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        超長灌注樁施工技術(shù)的總結(jié)

        2018-10-21 15:40:05翁彥梅
        名城繪 2018年12期
        關(guān)鍵詞:建筑施工

        翁彥梅

        摘要:當(dāng)前各式各樣的高層建筑一般都會用到超長灌注樁施工技術(shù),而這一技術(shù)對高層建筑工程的安全和質(zhì)量有著重要的影響,因此要保證施工的安全和工程的質(zhì)量就需要對這一項技術(shù)有清晰的認(rèn)知和明確的掌握,本文就建筑施工中超長灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行分析探究。

        關(guān)鍵詞:建筑施工;超長灌注樁施工技術(shù);施工技術(shù)創(chuàng)新點。

        隨著社會的快速發(fā)展、城市化的不斷推進(jìn),造成城市土地資源稀缺這一現(xiàn)象,為了應(yīng)對這種情況人們只好將原來低、中層建筑拆除建設(shè)高層建筑以提升土地的利用率。對高層建筑的需求越來越多,而高層建筑的設(shè)計大都會采用超長樁,為保證高層建筑的安全,超長灌注樁施工技術(shù)的掌握就顯得非常的重要?,F(xiàn)結(jié)合我實際施工超長樁經(jīng)驗,就這一技術(shù)進(jìn)行總結(jié)以期能夠?qū)Υ思夹g(shù)在施工當(dāng)中更好的應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。

        一、 項目概況

        昆明某商業(yè)中心建設(shè)項目樁基工程,位于昆明市中心地段,周邊環(huán)境復(fù)雜,場地狹小,施工難度大。該項目總建筑面積585642.75m2,地下建筑面積129730.36m2,設(shè)五層整體地下室,兩棟超高層塔樓,主、副塔樁基采用鉆孔灌注樁,樁徑均為φ1000mm,砼等級為C50,主塔樁有效樁長96m(負(fù)空樁段18m),單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值30000KN,樁端持力層為⑩1粉砂、⑩2粉質(zhì)黏土層;副塔樁有效樁長86m(負(fù)空樁段18m),單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值24000KN,樁端持力層為⑨1粉質(zhì)黏土、⑨2粉土層。樁基施工面以下分布多層泥炭質(zhì)土、粉土等深厚軟土層,且場地地下水位較高。

        類似地質(zhì)條件下樁長超過90m的超長樁在云南較為少見,該項目采用ICE安插長護(hù)筒的“高原湖積相軟土區(qū)鋼護(hù)筒旋挖成孔灌注樁施工工法”+泥漿護(hù)壁回旋鉆孔灌注樁的施工方法,利用氣舉反循環(huán)進(jìn)行二次清底,有效保證了樁基施工的質(zhì)量,將主、副塔超長樁的充盈系數(shù)控制在了1.18。有效的解決了泥炭質(zhì)土縮徑、砂土流砂、沉渣過厚和承壓水等問題,節(jié)省工期50余天,滿足了工期要求,保護(hù)了環(huán)境,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3200余萬元,該項目的施工技術(shù)達(dá)到同期同類型項目國內(nèi)領(lǐng)先水平。

        二、 控制要點

        1. 樁身垂直度

        樁身垂直度是超長灌注樁承載力的質(zhì)量保證之一,在該項目上在為保證超長樁施工的垂直度,利用三軸深攪機(jī)作為底盤,將ICE高頻振動錘安放在三軸深攪機(jī)機(jī)架上,插放鋼護(hù)筒作為樁身垂直導(dǎo)向。

        在插放過程中派2名監(jiān)測員面對鋼護(hù)筒呈90°架設(shè)經(jīng)緯儀,對鋼護(hù)筒進(jìn)行實時監(jiān)測以保證護(hù)筒垂直度,發(fā)現(xiàn)護(hù)筒偏移及時糾偏,每鉆進(jìn)5米用經(jīng)緯儀復(fù)核檢查一次垂直度,將超長樁樁身垂直度控制在了3‰以內(nèi)。

        旋挖鉆機(jī)成孔至底部后,用超聲波對成孔垂直度進(jìn)行首次檢測,保證成孔垂直度達(dá)到規(guī)范要求方能進(jìn)行混凝土澆筑。

        2. 塌孔問題

        超長灌注樁在實際應(yīng)用時最先考慮的一個問題便是場地的地質(zhì)狀況,要對場地地層的復(fù)雜程度進(jìn)行細(xì)致的分析,樁基在成孔以及后續(xù)施工時可能會有塌孔現(xiàn)象的存在,而塌孔的存在將會帶來許多質(zhì)量問題,針對這一問題進(jìn)行采取以下控制措施:

        (1)可以根據(jù)地質(zhì)條件對成孔的方法進(jìn)行優(yōu)化,提高成孔的速度、效率和質(zhì)量,進(jìn)而減少塌孔情況。分析昆明某商業(yè)中心建設(shè)項目地層地勘報告揭露,④1、⑤2、⑥1層為硬塑狀粉質(zhì)粘土,含鈣質(zhì)結(jié)核塊,具中壓縮性。層頂埋深17.80~59.20m,回旋鉆機(jī)在上述幾個地層施工成孔會較困難,旋挖成孔較有優(yōu)勢,但是超過70m的樁孔,旋挖鉆機(jī)受到扭矩和長度等技術(shù)參數(shù)的影響,施工降效明顯且質(zhì)量不能有效保證,該項目在主塔樁施工上,探索出旋挖鉆機(jī)成孔和回旋鉆機(jī)成孔相結(jié)合的方法,樁基上部60-66m采用360旋挖機(jī)成孔,下部30-36m采用回旋鉆機(jī)正循環(huán)成孔工藝施工,收到明顯效果,將單根樁成孔時間由試驗階段的22小時控制到了8-12小時,有效減少了成孔時間,減少了孔壁在泥漿中暴露時間,進(jìn)而以減少了孔壁塌孔的機(jī)率。

        (2)、護(hù)壁泥漿質(zhì)量對樁端沉渣厚度和樁身塌孔控制至關(guān)重要,泥漿性能應(yīng)重點關(guān)注泥漿黏度、比重和含砂率。

        場地分布有厚薄不均的沖洪積成因的粘土地層,湖積相的圓礫、粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂(土)互層、泥炭質(zhì)粘土。針對該項目這種粉質(zhì)粘土、粉砂土層,泥漿采用清水、膨潤土和純堿配置羚甲基纖維素鈉(CMC)制拌(所用外摻劑的摻量根據(jù)泥漿性能進(jìn)行動態(tài)調(diào)整控制)。設(shè)計泥漿密度為1.06 g/cm3左右,粘度在23~28 s之間,加堿量為膨潤土量的5%。鉆進(jìn)過程中,泥漿密度控制在1.10~1.25 g/cm3,泥漿含砂率不超過8%,使泥漿具有一定的液柱壓力,以達(dá)到平衡孔壁外圍地層壓力,穩(wěn)定孔壁,不形成泥皮、塌孔的要求,二次清孔時粘度控制在20~25s,以滿足鉆進(jìn)護(hù)壁和二次清孔的要求;PH值維持在8~9左右,使泥漿處于堿性狀態(tài),以實現(xiàn)泥漿科學(xué)配比減少塌孔的發(fā)生。

        本項目護(hù)壁泥漿采用山東優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土配置,聚丙烯酰胺水解度不小于30%,并根據(jù)地層情況添加護(hù)壁泥漿處理劑,提高護(hù)壁泥漿工作性能.

        為減少廢漿排放量,降低施工成本,需要對二次收集的泥漿采用泥漿凈化器進(jìn)行除砂、除泥處理,并根據(jù)黏度和PH值變化情況,適時加入護(hù)壁泥漿處理劑,增加泥漿循環(huán)使用次數(shù)。

        3. 樁底沉渣

        基樁成孔完成之后需要對孔底部的沉渣情況進(jìn)行檢查,底部若存在大量的沉渣,在完成混凝土澆筑后會導(dǎo)致基樁的沉降,進(jìn)而嚴(yán)重影響基樁的承載能力,會給高層建筑帶來致命的危險,因此必須做好這一部分的控制檢查工作。樁底沉渣可利用泵吸反循環(huán)技術(shù)亦或是氣舉反循環(huán)技術(shù)來對孔底部的沉渣進(jìn)行處理,前一種技術(shù)不適合較深的孔洞作業(yè),孔洞越深其工作效率越差;而后者則能夠較好的適應(yīng)深孔的作業(yè)環(huán)境,對底部沉渣進(jìn)行較好的處理。

        該項目的主、副塔工程樁屬端承摩擦樁,有效樁長96m和86m,穿越多層厚層狀粉土、粉砂,規(guī)范要求沉渣厚度不大于50mm。樁底沉渣控制難度較大,該項目采用優(yōu)質(zhì)護(hù)壁泥漿配合氣舉反循環(huán)二次清孔工藝,很好地將樁底沉渣厚度控制在了50mm以內(nèi),100%滿足設(shè)計要求。

        (1)泥漿循環(huán)系統(tǒng)、氣舉原理見圖。

        (2)正循環(huán)所需空氣壓力控制參數(shù)

        回旋鉆正循環(huán)成孔過程中,應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)進(jìn)尺及時倒換風(fēng)包,如過低則空壓機(jī)所提供壓力達(dá)不到,不能保證清孔所需壓力,無法實現(xiàn)孔底排渣。本項目根據(jù)施工平臺的高程、施工水位、鉆機(jī)的高程,計算出提升1m3泥漿需要的壓氣量(按終孔深度計),本項目主塔鉆孔深度為96m,在鉆進(jìn)過程中每進(jìn)尺10 m需0.1MPa的壓力,空壓機(jī)的額定壓力為0.8Mpa,故在鉆進(jìn)中設(shè)置更換2次風(fēng)包?,F(xiàn)場使用的鉆機(jī)采用“接力式風(fēng)包”的方法,在加重桿后接風(fēng)包桿,用單風(fēng)道送氣,再間隔21m鉆桿,再加一節(jié)風(fēng)包桿,此時改用第二通道送氣,即從25 m至65m換一次風(fēng)包,每次風(fēng)包的起始位置控制在距孔口30m處,保證在孔深約40%時發(fā)揮最好作用,準(zhǔn)確把握泥漿循環(huán)量與排渣能力的關(guān)系。

        (3)防止鉆渣沉淀埋鉆

        空壓機(jī)送風(fēng)與鉆錐回轉(zhuǎn)同時進(jìn)行。接鉆桿時,須將鉆桿稍提升30cm左右,先停止鉆錐回轉(zhuǎn),再送風(fēng)數(shù)分鐘,將孔底鉆渣吸盡,再放下鉆錐進(jìn)行拆裝鉆桿工作,以免鉆渣沉淀而發(fā)生埋鉆事故,或鉆渣太多以致無法清理干凈。在吸孔底沉渣的時候要隨時注意孔口泥漿水面標(biāo)高,如果逐漸往下落時,須立即用水泵補(bǔ)水入護(hù)筒內(nèi),以免因水頭不夠而發(fā)生塌孔事故。

        (4)2次清孔控制

        第1次清孔是在鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計孔深以后,將鉆頭提高孔底20 cm左右,利用空壓機(jī)氣舉抽漿清孔,用泥漿泵抽取低濃度泥漿或清水補(bǔ)充孔內(nèi)泥漿。第2次清孔是在鋼筋籠下設(shè)完畢以后,用空壓機(jī)通過導(dǎo)管進(jìn)行二次氣舉清孔,同樣用泥漿泵抽取低濃度泥漿或清水補(bǔ)充孔內(nèi)泥漿,直至合格。

        4. 混凝土澆筑

        超長灌注樁施工當(dāng)中還有重要的一點就是樁芯混凝土的澆筑,混凝土的質(zhì)量對樁基的承載力以及壽命起著決定性的作用,因此在施工過程中要嚴(yán)格把控混凝土澆筑這一環(huán)節(jié)。首先在混凝土的生產(chǎn)環(huán)節(jié)要注意混凝土生產(chǎn)的用料以及配比,按設(shè)計要求的標(biāo)號和質(zhì)量嚴(yán)控原材料以滿足設(shè)計要求。在施工時,首灌也是應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注的環(huán)節(jié),實際施工時施工人員一定要對首次灌注的時間以及灌注的量進(jìn)行把控,灌注過程中拔管時間、速度都是有嚴(yán)格要求的。為了保證樁身澆注質(zhì)量,該項目選用有多年水下砼澆注經(jīng)驗的管理人員及作業(yè)班組,并將水下澆注導(dǎo)管全部更換為新導(dǎo)管,將管壁加厚,嚴(yán)格控制混凝土下放速度避免形成氣塞或局部負(fù)壓區(qū)堵塞導(dǎo)管或拔導(dǎo)管時將導(dǎo)管吸扁。每車專人量測混凝土坍落度和擴(kuò)展度,不合格的混凝土及時退貨,保證了進(jìn)場混凝土的質(zhì)量。

        混凝土澆筑的控制要點:

        (1)混凝土灌注前導(dǎo)管要安裝牢固,安放好密封圈,導(dǎo)管底端距孔底0.3~0.5m。

        (2)混凝土的初灌量不少于2m3,以保證初灌時導(dǎo)管底端埋入混凝土面以下2.5m。

        (3)根據(jù)設(shè)計要求:樁頂設(shè)計標(biāo)高以上應(yīng)留有混凝土灌注長度≥樁身長度的5%,且不應(yīng)小于2m。

        (4)混凝土灌注完畢后,用專門研制混凝土標(biāo)高量具進(jìn)行混凝土灌注標(biāo)高的檢測?;炷翗?biāo)高量具的制作:采用DN15鍍鋅鋼管(尺寸21.3×2.5mm)接長至17m(節(jié)與節(jié)間螺紋套筒連接),底部彎曲呈U型,并在U型頭頂部焊接錐形料斗,斗口朝上(錐形料斗用鐵皮制成,高度100mm),量具大樣如下圖:

        混凝土灌注標(biāo)高的檢測原理:本項目空樁段18m,設(shè)計要求最小超灌高度為2m,即混凝土面標(biāo)高距孔頂16m。灌注完畢后,將導(dǎo)管提升,將量具伸入樁孔內(nèi)深度16m處進(jìn)行取樣,若量具取樣為素砼,則視為混凝土灌注標(biāo)高滿足要求;若量具取樣為泥漿,則混凝土灌注標(biāo)高不滿足設(shè)計要求,仍需灌注。

        (5)混凝土的坍落度為180~220mm,坍落度一般控制在200mm為宜。

        (6)混凝土灌注的充盈系數(shù)1.0~1.3,本項目成功控制主塔、副塔樁充盈系數(shù)為1.1-1.18。

        (7)、導(dǎo)管埋深宜為2~6m,嚴(yán)禁導(dǎo)管提出混凝土面,應(yīng)有專人測量導(dǎo)管埋深及導(dǎo)管內(nèi)外混凝土面的高差,填寫水下混凝土澆注記錄。

        (8)、混凝土的灌注必須連續(xù),每根樁的澆注時間按初盤混凝土的初凝時間控制,對澆注過程中的一切故障均應(yīng)記錄備案。

        (9)、控制好最后一次的灌注量,樁頂不得偏底,應(yīng)鑿除的浮漿高度必須保證曝露的樁頂混凝土達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計值。

        5.樁底后壓漿質(zhì)量控制

        超長工程樁設(shè)計承載力都較大,為了提高樁基承載力,設(shè)計采用樁底后注漿工藝。樁底后注漿可以有效改善樁端持力層力學(xué)性質(zhì),對控制樁基沉降起到關(guān)鍵作用。為保證注漿管路的有效打通,注漿管和止回閥的安裝施工是關(guān)鍵。

        注漿方案經(jīng)反復(fù)比較,最終確定注漿管采用絲扣連接,在絲扣處加生料帶,防止水泥漿的滲入;注漿管比鋼筋籠長50cm,保證注漿管插入樁端沉渣中,止回閥1根采用金屬止回閥,1根采用橡膠止回閥,1根用木塞堵住注漿管底部作為備用注漿管。

        每根樁在兩根注漿管中進(jìn)行注漿,注漿機(jī)械采用低~中壓、低流量注漿機(jī)械,分兩次注漿,首次注漿量為總量的60%,兩次間隔時間為2-3小時,注漿流量控制在50L/min內(nèi)。

        三、 結(jié)束語

        昆明某商業(yè)中心建設(shè)項目超長樁基工程經(jīng)小應(yīng)變檢測均為ⅠⅡ類樁,載荷試驗檢測單樁承載力均滿足設(shè)備要求的300000KN、24000KN。本項目超長樁施工的控制要點主要在成孔、樁底沉渣控制、樁底后壓漿三個方面,施工中采用了長護(hù)筒護(hù)壁技術(shù)、泥漿除砂、除泥循環(huán)利用技術(shù),氣舉反循環(huán)二次清孔技術(shù),三種不同注漿器的樁底后壓漿技術(shù)等。解決了工程中存在的難題,保證了施工工期和樁基質(zhì)量,值得在今后同類工程中推廣應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張紅兵. 道路橋梁灌注樁施工技術(shù)研究[J]. 四川建材, 2016, 42(6):156-157.

        [2]余地華, 葉建, 侯玉杰,等. 超大長徑比鉆孔灌注樁超重鋼筋籠施工關(guān)鍵技術(shù)[J]. 施工技術(shù), 2016, 45(8):6-8.

        [3]劉克文,等. 高原湖積相軟土去鋼護(hù)筒旋挖成孔灌注樁施工工法.

        [4]張燕靈,劉克文,等. 春之眼商業(yè)中心建設(shè)項目樁基工程施工組織設(shè)計、專項施工方案.

        (作者單位:云南建投第一勘察設(shè)計有限公司)

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