冲孔灌注桩在莲塘渡槽桩基施工中的运用

　　1、 概况

　　高州水库灌区位于广东省粤西沿海鉴江流域中下游平原，设计灌溉总面积 118 万亩，是广东省三大灌区之一。根据工程任务，对高州水库灌区石骨总干渠原有旧的莲塘渡槽进行拆除，并在其一侧进行重建，重建后的莲塘渡槽位于石骨总干渠桩号 2+100-2+300 处，横跨莲塘河，设计最大流量分别为 69m3/s，建筑物级别为 3 级。槽身总长 200m，槽身单跨 10m，上下游连接段长分别为 53.6m 和 24.1m,渡槽上部为钢筋混凝土矩形槽结构，过水断面为 7m×3.9m；下部构造为灌注桩、承台、槽墩的支撑形式。

　　灌注桩共 84 根，桩身设计混凝土强度等级为 C25，桩径为1000mm，要求桩底进入弱风化层不小于 1.0m，单桩竖向承载力特征值≥2600kN，具体桩基平面布置如图 1。

　　2、 地质条件

　　渡槽横跨莲塘河，河道总宽 220m，主河床宽 20m，两岸河滩为菜地和香蕉地，根据钻探资料显示，渡槽所在地的地层分布自上向下为：人工填土层、砂砾石层、全风化层、弱风化层，其中人工填土层平均厚 1.5m，砂砾石层平均厚 4.5m，全风化层褐色混合岩，风化透彻呈砾质粉土状平均厚 2.5m，弱风化层灰带白色混合岩，岩质坚硬平均厚 8.4m。

　　3、 设备选择

　　根据莲塘渡槽所处地质条件，决定采用冲击式钻机成孔，它不仅适用于一般的软弱地层，亦可适用砾石、卵石、漂石和基岩。根据施工工期要求，莲塘渡槽灌注桩施工投入两台 CZ30 型冲击式钻机。

　　4、 施工方案

　　4.1 施工布置

　　由于莲塘河枯水季节河水流量较小约为 10m3/s，本工程采用分期回填施工平台。桩基施工分两期进行，一期施工河道左岸 40 根桩，二期施工河道右岸 44 根桩。渡槽承台为四桩承台，承台横向桩间距 1.5m，纵向桩间距7.2m，为防止穿孔，一个承台内横向两根桩的施工要有一定的时间间隔，因此一个承台内的桩只由一台桩机负责施工，在四根桩全部完成后再移对下一个承台施工，具体顺序如图 2。

　　4.2 施工准备

　　将河滩地范围内的植被清除并整平，开挖加深导流河床，开挖砂砾料回填施工平台出水面后采用进占法回填 2m 厚粘土并分层压实，回填范围满足桩机移动和混凝土运输要求即可；施工道路结合渡槽主体结构施工的需要布置在新建渡槽下游侧。泥浆池的布置按两个承台的桩共用一个池的原则进行，具体位置根据现场实际情况确定，过滤泥浆产生的弃渣用汽车外运。

　　4.3 成桩施工

　　4.3.1 护筒埋设。护筒采用 8mm 厚的钢板加工制成，每节高度1.5m，内径 1.2m，在校核桩位中心后，采用人工挖埋结合锤击方法埋设，入土深度 3m～4m，并高出地面 0.3m，最上一节护筒顶部开设两个溢浆孔；在护筒埋设完成后，测定筒顶标高，便于计算桩底高程。

　　4.3.2 冲击成孔。护筒埋设完成后，桩机就位，先低锤密击，锤高0.4m～0.6m，直至孔深达护筒底以下 3m～4m 后，才可加快速度，将锤提高至 2m～3.5m 以上转入正常冲击，直至设计深度。粘土中冲孔时，采用原土造浆；在较厚的砂层中钻进时，采用在孔中投入粘土造浆。

　　在淤泥等易塌孔的区段及时加小片石、粘土，同时改用小冲程反复冲击，使孔壁挤压密实，控制泥浆比重在 1.3-1.5 范围内。为保证成孔质量，在成孔过程中要定期进行检孔，检孔采用自制的钢筋笼，其外径等于设计孔径，长度约为孔径的 5 倍。每钻进 4 米左右或者通过易缩孔土层以及更换钻锥前都应进行检孔，当检孔钢筋笼不能沉到原来钻达的深度，或者拉紧时的钢丝绳偏离了护筒中心，则考虑可能发生了斜孔、弯孔或者缩孔等情况，如不严重时，可调整钻机位置继续成孔；若情况严重则应考虑回填问题孔段，重新冲孔。在成孔施工至基岩面时，加大冲程且勤清渣。每钻进 100～200mm 要取一次岩样，并妥善保存，以便终孔时验证。冲击过程中，为防止跑架，随时校核钢丝绳是否对中桩位中心，发生偏差应立即纠正。在达到终孔条件后，用测绳下挂 0.5kg 重物测量检查孔深。

　　4.3.3 终孔、清孔

　　钻孔到设计标高，并达到设计要求入岩深度后，停止冲孔，稍提冲击锤以小冲程（约 50cm～100cm）反复冲击挠动桩底沉渣，采用泥浆泵反循环置浆法清孔，直至沉渣厚度、泥浆比重符合规范要求为止。

　　4.3.4 下放钢筋笼

　　在一次清孔完毕后，采用汽车起重机吊放钢筋笼，钢筋笼就位后立即与护筒固定，防止在灌注混凝土时发生上浮。

　　4.3.5 安放导管

　　导管必须具有良好的密封性能，导管吊放时应居中且垂直，下口距孔底 0.3～0.5 米。

　　4.3.6 二次清孔

　　二次清孔在导管下放后，利用导管进行，二次清孔泥浆比重控制在 1.15～1.2，孔底沉渣厚度≤50mm。清孔过程中要及时补给足够的泥浆，并保持孔内浆面的高度。

　　4.3.7 水下混凝土灌筑

　　二次清孔后立即安放料斗，料斗容积必须满足首次混凝土能埋管不少于 0. 8m～1.2m 的要求，在料斗底部安放隔水栓，随后混凝土由搅拌车运输至灌筑地点进行灌注。混凝土灌筑要一气呵成，不得中断，并控制在 4～6h 内浇筑完，以保证混凝土的均匀性。

　　为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m 左右时，应降低混凝土的灌注速度；当混凝土上升到骨架底口4m 以上时，恢复正常灌注速度。

　　4.4 质量检测

　　在所有灌注桩施工完成并达到 28d 龄期后，分别采用高压变、低应变和抽芯的方法对桩身质量进行了检测，其中高应变检测 5 根桩，单桩竖向承载力均大于 2600kN，且全部达到一类桩以上标准；低应变检测 19 根桩，全部达到一类桩以上标准；抽芯检测 5 根桩，桩身混凝土芯样试件抗压强度代表值为 28.5-31.2Mpa，桩身底部进入弱风化层全部超过 1.0m，且根据芯样判定桩身达到一类桩以上标准。

　　5、 结论

　　实践证明，冲孔灌注桩在莲塘渡槽桩基施工中的应用达到了设计及规范要求，取得了良好的效果，同时通过施工也总结了一些注意事项和建议：

　　5.1 在二次清孔后以及开始灌混凝土前测量孔深，以该两次孔深的差值作为最终的孔底沉渣厚度，如果超过规范要求，必须重新清孔。

　　5.2 在成孔时不得以增大孔深的方式来抵消孔底沉渣的厚度。

　　5.3 尽量注意对施工场地的维护，做好泥浆的收集和再利用，避免泥浆随意流淌软化地面，造机机械设备移动困难而影响施工。

　　5.4 成孔与灌注施工应连续进行，这样可以减小一定的扩孔系数，降低施工成本。

　　5.5 在桩顶标高高于原地面的位置施工时，应采用粘土回填至桩顶以上 0.5m，作为施工平台，同时增加护筒埋深至原地面以下2.0m。

　　5.6 混凝土拌和物的供应要有备用方案，防止供料因故中断时无法连续灌注发生断桩。

　　5.7 在判断混凝土面的标高时要结合已灌注方量和经验的扩孔系数以及现场实探情况，取低值。

　　5.8 不能忽视泥浆比重的控制，适当的泥浆比重也是控制扩孔系数、降低施工成本的一项有效措施。

　　参考文献：
　　[1]水利水电工程施工手册编委会编.水利水电工程施工手册(第 1 卷地基与基础工程)[M].北京:中国电力出版社,2004.
　　[2]建筑地基基础工程施工质量验收规范.GB50202-2002[M].北京:中国计划出版社,2004.