干孔鉆進(jìn)無(wú)水法灌注混凝土施工工藝在南水北調(diào)中線干渠邯鄲市段青蘭渡槽工程中的應(yīng)用

李海民

(河北省水利工程局，河北 石家莊　050021)

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干孔鉆進(jìn)無(wú)水法灌注混凝土施工工藝在南水北調(diào)中線干渠邯鄲市段青蘭渡槽工程中的應(yīng)用

李海民

(河北省水利工程局，河北 石家莊050021)

【摘要】干孔鉆進(jìn)無(wú)水法灌注混凝土施工工藝，采用旋挖鉆鉆孔，清孔后無(wú)水法灌注混凝土，無(wú)須泥漿護(hù)壁，且成樁質(zhì)量可靠、可大幅度節(jié)約工期和工程成本，值得加以推廣和應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】干孔鉆進(jìn)； 無(wú)水法； 灌注樁

1前言

南水北調(diào)中線干渠邯鄲市段青蘭渡槽工程的地質(zhì)覆蓋層主要為人工填土、黏土巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂、粉砂等多層結(jié)構(gòu)，以黏土巖為主。黏土巖單層厚度一般5～20m，泥質(zhì)粉砂巖單層厚度0.5～6.1m，粉細(xì)砂(局部中砂)層單層厚度1.1～7.3m。場(chǎng)區(qū)位于邯鄲市漏斗區(qū)，地下水埋深在50m以下，少量孔隙水，含水層為粉細(xì)砂層，場(chǎng)區(qū)無(wú)地表水。該工程鉆孔灌注樁采用干孔作業(yè)鉆進(jìn)工藝。干孔作業(yè)鉆進(jìn)施工采用旋挖鉆實(shí)施鉆孔，采用無(wú)水法灌注混凝土，無(wú)須泥漿護(hù)壁，可大幅度節(jié)約工期和工程成本，并且成樁質(zhì)量可靠。

2施工工藝及實(shí)施要求

2.1施工工藝

干孔無(wú)水灌注樁施工工藝流程見(jiàn)下頁(yè)圖。

干孔無(wú)水灌注樁施工工藝流程

2.2具體實(shí)施步驟與要求

2.2.1地質(zhì)勘驗(yàn)及樁位點(diǎn)的確認(rèn)

鉆孔前施放樁位點(diǎn)，放樣后四周設(shè)護(hù)樁并復(fù)測(cè)，誤差控制在10mm以內(nèi)，確定是否有障礙物，監(jiān)理驗(yàn)收合格后進(jìn)行成孔施工。

2.2.2埋設(shè)護(hù)筒

根據(jù)樁位點(diǎn)設(shè)置護(hù)筒，采用旋挖鉆機(jī)靜壓法來(lái)完成，護(hù)筒與坑壁之間應(yīng)用黏土填實(shí)。首先正確就位鉆機(jī)，使機(jī)體垂直度、鉆桿垂直度和樁位鋼筋籠中心三線合一，然后在鉆桿頂部帶好筒式鉆頭，再用吊車(chē)吊起護(hù)筒并正確就位，用旋挖鉆桿將其垂直壓入土體中。并使護(hù)筒中心與樁位中心重合，埋設(shè)深度1.5m，高出地面20～30cm。

2.2.3干孔作業(yè)鉆進(jìn)

a.鉆機(jī)就位及檢查。鉆機(jī)就位前對(duì)原樁位進(jìn)行復(fù)核，樁位偏差小于10mm，并用“+”字線定位，然后進(jìn)行鉆機(jī)就位。鉆機(jī)就位要求：鉆機(jī)保持平穩(wěn)，不發(fā)生傾斜、位移，鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位開(kāi)啟電機(jī)進(jìn)行開(kāi)孔[1]。

b.鉆孔施工。按試樁確定的施工參數(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)施工，并作好相應(yīng)成孔記錄。根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度：由硬地層鉆到軟地層時(shí)，可適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度；反之，要減速慢進(jìn)；在易縮徑的地層中，應(yīng)適當(dāng)增加掃孔次數(shù)，防止縮徑；對(duì)硬塑層采用快轉(zhuǎn)速鉆進(jìn),以提高鉆進(jìn)效率；砂層則采用慢轉(zhuǎn)速慢鉆進(jìn)。

硬地層鉆進(jìn)，可換用小直徑筒形齒狀鉆斗，先鉆一小孔，然后再用鉆斗擴(kuò)孔鉆進(jìn)，也可換用短螺旋鉆進(jìn)，然后再下鉆斗撈渣；在砂礫、砂卵、卵石地層中鉆進(jìn)時(shí)，為保護(hù)孔壁穩(wěn)定，可事先向孔內(nèi)投入適量黏土球，下入孔內(nèi)的鉆頭，其底盤(pán)進(jìn)渣口必須裝閉合閥板，以防提鉆時(shí)砂礫石從底部漏落孔內(nèi)。

終孔后應(yīng)清除護(hù)壁上的泥土和孔底殘?jiān)⒎e水，孔底沉渣厚度不大于100mm，確認(rèn)達(dá)到要求后，報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師進(jìn)行隱蔽工程驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，盡快進(jìn)行鉆機(jī)移位，開(kāi)始澆灌混凝土[2]。

2.2.4吊放鋼筋籠

鋼筋采用剝肋直螺紋連接，為保證接頭套絲質(zhì)量，鋼筋采用剪切機(jī)下料，剝肋滾壓直螺紋機(jī)加工絲頭，使用螺紋環(huán)規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，用力矩扳手?jǐn)Q緊。接頭質(zhì)量、性能符合Ⅰ級(jí)接頭的要求，制作好的絲頭要用鋼筋保護(hù)帽保護(hù)，防止螺紋被碰傷或被污物污染。主筋保護(hù)層50mm，用鋼筋耳控制，允許偏差±20mm，要確保鋼筋籠居于鉆孔中間，既可避免籠體碰撞孔壁，又可保證混凝土保護(hù)層均勻且鋼筋籠在樁體內(nèi)的位置正確。鋼筋籠易分兩截制作，現(xiàn)場(chǎng)焊接連接。

鋼筋籠起吊及運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)保證整體、平直起吊。鋼筋籠扶直過(guò)程中使用兩臺(tái)吊車(chē)，吊離地面后，利用重心偏移原理，通過(guò)起吊鋼絲繩在吊車(chē)鉤上的滑運(yùn)并稍加人力控制，實(shí)現(xiàn)扶直，轉(zhuǎn)化為垂直起吊，以便入孔。鋼筋籠入孔時(shí)應(yīng)輕放慢放，安裝完畢以后，必須立即固定，并復(fù)核籠頂標(biāo)高。

2.2.5無(wú)水混凝土灌注成樁

a.混凝土各組分的配比。混凝土各組分的配比如表1所列。

表1　樁基混凝土施工配合比

注DH3G為萘系高效減水劑，DH9為引氣劑。

通過(guò)外加劑(減水劑、引氣劑)、膠結(jié)材料(水泥和礦物摻合料)和粗細(xì)骨料(中砂和碎石)的選擇、搭配和配合比設(shè)計(jì)，將混凝土的屈服應(yīng)力減小到足以被自重產(chǎn)生的剪應(yīng)力克服，使混凝土流動(dòng)性增大,同時(shí)又具有足夠的塑性黏度,令骨料懸浮于水泥漿中,不出現(xiàn)離析和泌水問(wèn)題,能夠借助灌注樁導(dǎo)管埋深混凝土的壓力達(dá)到自密實(shí)。摻加適量礦物摻合料(粉煤灰)調(diào)節(jié)混凝土的流變性能,提高塑性黏度與拌和物中的漿固比,改善混凝土和易性與勻質(zhì)性,并減少粗細(xì)骨料顆粒之間的摩擦力,提高混凝土的通阻能力。

適當(dāng)增加砂率和控制粗骨料粒徑不大于40mm,以減少遇到阻力時(shí)漿骨分離的可能性,增加拌和物的抗離析穩(wěn)定性。

b.混凝土灌注采用導(dǎo)管法。導(dǎo)管的直徑、規(guī)格要與孔徑適應(yīng)，一般采用卡口式接頭，直徑300mm、壁厚10mm的導(dǎo)管，每節(jié)管長(zhǎng)2m。導(dǎo)管在吊入孔內(nèi)時(shí)，其位置要居中、軸線順直，穩(wěn)步沉放，防止卡掛鋼筋骨架和碰撞孔壁。

采用HZ50型拌和站拌和，8m3混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸混凝土至現(xiàn)場(chǎng)，直接倒入導(dǎo)管內(nèi)灌注。灌注混凝土前，要對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行二次清孔，確保孔內(nèi)無(wú)積水。

灌注首批混凝土?xí)r，導(dǎo)管下口至孔底的距離控制在25～40cm，且使導(dǎo)管埋入混凝土的深度不小于1m。剪球灌注開(kāi)始后，要連續(xù)進(jìn)行，并盡可能地縮短拆除導(dǎo)管的間隔時(shí)間，一般不超過(guò)2.5h；灌注過(guò)程中要經(jīng)常用測(cè)深錘探測(cè)孔內(nèi)混凝土面的位置，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管的埋深，導(dǎo)管埋深控制在3～6m。混凝土接近樁頂時(shí)，提高漏斗高度，保證漏斗距離設(shè)計(jì)樁頂高程不小于4m，吊斗傾倒混凝土，以保證混凝土的自密實(shí)。為確保樁頂質(zhì)量，樁頂加灌0.5～1m高度。

3成樁質(zhì)量檢測(cè)

3.1超聲波檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)步驟具體如下[3]：

a.將發(fā)射與接收聲波換能器通過(guò)深度標(biāo)志分別置于兩根聲測(cè)管中的測(cè)點(diǎn)處。

b.發(fā)射與接收聲波換能器應(yīng)以相同標(biāo)高或保持固定高差同步升降，測(cè)點(diǎn)間距不宜大于250mm。

c.實(shí)時(shí)顯示和記錄接收信號(hào)的時(shí)程曲線，讀取聲時(shí)、首波峰值和周期值，宜同時(shí)顯示頻譜曲線及主頻值。

d.將多根聲測(cè)管以兩根為一個(gè)檢測(cè)剖面進(jìn)行全組合，分別對(duì)所有檢測(cè)剖面完成檢測(cè)。

e.在樁身質(zhì)量可疑的測(cè)點(diǎn)周?chē)瑧?yīng)加密測(cè)點(diǎn)，或采用斜測(cè)、扇形掃測(cè)進(jìn)行復(fù)測(cè)，進(jìn)一步確定樁身缺陷的位置和范圍。

f.同一根樁各檢測(cè)剖面的檢測(cè)過(guò)程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設(shè)置參數(shù)應(yīng)保持不變。

檢測(cè)結(jié)果如表2所列。

表2　成樁質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

續(xù)表

完成檢測(cè)后，綜合分析各參數(shù)，未發(fā)現(xiàn)明顯的不良缺陷，樁身完整性均合格。根據(jù)樁身完整性指標(biāo)分析，檢測(cè)結(jié)果均為Ⅰ類樁。

3.2高應(yīng)變檢測(cè)

高應(yīng)變檢測(cè)采用CASE法[4]。將兩支加速度傳感器和兩支應(yīng)變力傳感器分別對(duì)稱安裝在樁側(cè)表面(距樁頂兩倍樁徑左右)，用重錘自由下落錘擊樁頂，傳感器采集接收樁身在瞬時(shí)沖擊下產(chǎn)生的軸向應(yīng)變、樁側(cè)與樁端土阻力效應(yīng)及樁身運(yùn)動(dòng)速度信號(hào)等。

CASE法是以行波理論為基礎(chǔ)，視樁為一維彈性桿件，在樁頂施加垂向瞬時(shí)沖擊力，使樁身向下位移，激發(fā)側(cè)樁與樁端土阻力，通過(guò)分析簡(jiǎn)化去除土的動(dòng)阻力成分，求得樁的靜承載力。CASE法分析計(jì)算公式如下：

式中Rc——由CASE法判定的單樁豎向抗壓承載力，kN；

Jc——CASE法阻尼系數(shù)；

t1——速度第一峰對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，ms；

F(t1)——t1時(shí)刻的錘擊力，kN；

V(t1)——t1時(shí)刻的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，m/s；

Z——樁身截面力學(xué)阻抗，kN·s/m。

測(cè)點(diǎn)樁長(zhǎng)指高應(yīng)變檢測(cè)時(shí)，傳感器安裝位置以下的樁長(zhǎng)。檢測(cè)各樁的樁頂均高于設(shè)計(jì)標(biāo)高，傳感器安裝在距樁頂下2m左右處，錘重12000kg，落距0.8m左右，計(jì)算承載力的Jc值系數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘查資料取0.30。

檢測(cè)結(jié)果如表3所列。

表3　高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

所檢測(cè)各樁的單樁承載力均不小于設(shè)計(jì)單樁豎向極限承載力值。

4經(jīng)濟(jì)效益分析

a.降低工程造價(jià)、減少工程臨時(shí)占地。干孔作業(yè)鉆進(jìn)無(wú)水法灌注混凝土施工工藝，相比泥漿護(hù)壁鉆孔工藝，節(jié)省了泥漿系統(tǒng)，減少了泥漿原材料及水資源的消耗，降低了工程施工成本；槽內(nèi)挖出渣土運(yùn)輸遠(yuǎn)比運(yùn)輸、處理泥漿成本低，可節(jié)省排放處理泥漿的費(fèi)用，節(jié)省泥漿系統(tǒng)的臨時(shí)工程占地，特別是在市區(qū)場(chǎng)地狹小的情況下施工，效果明顯。

另外，由于操作直觀，預(yù)留鑿除樁頭容易控制，避免了水下灌注樁頭預(yù)留過(guò)高的問(wèn)題，節(jié)省了部分超灌混凝土和鑿除等費(fèi)用。

b.更利于環(huán)境保護(hù)，文明施工。無(wú)泥漿排放施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境整潔、有序，減少了對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，避免了污染河道、公路、土地等。容易做到文明施工，提高工程效率。

c.施工質(zhì)量容易得到保證。干作業(yè)成孔，便于取樣判斷各個(gè)孔位地層變化，清楚掌握工程地質(zhì)情況的變化，特別是設(shè)計(jì)要求終孔在某一地質(zhì)層時(shí)，終孔取樣是泥漿護(hù)壁系統(tǒng)難以解決的難題，而干作業(yè)成孔能很容易直觀判斷終孔地層，可以完全目測(cè)掌握成孔質(zhì)量和進(jìn)展情況，以便出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

干孔灌注混凝土極其有效地解決了鋼筋籠上浮問(wèn)題，無(wú)沉砂不會(huì)在混凝土頂部形成硬蓋，托頂鋼筋籠上浮。

d.節(jié)省施工工期。由于省去泥漿系統(tǒng)，鉆孔速度快，直觀目測(cè)驗(yàn)收速度快，混凝土灌注速度時(shí)間短，在保證質(zhì)量前提下省去了大量的工序，施工速度得到提升，可節(jié)省工期達(dá)30%。

e.人工成本低。工藝簡(jiǎn)單便于操作，降低操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 ，因此可大幅度降低勞動(dòng)成本。

5適用地層條件

干作業(yè)鉆孔灌注樁施工地質(zhì)條件，滿足挖樁深度范圍內(nèi)無(wú)地下水、流沙或軟弱地層(指在無(wú)外力施加情況下，自行坍塌的地層)，或只有少量地下水，可以在進(jìn)行二次清孔時(shí)排空地下水。

參考文獻(xiàn)

[1]孫志峰.鉆探灌漿工[M].鄭州：黃河水利出版社，1996.

[2]孫釗.大壩巖石基礎(chǔ)灌漿施工[M].北京：水利水電出版社，1987.

[3]李培全.深層攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)問(wèn)題探討[J].工程質(zhì)量，2001(9)：23.

[4]賀春玲.水泥攪拌樁檢測(cè)問(wèn)題探討[J].科技咨詢,2007(23):19.

Application of dry hole drilling non-aqueous technique pouring concrete construction technology in Handan Qinglan aqueduct work of South-to-North Water Transfer Project main canal

LI Haimin

(Hebei Province Water Conservancy Bureau,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract：Rotary drill is adopted for drilling in dry hole drilling non-aqueous technique pouring concrete construction technology.Non-aqueous technique is adopted for pouring concrete after hole cleaning.Wall protection by slurry is not needed.In addition,built-up piles have reliable quality,construction duration and engineering cost can be greatly saved.The technology is worth popularization and application.

Key words：dry hole drilling; non-aqueous technique; bored piles

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.001

中圖分類號(hào)：TV544

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2016)06-0001-05