淺談反循環鉆機施工

彭旭強

摘要:砼灌注樁基礎具有入土深、能入巖、剛度大、承載力高、樁身變形小,可方便地進行水下施工等優點。砼灌注樁基礎是靠樁頭和樁身共同承擔荷載的一種基礎,施工時應認真掌握其施工的每個環節,本人結合在哈大客運專線鐵路鞍遼特大橋反循環鉆機施工砼灌注樁的施工情況,總結此類工藝的質量控制技術。

關鍵詞:反循環工藝質量控制

中圖分類號:TU755 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0067-02

1工程概況

哈大鐵路客運專線是國家“十一五”重點工程項目之一,其中鞍遼特大橋位于鞍山市及遼陽縣境內,中心里程DK299+062.61,起訖里程DK289+459.71～DK308+665.5,橋梁全長19205.79m。按雙線高速地段設計,設計行車速度350km/h,線間距5m,橋上采用型板式無碴軌道。本橋采用圓端形橋墩,一字臺,墩臺基礎采用鉆孔灌注樁。橋梁所處地段為沖洪積平原,地形平坦開闊,局部地段地勢稍高,主要為遼河及支流沖洪積而成,平原區大部為耕地。由上而下地層分別為:雜填土;粉質黏土;粉土;中砂;礫砂;粉質黏土;粗圓礫土;中砂;粉質黏土;中砂。樁底位于圓礫土層內。

2反循環鉆機工藝及使用方法

2.1 工藝特點

通過泵吸、射流抽吸、充氣送入壓縮空氣,使鉆桿內腔形成負壓或充氣液柱產生壓差,使經過鉆桿與孔壁間的環狀空間流向孔底的泥漿,攜帶鉆頭切削下來的鉆屑,由鉆桿內腔高速返回地面泥漿池。由于泥漿上返速度快,排渣能力強,對孔壁的沖刷作用小,在孔壁上形成的泥皮相對較薄,成孔質量好。主要適用于地下水位較高的軟、硬土層,如淤泥、黏性土、砂土、軟質巖等土層應用。

2.2 操作要點

(1)啟動砂石泵,待反循環正常后,才能開動鉆機慢速回轉下放鉆頭至孔底;開始鉆進時,應先輕壓慢轉;待鉆頭正常工作后,逐漸加大轉速,調整壓力,并使鉆頭吸口不產生堵水。

(2)鉆進時應認真仔細觀察進尺和砂石泵排水出渣的情況;排量減少或出水中含鉆渣量較多時,應控制進尺速度,防止因循環液比重太大而中斷反循環。

(3)鉆進參數應根據地層、樁徑、砂石泵的合理排量和鉆機的經濟鉆速等加以選擇和調整。

(4)在沙礫石、砂卵石、卵礫石地層中鉆進時,為防止鉆渣過多,卵礫石堵塞管路,可采用間斷鉆進、間斷回轉的方法來控制鉆進速度。

(5)加接鉆桿時,應先停止鉆進,將鉆具提離孔底80mm～100mm,維持沖洗液循環1min～2min,以清洗孔底并將管道內的鉆渣排凈,然后停泵加接鉆桿。

(6)鉆桿連接應擰緊上牢,防止螺栓、螺母、工具等掉入孔內。

(7)鉆進時如孔內出現塌孔、涌砂等異常情況,應立即將鉆具提離孔底,控制泵量,保持沖洗液循環,吸除塌落物和涌砂;同時向孔內輸送性能符合要求的泥漿,保持水頭壓力以抵制繼續涌砂和塌孔,恢復鉆進后,泵排量不宜過大以防吸塌孔壁。

(8)合理埋設孔口護筒,護筒上口高出地下水位的高度,應按水頭高度設置要求控制,護筒底口及外側應用粘土夯實,不滲不漏不跨。

(9)鉆進至設計孔深位置停鉆后,將鉆頭提離孔底100mm～150mm,繼續維持泥漿循環,必要時,可低速回轉鉆頭,同時向孔內送入干凈泥漿或清水,如此反循環清孔15min～20min左右,是返出孔內的泥漿含砂量達到規定要求為止。

3施工工藝流程見圖1

4鉆孔質量控制

4.1 埋設護筒

鉆孔成敗的關鍵是防止孔壁坍塌。當鉆孔較深時,在地下水位以下的孔壁土再靜水壓力下會向孔內坍塌、甚至發生流沙現象。鉆孔內若能保持比地下水位高的水頭,增加孔內靜水壓力,能穩定孔壁、防止塌孔。護筒除起到這個作用外,同時還有隔離地表水、保護孔口地面、固定樁孔位置和起到鉆頭導向作用。

(1)采用鋼質護筒,對于旋轉鉆護筒直徑比設計樁徑大20cm,對于沖擊鉆護筒直徑比設計樁徑大40cm,長度不小于180cm。

(2)護筒頂高出地下水位:1.5m～2.0m。

(3)護筒頂高出原地面20cm～30cm。

(4)護筒底部與土層相接處用粘土夯實,護筒外面與原土之間也要用粘土填滿夯實,嚴防地表水順該處滲入。

(5)護筒接頭處,要求內部無突出物,能耐拉壓,不漏水。

(6)護筒平面位置偏差不得大于5cm,傾斜度不得大于1%。

4.2 制備泥漿

泥漿在鉆孔中的作用有以下幾點。

(1)在孔內產生較大的靜水壓力,可以防止塌孔。

(2)泥漿向孔外滲漏,在鉆進過程中,由于鉆頭的活動,孔壁表面形成一層膠泥,具有護壁作用,同時將孔內外水流切斷,能穩定孔內水位。

(3)泥漿相對密度大,具有攜帶鉆渣的作用,利于鉆渣的排出。此外,還有冷卻機具和切土潤滑作用,降低鉆具磨損和發熱程度。

因此在鉆孔過程中孔內應保持一定稠度的泥漿,一般相對密度以1.1～1.3為宜。

4.3 反循環鉆機成孔

(1)待泥漿循環池及護筒施工完畢后,選擇10kw的反循環鉆機,用8t汽車起重機將其對準樁位就位,然后用水平尺校正機身及鉆桿的水平及垂直度,開動電機,放下鉆頭,用泥漿泵注入泥漿,鉆機將循循鉆進,一節鉆桿鉆入后及時停機,接上第二節。如此反復鉆至設計深度。

(2)鉆進過程中的注意事項有以下幾點。

①由于整個鉆孔過程是靠泥漿循環而完成的,所以應經常檢查泥漿的稠度,如發現泥漿中雜物太多,必須及時清理排漿溝及泥漿池或更換泥漿。

②鉆機在鉆孔過程中,如發現鉆桿搖晃,可能遇到硬土或巖石等,應立即停機檢查,待查清原因,處理后再鉆,否則將會發生位移、坍孔壁、樁位偏斜,甚至扭斷鉆桿等事故。

(3)鉆孔的施工質量檢查。

鉆孔深度達到設計要求時,對孔深、孔徑、孔位和孔形等進行檢查,其驗收標準見表1。

5清孔及吊裝鋼筋骨架

5.1 換漿清孔

清孔的目的是除去孔底沉淀的鉆渣和泥漿,以保證灌注的鋼筋混凝土質量,確保樁的承載力。

反循環旋轉機可在鉆孔完成后不停鉆、不進尺,繼續循環換漿清渣,直到達到清理泥漿的要求。此法適用于各類土層的摩擦樁。

換漿清孔后的泥漿比重,孔口、孔中部、孔底提出的泥漿的平均值應符合質量標準要求,灌注水下混凝土前,孔底沉淀厚度應不大于設計規定。不得用加深孔深的方法代替清孔。

5.2 鋼筋制作與安裝

鋼筋籠主筋接頭采用雙面搭接焊,每一截面上接頭數量不超過50%,加強箍筋與主筋連接全部焊接。鋼筋籠的材料、加工、接頭和安裝,符合要求。鋼筋骨架的保護層厚度可用同標號混凝土旋轉墊塊。設置密度按豎向每隔2m設一道,每一道沿圓周布置4個～6個。

鋼筋籠制作完成后,骨架安裝采用汽車吊,為保證骨架不變形,須用兩點吊:第一吊點設在骨架的下部,第二吊點設在骨架長度的中點到三分點之間。起吊時先提第一吊點,使骨架稍稍提起,再與第二吊點同時起吊,待骨架離開地面后,第一吊點停止起吊,繼續提升第二吊點。隨著第二吊點不斷提升,慢慢放松第一吊點,直到骨架同地面垂直,停止起吊。檢查骨架是否順直。骨架入孔時應慢慢下放,嚴禁擺動碰撞孔壁。將骨架臨時支撐于護筒口,再起吊第二節骨架,使上下兩節骨架位于同直線上進行焊接,焊接時應先焊順橋方向的接頭,最后一個接頭焊好后,全部接頭就可以下沉入孔,直至所有骨架安裝完畢。并在孔口牢固定位,以免在灌注混凝土過程中發生浮籠現象。

鋼筋骨架的制作和吊裝的允許偏差為:主筋間距±10mm;箍筋間距±20mm;骨架外徑±10mm;骨架傾斜度±0.5％;骨架保護層厚度±20mm;骨架中心平面位置20mm;骨架頂端高程±20mm;骨架底面高程±50mm。

6導管的安裝及水下砼的灌注

6.1 導管的安裝

導管采用直徑300mm×3.5mm×3m無縫鋼管,接口嚴密,密封性好。剛性強,不易變形。在使用前首先進行導管水密性檢驗,并檢查密封墊好壞和導管內是否有殘物,使用后將導管清洗干凈,涂油保護螺栓并堆放整齊。

導管采用一臺吊車吊裝.吊裝前應根據孔深算出導管長度,下導管過程中要逐個記錄導管順序及每節長度對準孔位中心吊裝。

6.2 樁基水下砼的灌注

(1)灌注砼前應檢查罐車運輸道路是否暢通,排漿系統是完善,灌注起吊裝置是否滿足使用要求。若為夜間灌注,還應檢查照明系統是否完善。

(2)砼灌筑前,檢查孔底沉渣及泥漿指標,不滿足要求則對孔底進行二次清孔。灌注砼前泥漿比重不大于1.1,含砂率小于2%,黏度17s～20s,沉渣厚度不大于10cm。

(3)砼的初存量應滿足首批砼入孔后,導管埋入砼的深度不得小于1m并不得大于3m;當樁身較長時,導管埋入砼的深度可適當加大。漏斗底口應設置嚴密可靠的的隔水裝置,該裝置必須有良好的隔水性能并能順利排出。

(4)灌注開始后,應緊湊連續地進行,嚴禁中途停工。在灌注過程中,應防止混凝土拌和物從漏斗頂溢出或從漏斗外掉入孔底,使泥漿內含有水泥而變稠凝結,致使測探不準確。灌注過程中,應注意觀察管內混凝土下降和孔內水位升降情況,及時測量孔內混凝土面高度,正確指揮導管的提升和拆除。

導管提升時應保持軸線豎直和位置居中,逐步提升。如導管法蘭卡掛鋼筋骨架,可轉動導管,使其脫開鋼筋骨架后,再移到鉆孔中心。

拆除導管動作要快,時間一般不宜超過15min。要防止螺栓、橡膠墊和工具等掉入孔中。要注意安全。已拆下的管節要立即清洗干凈,堆放整齊。

在灌注過程中,當導管內混凝土不滿,含有空氣時,后續混凝土要徐徐灌入,不可整斗地灌入漏斗和導管,以免在導管內形成高壓氣囊,擠出管節間的橡皮墊,而使導管漏水。

當混凝土面升到鋼筋骨架下端時,為防鋼筋骨架被混凝土頂托上升,可采取以下措施:①盡量縮短混凝土總的灌注時間,防止頂層混凝土進入鋼筋骨架時混凝土的流動性過小,建議使用外加劑增大其流動性;②當混凝土面接近和初進入鋼筋骨架時,應使導管底口處于鋼筋籠底口3m以下和1m以上處,并慢慢灌注混凝土,以減小混凝土從導管底口出來后向上的沖擊力.

為確保樁頂質量,在樁頂設計標高以上應加灌50cm～100cm,以便灌注接受后漿此段混凝土清除。增加高度,可按孔深、成孔方法確定,一般不宜小于0.5cm,長樁不宜小于1.0cm。

參考文獻

[1] 哈大鐵路客運專線橋梁質量控制手冊[M].2007.

[2] 李世京.鉆孔樁基礎施工技術[M].北京地質出版社,1990.

[3] 史佩棟.實用樁基工程手冊[M].中國建筑工業出版社,1999.

[4] 王建斌.鉆孔樁基礎常見問題分析及防治措施[J].鐵道建筑,2006(2):67～69.