劉斌，李政，李春景

（1.揚(yáng)州市港航事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 揚(yáng)州 225003；2.中交天津航道局有限公司，天津 300461）

0 引言

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度的加快，水運(yùn)航道、高速公路、鐵路、大型橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模正在以前所未有的速度發(fā)展[1]。為防止因地基基礎(chǔ)薄弱導(dǎo)致的各種自然災(zāi)害，工程建設(shè)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性要求愈來愈高[2]，特別是在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，如何又好又經(jīng)濟(jì)地解決地基基礎(chǔ)問題，已成為整個工程的重點(diǎn)與難點(diǎn)[3-4]。

京杭運(yùn)河施橋船閘至長江口門段航道整治工程起自施橋船閘，止于六圩長江口，全長5.37km，按照Ⅱ級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。主要施工內(nèi)容包括生態(tài)岸線修復(fù)和航道疏浚，拆建橋梁，配套完善船舶?？糠?wù)區(qū)，標(biāo)志標(biāo)牌、實(shí)施運(yùn)河文化工程等。改建1座橋梁、標(biāo)志標(biāo)牌、綠化景觀、運(yùn)河文化工程、運(yùn)河航標(biāo)文化展示廳工程、智慧運(yùn)河工程、排水口水流改善工程等附屬工程。其中，采用鉆孔灌注樁作為軟基處理的護(hù)岸長5 271.3m，鉆孔灌注樁施工總數(shù)量超過3 000 根，包括A1、A2、A3、B1、B2 及F 型六種結(jié)構(gòu)形式，施工條件復(fù)雜，影響因素較多。

2 施工要點(diǎn)

工程地處里下河地區(qū)，地下水豐富，故選用泥漿護(hù)壁法鉆孔施工。

2.1 智能測放樁位

為保證樁位的準(zhǔn)確性，針對傳統(tǒng)的測放樁位方法進(jìn)行優(yōu)化。項(xiàng)目利用中國北斗衛(wèi)星定位設(shè)備，使用載波相位差分對水平位置與高程進(jìn)行定位。將定位設(shè)備應(yīng)用于旋挖樁機(jī)上，取代傳統(tǒng)的十字交叉法進(jìn)行放樣。利用北斗定位系統(tǒng)中基準(zhǔn)站與工作站的坐標(biāo)推算出打樁點(diǎn)坐標(biāo)，定位精度控制在2cm以內(nèi)，樁機(jī)施工數(shù)據(jù)自動上傳到智慧工地平臺。通過該技術(shù)的應(yīng)用可以大幅提高打樁效率，節(jié)省打樁人力，改進(jìn)管理方式。

2.2 泥漿制備

（1）泥漿組成

灌注樁鉆孔泥漿原料主要由添加劑、膨潤土、水三種成分組成。

①灌注樁鉆孔泥漿原料的性能和用量要求為：由于膨潤土具有黏度低、含砂量少、失水量少、造漿能力大、相對密度低等優(yōu)點(diǎn)，使得鉆進(jìn)率高、鉆具回轉(zhuǎn)阻力小。一般用量為用水質(zhì)量的8%～9%，在黏性土地層施工時，為用水質(zhì)量的3%～5%，膨潤土性能較差時用量為水的11%～13%。

2）煙氣溫度的影響：①入口煙氣溫度。入口煙氣溫度越高，酸性氣體分子擴(kuò)散系數(shù)越高，其進(jìn)入液滴的速率也越高，從而提高脫酸反應(yīng)時間和脫酸效率；②反應(yīng)溫度。因液—液之間的反應(yīng)效率最高，當(dāng)反應(yīng)溫度約接近酸性氣體的酸露點(diǎn)（135～145℃）時，脫酸效率越高。煙氣降溫主要通過水與熱煙氣的換熱完成，同時增加煙氣的濕度，而CaCl2和CaSO4/CaSO3等反應(yīng)產(chǎn)物具有吸潮性，因此過低的反應(yīng)溫度會帶來濕壁、結(jié)焦和飛灰輸送板結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。一般認(rèn)為，控制反應(yīng)塔出口煙氣的相對濕度在6%，出口煙氣溫度在145～150℃為宜。

根據(jù)地質(zhì)實(shí)際情況，含有淤泥質(zhì)土層地段，擬采用16%的摻量，其他地段酌情減少，最低至10%。

②泥漿外加劑及其摻量。A 碳酸鈉（Na2CO3）又稱堿粉或純堿。其作用可使pH 值增大至10。pH 值過小時，會導(dǎo)致灌注樁鉆孔泥漿中黏土顆粒難于分解，流動性降低，黏度降低，失水量增加；小于7時，還會使鉆具受到腐蝕；但若pH 值過大時，則泥漿會使孔壁表面軟化，造成裂解而使孔壁坍塌。為增加水化膜厚度，提高泥漿的膠體率和穩(wěn)定性，一般pH 值以8～10 為宜，摻入量為水的1%。

B 為防止?jié)B水并提高泥漿在循環(huán)再利用效果，還需要添加其他添加劑。如紙漿、干鋸末、石棉等纖維質(zhì)物質(zhì)，其摻量一般為水量的2%。

③相關(guān)參數(shù)。澆筑混凝土前孔內(nèi)泥漿的主要指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求（見表1），根據(jù)工程地質(zhì)情況取值。

表1 泥漿參數(shù)

（2）泥漿比重智能檢測

采用諧振音叉式的震動原理實(shí)時監(jiān)測泥漿比重。該技術(shù)對制備泥漿、鉆孔等施工工序中泥漿比重的檢測方法進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)備的應(yīng)用能夠?qū)崟r監(jiān)測泥漿池中的泥漿比重，取代傳統(tǒng)的泥漿三件套檢測設(shè)備，監(jiān)測精度可達(dá)到±0.005g/cm3，并能夠?qū)崟r將數(shù)據(jù)上傳至智慧工地平臺，精度好、效率高、無人工干預(yù)。

2.3 灌注樁旋鉆成孔

（1）灌注樁施工鉆進(jìn)過程中注意事項(xiàng)

本項(xiàng)目施工地質(zhì)條件為黏土層，每鉆進(jìn)尺在50cm左右。為防止快速上下移動鉆斗導(dǎo)致孔壁坍塌，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆斗升降速度，項(xiàng)目采用鉆斗升降速度為0.7m/s，空斗升降速度為0.8m/s。

成孔后應(yīng)立即清孔。清孔是鉆孔灌注樁施工中保證成樁質(zhì)量的重要工序，利用掏砂鉆頭進(jìn)行清空，同時注意保持孔內(nèi)水頭，防止塌孔。

（2）灌注樁施工成孔檢測

利用鉆孔灌注樁成孔檢測一體化設(shè)備進(jìn)行檢測。該設(shè)備采用高精度陀螺儀和微處理器，對傳統(tǒng)的成孔檢查方法進(jìn)行優(yōu)化，利用傾角傳感器測量數(shù)據(jù)處理后傳輸數(shù)字信號，實(shí)時檢測成孔的孔徑、孔深、垂直度、沉渣以及二清后沉渣厚度等參數(shù)，并將檢測數(shù)據(jù)實(shí)時上傳至智慧工地平臺。成孔檢測一體化設(shè)備應(yīng)用能夠取代傳統(tǒng)的鋼筋籠探孔器、測繩等成孔檢測設(shè)備，同時不受泥漿比重、含砂率、氣泡等外界因素影響，可在15min內(nèi)完成檢測。

2.4 下鋼筋籠

采用安全運(yùn)輸方式將鋼筋籠運(yùn)至現(xiàn)場，經(jīng)驗(yàn)收合格后安裝。鋼筋籠吊放時，采用錘球檢查，保證吊裝時籠節(jié)垂直，為防止鋼筋籠上浮，吊放過程宜慢吊、輕放。

鋼筋籠的上浮預(yù)防措施：嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，坍落度控制在180～220mm。混凝土進(jìn)入鋼筋籠后，嚴(yán)格按照規(guī)范控制導(dǎo)管在混凝土內(nèi)深度為2～6m之間，同時混凝土上升不宜過快，以防止導(dǎo)管鉤住鋼筋籠后將其吊起。

2.5 下導(dǎo)管

（1）導(dǎo)管吊裝前檢查接口是否嚴(yán)密牢固，不滿足要求時應(yīng)進(jìn)行更換，拼裝后檢查垂直情況，最后確定導(dǎo)管總長度。

（2）導(dǎo)管使用前按規(guī)范要求進(jìn)行相關(guān)管內(nèi)壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)時的水壓至少1.3 倍孔內(nèi)水深的壓力，最大壓力可按式（1）計(jì)算：

式（1）中：P為最大內(nèi)壓力（kPa）；γc為混凝土的重度（kN/m3），取24kN/m3；hc為導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱最大高度（m），以預(yù)計(jì)的最大高度計(jì)；γw為孔內(nèi)水或泥漿的重度（kN/m3），取泥漿的上限12kN/m3；Hw為孔內(nèi)水或泥漿的深度（m）。

（3）采用鋼質(zhì)導(dǎo)管，標(biāo)準(zhǔn)每節(jié)2.8m，導(dǎo)管壁厚3mm，導(dǎo)管內(nèi)徑為237mm，選用螺紋接頭。

（4）導(dǎo)管在灌注過程中不得橫移，且離孔底0.3～0.5m，首盤混凝土的埋管深度不得小于1.0m。

（5）灌注時要適時提拔導(dǎo)管，孔內(nèi)混凝土面的高度要及時測量，確定混凝土終灌標(biāo)高時必須保證樁頂鑿除后的混凝土質(zhì)量。

2.6 二次清孔

沉渣厚度和泥漿性能指標(biāo)在二次清孔后應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求：沉渣厚度不大于100mm，用沉渣儀或重錘測量；泥漿性能指標(biāo)在澆筑混凝土前，黏度應(yīng)為20～22s，含砂率應(yīng)為4%～8%，孔內(nèi)泥漿的相對密度為1.1～1.2。

2.7 混凝土澆筑及成樁監(jiān)測

（1）混凝土澆筑

混凝土灌注應(yīng)在二次清空后30min 內(nèi)進(jìn)行，并確保有足夠的混凝土儲備量，以保證澆筑的連續(xù)性，單根樁澆筑時間一般不宜超過4h。

（2）成樁監(jiān)測

基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在拌和站辦公樓頂安裝基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站由北斗接收機(jī)、AT300天線、天線保護(hù)罩、北斗避雷器、數(shù)據(jù)采集控制器、供電系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成。在灌注樁成樁后的樁頂安裝監(jiān)測站，監(jiān)測站由觀測墩、接收天線、太陽能電池板、電源保護(hù)箱、預(yù)放電式避雷針等設(shè)備構(gòu)成。設(shè)備安裝完成后，監(jiān)測站能夠?qū)崟r監(jiān)測灌注樁偏移，實(shí)時記錄灌注樁在X、Y 軸方向的位移并上傳至智慧工地平臺，位移精度為毫米級。當(dāng)灌注樁的偏移超過閾值時，平臺自動報(bào)警提醒管理人員。

3 施工質(zhì)量關(guān)鍵措施分析

3.1 堵管預(yù)防措施

為保證混凝土的初凝時間、和易性、坍落度、水灰比，混凝土的級配與攪拌必須滿足設(shè)計(jì)或規(guī)范要求，現(xiàn)場要求抽查的指標(biāo)應(yīng)控制在施工規(guī)范允許的范圍以內(nèi)，特別是每罐混凝土的坍落度。

3.2 樁頂部位疏松預(yù)防措施

首先保證一定高度的樁頂預(yù)留。因受沉渣和稠泥漿的影響，在檢測時一般采用帶金屬的取樣盒進(jìn)行檢測。當(dāng)取樣盒中保留的材料是混凝土而不是沉淀物時，確認(rèn)成樁標(biāo)高滿足要求。

3.3 斷樁及樁身混凝土夾泥預(yù)防措施

成孔時清孔應(yīng)徹底出盡泥塊，按標(biāo)準(zhǔn)要求控制泥漿密度及孔底沉渣。灌注全過程嚴(yán)控導(dǎo)管埋深，禁止大幅度提升導(dǎo)管，要緩慢提升，保證混凝土的連續(xù)性且嚴(yán)禁中途斷料。在灌注即將結(jié)束時，控制導(dǎo)管在混凝土中的埋深，做到結(jié)束時合理拔管。

3.4 塌孔、擴(kuò)孔預(yù)防措施

根據(jù)不同地質(zhì)，控制使用好泥漿指標(biāo)。鉆頭直徑滿足成孔直徑要求，在回填土、松軟層及流沙層鉆進(jìn)時，并經(jīng)常檢查，及時修復(fù)，嚴(yán)格控制速度?？妆谔鲆?guī)范要求時，及時檢測出坍塌位置，一般采用砂和黏土混合料，補(bǔ)足坍塌范圍以上1～2m，重新鉆孔。采用提高泥漿的黏度的措施，防止縮徑孔出現(xiàn)，同時可采用擴(kuò)大孔徑方式亦可。

（5）樁孔偏斜預(yù)防措施

防止樁孔偏斜，施工場地的平整是基礎(chǔ)，此外還需要鉆機(jī)及機(jī)架平穩(wěn)、垂直，同時在施工過程中需要定時檢查和校正，對于不滿足要求的鉆具要及時更換。在地質(zhì)堅(jiān)固的條件下控制鉆進(jìn)速度，用低速度進(jìn)尺。施工過程中已經(jīng)偏斜的鉆孔，鉆孔時應(yīng)下降往復(fù)掃孔糾偏。

4 結(jié)語

灌注樁施工工序復(fù)雜，其關(guān)鍵工序包括測量放樣、泥漿制備、鉆孔成孔、下鋼筋籠及導(dǎo)管、清孔、灌注混凝土、成樁等步驟。通過應(yīng)用智能化管控技術(shù)，可以降低復(fù)雜的工藝流程及成樁質(zhì)量眾多影響因素的影響。對施工質(zhì)量關(guān)鍵控制措施分析又進(jìn)一步明確了管控要點(diǎn)，對提高灌注樁施工質(zhì)量具有重要意義。