大護筒在水上樁接柱工程上的應(yīng)用

陳軍鋒

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,世界各地之間的聯(lián)系日益密切。交通作為連接各地的紐帶,在高新科學(xué)技術(shù)力量的支持之下,在國內(nèi)的發(fā)展蒸蒸日上。特別是近些年來,各地的跨海、跨江橋梁工程更是搞的轟轟烈烈。諸如南昌生米大橋、杭州灣大橋、舟山金塘大橋等此起彼伏。

鉆孔灌注樁技術(shù)在橋梁的樁基工程上也得到了充分的應(yīng)用。正是在這樣的情況之下,我們經(jīng)過大膽的設(shè)想和研究,并且與實踐相結(jié)合,探索出了一套采用大護筒施工的方法,特別是在海、河橋梁工程上單樁單柱(河床面以下作樁,以上作柱)型樁基礎(chǔ)施工中取得了明顯的效果。下面就詳細(xì)地介紹一下這種方法。

1 施工工藝的選擇

在工程開工之前,必須系統(tǒng)的了解工程的概況,根據(jù)圖紙設(shè)計的要求和施工場地詳細(xì)準(zhǔn)確的工程勘察資料,綜合分析樁位布置、樁型、鉆孔深度、地質(zhì)情況并結(jié)合現(xiàn)場考察的實際情況,選擇合適的施工工藝進行施工。

目前在國內(nèi)常用的有正循環(huán)施工法和反循環(huán)施工法兩種。

正循環(huán)施工法:該法泥漿流速不大,攜渣能力弱,成孔效率低,并且在較厚的黏土地層易糊鉆,鉆孔深度又極大的受到限制。故在海、河橋梁工程上極少使用。

反循環(huán)施工法:常用的有氣舉反循環(huán)、泵舉反循環(huán)和泵吸反循環(huán)三種。

氣舉反循環(huán)是在鉆管底端噴吹壓縮空氣,當(dāng)吹口至地下6 m～7 m時即可壓氣作業(yè)(現(xiàn)場施工時由于機械密封效果較差,建議吹口沉至地下10 m～15 m)。氣壓一般控制在0.5 M Pa,由此產(chǎn)生比重較小的空氣泥漿的混合體,形成鉆管內(nèi)水流上升,即“空氣升液”。一般每鉆進3 m～5 m進行一次壓氣排渣。這種方法適用于深孔作業(yè),排泥及鉆孔效果好。在6 m以上因吸風(fēng)時往往會將壓縮空氣噴出地面,影響排渣效果,所以在上面6 m仍采用正循環(huán)施工。此法被廣泛地應(yīng)用在跨海、跨河工程的深樁基施工上。

泵舉反循環(huán)是由砂石泵隨主機一起潛入孔內(nèi),可以迅速將切碎的泥渣排出孔外,鉆頭不必切碎土成漿狀,鉆進效率較高。它是將潛水砂石泵同主機連接,開鉆時采用正循環(huán)開孔,當(dāng)鉆深超過砂石泵葉輪位置后,即可啟動砂石泵電機,開始反循環(huán)作業(yè)。這種方法在水上橋梁樁基施工中也被普遍采用。

泵吸反循環(huán)則是將鉆管上端用軟管與離心泵連接,并可連接真空泵,吸泥時是用真空將軟管及鉆管中的空氣排出,然后啟動離心泵排渣。此種方法成孔質(zhì)量好,效率高。在水上不太深的樁基工程施工中經(jīng)常使用。

總之,水上橋梁樁基施工中,如果孔深超過80 m的深樁基,一般采用氣舉反循環(huán)或泵舉反循環(huán);如果孔深在80 m以內(nèi)宜采用泵吸反循環(huán)施工。

2 施工工序

2.1 下沉護筒

泥漿護壁成孔時,宜采用孔口護筒。其主要作用是保證鉆機沿著樁位垂直方向工作,同時還起著存貯泥漿,使其高出地下水位或水面,保護孔口土層不會因為鉆管反復(fù)上下升降、機身振動而導(dǎo)致坍孔。

在跨海、跨河橋梁工程上單樁單柱的樁基礎(chǔ)施工中,選擇護筒時,應(yīng)在大于樁徑的前提下,超出柱徑 800 mm～1 000 mm,護筒一般采用8 mm～12 mm厚的鋼板制作,護筒長度由水上作業(yè)空間、水深以及河床面以下埋設(shè)深度綜合考慮決定。

護筒在河床面以下埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)河床面以下地層的綜合地質(zhì)情況,盡量使護筒底部坐落在密實的不透水層上,最少不應(yīng)小于5 m,如果護筒兼作其他受力構(gòu)件,應(yīng)根據(jù)實際情況,經(jīng)過詳細(xì)計算進行加深。

下沉護筒時,采用油壓式振動設(shè)備。要特別注意位置準(zhǔn)確、穩(wěn)定,護筒中心與樁位的偏差不得大于50 mm。為了防止護筒受力不均勻產(chǎn)生過大偏斜,宜在護筒頂加設(shè)平衡器,盡可能地使護筒振動下沉?xí)r周邊受力平衡。

2.2 鉆機就位

鉆機就位前,首先要在護筒上作上標(biāo)記定好樁位中心。就位時先打好水平,再進行對中。在對中時要保證樁位中心、轉(zhuǎn)盤中心和鉆架上吊滑輪三點在同一垂直線上,鉆管位置偏差控制在20 mm以內(nèi),對中后再復(fù)平鉆機,一切準(zhǔn)備就緒后應(yīng)馬上固定鉆機。

第三、企業(yè)幫扶。縣委、縣政府積極動員全縣效益好、實力較強的企業(yè)，幫扶2017年計劃退出的貧困村及深度貧困村，鼓勵企業(yè)依托自身優(yōu)勢，在勞動力轉(zhuǎn)移就業(yè)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面給予力所能及的扶持，以防止脫貧戶返貧。

2.3 攪漿鉆進

1)泥漿的主要作用。在鉆孔時泥漿的主要作用是防止坍孔,保護孔壁。此外在泥漿循環(huán)排渣時還具有攜渣、潤滑鉆頭、降低鉆頭發(fā)熱、減小鉆進阻力等作用。

2)泥漿的制備。護壁泥漿是由高塑性黏土(膨潤土或陶土)和水拌和的混合物,并根據(jù)需要摻入少量的其他物質(zhì),如加重劑、分散劑、增粘劑及堵漏劑等以改善泥漿的性能。除了能自行造漿的黏性土層外,其他地層均需要制備足夠的優(yōu)質(zhì)泥漿。一般在制備泥漿中常用的外加劑有純堿(Na2CO3)和羧甲基纖維素(CMC)等。

3)鉆進。鉆進過程中要注意幾個問題:

a.在開孔之前要防止孔內(nèi)掉物,特別是較大的鋼材,若發(fā)現(xiàn)有掉物應(yīng)及時處理。b.在松散土層中鉆進時,需根據(jù)泥漿的補給情況控制鉆進的速度,遇到較硬地層或在巖層中鉆進的速度通常以鉆機不發(fā)生跳動為宜。c.為了保證鉆孔的垂直度,鉆機應(yīng)設(shè)置效果較好的導(dǎo)向裝置。d.加接鉆桿時應(yīng)先停止鉆進,將鉆具提高孔底20 cm～30 cm維持泥漿循環(huán)以清洗孔底,將鉆桿內(nèi)的鉆渣攜出排凈,然后再停泵加接鉆桿。連接鉆桿時必須擰緊上牢,防止螺桿、螺帽以及拆卸工具掉入孔內(nèi)。e.在較厚的黏土層鉆進時,要控制好鉆進速度,不宜過慢,并且要及時排除鉆渣,防止糊鉆。如果發(fā)現(xiàn)在黏性土層中鉆進時毫無進尺或者進尺非常慢,而且泥漿循環(huán)時出水口不出水或水量很小,則判斷很有可能糊鉆,應(yīng)進一步查明原因及時處理。f.鉆進過程中如果發(fā)現(xiàn)孔斜、坍孔和護筒周圍冒漿時,應(yīng)立即停鉆待采取相應(yīng)的措施后再進行鉆進。

4)第一次清孔。在海、河橋梁工程深樁基施工過程中,一清泥漿主要指標(biāo)要求一般控制如下:相對密度在1.15～1.18之間,含砂率不大于2%,粘度在20 s左右,膠體率大于95%,pH值為8～10。

5)吊放鋼筋籠。在成孔一清滿足要求后,應(yīng)及時提鉆下放鋼筋籠。下鋼筋籠時一是要注意對中,二是底籠籠底鋼筋盡量到角,避免鋼筋籠對孔壁的刮刷擾動。

6)安放導(dǎo)管進行二次清孔。吊放完鋼筋籠后立即安放導(dǎo)管準(zhǔn)備二次清孔。安放導(dǎo)管時要仔細(xì)檢查,發(fā)現(xiàn)接頭變形、裂紋等有問題的切勿使用。二清標(biāo)準(zhǔn),首先孔深要達(dá)到設(shè)計要求,復(fù)測沉渣厚度在 100 mm以內(nèi)、泥漿比重控制在 1.10～1.13之間、含砂率小于1%,粘度18 s左右。清孔完成后即刻進行混凝土澆筑工作。

7)灌注水下混凝土、起拔導(dǎo)管。在二次清孔過程中,灌注班組作好開盤前的所有準(zhǔn)備工作,一旦二清工作完成馬上開盤。在灌注過程中盡可能使混凝土連續(xù)澆筑,以保證樁體質(zhì)量。

8)清理樁頭。灌注結(jié)束后及時安排人員清理樁頭。首先排除護筒上部多余的泥漿,再用帶壓水流沖洗樁頂浮漿,直到河床面處較好的混凝土?xí)r為止,最后處理干凈護筒內(nèi)所有污水雜物,為上面柱體施工作好準(zhǔn)備。

9)柱體的施工。等到下部樁體承載能力達(dá)到一定要求后,在護筒內(nèi)進行柱體的焊接鋼筋籠、支模板、澆筑、拆模等一系列工作。

10)拔出護筒。在柱體施工和一些輔助工作等都順利完成并達(dá)到合格要求后,拔出護筒進行回收。

3 施工特點

1)該施工法不需另設(shè)泥漿池。2)鉆進過程中穿護筒時克服了竄孔現(xiàn)象。3)上部柱體施工便于操作。4)護筒回收率高,不會浪費。

4 工程實例

薊運河大橋工程位于天津市寧河縣蘆臺鎮(zhèn)蘭臺子村,單樁單柱型基礎(chǔ),設(shè)計為鉆孔灌注樁,有效樁長 56 m,下部樁徑2 000 mm,上部柱徑1 500 mm,全部為水中樁位。

該工程樁基礎(chǔ)施工時,鋼護筒直徑為2 400 mm,埋設(shè)深度控制為下放到水底淤泥以下5 m,采用吊車懸吊DZ-150振動錘,利用振動錘的振動將護筒下置到位。鋼護筒在岸上分節(jié)加工,每節(jié)護筒上、下口焊加長25 cm厚10 mm的鋼板,在平臺現(xiàn)場進行對焊連接,保證了焊接質(zhì)量。施工過程中準(zhǔn)確定位,認(rèn)真操作,所用筒位偏差均在10 cm之內(nèi)。

在樁基礎(chǔ)施工的整個過程中,平臺干凈整潔,布局合理,未出現(xiàn)一次竄孔現(xiàn)象,上部柱體施工時避免了許多不利因素的影響,保質(zhì)保量的完成了施工任務(wù)。對13根樁進行小應(yīng)變檢測及超聲波檢測,檢測結(jié)果全部合格。

在最后回收護筒時,整個護筒除了施工過程中割開的循環(huán)口外,其余全部回收。

[1] 孫新華.鉆孔灌注樁施工工藝及常見缺陷處理[J].山西建筑,2008,34(7):141-142.