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        巖土工程施工中長螺旋鉆孔壓灌樁的技術(shù)應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)分析

        2022-01-01 14:54:13薛戴康
        中國金屬通報(bào) 2021年13期
        關(guān)鍵詞:泵送成孔鉆桿

        薛戴康

        (江蘇地質(zhì)基樁工程公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

        1 施工工藝及適用范圍

        1.1 施工工藝

        長螺旋鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后,在提鉆的同時(shí),采用地泵將混凝土通過設(shè)在長螺旋鉆桿內(nèi)的芯管壓入孔底,接著邊壓入混凝土邊提升鉆桿,直至混凝土到達(dá)設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高位置,然后提出鉆桿。接著在混凝土初凝前,按設(shè)計(jì)圖紙的鋼筋籠標(biāo)高控制要求,將鋼筋籠沉入至素混凝土樁中[1]。

        1.2 施工流程

        平整場地→樁位放樣復(fù)核→鉆機(jī)移機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔至設(shè)計(jì)孔深→終孔驗(yàn)收→安裝地泵并調(diào)試→安裝混凝土輸送泵管→灌注混凝土→清土提升鉆桿→混凝土灌注至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高→起吊鋼筋籠、振動(dòng)錘→開啟振動(dòng)錘、下插鋼筋籠→鋼筋籠下插至設(shè)計(jì)標(biāo)高→施工完成移機(jī)。

        1.3 適用范圍

        (1)適用的地層為:填土、黏性土、粉土、砂土、非密實(shí)的碎石類土及強(qiáng)風(fēng)化巖層,同時(shí)也適用于易塌孔的不良地層;

        (2)適用的樁型為:成樁直徑為400mm~1000mm、成孔深度為9m-30m;

        (3)當(dāng)卵石粒徑較大或卵石層較密實(shí)時(shí),以及完全砂性土的地層不建議采用長螺旋鉆機(jī)。

        2 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

        2.1 樁位測量放樣

        以基準(zhǔn)點(diǎn)為測量控制點(diǎn),先建立閉合導(dǎo)線控制網(wǎng),在監(jiān)理單位驗(yàn)收簽字認(rèn)可后方可進(jìn)行樁位放樣,同時(shí)施工過程中做好相應(yīng)的測量和復(fù)核記錄。

        2.2 鉆進(jìn)成孔

        (1)當(dāng)所需鉆進(jìn)的地層中,有需要穿過老黏土層、厚層砂土、碎石土及塑性指數(shù)大于25的黏土?xí)r,應(yīng)進(jìn)行試鉆。

        (2)鉆進(jìn)前,鉆頭對(duì)中應(yīng)準(zhǔn)確,鉆頭與樁位點(diǎn)偏差不得大于20mm,并復(fù)測鉆桿的垂直度,將垂直偏差控制在0.2%以內(nèi)。起初開孔鉆進(jìn)時(shí),先關(guān)閉鉆頭封口,控制鉆速緩慢下鉆。過程中正常鉆進(jìn)時(shí),速度可控制在1m/min~1.50m/min,鉆進(jìn)過程中,如遇到卡鉆、鉆機(jī)搖晃或發(fā)生異響時(shí),應(yīng)停鉆查明原因,采取糾正措施后方可繼續(xù)作業(yè)。成孔過程中,不宜反轉(zhuǎn)或提升鉆桿,如需提升鉆桿或反轉(zhuǎn)應(yīng)將鉆桿提至地面,對(duì)鉆尖開啟門須重新清洗、調(diào)試、封口。

        (3)為做好施工現(xiàn)場的安全防護(hù)和環(huán)境保護(hù),應(yīng)將鉆出的土方及時(shí)清理轉(zhuǎn)移,運(yùn)輸至指定的候場堆放[2]。

        2.3 混凝土制作

        (1)進(jìn)場的混凝土必需符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,可通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定混凝土配合比,混凝土塌落度以200mm-220mm為宜,并具有較好的和易性和流動(dòng)性。

        (2)粗骨料可采用卵石或碎石,當(dāng)樁徑為400~600mm時(shí)建議最大粒徑不宜大于16mm、當(dāng)樁徑為800~1000mm時(shí),建議最大粒徑不宜大于20mm。

        (3)制作時(shí)可摻加粉煤灰和外加劑,宜采用Ⅰ級(jí)粉煤灰,用量不少于75kg/m3。

        2.4 灌注成樁

        (1)首先應(yīng)根據(jù)樁桿和樁徑選取適當(dāng)型號(hào)的地泵,并挑選合適的位置安放,輸送泵管的管路應(yīng)盡量減少彎曲,且應(yīng)縮短距離,建議地泵與樁機(jī)的距離控制在60m以內(nèi),以利輸送混凝土。當(dāng)因特殊原因確實(shí)需要長距離泵送時(shí),泵管下應(yīng)墊實(shí)。

        (2)混凝土灌注前,應(yīng)先用清水清洗泵管,再泵送一定量的水泥砂漿潤滑管道。當(dāng)氣溫高于30°C時(shí),宜在輸送管道上覆蓋隔熱材料,并每間隔一定的時(shí)間灑水降溫,以防止管內(nèi)混凝土失水離析,造成堵管。

        (3)混凝土開始?jí)汗鄷r(shí),首先打開鉆頭閥門,再將鉆桿提升200mm~300mm?;炷恋谋盟蛪汗鄳?yīng)連續(xù)進(jìn)行,邊泵送混凝土邊提鉆,但應(yīng)注意控制地泵料斗內(nèi)的混凝土高度不低于400mm,并保證鉆頭始終埋在混凝土界面以下不少于1m。

        (4)壓灌過程中應(yīng)有專人負(fù)責(zé)觀察泵壓與鉆桿提升情況,確保鉆桿的提升速度應(yīng)與泵送速度相匹配。具體提升鉆桿速度應(yīng)根據(jù)施工土層情況確定,建議提升速度控制在2.5m/min,嚴(yán)禁先提鉆后灌料,確保成樁質(zhì)量。

        (5)當(dāng)鉆桿提升接近地面時(shí),應(yīng)放慢提升速度并及時(shí)清理孔口渣土,以保證樁頭混凝土質(zhì)量,建議混凝土灌注高度略高出設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的樁頂標(biāo)高0.5m。

        (6)混凝土灌注結(jié)束后,應(yīng)及時(shí)清除鉆桿及泵管內(nèi)殘留的混凝土,如鉆機(jī)需長時(shí)間停工,應(yīng)用清水沖洗,確保將鉆桿、地泵及泵管清洗干凈。

        2.5 鋼筋籠安插施工

        (1)灌注結(jié)束后,應(yīng)在混凝土初凝前盡快安插鋼筋籠,一般建議控制在三分鐘內(nèi)進(jìn)行,盡量縮短時(shí)間,降低鋼筋籠的沉入難度。

        (2)安插前,用振動(dòng)鋼管水平穿入檢驗(yàn)合格的鋼筋籠,鋼筋籠頂部與振動(dòng)裝置進(jìn)行連接。起吊時(shí),因采取加固措施,避免鋼筋籠變形。成功起吊后,對(duì)準(zhǔn)孔位,并采用儀器雙向觀察鋼筋籠的垂直度。

        (3)在安插的過程中,先依靠鋼筋籠自重壓入,當(dāng)依靠自重不能繼續(xù)插入時(shí),再啟動(dòng)振動(dòng)裝置,直至鋼筋籠下沉至設(shè)計(jì)深度。整個(gè)安放過程應(yīng)連續(xù),不宜停頓,同時(shí)適當(dāng)控制插入速度,不宜過快。

        (4)鋼筋籠下插到設(shè)計(jì)深度后關(guān)閉振動(dòng)裝置,用鉆機(jī)把鋼管和振動(dòng)裝置提出孔外,提出過程中每提3m開啟振動(dòng)錘一次,從而保證混凝土的密實(shí)性。

        3 工藝對(duì)比分析

        3.1 鉆進(jìn)成孔

        (1)采用泥漿護(hù)壁式鉆進(jìn)成孔。①該工藝為濕作法成孔,需要采用泥漿進(jìn)行護(hù)壁,且護(hù)壁泥漿需要進(jìn)行循環(huán)和替換,這就要消耗大量水資源,還會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄泥漿,而處置以上泥漿將會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力,且會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來一定的負(fù)面影響。②在成孔的過程中,需根據(jù)不同土層狀況控制好泥漿指標(biāo),避免類似于砂土和卵石等土層被破壞,導(dǎo)致土體應(yīng)力下降,造成孔壁坍塌或縮徑,從而產(chǎn)生大量沉渣。但該樁機(jī)設(shè)備對(duì)沉渣的清理程度有限,如果樁端存在一定量的沉渣,則樁體的沉降將會(huì)相對(duì)較大。③該類施工鉆機(jī)成孔過程中多數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲,難以滿足市區(qū)及人口居住密集區(qū)域的降噪要求,運(yùn)用范圍大打折扣。

        (2)采用長螺旋鉆進(jìn)鉆孔。①該工藝為干鉆孔,因此不會(huì)消耗水資源,也不會(huì)產(chǎn)生廢棄泥漿,鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的土方,僅需清理出施工區(qū)域即可,可在施工現(xiàn)場合適位置進(jìn)行堆放,后續(xù)的轉(zhuǎn)運(yùn)或出場相較于廢棄泥漿的運(yùn)輸方式都較于便捷,且成本開支較少。②長螺旋為一次性鉆孔到位,在下鉆至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后,直接由鉆桿中心向樁底壓灌混凝土,所以不會(huì)產(chǎn)生孔底虛土,也可以解決成孔鉆進(jìn)過程中孔壁坍塌和縮徑的問題。③該類施工設(shè)備,振動(dòng)較少,施工噪音較低,對(duì)市區(qū)及居民區(qū)生活影響較小。

        3.2 混凝土灌注

        (1)泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁。該工藝是在鉆進(jìn)成孔后,提出鉆頭和鉆桿,然后下安放鋼筋籠和灌注導(dǎo)管,灌注過程中,是依靠混凝土自身的重力進(jìn)行成樁,再通過導(dǎo)管的上下提拉來實(shí)現(xiàn)混凝土的振動(dòng)密實(shí)。在此過程中,如果出現(xiàn)孔壁坍塌、縮徑、孔底沉渣清理不達(dá)標(biāo),又或者導(dǎo)管上下提拉過程中被拔除混凝土界面,就將會(huì)造成斷樁或其他樁身質(zhì)量問題,直接影響灌注樁的單樁承載力。

        (2)長螺旋鉆孔灌注樁。該工藝鉆孔到位后,無需預(yù)先提鉆,而是通過增加外界動(dòng)力將混凝土由鉆桿中心壓入孔底,這就有效解決了孔壁坍塌、縮徑及樁底沉渣的問題。且下放鋼筋籠的過程中,通過開啟振動(dòng)裝置,又可以大幅提高混凝土的密實(shí)度,樁身質(zhì)量更有保證。

        3.3 施工效率及成本

        (1)泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁。效率:以市場上占有率最高的回旋鉆機(jī)為參考: 樁長20~30m,樁徑500~700mm的灌注樁,每天采用兩班制,施工24小時(shí)約可完成4~6根。成本:按部分區(qū)域的目前市場價(jià)格,鉆機(jī)勞務(wù)施工市場價(jià)格約為160元/m3,泥漿外運(yùn)約為110元/m3,施工用水費(fèi)電費(fèi)約合35元/ m3,合計(jì)一方工作量約需施工成本305元/m3。

        (2)長螺旋鉆孔灌注樁。效率:與以上樁型相同的灌注樁,長螺旋鉆機(jī)施工12小時(shí)約可完成12~18根。成本:按部分區(qū)域的目前市場價(jià)格,鉆機(jī)勞務(wù)施工市場價(jià)格約為180元/m3,渣土外運(yùn)約為60元/m3,施工用水費(fèi)電費(fèi)約合15元/ m3,合計(jì)一方工作量約需施工成本255元/m3。

        4 常見問題及質(zhì)量控制措施

        (1)堵管。原因分析:①混凝土采用的粗骨料不符合要求,攪拌不勻、坍落度過小。②混凝土灌注時(shí)間過長,導(dǎo)致混凝土在泵管或鉆桿中心管內(nèi)初凝。③泵管安置不合理,距離較長、彎頭管與鉆桿不配套或管道密封性不好。控制措施:①對(duì)粗骨料的粒徑、混凝土的配比進(jìn)行控制,并現(xiàn)場檢驗(yàn)混凝土的塌落度,不符合要求的混凝土不得進(jìn)行灌注。②加強(qiáng)施工管理,保證樁機(jī)和地泵施工班組配合緊密,積極協(xié)調(diào),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題,盡量縮短灌注時(shí)間。③泵送混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,輸送泵料斗內(nèi)的混凝土高度一般不得低于40cm,防止吸進(jìn)空氣造成堵管。④合理安置泵送管道,盡量減少泵送距離,并避免管道彎曲,且灌注結(jié)束后,需對(duì)管道進(jìn)行清洗。

        (2)卡鉆、鉆進(jìn)困難。原因分析:①鉆進(jìn)速度過快,導(dǎo)致夾雜在鉆桿與孔壁間的土方未能及時(shí)排出孔外。②土層有深厚黏土或存在硬夾層。③鉆頭、鉆具葉片磨損嚴(yán)重??刂拼胧孩訇P(guān)閉回轉(zhuǎn)動(dòng)力電源,將鉆桿用最低速度緩慢提升,再重新鉆進(jìn)。②在施工過程中應(yīng)注意控制鉆進(jìn)速度,及時(shí)清除鉆桿上的粘土。③及時(shí)做好鉆頭鉆具的保養(yǎng)工作,視土層情況適當(dāng)改進(jìn)鉆頭形式。

        (3)樁頭質(zhì)量。原因分析:①樁孔周圍的泥土未及時(shí)進(jìn)行清理掉入孔內(nèi)。②混凝土的超灌高度不夠。③工人操作不當(dāng)。

        控制措施:①提升鉆桿接近地面時(shí),放慢提管速度并及時(shí)將孔口的渣土進(jìn)行清理。②在混凝土灌注到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高后,適當(dāng)進(jìn)行超灌,可提高0.5m左右的高度。③鋼筋籠下放結(jié)束后,對(duì)樁頭部分的混凝土按要求進(jìn)行振搗[3]。

        (4)樁身縮頸、斷樁、夾泥。原因分析:①土層的地質(zhì)條件較差或兩根相鄰樁之間施工的距離較短。②混凝土壓灌過程中,鉆桿提升速度過快,而泵送量又與之不匹配,混凝土沒有全部填滿鉆孔,使得孔壁出現(xiàn)塌陷,進(jìn)而造成斷樁。③在壓灌混凝土?xí)r,供料被中斷,或鉆頭被提出混凝土界面,導(dǎo)致樁身中出現(xiàn)夾層。控制措施:①時(shí)刻保證壓灌的混凝土體積大于鉆桿上提體積量,同時(shí)鉆桿提升速度嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行,建議鉆桿的提升速度控制在2.5m/min,并始終保證鉆頭埋入混凝土中1m以上,帶壓提鉆。②確?;炷劣辛己玫暮鸵仔院土鲃?dòng)性,塌落度應(yīng)控制在180cm~220cm,灌注過程應(yīng)連續(xù)。③當(dāng)兩根灌注樁之間的距離短于5倍樁徑時(shí),應(yīng)采用隔樁跳打的方式來降低對(duì)周圍樁土的振動(dòng)。

        5 結(jié)語

        本論文對(duì)長螺旋鉆孔壓灌樁的施工工藝和過程質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)描述,并與市場主流的回旋鉆孔灌注樁施工工藝通過在施工質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、施工效率和環(huán)境保護(hù)等多個(gè)方面的對(duì)比分析,充分展現(xiàn)了長螺旋鉆孔壓灌樁施工技術(shù)在巖土工程施工過程中的優(yōu)越性。通過本文的論述也希望有越來越多施工企業(yè)能夠了解和運(yùn)用該技術(shù),并在運(yùn)用的過程中不斷改進(jìn)和提升,從而進(jìn)一步推動(dòng)該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

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