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        大橋橋墩沖孔灌注樁設(shè)計(jì)與施工注意事項(xiàng)

        2021-12-05 06:02:48楊杰
        商品與質(zhì)量 2021年39期
        關(guān)鍵詞:沖孔樁體樁基礎(chǔ)

        楊杰

        山西路橋第六工程有限公司 山西晉中 030600

        在我國公路交通體系中,公路橋梁工程是一大重要構(gòu)成部分,公路橋梁工程具有很多特點(diǎn),如建設(shè)成本大、施工技術(shù)要求高等。在我國公路橋梁工程中,橋墩是重要基礎(chǔ),橋墩要想穩(wěn)定深入到基巖中,橋墩一定要具有較高的穩(wěn)定性與承載能力。在現(xiàn)階段中,沖孔灌注樁是一種常見的樁基礎(chǔ),該樁基礎(chǔ)具有很強(qiáng)的適用性,在各種類型的地質(zhì)環(huán)境中都是非常適用的,針對在沖擊作用下所形成的孔壁,具有多種優(yōu)勢特點(diǎn),如便于操作、堅(jiān)固、成孔過程能耗低等?;诖?,本文就大橋橋墩沖孔灌注樁設(shè)計(jì)與施工注意事項(xiàng)展開了深入探討。

        1 沖孔灌注樁施工技術(shù)概述

        從本質(zhì)上分析,沖孔灌注樁技術(shù)是一種灌注樁技術(shù)。沖孔灌注樁指的是通過沖擊鉆機(jī)把沖錘提升至一定高度,然后借助其自由落體運(yùn)動(dòng)形成的沖擊力實(shí)現(xiàn)地基巖石的切削,逐漸地形成具有直徑、深度的孔,同時(shí)從孔內(nèi)安裝鋼筋籠以及灌注混凝土,最后形成具有良好承載力的樁體。

        沖孔灌注樁存在一個(gè)顯著的優(yōu)勢特點(diǎn),即對各種不同類型的地質(zhì)環(huán)境具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力,不但能夠?qū)︼L(fēng)化巖層、砂土、礫石、粉土、鉆土進(jìn)行有效適用,而且還能夠適用于很多復(fù)雜的水文情況與地質(zhì)情況,如地下水極為豐富、存在構(gòu)筑物或者鋼筋混凝土構(gòu)件、軟弱夾層等。另外,在對土層進(jìn)行沖擊過程能夠產(chǎn)生沖擊作用,形成比較堅(jiān)固的孔壁,在漂礫石層、卵礫石層中具有比較高的施工成孔率;該施工技術(shù)便于操作,比較容易掌握相關(guān)鉆進(jìn)參數(shù),機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生率比較??;針對鉆孔過程中產(chǎn)生的鉆渣,通過在孔內(nèi)泥漿循環(huán)作用下能夠排出到地面,同時(shí)能夠保持孔壁的穩(wěn)定性;在進(jìn)行沖進(jìn)過程中,在對鉆具進(jìn)行提升時(shí)才會(huì)需要?jiǎng)恿?,鉆具在進(jìn)行自由下落沖擊過程中,并不會(huì)對動(dòng)力造成任何消耗。在現(xiàn)階段中運(yùn)用沖孔灌注樁時(shí),一般選用直徑在0.8m-1.5m的樁孔,最大直徑為2.5m,沖孔的深度能夠高達(dá)50m,所以在承載力與動(dòng)荷載大的公路橋梁工程中可以選用沖孔灌注樁。其中,沖孔樁機(jī)示意圖,如圖1所示。

        1.1 沖孔灌注樁類型

        結(jié)合不同類型的沖擊鉆頭,沖孔灌注樁主要包含了鉆桿式灌注樁與鋼絲繩式灌注樁。以鉆桿式?jīng)_擊鉆為例,其成孔直徑比較小,且效率低,現(xiàn)如今已經(jīng)很少采用;而鋼絲繩沖擊鉆能夠結(jié)合設(shè)計(jì)孔徑要求調(diào)整鉆頭尺寸,同時(shí)沖錘的重量處于3000kg至10000kg,適用性比較強(qiáng),是沖孔灌注樁普遍采用的一種形式[1]。

        1.2 沖孔灌注樁優(yōu)劣勢及適用性

        沖孔灌注樁造成的影響比較小,而且樁長與樁徑都能夠結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)定要求進(jìn)行合理調(diào)整,樁端需要插入到結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的基巖層內(nèi),單樁具備良好的承載力。但是沖孔灌注樁的施工流程比較復(fù)雜,針對施工操作水平有著較為嚴(yán)格的要求,同時(shí)鉆孔施工階段存在安全隱患,需要一定的技術(shù)間隔時(shí)間才可以承受荷載,尤其是冬季施工受到的條件相對偏多。

        沖孔灌注樁基本適用于:黏土層、砂土層、粉土層、填土層以及裂隙較為發(fā)育地層等,可以使用的范圍比較廣,樁體直徑處于600mm至2500mm之間,其中最大的沖孔深度接近是300m[2]。

        1.3 樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

        第一,樁基礎(chǔ)在施工過程中常常會(huì)涉及到多變復(fù)雜的水文地質(zhì)條件與工程地質(zhì)條件、多種不同類型的樁。在最近幾年中,隨著我國橋梁工程施工技術(shù)的不斷快速發(fā)展,樁基礎(chǔ)施工機(jī)械設(shè)備變得越來越為復(fù)雜與專業(yè),相應(yīng)地,有效推動(dòng)了我國樁機(jī)施工工藝、使用用途范圍、新品種的不斷快速發(fā)展。第二,隨著我國施工技術(shù)水平的不斷提高,我國樁基礎(chǔ)施工工藝變得越來越為標(biāo)準(zhǔn)與完善,同時(shí)有效提高了我國樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。第三,自從我國對施工環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、施工場地文明提出越來越為嚴(yán)格的要求,人們越來越重視樁基礎(chǔ)施工環(huán)境效應(yīng)消減問題。第四,隨著我國公路橋梁工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,人們對公路橋梁結(jié)構(gòu)的承載力提出越來越高的要求,為實(shí)現(xiàn)綠色低碳施工,施工單位的綠色環(huán)保施工理念在不斷加強(qiáng),再加上隨著公路橋梁施工現(xiàn)場水文條件、工程地質(zhì)條件變得越來越復(fù)雜,施工工藝需要朝著多元化方向進(jìn)行發(fā)展。

        2 工程實(shí)例

        2.1 項(xiàng)目背景

        此公路工程項(xiàng)目的全線長度是28.35km,起訖樁號是K21+538--K49+888,采用的是雙向四車道,設(shè)計(jì)的行車速度是60km/h。該項(xiàng)目包含了一座跨河大橋,主橋結(jié)構(gòu)采用的是連續(xù)鋼構(gòu),其上部結(jié)構(gòu)是預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁(跨徑是66m+130m+66m),大橋的長度是338.5m,橋面的寬度是15.5m。通過對大橋項(xiàng)目現(xiàn)場地質(zhì)情況進(jìn)行勘察發(fā)現(xiàn),地質(zhì)主要表現(xiàn)是巖溶低山類洼地,其中河谷呈現(xiàn)為V字型,河流右岸邊上石灰?guī)r表面存在較為嚴(yán)重的溶化現(xiàn)象,而且溶孔、溶溝等較為發(fā)育,地形比較陡峭;而河流左岸邊上地形平緩,河流漲水后左岸大部分都會(huì)被水淹沒??紤]到普通旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)難以進(jìn)行溶洞的有效處理,同時(shí)洞底石灰?guī)r較為堅(jiān)硬,鉆機(jī)鉆進(jìn)施工尤為困難,所以綜合分析大橋項(xiàng)目現(xiàn)場地質(zhì)條件及施工要求等要素,最后確定大橋橋墩施工采用沖孔灌注樁施工技術(shù)。

        2.2 沖孔灌注樁設(shè)計(jì)

        樁體設(shè)計(jì)。從沖孔灌注樁方面分析,其承載力基本分為巖土層側(cè)向阻力、樁體和巖層之間的嵌固力、樁體端的豎直向承載力。此項(xiàng)目中單個(gè)灌注樁的承載力R主要根據(jù)公式①進(jìn)行計(jì)算[3]。通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)大橋項(xiàng)目的橋體自重與車輛的載荷,大體估算確定的單樁承載力處于5500kN至6200kN之間。此大橋項(xiàng)目的承載結(jié)構(gòu)選擇的是沖孔灌注樁(其直徑φ=1000mm)。

        公式①中:q代表的是樁體底端的單位面積阻力值;A代表的是樁體底端的橫截面積;μ代表的是樁身的周邊長度;qi代表的是第i層巖土層側(cè)面的摩擦系數(shù);li代表的是第i層的巖土厚度。

        樁端下溶洞頂板厚度設(shè)計(jì)。以巖溶區(qū)樁體設(shè)計(jì)為例,通常要求樁端與溶洞頂板之間的安全厚度 d5h> (d代表的是樁徑)。但是考慮到大部分溶洞的發(fā)育相對偏淺,而樁體的長度為了能夠符合承載力規(guī)定要求就必須進(jìn)行打穿溶洞,所以就會(huì)增加施工難度以及施工成本。此大橋項(xiàng)目現(xiàn)場地質(zhì)表現(xiàn)為巖溶性地質(zhì),而且包含了很多小溶洞,所以在設(shè)計(jì)階段應(yīng)高度重視樁底與溶洞之間的安全距離,以免樁體底部出現(xiàn)露空現(xiàn)象,從而嚴(yán)重影響其承載力。此項(xiàng)目在進(jìn)行安全距離設(shè)計(jì)時(shí)選擇的是圖1厚度計(jì)算模型,結(jié)合“鋼混板沖切構(gòu)件”公式②能夠計(jì)算得出持力層厚度h[4]。通過計(jì)算確定此大橋橋墩樁體的底端與溶洞之間的安全距離處于2.5d至3.0d。

        公式②中:F代表的是樁體持力層載荷;β代表的是截面高度影響系數(shù),此項(xiàng)目中的取值是0.85;f代表的是石灰?guī)r抗拉強(qiáng)度,此項(xiàng)目中的取值是0.8MPa;d代表的是樁體直徑,此項(xiàng)目中的取值是1000mm;h代表的是持力層厚度。

        2.3 注意事項(xiàng)

        沖孔施工注意事項(xiàng)。成孔效果直接關(guān)系著沖孔灌注樁的施工質(zhì)量。此項(xiàng)目中沖擊成孔選擇的是泥漿護(hù)壁方式,所以在沖孔施工過程中必須注意下述幾個(gè)方面:①塌孔。若是在沖孔施工階段出現(xiàn)了塌孔現(xiàn)象,則必須及時(shí)將護(hù)筒拆除同時(shí)回填處理沖孔,然后重新埋設(shè)護(hù)筒與打孔。若是孔內(nèi)發(fā)生了坍塌,則需要查找塌孔具體位置,然后選擇“砂+黏土質(zhì)”混合料回填到塌孔部位之上約1m,并重新進(jìn)行打孔;②孔垂直度。若是沖孔垂直度未能符合設(shè)計(jì)規(guī)定要求,則需要從孔偏斜部位通過反復(fù)地提升鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)掃孔處理,一直到孔的垂直度符合規(guī)定要求。若是采用掃孔處理措施仍然不能有效解決彎孔問題,則需要選擇“卵石+粘質(zhì)土”混合料實(shí)施回填處理,當(dāng)回填位置的密實(shí)度達(dá)標(biāo)之后,重新進(jìn)行鉆孔;③卡鉆與掉鉆。若是鉆孔施工階段發(fā)生了卡鉆現(xiàn)象,則嚴(yán)格禁止強(qiáng)行提升,首先需要對鉆頭的具體位置進(jìn)行確定,然后晃動(dòng)鋼絲繩以促進(jìn)鉆頭松動(dòng),最后緩慢、勻速地提升鉆頭[5]。若是出現(xiàn)了掉鉆問題,同時(shí)無護(hù)筒等相關(guān)防護(hù)措施,嚴(yán)格禁止一切施工人員入孔。在確定入孔之前,必須規(guī)范佩戴各項(xiàng)安全防護(hù)設(shè)施,通過專業(yè)設(shè)備對孔內(nèi)的危害氣體進(jìn)行檢測,當(dāng)孔內(nèi)環(huán)境符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求之后才可以進(jìn)孔查看。若是鉆孔過程中遇到了堅(jiān)硬巖石層,必須合理地減小沖擊頻率,待鉆頭達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后才能夠持續(xù)鉆進(jìn)。

        混凝土灌注注意事項(xiàng)。此項(xiàng)目中混凝土灌注施工必須注意下述幾個(gè)方面:①超灌??妆谔且l(fā)超灌現(xiàn)象的一項(xiàng)重要因素,所以需要合理地延長混凝土灌注施工的間隔時(shí)間,此項(xiàng)目中混凝土灌注時(shí)間應(yīng)從40min提升至120min,并對混凝土的坍落度進(jìn)行控制與調(diào)整,從180mm減小到150mm[6]。還可以減小混凝土灌注施工速度,如果塌孔現(xiàn)象較為嚴(yán)重,則必須選擇鋼護(hù)壁進(jìn)行施工;②堵管。在混凝土灌注施工中若是發(fā)生了堵管現(xiàn)象,則應(yīng)先檢查混凝土的坍落度,可以合理地增加坍落度。確定混凝土的初凝時(shí)間,以免出現(xiàn)導(dǎo)管被埋,也可以適當(dāng)?shù)亩秳?dòng)導(dǎo)管,但是必須嚴(yán)格控制抖動(dòng)幅度,以免發(fā)生斷樁現(xiàn)象。

        3 結(jié)語

        文章結(jié)合大橋工程項(xiàng)目實(shí)際情況,重點(diǎn)研究了橋墩沖孔灌注樁設(shè)計(jì)及施工注意事項(xiàng)。實(shí)踐表明,采用沖孔灌注樁技術(shù)顯著提升了樁體施工質(zhì)量,其承載力完全符合設(shè)計(jì)規(guī)定要求,通過檢測橋墩無下沉現(xiàn)象,而且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益,為類似橋梁項(xiàng)目的施工提供了借鑒。

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