尚向陽 炊林源
(鄭州黃河工程有限公司 鄭州 450008)
灌注樁擴孔率控制技術由鄭州黃河工程有限公司研究開發(fā)。此項技術成果于2009年11月通過黃河水利委員會國際合作與科技局專家鑒定,鑒定意見認為此項技術為國內水利行業(yè)一項最新成果。鄭州黃河工程有限公司根據(jù)施工經驗編制本工法。
灌注樁擴孔率控制技術施工工法是在原有灌注樁施工工藝、施工技術的基礎上通過步跟控制法加強施工過程監(jiān)控與管理,擴孔率控制技術通過計算負摩擦阻力在單樁及群樁環(huán)境下力的作用效果,得到最佳鉆速,進而有效控制擴孔率,最終達到有效控制灌注樁質量的目的。
本工法適用于灌注樁構筑物基礎處理、攔河壩基堤等建筑,工藝上適合正、反循環(huán)鉆機不同地層的成樁要求。
原理分析包括兩方面:一是擴孔的成因分析,著重說明負摩擦阻力帶來的危害;二是全面介紹“步跟控制法”,從開始到成樁直至完成整個施工質量控制。
若樁周土的沉降大于樁體的沉降,樁—土的相對位移(或者相對位移趨勢)便形成摩擦力。樁基礎中,如果土給樁體提供向上的摩擦力就稱為正摩擦阻力;反之,則為負摩擦阻力。樁周負摩擦阻力非但不能為承擔上部荷載做出貢獻,反而要產生作用于樁側的下拽力,造成樁端地基的屈服或破壞、樁身破壞、結構物不均勻沉降等。其中,進鉆過程中地基的屈服或破壞是擴孔的重要成因。
產生負摩擦阻力將使原來穩(wěn)定的地基變得不穩(wěn)定,實際荷載可能超過原來建議的地基承載力。一般可能由以下原因或組合造成:
a.未固結的新近回填土地基。
b.地面超載。
c.打樁后孔隙水壓力消散引起的固結沉降。
d.地下水位降低。
e.非飽和填土因浸水而濕陷。
f.可壓縮性土經受持續(xù)荷載,引起地基土沉降。
g.地震液化。
負摩擦阻力的計算方法如下:
確定負摩擦力關鍵在于確定中性面,這個定了,計算便與模型假設和常規(guī)側阻力計算一樣。計算方法包括?總應力法(α法);?有效應力法(β法);?原位測試結果法(標貫SPT、靜探CPT);?高應變動力樁檢測(物探)。
群樁效應負摩擦阻力的計算方法如下:
由于以上研究的是單樁,群樁有“鄰樁支撐效應”,群樁的內部樁一般產生的負摩擦阻力小,而外圍樁則產生的相對較大的單樁負摩擦擦阻力。一般角點樁承受的壓力要比周邊、中心樁要大,位移也要大。因此,不同的樁,負摩擦阻力大小不一樣,產生時間并不一定同步。
在工程實踐中,通過有限的計算方法可以有效減少負摩擦阻力,使得樁各受力方向通過施工方法達到最大限度的均衡。
所謂步跟控制法就是,通過步步緊跟、環(huán)環(huán)緊扣、嚴格要求,達到質量控制的效果。其操作步驟為:計算負摩擦阻力→地層、地質條件處理→合理打樁順序選擇→鉆機精度控制→孔內造漿及鉆進連續(xù)控制→清孔指標控制→下籠精度控制→混凝土連續(xù)灌注控制→成樁控制。
工藝流程見下圖。
灌注樁擴孔率控制技術施工工藝流程圖
所謂灌注樁擴孔率控制技術施工工法就是,步步緊跟、環(huán)環(huán)緊扣、嚴格要求,達到質量控制效果。在原有灌注樁施工工藝、施工技術的基礎上通過步跟控制法加強施工過程監(jiān)控與管理,通過計算單樁及群樁環(huán)境下的負摩擦阻力,得到最佳鉆速,進而有效控制擴孔率,最終達到有效控制灌注樁質量的目的。
采用這種控制方法是由擴孔率產生特性決定的。從地質、地層到施工中的各環(huán)節(jié),如定位、整平、鉆進等都是造成擴空率增大的因素,因此灌注樁擴孔率控制技術施工工法就是根據(jù)以上原因總結出來的。
灌注樁擴孔率控制技術施工工法的提出,豐富了灌注樁理論,有效地控制了擴孔范圍,減少了混凝土用量,降低了成本,提高了效益,縮短了施工時間,減少了施工對居民的影響等社會現(xiàn)象。
a.本工法率先在水利行業(yè)內部根據(jù)灌注樁實際施工特點提出了灌注樁擴孔率控制技術,創(chuàng)造性地提出了負摩擦阻力變速鉆進技術與步跟控制法,總結出了具有較高適用性的灌注樁擴孔率控制技術。在國內同領域尚未發(fā)現(xiàn)類似文獻報道。
b.本工法利用灌注樁的普遍施工特點,結合自行總結的負摩擦阻力變速鉆進技術完成了灌注樁關鍵點質量控制。在檢出文獻中尚未發(fā)現(xiàn)相同報道。
c.本工法通過步跟控制法,有效解決了由于鉆機自身等因素造成的負摩擦阻力變速鉆進技術應用受限制的難題。在國內尚未發(fā)現(xiàn)類似文獻報道。
灌注樁擴孔率控制技術施工工法技術具有新穎性,是國內水利行業(yè)一項最新成果。
灌注樁擴孔率控制技術施工工法應用于河南鄭州韋灘控導工程(16~27號壩、43~52號壩)、河南鄭州韋灘控導工程(1~16號壩),南水北調中線一期穿黃工程Ⅳ標孤柏嘴控導工程中,取得了很好的效果,其中河南鄭州韋灘控導工程(16~27號壩、43~52號壩)工地被評為 2007年度黃河防洪工程文明建設工地,該項目部被評為2007年度河南黃河施工企業(yè)優(yōu)秀項目部。該項成果的應用既減少了混凝土的使用費用,又減少了購買鉆機自身磨損的維護費用。已在我公司廣泛推廣。
灌注樁擴孔率控制技術施工工法的提出,豐富了灌注樁理論,有效地控制了擴孔范圍,減少了混凝土用量,降低了成本,提高了效益,縮短了施工時間,減少了施工對居民的影響等社會現(xiàn)象。
該項成果既減少了混凝土的使用費用,又減少了購買鉆機自身磨損的維護費用。以混凝土為例,直接費用為325元/m3,而一般施工技術為353元/m3,某工程灌注混凝土工程量為11688m3,共計節(jié)約費327264元。
采用本工法施工,有效減少了地層擾動,控制了地表沉降,施工中通過采取可行性處理措施防止地下水流失、減少對周邊環(huán)境的污染,保證了施工安全與工程質量,達到了一定的環(huán)保效果。