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        全套管全回轉(zhuǎn)灌注樁套管內(nèi)氣舉反循環(huán)清孔施工技術(shù)

        2021-02-18 00:56:10李樹(shù)青鮑萬(wàn)偉馮志輝申小平
        施工技術(shù)(中英文) 2021年23期
        關(guān)鍵詞:孔底氣舉沉渣

        李樹(shù)青,雷 斌,鮑萬(wàn)偉,馮志輝,申小平

        (深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司,廣東 深圳 518063)

        1 工程概況

        1.1 工程位置及規(guī)模

        龍崗新霖薈邑花園樁基礎(chǔ)工程位于深圳市龍崗區(qū)新生村仙田路與新城路交匯處東北側(cè);項(xiàng)目總占地面積33 200m2,擬建5棟90.1m住宅樓、1棟87.2m住宅樓、1棟14.65m幼兒園及5.09~8.00m附屬裙樓,地下室為2層(見(jiàn)圖1)。

        圖1 工程平面位置

        1.2 場(chǎng)地地質(zhì)條件及水文條件

        地質(zhì)勘察報(bào)告顯示,場(chǎng)地工程地質(zhì)情況自上而下為填土層、粉質(zhì)黏土、含砂粉質(zhì)黏土、灰?guī)r,溶洞,微風(fēng)化大理巖。

        1.3 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)施工情況

        項(xiàng)目樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為1.0m,共計(jì)580根,樁端持力層為微風(fēng)化花崗巖(≥0.5m),平均成孔深度為25m,最大成孔深度為40m。

        由于項(xiàng)目處于溶洞強(qiáng)發(fā)育地區(qū),存在多層溶洞及微風(fēng)化大理巖夾層,最大溶洞厚度最厚達(dá)十多米,溶洞以上多為土層(第四系土層),土層松散,孔壁成孔性差,塌孔可能性較大,易卡鉆、卡錘,對(duì)旋挖成孔設(shè)備及場(chǎng)地安全無(wú)法保障,經(jīng)過(guò)優(yōu)化對(duì)比后,采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔,一次清孔采用套管內(nèi)氣舉內(nèi)循環(huán)清渣桶,二次清孔采用灌注導(dǎo)管內(nèi)氣舉內(nèi)循環(huán)頭懸浮沉渣,達(dá)到清孔目的。龍崗新霖薈邑花園樁基礎(chǔ)工程于2019年10月1日開(kāi)工,2020年1月15日順利完成。

        2 清渣桶一次清孔、清渣頭二次清孔工藝

        2.1 工藝原理

        本技術(shù)工藝原理主要是在常規(guī)氣舉反循環(huán)清孔原理的基礎(chǔ)上,在套管內(nèi)進(jìn)行氣舉反循環(huán)的清渣桶一次清孔和清渣頭二次清孔的施工技術(shù)。

        2.1.1套管內(nèi)氣舉反循環(huán)清渣桶一次清孔

        1)一次清孔在全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行,清孔時(shí)將接有高壓風(fēng)管的清渣桶吊入孔底上方附近,開(kāi)啟空壓機(jī),將高壓空氣送入孔底與孔底處的泥漿混合,其重度小于孔內(nèi)泥漿重度,產(chǎn)生套管內(nèi)外泥漿重度差,在清渣桶底附近產(chǎn)生低壓區(qū),連續(xù)充氣內(nèi)外壓差不斷增大,當(dāng)達(dá)到一定壓力差后,氣液混合體沿清渣桶與套管間的間隙上升流動(dòng),由于上返未形成封閉空間,在上返一定高度后氣液失去進(jìn)一步的動(dòng)能,則下降至清渣桶內(nèi)和孔底,部分沉渣集聚在清渣桶內(nèi),這樣便形成了套管內(nèi)氣舉反循環(huán)式清孔方式。

        孔內(nèi)泥漿攜帶孔底沉渣在套管進(jìn)行氣舉反循環(huán),沉渣不斷落入清渣桶內(nèi),氣舉反循環(huán)每次運(yùn)行約15min后,即間歇停止15min,再將清渣桶提出孔口倒渣;經(jīng)過(guò)多次循環(huán)、存渣、倒渣循環(huán)操作,直至將孔底沉渣清除干凈,如圖2所示。

        圖2 清渣桶一次清孔工藝原理

        2)清渣桶由鑄鋼制造,高1 300mm、外徑900mm、桶壁厚25mm,桶底設(shè)有2根直徑分別為25,20mm鋼制高風(fēng)壓管,高風(fēng)壓管與桶底對(duì)應(yīng)大小的孔口焊接,2根風(fēng)管均高出桶身20cm,高壓風(fēng)管在管口處設(shè)置與空壓機(jī)氣管連接的螺紋連接頭,如圖3所示。

        圖3 清渣桶

        3)在清渣桶桶口橫梁處切割出1個(gè)圓孔,根據(jù)桶身重約0.7t,選擇WLL 12T卸扣從此孔穿過(guò)與清渣桶連接在一起形成起吊環(huán)裝置;在清渣桶桶身外側(cè)壁焊接圓環(huán),圓環(huán)外徑為6cm、內(nèi)徑為3cm,圓環(huán)焊接位置在距桶底20cm左右,使用WLL 6.5T卸扣從圓孔中穿過(guò)形成傾吊環(huán)裝置。

        2.1.2套管內(nèi)氣舉反循環(huán)清渣頭二次清孔

        1)在鋼筋籠和灌注導(dǎo)管安放就位后,在灌注混凝土前,再次測(cè)量孔底沉渣厚度,如測(cè)量的沉渣厚度超過(guò)設(shè)計(jì)要求,則按規(guī)范要求必須進(jìn)行二次清孔。本技術(shù)所述的二次清孔方法是將接有高壓風(fēng)管的清渣頭通過(guò)灌注導(dǎo)管下至孔底附近,啟動(dòng)空壓機(jī)形成套管內(nèi)氣舉反循環(huán)(原理同上述一次清孔),清孔時(shí)使沉淀在孔底的沉渣在套管內(nèi)懸浮,并迅速灌注樁身混凝土成樁。

        在采用清渣桶氣舉套管內(nèi)循環(huán)一次清孔滿(mǎn)足要求的情況下,二次清渣頭的清孔主要是將孔底的沉渣通過(guò)氣舉循環(huán)方式達(dá)到沉渣懸浮效果,完全可滿(mǎn)足施工技術(shù)要求,如圖4所示。

        圖4 清渣頭二次清孔工藝原理

        2)清渣頭由鑄鐵制成,為實(shí)體高1 200mm、外徑180mm、壁厚50mm的中空結(jié)構(gòu),中空洞內(nèi)徑80mm。頂部與高壓氣管接頭焊接,中空洞作為風(fēng)管的延續(xù),將高風(fēng)壓送至孔底并在頂部設(shè)起吊環(huán),如圖5所示。

        圖5 氣舉內(nèi)循環(huán)清渣頭結(jié)構(gòu)

        2.2 工藝流程

        灌注樁全套管全回轉(zhuǎn)氣舉內(nèi)循環(huán)清孔工藝流程如圖6所示。

        圖6 施工工藝流程

        2.3 操作要點(diǎn)

        1)全套管全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn) ①采用景安重工JAR260H全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)與特制鋼套管,套管直徑1 000mm,配套120型履帶式起重機(jī)、220型挖掘機(jī)等。②根據(jù)使用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)與專(zhuān)門(mén)配備的液壓動(dòng)力站,將帶特制刀頭鋼套管回轉(zhuǎn)切入,同時(shí)使用沖抓斗反復(fù)抓取全套管內(nèi)的土進(jìn)行取土;遇塊石、孤石或硬質(zhì)夾層時(shí),使用十字沖錘沖碎孤石后再采取沖抓進(jìn)行抓取。③在抓斗取土?xí)r需保證套管超過(guò)成孔深度1m左右,當(dāng)每節(jié)套管壓入樁孔內(nèi)到在鉆機(jī)平臺(tái)上剩余50cm時(shí)及時(shí)接入下一節(jié)套管以滿(mǎn)足成孔需求。全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)及配套設(shè)備如圖7所示。

        圖7 全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)及配套設(shè)備

        2)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度 ①使用抓斗反復(fù)取土與全回轉(zhuǎn)全套管旋挖切入,直至達(dá)到設(shè)計(jì)巖層上方附近。②接近設(shè)計(jì)持力層深度位置時(shí),采用十字沖錘對(duì)巖層進(jìn)行沖碎后使用抓斗抓取巖樣并與勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位進(jìn)行入巖判定;在完成巖層判定后,繼續(xù)使用十字沖錘對(duì)巖層進(jìn)行破碎,直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度,并與監(jiān)理、業(yè)主等單位進(jìn)行終孔驗(yàn)收。③在終孔驗(yàn)收后,使用撈渣斗進(jìn)行孔內(nèi)撈渣。

        3)清渣桶氣舉套管內(nèi)一次清孔 ①在撈渣斗撈渣后,孔底仍會(huì)存在沉渣,此時(shí)用清渣桶進(jìn)行一次清孔。②進(jìn)行氣舉反循環(huán)清孔時(shí),根據(jù)孔深、空壓機(jī)容量選擇氣管,當(dāng)孔深<50m且采用KSDY-12.5/10型空壓機(jī)時(shí),選擇25mm氣管;當(dāng)孔深>50m,則選擇20mm氣管。③空壓機(jī)氣管與清渣桶高壓風(fēng)管連接完畢后開(kāi)啟空壓機(jī),觀察空壓機(jī)氣管有無(wú)滲漏、異常聲響,若有異常立即停機(jī)檢查維修,若無(wú)異常將清渣吊入套管內(nèi)。④用起重機(jī)將清渣桶慢慢下放至套管內(nèi),先將清渣桶放至孔底,并記錄入孔深度;再將清渣桶上提50cm左右位置,開(kāi)始清渣。⑤選用排氣量12m3/min、排氣壓力1.0MPa的KSDY-12.5/10型空壓機(jī)清孔,與清渣桶連接進(jìn)行套管內(nèi)反循環(huán),循環(huán)過(guò)程中注意套管內(nèi)反循環(huán)情況,根據(jù)泥漿上涌情況及時(shí)增大或減小氣壓。⑥清渣桶進(jìn)行清渣時(shí),派專(zhuān)人觀察套管內(nèi)氣舉反循環(huán)狀況,套管內(nèi)泥漿較少時(shí)及時(shí)加清水保證套管內(nèi)正常循環(huán);清渣桶氣舉反循環(huán)15min后間歇,待桶內(nèi)沉渣沉淀15min后,吊出清渣桶并倒出沉渣。⑦傾倒沉渣完畢后,使用清水清洗清渣桶后再次吊入套管內(nèi),反復(fù)在套管內(nèi)進(jìn)行反循環(huán)清渣至清渣桶傾倒不出沉渣。

        4)安放鋼筋籠、灌注導(dǎo)管 ①根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作完成鋼筋籠,并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收合格后方可吊裝放入樁孔內(nèi);②鋼筋籠使用起重機(jī)起吊,一次性垂直吊裝到位,對(duì)需接籠的鋼筋籠則在全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)上進(jìn)行焊接,焊接長(zhǎng)度需滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;③鋼筋籠安放完畢后安放灌注導(dǎo)管,采用φ300導(dǎo)管下放至導(dǎo)管底部距離孔底30~50cm,導(dǎo)管下放完畢后在全套管管口加設(shè)導(dǎo)管架,以穩(wěn)固導(dǎo)管。

        5)測(cè)量孔底沉渣厚度 ①導(dǎo)管下放完畢,混凝土罐車(chē)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,再次測(cè)量樁孔孔底沉渣厚度,確定是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。②若沉渣厚度滿(mǎn)足要求,上報(bào)監(jiān)理工程師下達(dá)灌注令;若沉渣厚度不滿(mǎn)足要求,則進(jìn)行二次清孔。

        6)清渣頭氣舉導(dǎo)管內(nèi)二次清孔 ①孔底沉渣厚度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí),采用氣舉反循環(huán)清渣頭對(duì)孔底沉渣進(jìn)行二次清孔。②清渣頭二次清孔的實(shí)質(zhì)是使孔底沉渣懸浮,操作時(shí)將清渣頭的高壓風(fēng)管口與空壓機(jī)氣管連接,采用起重機(jī)將清渣頭放入灌注導(dǎo)管內(nèi),直至孔底位置,然后再上提30~50cm。③開(kāi)啟空壓機(jī),開(kāi)始套管內(nèi)泥漿氣舉反循環(huán);泥漿循環(huán)過(guò)程中,派專(zhuān)人在操作平臺(tái)上觀察套管內(nèi)泥漿循環(huán)情況;循環(huán)期間,可上下移動(dòng)清渣頭位置,確保清渣懸浮效果。④在二次清孔10~15min后,關(guān)閉空壓機(jī),將測(cè)量繩放入孔底測(cè)量沉渣厚度,孔底沉渣厚度滿(mǎn)足要求后,將清渣頭吊出孔,并立即灌注混凝土。

        7)灌注混凝土 ①孔底沉渣厚度滿(mǎn)足要求后,快速完成孔口灌注斗安裝,立即開(kāi)始灌注混凝土,最大限度縮短準(zhǔn)備時(shí)間;②采用C35商品混凝土進(jìn)行水下灌注;③灌注混凝土采用料斗吊灌,初灌斗容量為3m3,保證初灌混凝土面上升高度超過(guò)導(dǎo)管底部0.5m以上;④混凝土灌注時(shí),在每輛混凝土罐車(chē)卸料完畢后,對(duì)樁孔內(nèi)混凝土面上升高度進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)埋管深度及時(shí)拆管,確保灌注時(shí)導(dǎo)管埋深2~4m,最大6m;⑤邊灌注混凝土邊拔出套管,在拔出每節(jié)套管后及時(shí)測(cè)量混凝土面高度,保證套管最下端在混凝土面以下足夠深度,由于本項(xiàng)目處于巖溶發(fā)育區(qū),套管最下端在混凝土面以下≥8m,避免混凝土在溶洞段滲漏而造成孔內(nèi)灌注事故。

        2.4 施工工藝特點(diǎn)

        1)清孔設(shè)備便捷 本技術(shù)采用一次清孔清渣桶和二次清孔清渣頭,根據(jù)全回轉(zhuǎn)全套管灌注樁施工特點(diǎn)制作,體積小、質(zhì)量小,設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)單;只需與空壓機(jī)風(fēng)管連接,安裝簡(jiǎn)便;使用時(shí)采用吊裝作業(yè),安放和倒渣方便,現(xiàn)場(chǎng)操作容易,清孔過(guò)程中使用便捷。

        2)孔底沉渣清理效果好 本技術(shù)結(jié)合終孔后全回轉(zhuǎn)全套管鉆進(jìn)的撈渣斗清渣,并在套管內(nèi)采用清渣桶實(shí)施氣舉反循環(huán)清渣,高風(fēng)壓能使孔底沉渣反復(fù)循環(huán),并通過(guò)清渣桶不斷排出,可確保一次清孔的效果;而當(dāng)孔內(nèi)安放鋼筋籠和灌注導(dǎo)管后,如果孔底沉渣超標(biāo),則采用特制的清渣頭使沉渣懸浮在泥漿中,并迅速灌注樁身混凝土,可確保樁底沉渣滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

        3)有利于現(xiàn)場(chǎng)文明施工 本技術(shù)通過(guò)套管氣舉內(nèi)循環(huán),能有效把沉渣倒在規(guī)定地方,與傳統(tǒng)氣舉反循環(huán)相比,可避免挖設(shè)泥漿循環(huán)系統(tǒng)因泥漿亂噴而導(dǎo)致施工場(chǎng)地泥濘。

        4)清孔成本低 采用本技術(shù)進(jìn)行清孔,清孔設(shè)備制作成本低,操作中不使用復(fù)雜、大型的清孔設(shè)備,產(chǎn)生泥漿量少,清孔時(shí)間短,總體施工綜合成本低。

        2.5 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

        多個(gè)項(xiàng)目中灌注樁清孔的實(shí)踐應(yīng)用證明,全套管全回轉(zhuǎn)灌注樁套管內(nèi)氣舉反循環(huán)清孔施工工法無(wú)論在施工效率、施工管理,還是施工成本、現(xiàn)場(chǎng)文明環(huán)保措施等方面都突顯出較大優(yōu)越性,解決了全套管全回轉(zhuǎn)灌注樁孔底沉渣難以清除干凈的問(wèn)題,已申報(bào)發(fā)明專(zhuān)利“一種灌注樁的清孔系統(tǒng)及清孔方法”、實(shí)用新型專(zhuān)利“一種灌注樁的清孔系統(tǒng)”兩項(xiàng),形成獨(dú)特施工新技術(shù),得到設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位和業(yè)主的一致好評(píng),取得了顯著的社會(huì)效益。

        3 結(jié)語(yǔ)

        全回轉(zhuǎn)全套管灌注樁套管內(nèi)氣舉反循環(huán)清孔施工技術(shù)通過(guò)采用在套管內(nèi)進(jìn)行氣舉反循環(huán)的清渣桶一次清孔、清渣頭二次清孔對(duì)孔底沉渣進(jìn)行清理,在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了顯著成效,具有清孔設(shè)備便捷、孔底沉渣清理效果好、質(zhì)量有保證、有利于現(xiàn)場(chǎng)文明施工等優(yōu)點(diǎn),使其易于技術(shù)推廣,是一種施工工藝上的突破和創(chuàng)新。

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