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        南四湖大橋巖溶區(qū)樁基施工全護筒跟進處理技術(shù)

        2021-01-28 11:02:46張迎春侯亞輝王培森張光橋蘇小杰
        山東交通科技 2020年6期
        關鍵詞:護壁護筒溶洞

        張迎春,侯亞輝,王培森,張光橋,蘇小杰

        (1.山東省路橋集團有限公司,山東 濟南 250021;2.山東省公路橋梁建設有限公司,山東 濟南 250021;3.山東建筑大學,山東 濟南 250101;4.山東中勘工程技術(shù)有限公司,山東 濟南 250014)

        1 工程概況

        南四湖特大橋是棗菏高速的關鍵性工程,樁基數(shù)量多,涉及溶洞樁基數(shù)量多、分布廣,溶洞樁基處理時間長,制約整個橋梁建設進度,尤其主航道橋137#、138#主墩為群樁基礎,樁長長、溶洞復雜,存在2~5層連續(xù)溶洞,其中138#-9、14樁溶洞多達5層。由于溶洞處理工作集中,137#、138#墩全面開工后,需要的場地、機械及備用材料多。本工程的巖溶處理,給現(xiàn)場樁基施工帶來極大不便,采用覆蓋層全護筒跟進處理技術(shù)解決了巖溶區(qū)遇到的施工難點。

        2 覆蓋層全護筒跟進處理技術(shù)

        溶洞尺寸較大和呈現(xiàn)串珠形狀的溶洞,都會影響施工的順利進行。對于中空溶洞或者有流塑態(tài)填充物的溶洞,若漏水嚴重、泥漿護壁效果不好,或者與地下暗河連通無法準確判斷的情況下,采用拋填片石或者注低強度等級的漿液時,可采用全護筒跟進處理技術(shù)對溶洞進行處治,并鉆進成孔。成孔過程中,邊沖孔、邊接高護筒,同時將護筒振動下沉至已成孔內(nèi)或溶洞內(nèi),已達到阻斷溶洞內(nèi)水或流塑填充物的目的,從而順利施工成樁[1-3]。

        2.1 工法特點

        (1)鉆孔灌注樁施工過程中,采用全護筒跟進處理技術(shù),解決了泥漿護壁的缺點,避免了膨潤土和化學泥漿的使用,減少了地下水的污染,文明施工,現(xiàn)場清潔,對周圍居民及企業(yè)工作、生產(chǎn)和生活沒有影響,滿足了文明環(huán)保施工要求。(2)鉆孔灌注樁施工過程中,因地層、地質(zhì)、溶洞等原因,無法成孔,發(fā)生偏斜,使得成樁質(zhì)量不高。通過全護筒跟進技術(shù),保證了樁基施工的順利進行,解決了相應的施工難題。(3)相比普通泥漿護壁鉆孔灌注樁施工,對配置泥漿要求比較高,受外界影響因素比較多,解決了護壁泥皮的影響,樁基承載力高,提高了樁身成樁質(zhì)量。(4)全護筒跟進施工,施工速度相比普通泥漿護壁施工,效率明顯提高,速度提升近1倍以上,為橋梁上部施工打下了良好基礎,縮短了施工工期[4]。而預注漿處理在工藝上,需要根據(jù)物探結(jié)果,進行注漿孔布孔、套管埋設、下放套管(同步套管隔離至完整巖石)、并鉆進到第一層溶洞、注水試驗并清洗溶洞及裂隙充填物,在這過程中還需要判斷溶洞的發(fā)育特征與周圍聯(lián)通性、選擇注漿方法、充填骨料注漿加固、復鉆至下一層溶洞注漿加固、自下而上逐層封閉溶洞直至設計范圍內(nèi)所有溶洞全部處理完畢。

        2.2 適用范圍

        (1)鉆孔灌注樁:直徑為600~2 500 mm;長度不宜大于40 m。(2)較高地下水位,不易成孔,傳統(tǒng)材料無法護壁。(3)地層:角礫石土層、砂層、卵石土層等,可進行嵌巖樁施工。

        2.3 工藝原理

        鉆孔灌注樁施工過程中采用全護筒跟進處理溶洞技術(shù),是采用專用振動設備,克服護筒與土層的摩阻力,使護筒下沉穿過巖溶區(qū)域至持力層再清孔,從而保證灌注樁成樁質(zhì)量。工藝原理流程[5-6]見圖1。

        圖1 工藝原理流程

        3 施工工藝流程及操作要點

        3.1 工藝流程

        全護筒鉆孔灌注樁施工工藝流程見圖2。

        圖2 全護筒鉆孔灌注樁施工工藝流程

        3.2 操作要點

        3.2.1 放線定位

        按照設計圖紙,對樁位進行測設并標記,以樁位為中心,畫樁半徑的圓,并進行復核,無誤后進行鉆孔。

        3.2.2 鉆機就位

        保持鉆機平穩(wěn),旋挖鉆機與樁位中心對齊。

        3.2.3 鉆機引孔

        選用合適鉆頭,通過引孔可以達到:(1) 解決上覆土的影響。障礙物得到了有效克服,對于堅硬的障礙物,可采用挖掘機解決,防止護筒卷邊。(2)通過鉆機引孔,可以進行準確的定位護筒,防止護筒偏差帶來的樁基偏差。(3)護筒下沉過程中,通過引孔段,保證了護筒穩(wěn)定性,減少了下沉時間,保證了垂直精度,保證護筒順利插入。

        3.2.4 振動錘下沉護筒

        根據(jù)前期勘測結(jié)果,考慮樁孔深度及巖溶發(fā)育情況,將護筒下沉至灰?guī)r20 cm,護筒最大深度可達35 m。設備采用360挖土機加裝液壓振動錘,履帶式行走方式,對環(huán)境適應性強。振動和起拔護筒快,降低了成本,施工效率明顯提高。鋼護筒特殊要求:① 采用10 mm或12 mm的螺旋鋼管制作護筒。若壁厚小于10 mm,施工過程中,鋼護筒易卷邊、凹凸,導致其周轉(zhuǎn)率降低;若壁厚大于12 mm,鋼護筒質(zhì)量過大,給施工增加難度,降低施工效率。② 鋼護筒最末節(jié)宜設置內(nèi)刃,便于護筒切土下沉。③ 護筒連接采用高強度螺栓、螺母,不宜進行焊接。④ 起吊護筒時需夾緊護筒,采用鎖定裝置鎖定后方可起吊。⑤ 護筒起吊后,靠自重下沉,通過測量調(diào)整護筒下沉垂直度。⑥ 下沉困難時,采用振動錘加壓下沉,控制下沉速度,防治護筒卷邊或彎折。

        3.2.5 鉆機成孔

        護筒跟進到達指定深度后,成孔鉆機就位,鉆頭直徑采用合適尺寸,施鉆至設計樁底標高。

        3.2.6 下放鋼筋籠、灌注混凝土

        下放鋼筋籠,鋼筋籠下放完畢后進行二次清孔,保證沉渣符合設計要求,及時進行混凝土灌注。

        3.2.7 拔除護筒

        灌注混凝土滿足質(zhì)量要求后,采用振動錘設備拔出護筒,以方便其循環(huán)利用。施工控制要點:①拔除護筒時,應勻速操作,防止速度過快,影響混凝土密實度,從而導致成樁質(zhì)量差。② 拔除過程中,保持護筒直立,防止因護筒傾斜導致樁體局部夾泥。③ 為保證樁頭質(zhì)量,需超灌1 500 mm混凝土。護筒拔至最末節(jié)時,需檢查筒內(nèi)混凝土標高;若混凝土標高不足,需進行二次灌注[7-9]。

        4 結(jié)語

        依托棗菏高速南四湖特大橋工程建設,在巖溶區(qū)樁基施工中開展全護筒跟進技術(shù)施工研究,對全護筒跟進技術(shù)進行了系統(tǒng)研究,分析了施工技術(shù)的特點、范圍、流程等,對巖溶區(qū)樁基施工有了更加明確的指導性意見。全護筒跟進施工和預注漿處理溶洞技術(shù)相比:(1)在施工進度方面,全護筒方案用時較短,處理效果較好,進度明顯快于預注漿處理方案。(2)在經(jīng)濟上更優(yōu)越,可以節(jié)約工程投入,具有較好的經(jīng)濟效果。(3)全護筒方案法施工可利用現(xiàn)場機械和人員進行施工,有利于大面積開展作業(yè)面,且施工技術(shù)工藝成熟可靠,簡單操作,利于控制,縮短了工期。(4)全護筒方案中的護筒和碎石壓漿固結(jié)混凝土可提高樁基承載力及海洋環(huán)境下的樁基防腐能力。

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