丁時(shí)偉,李治軍

(1.中國(guó)水利水電第四工程局有限公司 基礎(chǔ)分局,西寧 810007;2.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院,哈爾濱 150080;3.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所,哈爾濱 150080)

利用鋼筋混凝土灌注樁應(yīng)處理受荷載較大的地基由來(lái)已久,其施工工藝也較成熟。然而隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)施工質(zhì)量、進(jìn)度、環(huán)境保護(hù)的要求逐漸提高,灌注樁施工工藝也在不斷地改進(jìn)。本文就旋挖鉆機(jī)灌注樁(配套環(huán)保護(hù)壁液)與傳統(tǒng)的灌注樁施工工藝在軟基處理上進(jìn)行分析,以期為相關(guān)研究及實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 護(hù)壁液(泥漿)的配制工藝

1.1 傳統(tǒng)護(hù)壁液配置工藝

護(hù)壁液作用是防止孔壁坍塌和對(duì)孔壁起保護(hù)作用[1],它既能使孔內(nèi)的液體不致流入孔外,又能使孔外的水不致滲入孔內(nèi)。所有灌注樁施工前,要根據(jù)當(dāng)時(shí)軟基的地質(zhì)情況,來(lái)確定護(hù)壁液的參數(shù)范圍,進(jìn)而確定護(hù)壁液的配比。一般是根據(jù)當(dāng)時(shí)的地勘資料確定一個(gè)簡(jiǎn)單的配比,再在具體施工時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)配。對(duì)重要性強(qiáng)的軟基的處理,可在施工場(chǎng)地附近選取具有代表性的地段用鉆機(jī)鉆一個(gè)試驗(yàn)孔來(lái)調(diào)配護(hù)壁液。

傳統(tǒng)的施工工藝的護(hù)壁液一般是由膨潤(rùn)土調(diào)制的泥漿,其主要參數(shù)如下:

比重為1.3～1.5 t/m3(用婆梅式比重計(jì)測(cè))

含沙率:≤4%～8%

膠體含量:≥90%

塑性指數(shù):IP＞17

在護(hù)壁液實(shí)際配置過(guò)程中,需配合以大量泥漿的持續(xù)拌和[2]。若施工地層的含沙量較大,所消耗的膨潤(rùn)土少則數(shù)十噸多則上百?lài)?在施工現(xiàn)場(chǎng)占地面積龐大、堆積如山。由于泥漿的拌和大多采取人工攪拌,在工地上往往出現(xiàn)灰塵彌漫的現(xiàn)象,對(duì)環(huán)境和人身的污染和傷害都是極大的。然而,既便是這樣大的用量,護(hù)壁效果還是不理想,孔內(nèi)沉渣量大,特別在砂層(流砂地層)時(shí)常出現(xiàn)2～3 m的沉渣量,為最后的澆注成樁留下了很大的質(zhì)量隱患。

1.2 新型護(hù)壁液配置工藝

旋挖鉆機(jī)配套的新型護(hù)壁液是一種采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)口產(chǎn)品(Super mud),其特點(diǎn)包括水溶性強(qiáng),易混合的粉末顆粒聚合物,在水中充分溶解后成半透明糊狀,黏度大。該液體在孔內(nèi)沉淀雜質(zhì)速度非?？?鉆具在孔內(nèi)鉆進(jìn)時(shí),泥漿總是保持清澈透明的狀態(tài),鉆具、鉆桿表面干凈。同時(shí),在孔內(nèi)由于鉆具的連續(xù)運(yùn)動(dòng),聚合物泥漿和水混合的越均勻黏度就越強(qiáng),凝聚力也就越快,即使泥漿回到泥漿池內(nèi)也沒(méi)有一點(diǎn)雜質(zhì)沉淀的痕跡。聚合物護(hù)壁液在孔壁周?chē)纬闪艘粚颖⊥该骱隣畋Ｗo(hù)層,無(wú)毒無(wú)污染,具有鉆孔穩(wěn)定、可配置高黏度泥漿、廢漿易于降解處理、回用率高等優(yōu)勢(shì)。聚合物護(hù)壁液的最大特點(diǎn)是孔內(nèi)不留殘?jiān)?由于其高強(qiáng)度的護(hù)壁性,配合旋挖鉆機(jī)特有的旋挖鉆孔功能,使鉆孔底基本不留廢沙,從而使持力層與樁體結(jié)合更嚴(yán)密,提高了樁基承載力。

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)水池的體積,將配漿用水pH值調(diào)整至8～10后,一般按0.8～1.8 kg/1000 L的比例進(jìn)行調(diào)配,該調(diào)配方法具有簡(jiǎn)單、快捷之特點(diǎn)。

2 護(hù)壁液池的制作工藝

2.1 傳統(tǒng)工藝下護(hù)壁液池的施工

利用傳統(tǒng)施工工藝制作護(hù)壁液池,首先一般在施工現(xiàn)場(chǎng)空地處挖一個(gè)4 m×5 m×1.5 m(長(zhǎng)×寬×深)大小的坑,對(duì)滲漏量大的池底四周需用紅磚鋪砌,坡度約為1∶600且上抹厚20 cm 1∶2.5的水泥砂漿。處理含沙量大的軟基時(shí),在泥漿池旁邊還需挖同等規(guī)模的沉淀池,將樁位、泥漿池、沉淀池3者用泥漿溝聯(lián)通,使泥漿循環(huán)。同時(shí)要用大功率的泥漿泵將含沙量超標(biāo)的泥漿抽走(一般抽到專(zhuān)用的泥漿運(yùn)輸車(chē)上運(yùn)走)。根據(jù)施工處規(guī)模的大小,有時(shí)要重復(fù)開(kāi)挖若干個(gè),這樣既影響施工進(jìn)度,又使占地面積大,容易對(duì)其他工序形成干擾。

2.2 新型工藝下護(hù)壁液池的施工

若改用旋挖鉆配合新型護(hù)壁液進(jìn)行護(hù)壁液池施工就要簡(jiǎn)單的多,其流程如下:以在池底部焊接管道的方式將3個(gè)30 m3左右的集裝箱連通(集裝箱之間需有閥門(mén)控制),根據(jù)配比在集裝箱內(nèi)調(diào)配好護(hù)壁液用普通的泵將護(hù)壁液抽至孔內(nèi)即可。同時(shí)在樁位旁邊挖一個(gè)0.3 m3左右的小坑,將鉆孔時(shí)溢出護(hù)壁液收集到坑內(nèi),再用泵抽到篩分器,將漿液通過(guò)過(guò)濾后即可以進(jìn)行循環(huán)利用。

篩分器一般布置在水箱的正上方,回收的漿液經(jīng)過(guò)篩分器的高頻率震動(dòng)、多層篩分后,可直接流入水箱。由于篩分器能將溶入漿液內(nèi)的細(xì)小顆粒全部脫離出來(lái),使得漿液的重復(fù)利用率幾乎可達(dá)100%。

所用水箱為鋼制水箱,其作用范圍可覆蓋其周?chē)?00～600 m的施工區(qū),在不同工地之間也可重復(fù)利用。水箱具有安裝簡(jiǎn)便、快捷之特點(diǎn),但安裝時(shí)需大型搬運(yùn)設(shè)備(拖車(chē)、吊車(chē)等)配合。

3 鉆孔工藝

3.1 鉆孔的傳統(tǒng)施工工藝

利用傳統(tǒng)工藝即循環(huán)鉆機(jī)打孔,首先要用埋設(shè)護(hù)筒,其主要作用是穩(wěn)定孔口、提高且固定水位、增加靜水壓力和維護(hù)孔壁等[3-4]。埋設(shè)護(hù)筒全靠人工,如遇地下水位較高的地段,還需配以抽水泵、降水溝等設(shè)備,這些設(shè)備往往耽誤鉆機(jī)的正常鉆孔。護(hù)筒、泥漿溝成型后,利用吊車(chē)將鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁位,用水平尺校正機(jī)身及鉆桿的水平、垂直度后,放下鉆頭。這時(shí)用泥漿泵注入泥漿,鉆機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn),一節(jié)鉆桿鉆入后及時(shí)停機(jī)再將第二節(jié)鉆桿適時(shí)接上,如此反復(fù)上述步驟至設(shè)計(jì)深度[5]。

整個(gè)鉆孔過(guò)程中要隨時(shí)對(duì)泥漿進(jìn)行檢查,尤其對(duì)含沙量大的地層,要隨時(shí)打撈泥漿帶出的沙。如發(fā)現(xiàn)泥漿中雜質(zhì)太多,必須及時(shí)清理排漿溝及泥漿池或更換泥漿。此時(shí)由于地基較軟容易發(fā)生埋鉆事故,為避免事故的發(fā)生,須減緩鉆進(jìn)速度[6]。

泥漿池、沉淀池、泥漿溝等施工過(guò)程中都主要依靠人工清理泥漿的情況下,大量人工使得施工工地很難控制文明施工。同時(shí),運(yùn)輸膨潤(rùn)土、廢棄泥漿的車(chē)輛、受泥漿溝的影響往往都不能準(zhǔn)確到達(dá)目的地,都將嚴(yán)重影響施工的正常進(jìn)行。

3.2 鉆孔的新型施工工藝

旋挖鉆機(jī)能利用機(jī)械本身埋設(shè)護(hù)筒,一些新型鉆頭(如意大利邁特公司出品的鉆頭)在開(kāi)孔時(shí)旋挖直徑達(dá)1000 mm,下入護(hù)筒后,鉆頭縮徑后可繼續(xù)往下旋挖孔。還有一些新型鉆頭可帶著專(zhuān)用的鉆孔護(hù)筒(如德國(guó)寶娥公司生產(chǎn)的鉆頭)直接鉆入地層4～5 m,然后換鉆頭再進(jìn)行旋挖。

旋挖鉆鉆孔時(shí),不需循環(huán)孔內(nèi)的漿液,只要使孔內(nèi)的漿液保持一定的高度(根據(jù)坍塌地層的深度而定),隨著鉆深的逐漸增加,用方便移動(dòng)的φ 100 mm軟管向孔內(nèi)補(bǔ)充漿液即可。

由于旋挖鉆上下活動(dòng)從孔內(nèi)溢出來(lái)的漿液,回收至樁位旁邊的坑內(nèi)后,用泵抽至(一般采用軟管抽運(yùn))篩分器后可進(jìn)行再利用。

利用這種新型施工工藝,施工場(chǎng)地地面上僅有兩套軟管鋪設(shè),移動(dòng)方便,可利用車(chē)輛等直接接近運(yùn)送至正在施工的樁位。旋挖鉆可將挖出來(lái)的沙土直接放至運(yùn)輸車(chē)上及時(shí)運(yùn)走,使施工場(chǎng)地保持整潔、干凈。但由于旋挖鉆自身要占有一定的空間(其履帶式的行走方式,更需一定范圍的平面),當(dāng)施工場(chǎng)地本身狹小時(shí),不利于旋挖鉆的施工。

4 水下混凝土澆注施工工藝

水下澆灌混凝土是利用導(dǎo)管中混凝土壓力將樁孔內(nèi)的護(hù)壁液排出,混泥土填滿(mǎn)樁體從而成樁的一種施工方法。施工時(shí)應(yīng)特別認(rèn)真,否則會(huì)引起夾層、夾泥、甚至形成孔洞等現(xiàn)象發(fā)生,嚴(yán)重影響樁基的質(zhì)量[7]。

施工時(shí)先用吊車(chē)將導(dǎo)管插入孔內(nèi),在導(dǎo)管的上口下3～5 cm處將預(yù)制混凝土塞用8號(hào)鉛絲固定,在導(dǎo)管的上部漏斗內(nèi)裝滿(mǎn)混凝土,切斷鉛絲,混凝土同塞一起即刻下落,通過(guò)混凝土的自由落體,將余留在孔地的沉沙土沖開(kāi),使混凝土直接與持力層接觸。當(dāng)混凝土在樁底擴(kuò)散后,再繼續(xù)在漏斗內(nèi)加混凝土,將孔內(nèi)的泥漿全部排空、抽出導(dǎo)管,即形成混凝土樁[8]。

一般來(lái)說(shuō)旋挖鉆成樁的施工方法與傳統(tǒng)的施工方法在兩個(gè)方面差別較大:

1)孔底的殘留沙土。傳統(tǒng)施工工藝施工結(jié)束后需用稀泥漿沖洗孔,同時(shí)又要保證孔壁的軟沙層不再坍塌,這兩者之間很難達(dá)到理想的平衡,因此施工時(shí)一般按控制稀泥漿的比重來(lái)減少孔底的殘留物。沖孔結(jié)束后會(huì)有一定的時(shí)間用來(lái)準(zhǔn)備混凝土料斗和混凝土的制備,這樣使得孔內(nèi)一定會(huì)存有沉淀的泥土,這些情況都會(huì)為樁體質(zhì)量留下隱患。

新型旋挖鉆成孔時(shí)由于其鉆頭設(shè)計(jì)巧妙,使通過(guò)旋挖進(jìn)入鉆頭內(nèi)的泥土很難在孔內(nèi)退出,加上護(hù)壁液本身不帶有泥沙,使得孔底殘留很少。

2)澆注時(shí)鋼筋籠的上浮問(wèn)題。對(duì)于鋼筋籠不下入孔底的樁灌注,用傳統(tǒng)方法施工時(shí),比較容易使鋼筋籠上浮。這主要是在鉆孔進(jìn)入持力層后,由于持力層一般為弱風(fēng)化或微新巖體,傳統(tǒng)鉆頭成孔時(shí),會(huì)有較大的巖塊滯留孔內(nèi),而巖塊是不能通過(guò)泥漿帶出孔的。這些巖塊只能在澆筑時(shí)隨著第一罐混泥土料的上升而頂出孔外,當(dāng)巖塊聚集到一定體積同時(shí)具有一定硬度時(shí),就能把懸在半空中的鋼筋籠頂出孔外。有時(shí),殘留在孔底的泥土被混凝土沖擊后,在上升的過(guò)程中會(huì)形成很濃的泥漿,其產(chǎn)生的浮力也會(huì)使鋼筋籠上浮。當(dāng)用重物壓住鋼筋籠時(shí),塊體會(huì)隨著鋼筋籠一起留在孔內(nèi),形成夾層。

用旋挖鉆機(jī)配套新型的護(hù)壁液成孔時(shí),由于孔底一般不殘留泥土,同時(shí)護(hù)壁液的比重接近水的比重,無(wú)法對(duì)鋼筋籠產(chǎn)生較大的浮力,所以鋼筋籠上浮的現(xiàn)象很難發(fā)生。

至于鋼筋籠的制作和安裝,傳統(tǒng)的施工方法和旋挖鉆施工基本相同。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文從水工建筑物混凝土灌注樁中常見(jiàn)的4種工藝:護(hù)壁液(泥漿)的配制工藝、護(hù)壁液池的制作工藝、鉆孔工藝、水下混凝土澆注施工工藝,較全面的對(duì)傳統(tǒng)施工工藝和基于旋挖鉆機(jī)的新型施工工藝的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行分析與評(píng)述,可見(jiàn),旋挖鉆機(jī)配套新型護(hù)壁液的新型施工工藝無(wú)論從施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、文明施工等方面都優(yōu)于一般的施工方法。當(dāng)然,在施工場(chǎng)地本身狹小的地方,旋挖鉆機(jī)難以展開(kāi),這也是其不足之處。但是,由于旋挖鉆、篩分器以及新型環(huán)保護(hù)壁液均依賴(lài)于國(guó)外進(jìn)口,產(chǎn)品的數(shù)量及價(jià)格都受?chē)?guó)外廠家的限制,其施工時(shí)要求一次性投入的資金額大,難以在短時(shí)間內(nèi)普及。但是,隨著我國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)的水工建筑物日益增多、施工管理水平的提升以及水工高科技設(shè)備的研制,以旋挖鉆機(jī)為代表的新型、高效、環(huán)保的施工方法會(huì)成為發(fā)展之趨勢(shì)。

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