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        卵石夾漂石層灌注樁鉆孔施工方法的優(yōu)化

        2019-08-27 11:26:26濱,貴,愛(ài)國(guó)
        四川水力發(fā)電 2019年3期
        關(guān)鍵詞:苕溪試樁成孔

        曹 龍 濱, 魯 金 貴, 鄭 愛(ài) 國(guó)

        (中國(guó)水利水電第五工程局有限公司,四川 成都 610066)

        1 概 述

        杭州市臨安區(qū)苕溪南街下穿隧道范圍西起五岔路口西側(cè),東至五岔路口東側(cè),隧道全長(zhǎng)約370 m(西口U型槽段長(zhǎng)140 m,明挖暗埋段長(zhǎng)100 m,東口U型槽段長(zhǎng)130 m)。隧道采用閉合矩形框架結(jié)構(gòu),凈空高5 m,凈寬19.1~19.9 m,隧道結(jié)構(gòu)采用外包防水。

        隧道采用明挖順作法施工,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁,內(nèi)支撐采用混凝土支撐+鋼支撐,圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)采用高壓旋噴樁止水帷幕,鉆孔灌注樁尺寸為φ800@1000,樁長(zhǎng)分別為:10 m 、11 m、13 m與14 m。下穿隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖1。

        苕溪南路下穿隧道工程地層自上而下主要為碎石填土、卵石夾漂石層、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。其中卵石夾漂石層卵石粒徑一般以5~10 cm為主,局部夾漂石,最大粒徑達(dá)30 cm以上,卵礫石質(zhì)地堅(jiān)硬,呈亞圓形,部分為扁平狀,母巖成分以凝灰?guī)r、石英砂巖為主,層厚1.8~4.8 m;強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞,巖芯呈塊狀,局部呈短柱狀,手可折斷,局部夾中等風(fēng)化巖塊,層厚0.8~4.3 m;中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為中厚層狀構(gòu)造,局部孔段水平層理較明顯,巖芯呈柱狀、短柱狀,節(jié)理裂隙較發(fā)育,遇水易軟化、失水干裂,屬軟巖。

        2 施工方法的選擇

        圖1 苕溪南路下穿隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

        通常采用的鉆孔灌注樁施工工藝及方法比較成熟,但考慮到鉆孔灌注樁要穿越卵石夾漂石層、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層、中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層,成孔難度較大,因此,成孔方式的選擇既決定了鉆孔灌注樁施工的成敗,又直接影響到下穿隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度,進(jìn)而制約著下穿隧道的直線工期??紤]到成孔的重要性,在進(jìn)行鉆孔灌注樁施工前,項(xiàng)目部技術(shù)人員根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)并經(jīng)多方咨詢(xún)、調(diào)查,制定了兩套成孔方案并進(jìn)行了對(duì)比分析,具體分析情況見(jiàn)表1。

        表1 鉆孔灌注樁成孔方法比選表

        因灌注樁穿越的卵石夾漂石層層厚較大并有一定的入巖要求,且沖擊鉆對(duì)各種地層的適用性較強(qiáng),初步選定采用沖擊鉆成孔試樁;另外選定一處樁位采用旋挖鉆成孔,確定其適用性,以對(duì)兩種方案進(jìn)行最終的確定與比較。

        3 試樁結(jié)果及分析

        成孔初步方案確定后,項(xiàng)目部技術(shù)人員對(duì)試樁過(guò)程進(jìn)行了全面跟蹤、旁站,試樁結(jié)果見(jiàn)表2。

        由試樁結(jié)果得出以下結(jié)論:采用旋挖鉆+單底雙開(kāi)門(mén)斗齒鉆斗進(jìn)行灌注樁施工,單樁施工速度偏慢,無(wú)法滿足隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度需求,在成孔過(guò)程中塌孔比較嚴(yán)重,造成灌注樁混凝土超灌嚴(yán)重,需優(yōu)化施工工藝;而采用沖擊鉆進(jìn)行灌注樁施工時(shí),單樁施工速度太慢,耗電量大,不經(jīng)濟(jì)且塌孔嚴(yán)重,造成灌注樁混凝土超灌極其嚴(yán)重。由此可見(jiàn),沖擊鉆對(duì)苕溪南路下穿隧道鉆孔灌注樁施工不適用,予以淘汰。

        4 成孔方法的優(yōu)化

        表2 試樁結(jié)果表

        由下穿隧道灌注樁試樁結(jié)果可知:采用旋挖鉆成孔工藝適用于苕溪南路下穿隧道灌注樁施工,但需優(yōu)化施工工藝,即:需提高單樁施工速度并減少成孔塌孔率,以降低混凝土超灌系數(shù)。項(xiàng)目部技術(shù)人員經(jīng)查閱相關(guān)資料并經(jīng)多方咨詢(xún)、踏勘后決定采用短螺旋鉆施工工藝,該工藝成孔屬于干作業(yè)法,鉆機(jī)仍采用旋挖鉆機(jī),只是在臨近鉆頭2~3 m內(nèi)裝置帶螺旋葉片的鉆桿并安裝單頭單螺旋鉆頭(圖2),在樁位處切削土層,被切土塊、鉆屑隨鉆頭旋轉(zhuǎn)、沿著有少量螺旋葉片的鉆桿上升,積聚在短螺旋葉片上形成“土柱”(圖3),此后靠提鉆、反鉆、甩土將鉆屑撒落在孔周,一般每鉆進(jìn)0.5~1 m需提鉆甩土一次。

        另外,為降低塌孔頻率,減少灌注樁水下混凝土的灌注量,采用鋼套筒護(hù)壁,鋼套筒直徑為800 mm,長(zhǎng)度為8 m,筒壁厚2 cm。護(hù)筒采用液壓振動(dòng)錘安裝就位,待混凝土澆筑完成后拔出。采用短螺旋鉆進(jìn)行鉆孔灌注樁施工的工藝見(jiàn)圖4。

        圖2 單頭單螺旋鉆頭示意圖

        5 方案優(yōu)化后取得的效果

        采用“短螺旋鉆成孔+鋼護(hù)筒護(hù)壁”法進(jìn)行苕溪南路下穿隧道鉆孔灌注樁施工后,灌注樁的施工效率得到大幅度提升,最大施工速率達(dá)到了14根/d,混凝土超灌系數(shù)由1.9降到1.2,既節(jié)約了成本,又使下穿隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)得以提前完工,為隧道全面進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        圖3 短螺旋鉆施工形成的“土柱”圖

        圖4 短螺旋成孔法灌注樁施工工藝框圖

        6 結(jié) 語(yǔ)

        采用短螺旋鉆成孔法進(jìn)行苕溪南路下穿隧道鉆孔灌注樁施工雖然取得了成功,但在進(jìn)行成孔方法選擇的過(guò)程中存在施工經(jīng)驗(yàn)欠缺、思路狹窄等不足;另外,受地勘資料的局限性,部分灌注樁底部入巖時(shí)較困難,在更換了巖石鉆頭后方達(dá)到設(shè)計(jì)樁位。但是,可以相信,隨著市政地下工程領(lǐng)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的不斷成熟,先進(jìn)的施工工藝、工法將會(huì)大量涌出,需要我們共同探索、學(xué)習(xí)、進(jìn)步與提高。

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