徐鑫哲 寧亞瑜
(盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院)
江蘇南通某碼頭工程出運平臺部分長200m,寬40m,平臺面標(biāo)高為+5.0m,最后兩個分段面標(biāo)高為+5.0~+4.0m,接岸處平臺面標(biāo)高+4.0m,與陸域道路標(biāo)高一致。出運平臺共分5 段,每段40m,設(shè)6 個排架,排架間距為7.2m。平臺接岸處排架樁基采用鉆孔灌注樁,直徑為1000mm,樁長56m,共有60 根。
擬建場地位于長江支流北岸,屬長江北側(cè)淤積岸坡,地貌上屬長江河床及漫灘,地貌類型相對簡單,地勢較由北往南向長江中傾斜,陸域地面標(biāo)高一般在3.0~3.5m 左右,水域標(biāo)高在1.0~-6.0m 左右。出運平臺主要起點位陸域岸坡上,分別跨越潮澗帶,淺水區(qū),分布區(qū)域標(biāo)高在3.0~-3.5m 左右;碼頭分布于長江河床,現(xiàn)泥面標(biāo)高在-3.5~-6.5m 左右。
場地地基土以填土、軟土、粉土及黏性土為主,各層地基土主要特征見表1。本工程鉆孔灌注樁以⑧層作為樁基持力層,可以穿過上部地層進(jìn)入持力層一定深度,易于沉樁,但由于地質(zhì)情況復(fù)雜,鉆孔灌注樁過第⑦層時,可能出現(xiàn)縮頸、??椎痊F(xiàn)象,對樁身質(zhì)量有一定的影響。
根據(jù)地質(zhì)情況并結(jié)合以往施工經(jīng)驗[1],本工程采用GPS-15 型鉆機,在粘性土及砂性土層中采用雙腰帶籠式鉆頭鉆進(jìn),鉆進(jìn)至巖層時改用牙輪鉆頭鉆進(jìn),鉆桿長4.0m。由于樁端進(jìn)入第⑧層粉砂,故采用樁底注漿工藝以減少差異沉降。
表1 各工程地質(zhì)土層分布特征
鉆孔灌注樁采用單護(hù)筒的形式,現(xiàn)場制備高性能泥漿進(jìn)行護(hù)壁、清孔。泥漿循環(huán)采用泥漿船或泥漿箱,強制循環(huán),在鉆進(jìn)至粘性土層采取正循環(huán)成孔,在鉆進(jìn)至粉土、砂性土層后采用反循環(huán)成孔。
3.2.1 場地平整
鉆孔灌注樁鉆機進(jìn)場前先對施工場地進(jìn)行平整,對于出運平臺前段,枯水季灘涂不能外露部分,用直徑140mm 鋼管搭建施工平臺,使其能承受施工過程中的各種荷載,保證足夠的剛度和穩(wěn)定性。
3.2.2 護(hù)筒埋設(shè)
護(hù)筒直徑比樁孔孔徑大20cm[2-3](即為120cm),埋設(shè)護(hù)筒前利用全站儀在地面上放出樁位中心位置,以及表層土開挖線。之后挖除表層土,開挖一定深度后,將鋼護(hù)筒放在孔內(nèi),用兩臺全站儀對鋼護(hù)筒進(jìn)行定位和并隨時調(diào)整其垂直度。護(hù)筒埋入深度保證其穿過填筑土或流質(zhì)性淤泥層。定位完成后,外側(cè)周邊填粘土并夯實。
3.2.3 泥漿備制及循環(huán)
本工程粘性土中采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機成孔,粉土、砂性土層中采取反循環(huán)成孔,泥漿護(hù)壁并進(jìn)行二次循環(huán)清孔。泥漿循環(huán)采用泥漿箱進(jìn)行,泥漿箱一組為二個,容積在3~4m3,起到泥漿儲備、沉淀作用;
由于受地層覆蓋土壓力的作用,當(dāng)鉆孔形成自由面時,容易產(chǎn)生變形,因此,必須制備性能合適的泥漿,支撐孔壁,防止產(chǎn)生變形,避免發(fā)生頸縮、塌孔等質(zhì)量事故。
本工程中,粘性土層考慮用原土造漿,砂性土層選用紅粘土和膨潤土制作泥漿。其各組成材料及比例為水:粘土:膨潤土:純堿=100:40:40:3。泥漿性能參數(shù)[4]見表2。
表2 泥漿性能參數(shù)
隨著鉆孔深度的增大,發(fā)生塌孔的可能性也越大,因此,鉆進(jìn)至深層后,適當(dāng)增加泥漿比重,保證泥漿足夠的液擠力,施工現(xiàn)場準(zhǔn)備一些膨潤土和化學(xué)摻和料,在需要時,用以配制優(yōu)質(zhì)泥漿。
3.2.4 鉆進(jìn)成孔
鉆機就位時,保證鉆機轉(zhuǎn)盤中心位于樁中心點正上方,偏差控制在20mm 以內(nèi)[5]。
按照方案要求,在上部土層鉆進(jìn)時,選用雙腰帶籠式鉆頭,進(jìn)入巖層后采用牙輪鉆頭,為保證鉆孔過程中鉆頭穩(wěn)定、平穩(wěn),不觸碰孔壁,在鉆桿上安裝導(dǎo)向鋼絲繩,并在鉆頭上部加設(shè)扶正器[5]。在施工過程中,必須時刻注意地層變化,根據(jù)實際地質(zhì)情況,選擇合適的鉆進(jìn)參數(shù),嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度。正常鉆進(jìn)過程中控制鉆進(jìn)速度在6m/h 以內(nèi),鉆至深層接近設(shè)計深度時降低鉆進(jìn)速度,同時補給足夠的泥漿,以便排出切削孔壁形成的土渣[6]。
加接鉆桿時要停止鉆進(jìn),將鉆具稍提離孔底,保持泥漿循環(huán)1~2 分鐘后,停泵加接鉆桿,在施工過程中注意工序的配合,避免應(yīng)工作銜接不上導(dǎo)致施工停歇過久。
3.2.5 清孔
鉆孔完成后,檢查孔徑及樁孔垂直度[7],滿足要求后進(jìn)行清孔,將切削形成的土渣通過泥漿循環(huán)排除樁孔。為了保證清孔質(zhì)量,本工程采用兩次循環(huán)清孔,在保證泥漿性能的同時,鉆孔完成后和灌注混凝土前各清孔一次。
第一次清孔采用換漿法清孔,成孔結(jié)束時鉆頭保持中速旋轉(zhuǎn),并將其提至距孔底10~20cm,此時通過泥漿正循環(huán),不斷補給新制備的泥漿,置換孔內(nèi)原有的帶有土屑的泥漿,以達(dá)到清孔目的。清孔完成后,復(fù)測樁孔位置及樁孔深度,并做好記錄。
待安放鋼筋籠以后灌注混凝土之前進(jìn)行第二次清孔,本工程采用泵吸反循環(huán)清孔,新制備的泥漿通過導(dǎo)管進(jìn)入孔內(nèi),置換孔內(nèi)原有泥漿,清孔過程中上下移動導(dǎo)管,保證將孔底周圍沉渣清除干凈。清孔完成后孔底沉渣厚度須滿足規(guī)范要求。
3.2.6 鋼筋制作和安放
鋼筋籠在預(yù)制模中采用點焊成型,制作長度為10m,在制作過程中保證主筋分布均勻,誤差小。制作完成的鋼筋籠平臥堆放,層數(shù)不得超過2 層,同時保證堆放場地平整、堅實。
樁孔完成第一次清孔后吊放鋼筋籠。下放鋼筋籠前,根據(jù)施工圖要求,在鋼筋籠主筋上焊接保護(hù)層定位撐筋,以保證鉆孔灌注樁混凝土滿足保護(hù)層要求。
在起吊、運輸過程中應(yīng)防止鋼筋籠發(fā)生彎曲變形,影響其承載力,因此必須選擇合適的起吊點,本工程起吊點設(shè)在加強箍筋位置。鋼筋籠吊裝就位后,用鉆架將鋼筋籠吊起至垂直狀態(tài)[8],調(diào)整位置,使其對準(zhǔn)樁孔中心,之后緩慢下放,同時注意時刻監(jiān)測樁孔是否完好,鋼筋籠是否出現(xiàn)上浮現(xiàn)象,直至鋼筋籠下放深度滿足設(shè)計要求,或滿足規(guī)范要求偏差控制在50mm 以內(nèi)時停止下放。將鋼筋籠用吊筋固定在護(hù)筒上,以使鋼筋籠定位。
完成后,進(jìn)行注漿管預(yù)埋。滿足注漿管管底標(biāo)高超過樁底標(biāo)高約150mm,管頂標(biāo)高以不影響灌漿為宜。
3.2.7 混凝土灌注本工程鉆孔灌注樁采用導(dǎo)管法連續(xù)施工。根據(jù)規(guī)范及設(shè)計要求,混凝土坍落度控制在180~220mm,以保證混凝土具有足夠流動性。灌注混凝土采用的導(dǎo)管為直徑25cm、長2.5m 的無縫鋼管。導(dǎo)管使用前,根據(jù)實際使用的節(jié)數(shù)和長度進(jìn)行試拼,并進(jìn)行壓水試驗[9],對其管內(nèi)是否有殘余物進(jìn)行檢查,同時檢查其密閉性,確認(rèn)滿足要求且無滲漏后才能進(jìn)行混凝土灌注。
在進(jìn)行水下混凝土澆筑時,將容積為2.0m3的承料漏斗安放于導(dǎo)管上部,首批混凝土澆筑到孔內(nèi)后保證埋管不小于1.0m,繼續(xù)向承料漏斗內(nèi)供給混凝土,當(dāng)混凝土達(dá)到一定量時,剪斷隔水栓鐵絲,使承料漏斗內(nèi)混凝土沖入孔底。之后不斷灌入混凝土,隨著孔內(nèi)混凝土的上升,緩慢提升導(dǎo)管,同時控制埋管深度在2.0~6.0m。
在混凝土灌注過程,隨時測量孔內(nèi)混凝土面的高度,導(dǎo)管慢速上提,避免出現(xiàn)導(dǎo)管埋入過深或過淺,難以提升,或?qū)Ч芴嵘^快過早導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)脫節(jié)等影響樁體質(zhì)量的問題。
3.2.8 樁底注漿施工
當(dāng)樁身混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的100%后,采用真空注漿機向注漿孔內(nèi)用高壓注入配制水泥漿,在樁底形成一個加固體。所用漿液初定配合比為水:水泥(42.5級普硅):粉砂=1:2:1,注漿壓力初定為2.0~2.5MPa,施工中可根據(jù)實際情況作適當(dāng)調(diào)整;單樁樁底漿液量不少于1m3。其工藝流程為:①注漿管注入清水,待溢漿管出水并冒出孔底土液時停止;②將水泥漿由注漿管注入孔底,當(dāng)溢漿管冒出水泥漿后將溢漿管封閉;③以一定的壓力進(jìn)行灌漿,直至漿壓穩(wěn)定后3~5 分鐘結(jié)束。
鉆孔灌注樁屬于隱蔽工程,且受施工現(xiàn)場環(huán)境,地質(zhì)因素影響較大,在施工過程中必須嚴(yán)格把控每個施工環(huán)節(jié),確保工程質(zhì)量。
⑴施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制樁孔位置、樁孔直徑以及樁孔的垂直度,使其滿足規(guī)范要求。
⑵在鉆孔時,注意地質(zhì)的變化,在穿越底層變層時嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度以及鉆進(jìn)方向。
⑶所制備的泥漿必須保證其性能參數(shù)滿足要求,不得隨意降低泥漿比重,以免發(fā)生塌孔。
⑷鋼筋籠吊放完畢后4 小時內(nèi)必須進(jìn)行混凝土的灌注,以免影響鋼筋于混凝土之間的粘結(jié)性。在澆筑過程中注意鋼筋籠位置,避免發(fā)生鋼筋上浮。
⑸單根樁混凝土澆筑必須連續(xù)進(jìn)行,不得無故中斷,保證樁身的整體性。
在港口工程中當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時,應(yīng)用鉆孔灌注樁技術(shù)具有較為明顯的優(yōu)點,主要表現(xiàn)為施工過程中無噪音、無震動,對地基土無擠壓,樁的直徑和樁長可根據(jù)需要確定。
為了最大程度地保障樁基地施工質(zhì)量,在施工過程中,施工人員必須嚴(yán)格按圖紙、圖集和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求進(jìn)行,在各施工環(huán)節(jié)采取合理有效的技術(shù)措施,加強質(zhì)量監(jiān)管,最終保證整個碼頭工程的質(zhì)量。