清水介质下自护混凝土人工挖孔灌注桩施工技术研究

来 蓉

（中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安 710016）

1 工程简介

云南某高速公路主线路线全长6.996 km,工程桥梁共计22 座,桩基总数共803 根,其中最小桩径为1.5 m,最大桩径为2.8 m,最浅桩基为18.0 m,最深桩基为40.0 m,桥隧合计长度所占路线长度的比例为72.76%。

本工程因位于云贵高原南缘、哀牢山和红河东侧,地形地貌比较复杂,部分线路因边坡坡度较陡、岩体松散破碎等原因,只能采取人工挖孔桩工艺。该工程人工挖孔桩共803 根,桩截面分别为直径1.5 m、1.6 m、1.8 m、2.0 m、2.2 m、2.5 m、2.8 m圆柱桩,其中5号大桥桥址区地下水丰富,更适合使用清水介质下自护混凝土浇筑施工。

2 人工挖孔桩施工工艺技术

2.1 主要施工工艺流程

①清理平整场地→②桩位放样→③施工机具就位→④桩孔开挖→⑤成孔检测→⑥钢筋笼制作及吊装→⑦配置水下保护剂并将其添加到桩孔地下水中→⑧灌注混凝土→⑨成桩检测→⑩施工机具移位。

2.2 主要施工方法

2.2.1 平整场地

依据设计图纸,首先对桩基孔位进行初始放样,用挖掘机或人工清除坡面上的危石、浮土,在控制好孔口标高的前提下,保证场地平整,形成桩孔工作平台,同时需在孔口的周围布置排水沟以便于排水。

2.2.2 桩位放样

由测量专业人员利用已知控制点的坐标用GPS对桩基中心基点进行定位[1],同一墩柱的桩基一次放样,放样后用钢尺检查各桩的相对位置,每根桩设4 护桩,用以控制及复核桩位。护桩距孔中心2.5 m~3 m呈十字形布置,待首节护壁成型后将桩位控制线标注在锁口混凝土上,并在开挖前、开挖过程中及钢筋笼安装前工作人员必须再次测量桩位,确认孔位准确、钢筋笼位置准确,为下一道工序正常施工提供良好的施工条件。

2.2.3 桩孔开挖

开挖桩孔应该由上而下逐层有序开挖,每层开挖时应该先从中间开始,然后再挖至周围,开挖时必须严格控制孔桩的截面尺寸,该尺寸必须大于等于设计桩径加上护壁混凝土厚度的2 倍,误差应保证在30 mm以内。第一节高度根据地质情况及操作条件而定,一般不超过1 m。在整个开挖过程中必须遵循先桩基后承台的原则,确保桩基开挖顶面标高高于承台底面标高,相邻两桩孔不得同时开挖,宜间隔交错跳挖。

孔口周围用混凝土制成锁口护圈予以围护,孔口应用C30 混凝土灌注一个宽度不小于60 cm的环形护圈,护圈高度应高出地表30 cm以上,护圈2 m内严禁倒渣,护圈应和第一层护壁一起灌注,第一层护壁深度以80 cm~100 cm为宜。浇筑护圈完成后,孔口四周开挖排水沟,及时排除地表水。

图1 井口锁口

护壁采用C30 钢筋混凝土护壁,桩孔每下挖一节（1 m）立即灌注护壁一节[2]。护壁上口厚度为15 cm,下口宽度为10 cm,上下护壁搭接5 cm,以保证护壁的支撑强度。每当完成一节护壁,必须立马使用孔口中心吊线的方法监测护壁的内径和垂直度是否满足要求。内径和垂直度若有偏差,则必须立即进行修整,要确保同一水平上的护壁任意直径的极限差值满足相关要求。

图2 护壁示意图

当挖孔过程中遇到有硬岩层、人工不能开挖时采用爆破施工,桩基爆破施工应有专业资质人员组织实施。在施工过程中,必须重点关注爆破时产生的飞石,尽最大程度减少对已经灌注护壁的危害,结合类似工程的经验,采取“多打孔、少装药、短进尺、弱震动”的浅眼掏槽微差爆破方法进行挖孔。挖孔桩爆破终止时,孔底预留20 cm~30 cm,用人工、风镐凿除至设计标高。

在挖孔作业过程中,经常检查桩孔尺寸平面位置、竖轴线情况,如有偏差及时纠正。桩孔挖掘及支撑护壁两道工序在施工过程中必须连续作业,以防孔内发生塌陷,造成伤害。

2.2.4 终孔验收

当桩基成孔完工后,首先应该自行检查,当检查合格时应向监理工程师报告请求验收。在验收过程中应对孔径、孔深、桩位中线、垂直度、孔底沉渣厚度、地质渣样等仔细认真核查。校验结束后填写终孔验收记录表。完善隐蔽工程验收签字确认手续。

孔的竖直度采用测锤法检测,孔深、沉碴厚度可采用标准测绳检测,测绳使用前需用钢卷尺进行校核,在测绳的底部坠以重锤。验收满足设计及规范要求后,清理孔的底虚土、松渣、杂物等,排除孔内积水,即刻采用砼封底[3],如若不及时封底,桩底则可能产生坍塌,封底混凝土最小高度为200 mm~300 mm。

2.2.5 钢筋笼制作与安装

桩基钢筋笼采用滚焊机在钢筋加工厂按设计图纸要求统一分节同槽制作,所用的盘圆钢筋采用切断式调直机调直后放置2 天~3 天后使用。主筋下料采用砂轮切割机下料,钢筋的切口不得有马蹄形或起弯等现象,保证切口断面与钢筋轴线垂直,以方便主筋的机械套丝连接,端部不直时,应重新下料。

对于Φ≥25 mm以上的HRB400 钢筋采用直螺纹套筒连接,钢筋丝头检验合格后应尽快套上塑料保护帽。在拼接接头时应该保证套筒中央的两个丝头顶紧,接头要使用钳子拧紧。拼接完成后,应检查套筒段是否存在丝扣外露,若超过一扣以上则证明套筒内部的丝头长度不够,应该重新进行拼接。采用机械连接时,钢筋连接件处的混凝土保护层厚度最少为20 mm,同时也必须满足设计条件。

声测管材料采用Φ57×3 mm的无缝钢管精制而成,当桩径小于等于1.5 m,埋设三根声测管,桩径大于1.5 m的埋设四根声测管。声测管应该提前安装在钢筋笼上,混凝土灌注前在声测管内注入清水。声测管长度要高出桩顶650 mm以上,且各声测管管口高度保持一致,以方便桩基质量检测。

桩基钢筋笼利用25 t汽车吊装配合人工按编号顺序、逐节垂直吊装,上下节钢筋笼各主筋采用对称连接,吊装时在钢筋笼上部箍筋与主筋焊接处设2 个吊耳,吊点对称。吊放钢筋笼入孔时,实行“一、二、三”的原则,即一人指挥、二人扶钢筋笼、三人搭接,施工时应对准孔位,保持垂直状态,避免碰撞孔壁[4],徐徐下入,若遇阻碍应不得强行墩放（可适当转向）,如果仍无效果,则应起笼扫孔重新下入,严禁高提猛落和强制下入。

当第一节钢筋笼的顶部到达孔口位置时,穿进工字钢,将钢筋骨架临时支撑在孔口工字钢上,再起吊第二节骨架与第一节骨架连接,连接采用机械连接。钢筋笼安装定位后,在4 小时内浇筑混凝土,防止坍孔。

2.2.6 配置水下保护剂、灌注混凝土

水下自护混凝土保护剂为适用于水下自护混凝土、水下自护砂浆等水下工程,可防止混凝土离析、损失的一种离子型线型水溶性高分子聚合物,而且是一种无挥发性、刺激性、腐蚀性等危害的新型材料,其性能指标见表1。

表1 水下自护混凝土保护剂性能指标

在挖孔完成,进行钢筋笼吊装、导管、料斗安装后,可直接进行桩基水下混凝土施工。首先由专业人员将计划使用的水下保护剂与清水按照1∶9的比例稀释待用。在正式灌注混凝土前的30 min,将稀释好的保护剂投入桩孔内的地下水中,保护剂稀释液与待灌注部位水量的比例宜为1∶20,利用水下保护剂的抗分散作用使水体介质与混凝土表面形成自然隔离状态。动水环境下应根据水流量、施工时间,在灌注点周围适当补加水下保护剂。保护剂投完毕30 min后,开始灌注混凝土,采用导管自流方式灌注,灌注过程要连续进行,如果出料口和混凝土浇筑面的距离超过了2 m,为保证桩身的质量防止高度过高导致混凝土产生离析现象,则应该使用串桶或者溜槽。

施工时,水泥宜采用普通硅酸盐水泥,也可采用硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥等；掺合料可采用II级或以上粉煤灰、S95级或以上粒化高炉矿渣粉作为掺合料；细骨料宜采用II区中砂；粗骨料最大粒径不大于20 mm。

混凝土采用拌和站集中拌制,砼运输罐车运输至现场,采用料斗入模。浇注前抽测坍落度,符合设计和规范要求才能浇注,同时每灌注50 m3要有一组试件,每根桩必须有1组试件。在浇筑施工过程中,工长以及质量检测员必须全程对该过程进行监督和记录,如果有问题可下令停工整改,整改合格验收以后方可继续施工。

2.2.7 桩基检测

待桩基施工完毕,达到14 天龄期后由第三方检测单位进行检测,该单位必须具有交通行业的资质以及计量认证。对于桩径大于等于1.8 m挖孔桩采用超声波法进行检测。对于桩径小于1.8 m的挖孔桩应随机抽取25%采用超声波法进行检测,其余75%采用低应变反射波法检测。

2.2.8 施工机具移位

在桩基检测合格后,施工机具移位,重复上述步骤进行下一根桩施工。

3 结论

本文所述的清水介质下混凝土桩基施工工艺简单明了,施工设备操作方便,质量容易控制,较传统水下混凝土灌注方法具有工期短、灌注效率高、桩基质量可靠、安全风险低、节约施工成本的优点,能够有效解决桩基水下混凝土因受地下水冲刷而产生的离析问题,较好地规避了断桩问题的发生,具有广泛的应用前景。