fù)雜。該樁基孔口一下0-50m土質(zhì)多為新黃土及老黃土，50-70m土質(zhì)多為細(xì)圓礫土，70-90m土質(zhì)多為圓礫土，存在個別飄石，飄石最大粒徑為30cm，該段地層應(yīng)力最大為700kpa，地下水位為孔口以下40m。（5）施工組織難度大。因該工程屬于線性工程，所以施工場地受征地范圍影響，場地較為狹小，且綜上所述，施工過程中充分考慮用水，用電，道路及施工工序操作情況，施工時間連續(xù)不間斷，各工序相互交錯，所以必須緊密銜接，認(rèn)真組織，任何節(jié)段出現(xiàn)問題，必將嚴(yán)重影響施工進(jìn)度

5、。3、鉆孔3.1鉆機(jī)選型 結(jié)合該橋區(qū)域的工程地質(zhì)情況，鉆機(jī)選用旋挖鉆機(jī)，但孔內(nèi)土質(zhì)存在少量砂礫石，所以選用功率較大的徐工XR280D旋挖鉆機(jī)。 3.2開孔前孔位測量控制根據(jù)設(shè)計所提供的控制點，采用全站儀現(xiàn)場布置控制網(wǎng)并復(fù)核，放樣誤差控制在2cm范圍內(nèi)。3.3護(hù)筒設(shè)置護(hù)筒用58mm的鋼板制作，其內(nèi)徑為1.82.3m，高度3.0m。為增加剛度防止變形，在護(hù)筒上、下端口和中部外側(cè)各焊一道加勁肋。其底部埋置在地表下2.8m中，護(hù)筒頂高出地面0.2m。護(hù)筒埋設(shè)采用挖埋法，埋設(shè)位置準(zhǔn)確、水平、垂直、穩(wěn)固，護(hù)筒的四周回填粘土并夯實。3.4鉆機(jī)定位旋挖鉆機(jī)根據(jù)測量放樣的樁基孔位，利用自身GPS定位系統(tǒng)對孔位進(jìn)

6、行準(zhǔn)確定位，因旋挖鉆機(jī)自身先進(jìn)的定位系統(tǒng)，使得樁基定位工作變得更加簡潔，準(zhǔn)確。3.5鉆孔泥漿的配制及性能根據(jù)太北跨北同蒲鐵路特大橋區(qū)域的工程地質(zhì)情況，該孔段孔口以下多以新、老黃土為主，所以鉆孔泥漿以自造漿為主，使用人工配合鉆機(jī)制備泥漿并對泥漿性能進(jìn)行調(diào)節(jié)。泥漿性能通過參入優(yōu)質(zhì)粘土或膨潤土，施工過程中，根據(jù)泥漿性能情況可適當(dāng)參入CMC羧基纖維素或Na2CO3純堿等外加劑。在加入粘土或外加劑時要定時檢查泥漿指標(biāo)，保證泥漿至始至終達(dá)到性能穩(wěn)定，護(hù)壁效果好和成孔質(zhì)量高的要求。實際施工時實測泥漿性能參數(shù)見表1。實測鉆孔泥漿性能參數(shù)表1：參數(shù)項目泥漿比重黏度（s）含砂率(%)膠體率（%）PH值施工實測參數(shù)

7、1.11 .316-22不大于4不小于95大于6.5 施工時，因旋挖鉆機(jī)的出渣是利用斗式鉆頭將鉆渣提升至孔外，所以泥漿不能整孔灌入，為滿足施工要求，泥漿灌入量為能淹沒1.0倍的鉆頭高度，既能很好起到護(hù)壁的作用，又能很順利的清理鉆渣。3.6嚴(yán)格控制鉆孔垂直度施工過程中，嚴(yán)格控制鉆孔垂直度，確保鋼筋籠安裝、導(dǎo)管下放和混凝土灌注等工序順利進(jìn)行的關(guān)鍵所在。4、鋼筋籠制作連接及吊裝4.1鋼筋籠制作鋼筋籠骨架在制作場內(nèi)采用胎具成型法一次性制作，用槽鋼和鋼板焊成組合胎具。將加勁箍筋就位于每道胎具的同側(cè)，按胎模的凹槽擺焊主筋和箍筋，全部焊完后，拆下上橫梁、立梁，滾出鋼筋骨架，然后吊起骨架擱于支架上，套入盤筋，

8、按設(shè)計位置布置好螺旋筋并綁扎于主筋上，點焊牢固，最后安裝和固定聲測管。根據(jù)客運專線施工要求，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙布設(shè)接地鋼筋。鉆（挖）孔樁鋼筋骨架的制作允許偏差和檢驗方法應(yīng)符合高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn) (TB 10752-2010 J 1148-2011)的有關(guān)要求，具體要求如下：鉆孔樁鋼筋骨架制作允許偏差和檢驗方法序號項目允許偏差檢驗方法1鋼筋骨架在承臺底以下長度±100mm尺量檢查2鋼筋骨架直徑±20mm3主鋼筋間距±0.5d4加強(qiáng)筋間距±20mm5箍筋間距或螺旋筋間距±20mm6鋼筋骨架垂直度1%7鋼筋保護(hù)層厚度不小于設(shè)計值4.2鋼筋

9、骨架保護(hù)層控制鋼筋骨架保護(hù)層控制采用同標(biāo)號混凝土圓形墊塊，沿鉆孔豎向每隔2m設(shè)置一道，每道沿圓周梅花樁對稱的設(shè)置4個。4.3鋼筋籠的存放、運輸與現(xiàn)場吊裝鋼筋臨時存放的場地采用混凝土地面，保證平整、干燥。因鋼筋的直徑較大，為了避免鋼筋籠變形，存放前，在鋼筋籠內(nèi)每隔4米用20mm鋼筋加設(shè)一道十字型鋼筋支撐，待每節(jié)鋼筋籠吊裝完成時，除去十字型支撐鋼筋，然后再吊裝下節(jié)鋼筋籠。鋼筋籠存放時，每個加勁筋與地面接觸處都墊上等高的方木（支墊高度較普通樁基鋼筋籠的支墊高度略高），以免受潮或鋼筋籠下垂而沾上泥土。每個鋼筋籠制作好后要掛上標(biāo)志牌，便于使用時按樁號裝車運出。鋼筋骨架在轉(zhuǎn)運至墩位的過程中必須保證骨架不變

10、形。采用汽車運輸時在每個加勁筋處設(shè)支承點，各支承點高度相等。4.4鋼筋籠接頭連接  本工程采用泥漿護(hù)壁工藝，鋼筋籠分節(jié)較多（共9節(jié)），且設(shè)計要求沉渣厚度不大于100mm，為有效的防止沉渣超標(biāo)，施工中必須要壓縮灌注前的各工序時間，特別是鋼筋籠連接的連接時間。施工中采用鋼筋機(jī)械連接接頭的工藝進(jìn)行鋼筋接頭連接，安裝時，只需用套筒扳手?jǐn)Q緊套筒即可，利用此工藝使得鋼筋連接更加快捷、方便、安全、可靠。采用普通焊接時，每個主籠節(jié)段連接需要80分鐘，檢測管附加鋼筋籠連接需要20分鐘，總用時約4.7個小時，通過使用機(jī)械連接接頭工藝，總用時約3個小時，壓縮鋼筋籠連接時間1.7個小時，所以時間利用率較高。

11、采用機(jī)械連接接頭連接時要注意：被連接的兩根鋼筋一定要相互頂緊，連接過程中不能強(qiáng)行施擰，防止損壞絲扣，若個別絲扣損壞，要通過幫條焊來解決；扳手要通過繩子系在井邊的固定物體上，防止滑落井中。同時鋼筋籠端頭利用內(nèi)徑6cm的無縫鋼管橫穿過鋼筋籠搭至孔口位置，保證鋼筋籠焊接時不被調(diào)入孔中。4.5鋼筋籠的現(xiàn)場吊裝鋼筋籠入孔時，現(xiàn)場選用25t吊車吊裝。在安裝鋼筋籠時，采用四點起吊。吊點設(shè)在鋼筋籠骨架筋的下部。吊放鋼筋籠入孔時應(yīng)對準(zhǔn)孔徑，保持垂直，輕放、慢放入孔，入孔后應(yīng)徐徐下放，不宜左右旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁擺動碰撞孔壁。若遇阻礙應(yīng)停止下放，查明原因進(jìn)行處理。嚴(yán)禁高提猛落和強(qiáng)制下放。鋼筋籠骨架最上端的定位，必須由測定的

12、孔口標(biāo)高來計算定位筋的長度，定位吊筋采用直徑為20mm的圓鋼。為防止鋼筋籠掉籠或在灌注過程中浮籠，鋼筋籠的定位采用螺紋鋼筋懸掛在孔口上。鋼筋籠中心與設(shè)計樁中心位置對正，反復(fù)核對無誤后再焊接定位于鋼護(hù)筒上，完成鋼筋籠的安裝。鋼筋籠定位后，在6h內(nèi)澆注混凝土，防止塌孔。4.6超聲波檢測管安裝根據(jù)設(shè)計圖紙要求，樁徑1mD2m時,樁身內(nèi)埋設(shè)3根聲測管。聲測管采用A3型（壁厚3mm內(nèi)徑57mm ），3根聲測管的布置及數(shù)量必須滿足設(shè)計要求，嚴(yán)格按照要求在鋼筋籠內(nèi)側(cè)設(shè)置通長超聲波檢測管，聲測管間連接采用套管絲扣連接與鋼筋籠的主筋牢固連接，其下端口密封。為確?；炷凉嘧⒑蠊艿罆惩?，檢測管安裝后，在檢測管內(nèi)注水

13、，上口用木塞封口，嚴(yán)禁泥漿或水泥漿進(jìn)入管內(nèi)。管口高出設(shè)計樁頂20cm，每個聲測管高度保持一致。4.7二次清底鋼筋籠下設(shè)完畢后，因成孔至鋼筋籠吊裝直接存在時間間隔，所以孔底存在鉆渣沉淀，必須采取二次清孔。清孔時將比重略小泥漿的利用軟管注入孔底深度位置，循環(huán)稀釋泥漿，直至泥漿指標(biāo)達(dá)到規(guī)范要求（有關(guān)規(guī)范要求見表2），同時需要采用無收縮水文測繩、標(biāo)準(zhǔn)測錘測沉淤值。待沉渣厚度滿足規(guī)范要求之后立即下設(shè)澆注導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土灌注。實測清孔泥漿性能參數(shù)表1：參數(shù)項目泥漿比重黏度（s）含砂率(%)PH值施工實測參數(shù)1.0-1.117-20不大于2大于6.55、混凝土灌注5.1導(dǎo)管承受壓力計算水下混凝土用鋼導(dǎo)管灌

14、注，導(dǎo)管內(nèi)徑為300mm，導(dǎo)管使用前應(yīng)進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗。進(jìn)行水密試驗的水壓不應(yīng)小于孔內(nèi)水深1.3倍的壓力，也不應(yīng)小于導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力P的1.3倍。泥漿比重的加權(quán)平均值按1.15考慮，則導(dǎo)管的試壓壓力不應(yīng)小于1.95MPa。本工程使用雙密封圈絲扣連接導(dǎo)管，導(dǎo)管內(nèi)徑300mm，厚10mm，試驗時，將拼裝好的導(dǎo)管灌入70%的水，兩端封閉，一端焊輸風(fēng)管接頭，輸計算的風(fēng)壓力，導(dǎo)管需滾動數(shù)次，經(jīng)過15分鐘不漏水，實際試壓大于2.0MPa，無漏水現(xiàn)象。為合格，不合格是更換導(dǎo)管及密封設(shè)施。5.2初灌量控制初灌量是水下混凝土灌注的關(guān)鍵控制指標(biāo)，初灌后導(dǎo)管埋深不應(yīng)少于1.0m，

15、按照導(dǎo)管底口距孔底3050cm。本工程樁基直徑2.0m，最大孔深按照90m，灌注前泥漿比重按1.1計，混凝土比重按2.4計，則首批混凝土的數(shù)量計算式為：V =*D2/4*(H1+H2)+*d2/4*h1=*22/4*(0.3+1)+*0.32/4*31.5=6.3 m3h1=HWW/C=（67-1.3）*11.5/24=31.5m式中V為灌注首批混凝土所需數(shù)量（m3） D為樁孔直徑（m） H1為樁孔底至導(dǎo)管底端間距，一般為0.3m。 H2為導(dǎo)管初次埋置深度（m）。 d為導(dǎo)管內(nèi)徑。 h1樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2 時，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外（或泥漿）壓力所需的高度（m）即h1=HWW/C計算

16、得出初灌混凝土方量為6.3立方米。5.3導(dǎo)管埋深控制導(dǎo)管埋深太大、太小對成樁質(zhì)量均有影響。埋深太小時，混凝土容易沖翻孔內(nèi)的混凝土面而將沉渣卷入，造成夾泥甚至斷樁，在操作過程中也易將導(dǎo)管拔出混凝土面；埋深太大時，混凝土頂升阻力很大，混凝土無力平行上推而僅沿導(dǎo)管外壁向上推擠至頂面附近再向四側(cè)運動，這種渦流也易將沉渣卷入樁身四周，產(chǎn)生一圈劣質(zhì)混凝土，影響樁身強(qiáng)度，且埋深較大時，上部混凝土長時間不動，塌落度損失大，容易發(fā)生堵管的斷樁事故。導(dǎo)管埋深控制在36m范圍內(nèi)，從而保證了工程質(zhì)量。6、工程質(zhì)量控制樁基是深入地下的隱蔽工程，其質(zhì)量不能直接進(jìn)行外觀檢查，在施工全過程中，必須采取有效的質(zhì)量控制措施，以確

17、保灌注樁質(zhì)量完全滿足設(shè)計要求。首先控制好混凝土的原材料、配合比設(shè)計和施工的檢驗應(yīng)符合鐵道部現(xiàn)行鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)（TB 10424-2010 J 1155-2011）的要求，其次必須控制好樁基的樁位、樁徑、樁斜、樁長、樁底沉渣厚度、樁頂浮渣厚度、樁的結(jié)構(gòu)、混凝土強(qiáng)度和勻質(zhì)性、鋼筋籠等項目有關(guān)要求。7、工程質(zhì)量評定  （1）施工時間的保證。90m的樁基鉆孔施工從護(hù)筒底口至設(shè)計標(biāo)高的鉆進(jìn)時間均在40h內(nèi)，本段平均樁長70m,加上清孔、鋼筋籠和導(dǎo)管下設(shè)、混凝土灌注,每根樁從開孔到灌注完成約2d，施工現(xiàn)場布置了4臺280D型旋挖鉆機(jī)，滿足計劃工期要求。（2）鉆孔垂直度的保證。經(jīng)超

18、聲波測壁儀器檢測，施工鉆孔平均垂直度1/600，樁身混凝土完整，鉆孔垂直度遠(yuǎn)小于設(shè)計要求的1/300。（3）鋼筋籠接頭連接時間的保證。采用鋼筋接頭連接，長達(dá)67m的鋼筋籠全部下至孔底僅需不到3h的時間，不僅滿足了設(shè)計要求，還為其它工序的施工創(chuàng)造了條件。（4）孔底沉渣及孔壁的穩(wěn)定性。經(jīng)超聲波測壁儀檢測，未見孔底沉渣。經(jīng)過安放鋼筋籠、導(dǎo)管等工序后，灌注前實測孔底沉渣厚度為2080mm，遠(yuǎn)小于100mm，完全滿足設(shè)計及規(guī)范要求。參考文獻(xiàn)：1中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306-2001）2高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南 鐵建設(shè)(2010)241號3高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn) TB 10752-2010 J 1148-2011 北京：中國鐵道出版社4鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn) TB 10424-2010 J 1155-2011 北京：中國鐵道出版社作者簡介：1、姓名：張磊，性別：男；出生年月：1984年10月；2007