沉管灌注樁和鉆孔灌注樁的組合應用研究

吳 璽

隨著世界船舶修造產業的東移,給中國船舶工業的發展提供了良好的發展機遇。在美好行業前景和巨大利益的驅動下,近幾年國內新增造船企業也日益增多,江蘇、浙江等地的船廠紛紛擴建、新建船臺。原來的船臺[1,2]在浙江如舟山、象山、三門等沿海地區在建或擬建的2萬t級、3萬t級斜坡式船臺數量較多。振動沉管灌注樁因其工效高和造價低廉,在國內外工程界得到廣泛運用。但是,由于其成孔、灌注混凝土、成樁都處于隱蔽狀態,質量難以控制。若某一工程樁達不到設計要求,就會造成建筑物的不均勻沉降。因此,必須嚴格遵照施工規范、施工工藝進行施工,而且要特別注重對工程樁的質量檢測。否則,即使是裝備齊全、經驗豐富的施工單位也會因各種因素的影響而發生工程事故,從而影響整個工程的經濟效益。

1 工程概述

沉管灌注樁又稱為打拔管灌注樁,是利用沉樁設備,將帶有鋼筋混凝土樁靴(活瓣式樁靴)的鋼管沉入土中,形成樁孔,然后放入鋼筋骨架并澆筑混凝土,隨之拔出套管,利用拔管時的振動將混凝土搗實,便形成所需要的灌注樁。利用錘擊沉樁設備沉管、拔管成樁,稱為錘擊沉管灌注樁。利用振動器振動沉管、拔管成樁,稱為振動沉管灌注樁。按作用分為擠密樁、摩擦樁和端承樁。

為了提高樁的質量和承載能力,沉管灌注樁常采用單打法、復打法、翻插法等施工工藝。單打法(又稱一次拔管法):拔管時,每提升0.5 m～1.0 m,振動5 s～10 s,然后再拔管0.5 m～1.0 m,這樣反復進行,直至全部拔出;復打法:在同一樁孔內連續進行兩次單打,或根據需要進行局部復打。施工時,應保證前后兩次沉管軸線重合,并在混凝土初凝之前進行;翻插法:鋼管每提升0.5 m,再下插 0.3 m,這樣反復進行,直至拔出。

沉管灌注樁以其成樁效率高、承載力強、工程成本低、樁長控制靈活等優點而得到廣泛地應用。一般適用于黏性土、淤泥、淤泥質土、粉土、濕陷性黃土、稍密及松散的砂土。但是,它的施工工藝較復雜,稍有疏忽就會導致各種施工質量問題[3-5]。

2 材料及施工

1)水泥:425號及其以上的硅酸鹽水泥、普硅、礦渣、火山水泥。水泥進場時應有出廠合格證明書。施工單位應根據進場水泥品種、批號進行抽樣檢驗,合格后才能使用。水泥如存放時間超過三個月,應重新檢驗確認符合要求后才能使用。

2)中粗砂:采用級配良好、質地堅硬、顆粒潔凈的河砂或海砂,其含泥量不大于3%。

3)石子:采用堅硬的碎石或卵石,最大粒徑不宜大于40 mm,且不宜大于鋼筋最小凈距的1/3,其針片狀顆粒不超過25%,含泥量不大于2%。

4)鋼筋:鋼筋進場時應有出廠質量合格證明書,應檢查其品種規格是否符合要求及有無損傷、銹蝕、油污,并應按規定抽樣,進行抗壓、抗彎、焊接試驗,經試驗合格后方能使用(進口鋼筋要進行化學成分檢驗和焊接試驗,符合有關規定后方可用于工程)。鋼筋籠的直徑除應符合設計要求外,還應比套管內徑小60 mm～80 mm。

5)樁尖:一般采用鋼筋混凝土樁尖,也可用鋼樁尖。鋼筋混凝土的樁尖強度等級不低于C30。其配筋構造和數量必須符合設計或施工規范的要求。

振動錘擊沉管灌注樁施工中常見的縮頸、樁體夾泥、斷樁、吊腳樁、鋼筋籠下沉或上浮等質量通病的出現原因、預防措施。

振動沉管灌注樁能適應復雜的地層,不受持力層起伏和地下水位高低的限制;能夠用小樁管打出大截面樁,有較高的承載力;由于有套管護壁,可防止坍孔、縮孔、斷樁,樁質量可靠;在砂土中可減輕或消除地層的地震液化性能;它能沉能拔,施工速度快,效率高,操作方便,安全,費用也較低。但是正是由于其能沉能拔,施工速度快,效率高,故在施工中也容易出現問題。

動靜測結合法評價基樁受力特性,以反映工程質量情況。一般沉管灌注樁的長度不宜大于18 m。在具有保證樁身質量的可靠措施和成熟經驗時可適當加長但不應大于25 m,本文闡述了在特殊情況下,行之有效的質量監測和可靠的施工措施成功地將36 m超長沉管灌注樁施工完畢。

1)測量放線:根據樁位平面圖,建筑物控制點、水準點測量放線,精確施放樁位,測量場地標高,確定成樁長度。樁間距根據設計要求的復合地基承載力,樁間土的性質,宜取3倍～6倍樁徑。

2)樁孔就位:樁機就位后,首先調平樁機,由專人負責樁管垂直對準樁位中心,確保樁孔垂直偏差小于1%。

3)成孔:固定合龍管尖活葉,管尖對準樁位緩慢平穩沉管,發現沉管偏移,及時采取措施糾正,通過樁機電流大小或貫入度控制好成孔深度。

4)混凝土攪拌:依據設計配合比配制混凝土料,設專職攪拌工準確計量,嚴格控制攪拌時間和混凝土坍落度。

5)提管成樁:在沉管深度符合要求后,管內加入混凝土料,按規定的拔管速度(一般為1.2 m/min～1.5 m/min左右)拔管,同時進行一定的反插控制好混凝土料用量,確保成樁長度符合要求。

6)褥墊層的鋪設:樁施工、檢測完成后,按設計要求虛鋪一定厚度的墊層材料,采用12 t壓路機靜力壓實,對機械無法壓實的部位用人工夯實。褥墊層的厚度一般為100 mm～300 mm,褥墊層材料宜用粗砂、中砂、級配砂石或碎石,最大粒徑不宜大于30 mm。

沉管樁施工:

1)試樁:為了根據樁的設計承載力,確定樁的入土深度;確定合理的拔管速度和充盈系數,在相同的地質條件下,試樁不少于2根。在軟基段上根據設計文件和地質條件合理選擇試樁的位置,并機具就位。采用單打法進行沉樁作業,作業過程中根據沉管速度和電流變化確定地層地質變化情況。沉管至持力層標高或設計標高后,根據沉管時確定的地層地質變化情況,初步擬定拔管速度。在拔管過程中及時測定推算各種地層混凝土的充盈系數,在不能滿足要求時及時采取補救措施。試樁施工完成后,根據試樁確定的施工工藝和參數進行沉管樁的施工。

2)測量放樣:為使樁位放樣準確,減少中間環節及受地形條件的影響,預應力管樁施工采用樁位坐標點放樣,首先根據計算的坐標引出樁基軸線;樁基軸線的定位點位置在不受打樁影響的地點,并在施工過程中作系統的檢查。

3)沉樁順序:主要采用逐排沉樁的方法,沉樁過程中要邊退邊打,避免樁機移動時擾動已施工的樁位。

4)施工方法及工藝流程:

a.設置樁尖和樁管:按照施工放樣的樁位中心,先設置預制鋼筋混凝土樁尖。樁架安裝必須水平,樁管應垂直套入樁尖,二者在同一軸線上。b.沉管:在振動沉管過程中,不得有偏心,并隨時檢查預制鋼筋混凝土樁尖有無破損,樁管有無偏移或傾斜,若有上述情況應立即糾正。樁管內不允許進入水或泥漿,當有水或泥漿進入時,應灌入1.5 m高的封底混凝土后再開始沉樁。c.灌注混凝土:每次向管樁內灌注混凝土時應盡量多灌,用長樁管打短樁時,混凝土可一次灌足;打長樁時第一次灌入樁管的混凝土應盡量灌滿。第一次拔管高度應控制在能容納第二次所需要灌入的混凝土量為限,不宜拔得太高。在拔管過程中應設專人用測錘檢查管內混凝土面的下降情況。d.拔管:開始拔管時,應測得混凝土確已流出樁管后,才可進行繼續拔管。由于采用了預制樁尖振動沉入的樁管,應先振5 s～10 s再開始拔管,邊振邊拔。每上拔1 m,應停拔并振動5 s～10 s,如此反復操作至樁管全部拔出。拔管速度應控制在0.8 m/min以內。e.樁帽:管樁打設完成后,按設計圖紙要求設置樁帽鋼筋,支立模板,澆筑樁帽混凝土,及時覆蓋養護。

3 質量保證措施

1)施工前應復核測量基線、水準基點和樁位。樁基軸線的定位點及施工地區附近所設的水準點應設置在不受樁基施工影響的地方。2)沉樁設備就位后必須平正、穩固,確保在施工中不發生傾斜、移動。為準確控制沉樁深度,應在機架或樁管上標志醒目的深度標記。樁身必須垂直。應在機架上相互垂直兩面上分別設置兩個0.5 kg重的吊線錘,并畫上垂直線。3)沉管灌注樁施工中,應注意觀察樁頂和地面有無隆起及水平位移情況,并應及時研究,采取措施。4)沉樁過程中樁突然下沉或不能下沉時,可能樁尖損壞或遇到地下障礙物,應及時將樁管拔出,進行研究處理后,重新插入進行施工。5)檢查成孔質量合格后應盡快灌注混凝土。在灌注過程中應用測錘測定混凝土的灌注高度,以檢查灌注質量。灌注充盈系數不得小于1。6)加強施工管理,密切注意樁身混凝土有無發生縮頸及斷樁等現象,若有發現應立即采取反插法或復打法及時處理。

[1] 朱崇誠,李越松,王笑難.灌注樁在碼頭結構加固中的應用[J].水道港口,2008(10):358-361.

[2] 吳春秋,安旭文,張 偉.大直徑嵌巖灌注樁承載力性狀的試驗研究[J].建筑結構,2004(9):21-28.

[3] JTJ 291-98,高樁碼頭設計與施工規范[S].

[4] JTJ 254-98,港口工程樁基規范[S].

[5] JTJ 285-2000,港口工程嵌巖樁設計與施工規程[S].