大直徑鉆孔灌注樁雙護(hù)筒施工法在海相淤泥地質(zhì)中的應(yīng)用

□文/吳冬

大直徑鉆孔灌注樁雙護(hù)筒施工法在海相淤泥地質(zhì)中的應(yīng)用

□文/吳冬

文章以天津?yàn)I海地區(qū)集疏港三線橋梁工程為載體，對(duì)天津市濱海地區(qū)海相淤泥地質(zhì)條件下的鉆孔灌注樁施工工藝進(jìn)行了較為深入的分析研究，制定出針對(duì)該種地質(zhì)條件下的大直徑鉆孔灌注樁雙護(hù)筒施工方法并通過了實(shí)際工程的檢驗(yàn)，取得了非常好的效果。

雙護(hù)筒；海相淤泥；地質(zhì)；鉆孔灌注樁；大直徑

目前，沿海地區(qū)港口、公路橋梁建設(shè)需求日益增加，這類工程的基礎(chǔ)通常采用大直徑鉆孔灌注樁，而沿海地區(qū)此類工程通常會(huì)遇到呈流塑狀、粘度大、高壓縮性的淤泥質(zhì)土層。為保證成樁質(zhì)量，避免造成坍孔、縮頸、樁基移位等病害，現(xiàn)有的大直徑鉆孔灌注樁施工方法通常采用長(zhǎng)護(hù)筒進(jìn)行施工。然而，長(zhǎng)護(hù)筒施工用鋼量較大，多為一次性投入，施工成本非常高。在傳統(tǒng)的長(zhǎng)護(hù)筒施工法的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)長(zhǎng)護(hù)筒進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，內(nèi)部配合設(shè)置短護(hù)筒，不僅保證了成樁過程中不塌孔，同時(shí)確保了拔護(hù)筒時(shí)樁基本身不縮頸，而長(zhǎng)護(hù)筒亦可拔出，能夠周轉(zhuǎn)重復(fù)利用，在保證了成樁質(zhì)量的同時(shí)，有效降低了工程成本。

1　工程概況

天津集疏港三線立交是具有代表性的海相淤泥灘地上的大型橋梁工程，工程大部分橋位位于海岸擋墻外側(cè)受潮汐影響的海岸淤泥灘涂地上。現(xiàn)狀海擋以外的灘涂范圍內(nèi)共有大直徑鉆孔灌注樁230根，樁徑1.2～2.0m，樁長(zhǎng)48～78m。海擋與橋梁位置見圖1。

圖1　現(xiàn)狀海擋與立交位置關(guān)系

2　工程地質(zhì)條件

工程位于天津市濱海新區(qū)，海擋內(nèi)地面標(biāo)高一般在5.51～3.42m左右，現(xiàn)狀海灘標(biāo)高在2.87～1.06m左右。最大勘察深度為80m，揭示了全新統(tǒng)全部地層和上更新統(tǒng)大部分地層，見表1。

表1　地基土性質(zhì)劃分

該場(chǎng)地的地下水主要有大氣降水和海水補(bǔ)給。水位埋深在3.05～0.10m左右，相當(dāng)于標(biāo)高4.44～2.23m之間。海灘處最高潮汐水面高程為3.16m。

樁深范圍內(nèi)的地質(zhì)情況比較復(fù)雜，土層變化相對(duì)較大，不僅包含粘土、亞粘土，還存在粉細(xì)砂層。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，所有粘土、亞粘土的粘性大、含水率高，呈流塑狀態(tài)，對(duì)鉆孔灌注樁施工較為不利。

3　試驗(yàn)樁施工及問題分析

由于灌注樁是橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其施工質(zhì)量直接影響橋梁工程的安全。同時(shí)，該種土質(zhì)必然會(huì)對(duì)灌注樁的施工產(chǎn)生一定的影響，只不過具體的影響程度、所體現(xiàn)的問題還不能準(zhǔn)確把握。基于此，在正式施工前，進(jìn)行了施工試驗(yàn)，以驗(yàn)證施工方法的可行性。在正式工程樁附近的同等地質(zhì)條件下，施工一根鋼筋混凝土灌注樁，以驗(yàn)證護(hù)筒打拔、循環(huán)鉆進(jìn)工藝以及泥漿配比等。打設(shè)一根樁徑1.8m、樁長(zhǎng)20m的試驗(yàn)樁，試驗(yàn)樁使用了14m長(zhǎng)護(hù)筒，完全穿越軟弱淤泥土層，護(hù)筒埋置至淤泥層以下粘性土層中的深度為1.5m。其后按照正常的施工工藝進(jìn)行施工。在試驗(yàn)樁的混凝土澆筑完成后、初凝前，利用振錘緩慢平衡拔出護(hù)筒。護(hù)筒拔出較為順利，拔出的護(hù)筒完好，可周轉(zhuǎn)使用，但樁基質(zhì)量還是出現(xiàn)了一定的問題，主要體現(xiàn)在鋼筋籠偏位、樁頭下沉。針對(duì)問題，進(jìn)行了認(rèn)真的觀察分析，發(fā)現(xiàn)所拔出的護(hù)筒外壁、內(nèi)壁均有大量的粘度非常大的軟土附著其上，也就是說，護(hù)筒在拔出時(shí)帶出了大量的淤泥，而此時(shí)灌注樁的混凝土尚未達(dá)到初凝，呈流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)護(hù)筒拔出后，樁身周邊的淤泥被護(hù)筒大量攜帶走，使得樁周產(chǎn)生一定的空隙，這樣就會(huì)存在兩種可能。一是周邊的淤泥快速填充此空隙并擠壓尚未初凝的混凝土，由于樁身周邊的淤泥擠壓壓力不均勻，致使鋼筋籠受到一定的壓力，產(chǎn)生偏移；另一種可能是樁周的淤泥被護(hù)筒帶走所產(chǎn)生的空隙還未被淤泥填充，即還沒有被未初凝的混凝土填充，從而使得混凝土樁頭下降。

通過分析第一次試驗(yàn)所驗(yàn)證出的問題，認(rèn)為應(yīng)在混凝土達(dá)到初凝，甚至達(dá)到一定強(qiáng)度后才拔出護(hù)筒，第一使混凝土不再向周邊的空隙進(jìn)行擴(kuò)散，避免樁頭下沉，保證樁身直徑；第二使周邊的淤泥在擠向樁身混凝土?xí)r，混凝土自身具備抵抗擠壓力的強(qiáng)度。這就要求在護(hù)筒拔出時(shí)混凝土強(qiáng)度起碼要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%。這樣就出現(xiàn)了另一個(gè)問題，樁頭高度0.8～1m范圍由于在施工過程中超灌部分的混凝土與護(hù)筒幾乎是完全接觸，當(dāng)樁基強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)，此部分的混凝土就會(huì)將護(hù)筒牢牢抱住，產(chǎn)生巨大的摩阻力，使護(hù)筒無法拔出。

要求對(duì)傳統(tǒng)的護(hù)筒進(jìn)行必要的改進(jìn)，以解決上述問題。通過多次試驗(yàn)，在護(hù)筒頂部地面以上超灌部位設(shè)置了一個(gè)內(nèi)護(hù)筒，采用雙護(hù)筒法來解決以上問題。

4　鉆孔灌注樁雙護(hù)筒施工法

雙護(hù)筒施工法是在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，增加了內(nèi)護(hù)筒，使外護(hù)筒與樁頂超灌混凝土完全隔離開，在混凝土初凝前，拔掉內(nèi)護(hù)筒，保留外護(hù)筒，待混凝土初凝后達(dá)到抵抗淤泥的擠壓力時(shí)，再拔掉外護(hù)筒，既保證了成樁質(zhì)量，同時(shí)使得內(nèi)外護(hù)筒均能重復(fù)利用，降低了工程造價(jià)。現(xiàn)以直徑1.5m樁基為例對(duì)雙護(hù)筒施工法的技術(shù)要點(diǎn)加以說明。

4.1雙護(hù)筒法施工步驟

1）制作直徑為1.8m的外護(hù)筒（其長(zhǎng)度由地質(zhì)條件確定，以完全穿越軟土層并深入粘土層內(nèi)至少1.5m），按規(guī)范要求打設(shè)就位。

2）制作適當(dāng)長(zhǎng)度的內(nèi)護(hù)筒，其頂端高出外護(hù)筒0.2m，底端深入原地面0.2m；內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑1.52m；護(hù)筒口下0.2m處焊接限位板，用于搭設(shè)在大護(hù)筒上；內(nèi)護(hù)筒下部設(shè)兩層喇叭口。

3）回填內(nèi)外護(hù)筒間的空隙，防止灌注時(shí)有混凝土進(jìn)入空隙。

4）按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行灌注樁施工。

5）混凝土灌注完成后，初凝前，拔出內(nèi)護(hù)筒。

6）混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%時(shí)，拔出外護(hù)筒。

4.2雙護(hù)筒結(jié)構(gòu)

對(duì)于1.5m直徑的灌注樁內(nèi)、外護(hù)筒結(jié)構(gòu)見圖2-圖4。

圖2　內(nèi)護(hù)筒正立面

圖3　內(nèi)護(hù)筒三維

圖4　內(nèi)外護(hù)筒相關(guān)關(guān)系立面

內(nèi)外護(hù)筒所用鋼板壁厚根據(jù)護(hù)筒的周轉(zhuǎn)次數(shù)、打拔護(hù)筒設(shè)備等統(tǒng)一考慮，本次內(nèi)外護(hù)筒壁、內(nèi)護(hù)筒限位板厚度均為10mm。

4.3雙護(hù)筒施工法操作要點(diǎn)

4.3.1外護(hù)筒的制作及打設(shè)就位

根據(jù)樁基尺寸及地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)制作圓筒狀鋼質(zhì)外護(hù)筒。外護(hù)筒應(yīng)選用熱軋卷板卷制而成，所選用的熱軋卷板厚度不宜低于10mm，若樁基直徑超過2m，護(hù)筒長(zhǎng)度超過20m，應(yīng)酌情增加卷板厚度。外護(hù)筒直徑應(yīng)遵照J(rèn) TG/TF 50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。外護(hù)筒設(shè)計(jì)長(zhǎng)度應(yīng)滿足護(hù)筒打設(shè)完成后，護(hù)筒底穿過軟弱流塑狀土層并深入下部土層≮1.5m的要求。將制作完成的外護(hù)筒利用震動(dòng)設(shè)備，打設(shè)就位。

4.3.2制作、安裝內(nèi)護(hù)筒

鋼質(zhì)內(nèi)護(hù)筒應(yīng)選用熱軋卷板卷制而成，所選用的熱軋卷板厚度不宜低于10mm，若樁基直徑超過2m，應(yīng)酌情增加卷板厚度。內(nèi)護(hù)筒長(zhǎng)度視外護(hù)筒頂與原狀地面高差而定，內(nèi)護(hù)筒頂端高出外護(hù)筒頂端0.1～0.3m，底端深入原地面0.1～0.3m。在內(nèi)護(hù)筒外側(cè)距頂端0.1～0.3m處焊接限位板，用于搭設(shè)在外護(hù)筒上。在內(nèi)護(hù)筒底端0.4m范圍內(nèi)，設(shè)置兩層喇叭口。

4.3.3回填

用粘性土或細(xì)砂回填內(nèi)外護(hù)筒間的空隙，防止鉆孔時(shí)內(nèi)護(hù)筒位移及灌注時(shí)有混凝土進(jìn)入空隙。同時(shí)能夠保證內(nèi)外護(hù)筒的整體性，防止內(nèi)護(hù)筒在鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中發(fā)生偏位。

4.3.4鉆孔及灌注施工

內(nèi)外護(hù)筒安裝完成后，采用常規(guī)方式進(jìn)行鉆孔灌注樁施工。注意鉆機(jī)的平整度，因?yàn)殂@頭與內(nèi)護(hù)筒之間的凈距只有2 cm，鉆機(jī)的不穩(wěn)定會(huì)直接影響鉆進(jìn)質(zhì)量。

4.3.5內(nèi)護(hù)筒拔出

鉆孔灌注樁混凝土澆筑完成后，與常規(guī)工藝相同，在混凝土初凝前拔出內(nèi)護(hù)筒。

4.3.6外護(hù)筒拔出

灌注樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%～80%時(shí)，拔出外護(hù)筒，混凝土的強(qiáng)度確定以現(xiàn)場(chǎng)同條件養(yǎng)護(hù)試塊為依據(jù)。

5　結(jié)語(yǔ)

通過采用雙護(hù)筒施工工藝，圓滿地解決了海相淤泥地質(zhì)中鉆孔灌注樁施工難題，保證了成樁質(zhì)量；同時(shí)，內(nèi)外護(hù)筒均可回收重復(fù)使用，節(jié)省了施工成本，取得了非常好的效果。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.012

□U443.15+4

□C

□1008-3197（2015）03-32-03

□2015-04-16

□吳冬/男，1978年出生，高級(jí)工程師，天津第三市政公路工程有限公司副總工程師，從事施工技術(shù)研發(fā)及管理工作。