鉆孔灌注樁施工淺論

姜惠民

重慶云陽外灘廣場項(xiàng)目擬建商住區(qū)座落于具有復(fù)雜地層條件的長江之畔,平均厚度為5-20m的回填土層給建筑群的基礎(chǔ)施工帶來較大難度。對(duì)于四級(jí)以下的土層一般采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)較為適合,但是考慮到回填土中具有相當(dāng)含量的風(fēng)化巖石,而沖擊鉆進(jìn)對(duì)于巖石鉆進(jìn)效率較高,結(jié)合本工程特點(diǎn),有針對(duì)性地選擇了沖擊鉆成孔灌注樁的施工方案。

一、工程地質(zhì)資料

1.人工填土為山體爆破土石方回填土,平均厚度2-20m;2.淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,平均厚度1.5-4m;3.粉土,平均厚度1.7-5m;4.粘土,平均厚度2-8m,夾含中風(fēng)化石英細(xì)砂巖的塊石、碎石;5.強(qiáng)風(fēng)化石英細(xì)砂巖,層厚1.5-8m;6.中風(fēng)化石英細(xì)砂巖。

二、工程特點(diǎn)

1.填土厚度大,地質(zhì)條件復(fù)雜,上部土層不易護(hù)壁,下部土層堅(jiān)硬難鉆。2.孔深差異大,表層土質(zhì)為塊石,與松散土體混合,厚度變化大,基層巖石判斷困難。3.建筑群杭位較密集,施工場地狹小,場地布置、設(shè)備安放受限制。

三、施工方法

針對(duì)地質(zhì)資料及工程特點(diǎn),制定下述施工方案:上部土層采用GPS-15-20型鉆機(jī)配以單腰箍三翼合金鉆頭鉆孔,如遇塊石及至下部強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化石英砂巖,則采用CZ-1500-2000型沖擊鉆機(jī)沖擊鉆進(jìn)。入巖深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,吊車吊放鋼筋籠。采用氣舉反循環(huán)清孔,水下灌注混凝土成樁。

(一)孔的垂直度。樁孔的垂直度是保證鉆孔灌注樁承載能力的重要因素。樁孔斜率超標(biāo),其受力狀態(tài)被改變,樁頭偏位,影響上部結(jié)構(gòu)位置,同時(shí)影響鋼筋籠的安裝,使樁基結(jié)構(gòu)質(zhì)量降低。為避免鉆孔傾斜,在鉆機(jī)就位和鉆孔運(yùn)作過程中,要隨時(shí)注意校核鉆桿的垂直度,發(fā)現(xiàn)傾斜及時(shí)糾正。對(duì)于地基土質(zhì)不均勻、土層呈斜狀分布或土層中夾有大的孤石、硬物的情形,施工前必須有應(yīng)對(duì)方案和相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。經(jīng)工程實(shí)踐證明,利用導(dǎo)正裝置也是防止孔斜的有效方法。考慮到終孔后再發(fā)現(xiàn)孔斜糾正起來費(fèi)工費(fèi)力,且修孔會(huì)使樁的充盈系數(shù)增大,故對(duì)于鉆孔的垂直度控制一定要實(shí)行過程控制。

(二)孔徑控制。由于建筑群樁基分布于長江之畔新近沉積的粘性土和粉土中,液性指數(shù)IL>0.75,呈軟塑狀態(tài)和流塑狀態(tài),沖擊鉆成孔易出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象,造成孔徑小于設(shè)計(jì)要求及規(guī)范要求,樁截面縮小,承載能力降低,樁的安全系數(shù)降低,同時(shí)由于孔徑達(dá)不到要求,導(dǎo)致鋼筋籠無保護(hù)層,樁的抗壓能力及耐腐蝕能力受到很大的影響,為此要隨時(shí)加強(qiáng)對(duì)孔徑的檢測與控制,并采取相應(yīng)措施:1.鉆頭的直徑應(yīng)適當(dāng)加大;2.采用在導(dǎo)正器上焊一定數(shù)量的合金刀片,在鉆進(jìn)過程中起掃孔的作用;3.提高泥漿質(zhì)量,增大泥漿相對(duì)密度、粘性和稠度;4.成孔后及時(shí)澆筑樁基,盡量減少空孔時(shí)間。

(三)成孔。1.由于本工程上部均為塊石、砂質(zhì)土的回填土,挖護(hù)筒時(shí)應(yīng)將其清除干凈,并在護(hù)筒外圍用粘土夯填。為使成孔有序順利,開鉆時(shí)應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn),隨著鉆孔加深,在保證鉆具、機(jī)座穩(wěn)定的前提下逐漸增大沖鉆力,以確保鉆機(jī)正常運(yùn)作。2.鉆進(jìn)過程中,應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)速度、土層情況及時(shí)調(diào)整鉆機(jī)沖擊頻率和泥漿性能,確保鉆機(jī)有律有序運(yùn)作。3.本工程樁體端部須穿入強(qiáng)度較高的強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖、中風(fēng)化石英砂巖,沖擊鉆機(jī)就位時(shí)須校正孔位,沖錘下沉至孔底時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行,同時(shí)應(yīng)隨時(shí)檢查沖錘鋼絲繩與樁位中心是否一致,防止因巖石強(qiáng)度不一導(dǎo)致斜孔。4.沖擊過程中應(yīng)不斷撈取巖渣,避免巖渣反復(fù)泵入孔內(nèi)造成重復(fù)破碎,增加清孔工作量。5.沖擊鉆進(jìn)過程中,應(yīng)隨時(shí)會(huì)同監(jiān)理、勘察單位結(jié)合工程勘察資料,根據(jù)上返巖渣特性、沖擊速度等進(jìn)行巖面判定。

(四)泥漿。在鉆孔灌注樁的施工中,泥漿的質(zhì)量對(duì)于沖擊鉆成孔以及樁身的施工質(zhì)量起著很大的作用。泥漿質(zhì)量得不到保證會(huì)造成在成孔過程中形成不了護(hù)壁泥膜或形成的泥皮粘附力差,易于脫落,導(dǎo)致孔壁穩(wěn)定性差,在砂性土層易于塌壁,在流塑狀粘土層易于縮孔。如泥漿稠度過大在鋼筋籠的鋼筋上沉積粘附,導(dǎo)致鋼筋與混凝土握裹力降低。如泥漿相對(duì)密度過大,使得混凝土水下灌注阻力增大,降低混凝土的流動(dòng)半徑,影響樁芯混凝土質(zhì)量。在樁孔鉆進(jìn)過程中,應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)速度、土層情況及時(shí)調(diào)整泥漿性能,以確保鉆進(jìn)速度及裸孔護(hù)壁相互統(tǒng)一,防止孔內(nèi)縮頸或坍塌。鉆進(jìn)中坍孔嚴(yán)重時(shí),應(yīng)分析原因、相應(yīng)調(diào)整泥漿參數(shù)及鉆進(jìn)參數(shù)。

(五)沉渣清除。樁孔鉆進(jìn)過程中,孔底產(chǎn)生鉆機(jī)切削和孔壁塌落的巖土,同時(shí)由于空孔時(shí)間過長而產(chǎn)生沉淀流塑狀混合物,在樁底形成軟弱隔層,如不清除可能導(dǎo)致樁基端承力降低、喪失。因此孔底沉渣、淤泥的清除工作顯得尤為重要。本工程采用正循環(huán)成孔,氣舉反循環(huán)清孔的工藝。反循環(huán)清孔采用吊車下置導(dǎo)管進(jìn)行,導(dǎo)管下置后,在導(dǎo)管內(nèi)下置導(dǎo)管長度2/3的氣管,做好孔口密封工作,在泥漿調(diào)制完畢后,以空壓機(jī)送風(fēng)清孔。清孔過程中,在泥漿出入口、泥漿沉淀池中不停撈渣,同時(shí)測量沉渣厚度,在清渣達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后方可進(jìn)行水下混凝土灌注工作。

(六)混凝土灌注。混凝土灌注是樁基的關(guān)鍵工序,本工程混凝土工程量大,單樁混凝土最大用量達(dá)150m3。考慮施工場地等因素,在現(xiàn)場建立了混凝土攪拌站,加強(qiáng)混凝土配料及質(zhì)量的控制。在保證混凝土質(zhì)量合格的前提下,導(dǎo)管法水下灌注混凝土的質(zhì)量難以控制,主要原因是:1. 不能像上部結(jié)構(gòu)逐層振搗施工;2.由于導(dǎo)管埋在泥漿和混凝土中,混凝土的灌入阻力相當(dāng)大,要克服混凝土的灌入阻力,保證混凝土樁身質(zhì)量,必須有相當(dāng)大的沖擊力,沖擊力越大,完成每斗混凝土灌注的時(shí)間越短,混凝土樁身越均勻。經(jīng)研究本工程采用大體積混凝土沖擊灌注法進(jìn)行灌注,即每斗將2-3m3混凝土在大斗中積蓄夠量,出料口直接插入導(dǎo)管,然后打開大斗活門一次性連續(xù)放料沖擊下去,在巨大沖力的作用下,混凝土的向上頂升力和側(cè)向擠壓力就有了保證,樁的摩擦力和樁身的混凝土密實(shí)性都得以提高,特別是首斗混凝土灌注沖擊力大,孔底沉渣、沉淤被沖濺開,樁端與持力層能有較好的結(jié)合。

采用上述大體積混凝土沖擊灌注法應(yīng)注意幾個(gè)問題:1.注意排氣技術(shù),防止形成氣堵使混凝土料灌不下去。2.嚴(yán)格控制混凝土粗骨料直徑,最好經(jīng)過網(wǎng)篩,防止混凝土大直徑骨料卡管。3.控制好混凝土和易性,避免在料斗下部及出料口形成堆積,導(dǎo)致出料困難,堵塞導(dǎo)管。4. 送料吊車司機(jī)在打開料斗活門混凝土下落時(shí),必須隨時(shí)不斷向上提動(dòng)導(dǎo)管,防止卡壁、堵管。5.注意混凝土大斗和導(dǎo)管的清洗、保養(yǎng),使其內(nèi)壁光滑,減少摩擦力。

四、結(jié)語

本工程共見證取樣280組混凝土強(qiáng)度試塊,經(jīng)質(zhì)量檢測中心檢測,混凝土強(qiáng)度全部滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)大、小應(yīng)變及樁體鉆芯檢測,工程質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,工程質(zhì)量優(yōu)良。

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