1. 工程概况
老挝南塔河1#水电站由中国南方电网公司与老挝国家电网公司以BOT形式投资建设, 项目位于博乔省帕乌多县, 其溢洪道所在位置的岩石多为薄层泥灰岩。为防止溢洪道在下泄洪水时造成护坦破坏, 危机溢洪道及下游河道边坡安全, 本项目共布置灌注桩35根, 桩径1.5m, 桩中心间距为4m。根据现场实际地址情况, 本工程采用冲击钻机成孔, 汽车吊放钢筋笼, 导管法水下灌注混凝土。
2. 施工准备
2.1 技术准备
(1) 掌握施工现场工程地质及水文地质资料。
(2) 熟悉设计图纸和技术要求, 编制施工方案、进行技术交底, 原材料送检和配合比申请。
(3) 准备施工用的各种报表。
2.2 现场准备
(1) 三通一平:由于部分桩基布置在南塔河河道内, 需要对作业平台进行局部回填及平整, 为防止在施工过程中出现河水冲刷施工场地, 造成人员设备出现安全隐患, 在回填场地外侧码放钢筋笼进行保护, 并根据施工设备配置情况安排动力电缆线及施工供水布置等工作。
(2) 测量定位:桩基测量放样前先复核控制点坐标及水准点标高, 使用全站仪对桩基进行放样, 根据放样点控制钢护筒的埋设和钻机的就位, 护筒侧面设标记桩位的十字控制点。
(3) 护筒埋设:护筒埋设采用挖坑埋设法, 护筒采用10mm钢板卷制而成, 直径1.7m, 顶部预留20*20cm的缺口, 高出施工地面0.3m。护筒在埋设定位时护筒中心与桩中心的平面位置偏差应不大于50mm, 护筒在竖直方向的倾斜度应不大于1%, 护筒的底部和外侧四周应采用黏性土回填并分层夯实, 使护筒底口处不漏失泥浆。
(4) 泥浆配置:1) 泥浆的配制:由于桩轴线较长, 为保证各桩孔施工时泥浆供应, 计划采用移动式泥浆池。泥浆池利用钢板加型钢制作而成, 单个容量为20m3 (4m×2.5m×2m) , 共制作2个。泥浆由水、粘土和添加剂配制而成, 要求泥浆的性能指标为含砂率小于4%, 比重1.1~1.25, 粘度18~20Pa·S, 酸碱度8~10, 胶体率98%。2) 泥浆的净化:因冲击造孔采用间隔成孔方式, 隔桩成孔时, 在两钻孔之间开挖一个4m×2m×2m (长×宽×深) 的沉渣池, 废弃的泥浆流入沉渣池内, 待泥浆沉淀后再将其运至上游弃渣场。
(5) 人员配置:现场管理人员2人、技术质检人员2人、混凝土工5人、电焊工2人、钢筋工4人、起重工2人、钻机工6人、吊车操作手2人、电工2人、普工10人、合计37人。
3. 施工方案
3.1 钻机就位及成孔
(1) 钻机与桩中心平面偏差不大于20mm, 钻进时应有详细记录;成孔后桩中心轴线偏位不大于40mm, 倾斜度不大于1/100。
(2) 钻机通过吊车吊装就位, 就位后的钻机要保证基座水平, 吊起钻杆及钻头, 使钻头中心同桩中心在同一铅垂线上, 并固定好钻机, 底座和顶端应平稳, 在钻进中不应产生位移或沉陷, 在成孔过程中, 防止移位。
(3) 开孔时, 应低锤密击, 进入基岩后, 应采用大冲程、低频率冲击, 当发现成孔偏移时, 应回填片石至偏孔上方300~500mm处, 然后重新冲孔;当遇有孤石时, 采用高低冲程交替冲击, 将大块石击碎或挤入孔壁。
(4) 冲击施工时注意连续补充泥浆, 维持护筒内应有的水头, 避免坍塌。钻进过程中应保证泥浆面始终不低于护筒底部500mm以上, 掏取钻渣和停钻时, 应及时向孔内补水, 保持水头高度。
(5) 冲进一定深度后及时清渣, 以保证成孔质量并加快进度, 清孔后应检查泥浆性能指标是否符合要求。
(6) 成孔过程及时填写《钻孔记录》并配以照片说明, 注意地质变化, 捞取渣样, 连续操作。因故停钻时, 严禁钻头留在孔内, 以防埋钻。
(7) 在钻孔排渣, 提钻头出土或因故停钻时, 保持孔内具有规定的水位及要求的泥浆相对的密度和黏度, 处理孔内事故或因故停钻时, 必须将钻头提出孔外。
3.2 清孔、成孔验收
清孔方法采取换浆的方法清除孔底的沉渣。当钻到桩底设计标高后, 应对孔径、孔深和孔的倾斜度进行检验, 满足设计要求后方可清孔, 检孔合格后, 进行清孔, 以抽换钻孔内的泥浆, 减少孔底的沉淀厚度。清孔排渣时必须注意保持孔内水头, 防止塌孔, 严禁采用加深钻孔深度的方式代替清孔。
3.3 钢筋笼制作及安装
(1) 钢筋笼制作:钢筋笼在钢筋场分节加工制作, 采用货运汽车运至施工现场, 为了防止钢筋笼在运输和吊装过程中发生变形, 钢筋笼内每隔2m左右设置一个ø14内支撑筋加固待钢筋笼整体吊装并开始下放时可依次拆除X形加固筋。
(2) 钢筋笼的安装:钢筋笼入孔采用汽车吊吊装, 安装按事先的分节编号, 依次下放、连接, 整个钢筋笼下放到位后需检查钢筋笼的中心位置及保护层厚度是否符合设计要求。安装完毕后需用钢筋对钢筋笼与钢护筒进行焊接固定, 并在钢护筒外做好标记, 以便实时检查后续施工中钢筋笼是否发生偏移或浮动。
3.4 安防导管及二次清孔
利用螺牙式导管行灌注水下混凝土工作, 规格应选直径300毫米。值得注意的是, 应对导管型行水密承压实验以及接头抗拉实验后方可投入实际使用。在进行水密承压实验时, 水压应大于口内水深1.3倍压力;同时, 不得小于焊缝及导管壁可承受最大内压p的1.3倍。
准备工作结束后, 进一步对导管行拼接、过球、规格等质量检查。在连接导管过程中饿, 需保证其中部密封圈状态良好, 且连接盘上部应保持紧固状态, 谨防漏气。吊放导管应保持居中位置, 且沿轴线顺直方向操作, 整个操作过程应尽可能保持平稳, 避免挂到钢筋笼或是与孔壁发生碰撞。
导管安装完毕进行第二次清孔, 清孔后泥浆的含砂率降到2%以下, 粘度为17~20s, 相对密度为1.03~1.10, 且孔底沉渣厚度不大于30cm, 并满足设计要求。
3.5 灌注水下混凝土
(1) 混凝土漏斗安装工作:利用预制混凝土球, 对漏斗管口进行挂堵工作。当漏斗及储料斗中混凝土达到指定容量时 (理论上讲, 初次下料埋管深度必须达到一米以上) , 将球塞剪断或者拔起, 并且以规定速度行混凝土灌注工作。操作结束后, 应对埋管情况行检视, 确保状态正常。
(2) 本工程采用混凝土搅拌车配合溜槽入仓, 首批混凝土拌和物灌注后, 混凝土应连续灌注。并及时填写《水下混凝土灌注记录》, 真实反映灌注情况。
(3) 混凝土灌注顶面与钢筋骨架底部距离达到一米时, 应适当调低其灌注速度, 谨防钢筋骨架不受控制而产生上浮情况。而孔内混凝土抵达至骨架底部端口四米及以上距离时, 则可进一步对导管行提升工作 (导管埋深范围控制在2-6米) 。
(4) 行混凝土灌注过程中, 应实时对埋管状态加以有效监测。必要时, 应第一时间拆除导管。实际操作过程中, 也应注重混凝土拌合物情况, 注意避免其从漏斗外进入孔内, 或从漏斗顶部满出, 进而导致泥浆因水泥成分的加入而变得较为稠密, 影响测深结果。
(5) 应注重相应的记录工作, 包括混凝土灌注方量、导管埋藏深度、孔内混凝土表面高度等, 参照相应的数据 (如混凝土数量) , 对导管埋深与实际情况的符合程度进行测量, 避免因出入过大进而造成因导管超拔而产生断桩问题。导管拆卸结束后, 应确保埋管深度范围在2-6米区间。
(6) 水下混凝土灌注工作进行到尾声时, 应保持导管上口距离护筒内水面或桩顶的距离超过四米并低于六米, 严禁频繁调整导管高度, 影响灌注效率。
3.6 桩头凿除
当桩基混凝土强度达到设计强度超过七成, 应相应移除钢护筒, 并利用液压破碎锤对桩头型挖开工作, 必要时也应与人工风镐相结合。在此过程中, 应注重对桩头附近松散的混凝土行处理工作, 并凿除桩头。注重声测管的保护工作, 防止其受到暴力破坏, 致使泥浆等脏物溢出或进入。
3.7 桩基检测
(1) 关于桩基的检测工作, 应利用超声波检测方式, 具体准备工作如下:
首先, 将声测管伸出桩顶, 当达到同一标高时行切割工作, 并对管口标高进行测量以及记录, 以此为后期各测点高程的主要参考指标。
第二, 向在声测管灌注清水, 并且行有效封口工作等待检查。同时, 应在条件允许的情况下准备水桶、水瓢, 以用于后续的添水工作。
第三, 应对声测管的畅通情况进行检查, 谨防换能器电缆出现拉断情况, 或换能器出现卡住情况等, 近而引发不必要的损失。
第四, 应对桩顶面顶部声测管外壁的净距离加以有效测量 (精确至1毫米) 。
(2) 造成检测管堵塞的原因通常为破裂漏泥浆进入、焊缝砂眼等, 因而应相应采取疏通措施:
首先, 可使用软水管对堵管位置进行冲洗, 促使堵管位置泥浆得以被清水带出。
其次, 利用套筒机械对镀锌管行连接工作, 并保证拆解工作的便捷性。同样向声测管注入清水, 将镀锌管插制其中, 并将其一端套上空压机气管, 利用高压空气将堵塞泥土移除。
4. 质量事故预防、处理
4.1 坍孔
4.1.1 坍孔原因
(1) 泥浆稠度低, 无法发挥“护壁”功能。
(2) 孔内注水过程中水流速较高, 孔壁受到直接冲刷。
(3) 泥浆水位过低, 无法有效对孔壁施压。
(4) 护筒埋深较低, 造成周边封填工作效率低。
(5) 过快钻入松软砂层。
4.1.2 预防及处置方式
(1) 对于坍孔较浅的情况, 应将护筒埋深, 对其周边回填土行重钻操作, 加以夯实。
(2) 对于轻度坍孔情况, 应适当调高泥浆相对密度及水位。
(3) 对于重度坍孔情况, 应有效利用粘土泥膏。等孔壁状态稳定时, 以低速行钻进工作。在松软砂层钻探或行进时, 选择质量较高的泥浆, 并注意护壁工作。
4.2 导管进水 (灌注水下混凝土)
(1) 主要原因:首批灌注的混凝土数量不够操作不当。
(2) 预防及处理措施:将已灌注的混凝土吸出, 再改进操作方法, 重新灌注。
4.3 导管堵塞
(1) 主要原因:导管埋置过深;混凝土和易性, 流动性不符合要。
(2) 预防及处理措施:时刻检查导管的埋置深度, 用振捣棒振动导管, 若此方法无效时, 则将已灌注的混合料吸出, 改进方法, 重新灌注;改善混凝土的和易性和流动性。
5. 质量检测、控制
(1) 成孔的质量控制要求:清孔后泥浆的相对密度为1.03~1.10, 粘度为17~20s, 胶体率>98%, PH值为8~10, 扩孔率≤10%, 倾斜率<1%, 泥浆沉淀厚度≤300mm, 孔中心线偏差≤50mm。
(2) 成桩的质量检测与控制:按照设计要求, 该基础一律采用超声波无破损检测法检测。成桩的质量控制有如下三项指标:成桩的平面位置偏差≯5cm;声测法的声速>3600m/s;离散系数<10%。
(3) 应注意对声测管下端的密封工作、上端的加盖工作, 保证管道内未存在泥浆或其他杂物。利用绑扎方式, 将声测管与钢筋笼进行连接 (严禁焊接) ;而声测管自身的连接方式, 着重选择“外加套筒焊接法”, 谨防导管连接处断裂等情况的出现, 保证连接处状态良好, 不存在漏水现象, 能尽可能维持光滑性。对于管口与桩顶之间的距离, 也应把控在100毫米以上。同时, 确保声测管口高度相同。
(4) 严格执行“三检制”, 在进行验收过程中, 上道工序不合格不得进行下一道工序施工, 确保每道施工工序均满足设计及施工规范要求。
(5) 施工过程中, 应严格遵从施工设计图纸及相应设计文件, 施工人员必须自觉遵守施工管理规范, 全面了解施工技术标准、质量检查及验收标准等模块, 注重技术交底效率, 促使自身得以对质量标准、操作工序、相应规程等加以掌握。
(6) 施工过程中, 应注重对测量桩点的保护工作, 其放线要应做到反复校核, 以保证中线结构、尺寸位置、水平等各项指标准确。同时, 应遵从标准流程, 向监理工程师进行测量定位资料申报工作。施工方在遵守施工及技术的有关技术标准规定等的同时, 也应以招标文件作为参考, 进行计划性施工。
(7) 最后, 在行混凝土灌注工作时, 尤其在拔管模块, 施工方应组织专业技术人员进行指挥工作, 并以理论灌注量为参考, 对孔内混凝土面进行计算工作。利用“重锤实测”的方式得到最终数据后, 应以二者低值为参考, 对拔管长度进行有效操控, 保证导管全程埋深大于一米。而单桩混凝土的灌注时间少于1.5倍混凝土初凝时间。
6. 结语
总体而言, 南塔河1#水电站灌注桩施工过程具有较高的参考意义, 相关施工人员应在临江灌注桩施工期间, 以实际岩石情况为参考, 对钻孔设备加以科学选择, 确保护坡、溢洪道护坦等的工作效率。同时, 应对护筒埋设、泥浆配置、冲击钻孔、钢筋笼安装、导管安装、混凝土灌注、质量检测与控制等模块加以全过程、全方位的管控。适当采用生产性试验校对各项参数, 并且积极进取, 进一步提升自身施工工艺及效率, 最大程度的满足施工技术需求, 进而产出经济效益。
摘要：结合老挝南塔河1#水电站溢洪道护坦冲击成孔灌注桩施工, 从灌注桩施工制浆、冲击成孔、钢筋笼制作与安装、灌注水下混凝土、桩基检测、质量事故预防与处理等环节, 介绍冲击成孔灌注桩在水电站施工中程序及注意事项。
关键词：灌注桩,冲击成孔,水下混凝土