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        潮汐水域有限凈空條件旋噴樁改良硬質(zhì)地層靜壓植樁施工技術(shù)

        2022-07-25 06:27:56趙強(qiáng)ZHAOQiang
        價(jià)值工程 2022年22期
        關(guān)鍵詞:凈空靜力溝槽

        趙強(qiáng)ZHAO Qiang

        (廣州市恒盛建設(shè)工程有限公司,廣州 510000)

        0 引言

        隨著城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)的大規(guī)模建設(shè),為了緩解老城區(qū)征地拆遷的困難,同時(shí)節(jié)約利用土地,越來越多的給排水構(gòu)筑物、管道被建設(shè)在既有河床下。然而河道中施工技術(shù)難度也較大。為了解決在跨河涌橋下的硬質(zhì)土層內(nèi)施工深基坑支護(hù)鋼板樁的難題,經(jīng)過刻苦鉆研,研究出一種施工方便、技術(shù)先進(jìn)的“潮汐水域有限凈空條件旋噴樁改良硬質(zhì)地層靜壓植樁施工技術(shù)”,并加以推廣。

        1 施工技術(shù)特點(diǎn)

        1.1 筑土圍堰,反挖溝槽,解決了潮汐水位阻擋、鋼板樁施工凈空不足的難題

        潮汐影響水域凈空受限條件下施工鋼板樁圍堰,采用先在河道中填筑土圍堰作為施工平臺,圍堰填筑高度大于潮汐最大水位,然后在圍堰頂上反挖溝槽,在溝槽內(nèi)安置靜力植樁機(jī)進(jìn)行鋼板樁靜壓植入施工,解決了水中施工平臺、潮汐水位阻擋、鋼板樁施工凈空不足的難題。

        1.2 旋噴泥漿擾動(dòng)砂層,降低植樁阻力

        在進(jìn)行深基坑長鋼板樁靜力植入施工時(shí),遇到下臥硬質(zhì)土層,小型鋼板樁機(jī)壓力有限,無法順利使12m、15m 長的鋼板樁順利就位,采用先預(yù)制優(yōu)質(zhì)泥漿(膨潤土200g:水1000g),后使用旋噴樁機(jī)高壓旋噴優(yōu)質(zhì)泥漿,破壞原有土體,攪松土層的辦法降低植樁阻力,成功將鋼板樁壓入設(shè)計(jì)標(biāo)高。

        1.3 環(huán)境保護(hù),綠色施工

        在潮汐影響水域,地質(zhì)條件軟弱,鋼板樁機(jī)施工凈空不足等有限的施工條件下,該工法能夠最大程度的降低對現(xiàn)有環(huán)境的破壞,不必?fù)p壞建構(gòu)筑物,既能完成基坑鋼板樁支護(hù)的施工,又能保持城市美觀性。

        2 工藝原理

        在凈空受限的潮汐水域填筑土圍堰作為施工平臺,圍堰頂高度大于潮汐最大水位,在填筑的施工平臺頂反挖溝槽,提高施工凈空,在溝槽內(nèi)安置對凈空要求較小的鋼板樁靜力植樁機(jī),將鋼板樁逐節(jié)壓入土層內(nèi),每節(jié)鋼板樁間焊接連接。

        對于水中深基坑,支護(hù)鋼板樁插入土層較深,遇到下伏硬質(zhì)土層,而靜力植樁機(jī)壓力不足以克服植樁阻力時(shí),采用旋噴樁機(jī)噴漿攪松地層,為了充分利用旋噴樁機(jī)噴漿攪松地層的特點(diǎn),將傳統(tǒng)的噴射水泥漿改為噴射優(yōu)質(zhì)泥漿,防止成樁硬化,另外采用優(yōu)質(zhì)泥漿可以在噴射后與土砂等形成較穩(wěn)定的混合物,而不是很快水土分離、土層重新密實(shí)。

        優(yōu)質(zhì)泥漿配合比根據(jù)經(jīng)驗(yàn),通過試驗(yàn)確定(膨潤土200g:水1000g),泥漿隨用隨拌制,并保持持續(xù)攪拌,潮汐水域有限凈空條件旋噴樁擾動(dòng)硬質(zhì)地層靜力植樁圖見圖1。

        圖1 潮汐水域有限凈空條件旋噴樁擾動(dòng)硬質(zhì)地層靜力植樁圖

        3 施工工藝流程(如圖2 所示)

        圖2 施工工藝流程圖

        4 操作要點(diǎn)

        4.1 填筑粘土圍堰(施工平臺)

        橋底水中施工平臺的填筑從橋梁上下游設(shè)置的施工通道開始向橋底填筑,平臺填筑高度要比最高潮汐水位高0.5m~0.8m 以上,并考慮汛期洪水位,施工平臺的填筑寬度應(yīng)以能方便合理安排施工為原則,同時(shí)要考慮不能汛期施工且不允許占據(jù)太多河道寬度,防止阻礙河道泄洪,一般控制在8m 左右,如水中基坑設(shè)計(jì)較寬,施工平臺可分區(qū)分期填筑。

        4.2 旋噴泥漿攪松土層

        ①旋噴鉆孔孔位確定:首先用全站儀測放出每排支護(hù)鋼板樁軸線,并立標(biāo)樁撒白灰線標(biāo)識,沿每排鋼板樁軸線鉆孔,旋噴直徑60cm,為確保硬質(zhì)地層充分被攪松,相鄰擾動(dòng)區(qū)搭接20cm,即鉆孔間距40cm。

        ②旋噴泥漿配置:為保證泥漿的穩(wěn)定性,必須采用優(yōu)質(zhì)泥漿,優(yōu)質(zhì)泥漿采用膨潤土或優(yōu)質(zhì)黏土配置,配置比例按膨潤土200g:水1000g,配置后進(jìn)行泥漿指標(biāo)檢測,檢測合格方可使用,泥漿控制指標(biāo)按表1 所示。

        表1 泥漿性能指標(biāo)表

        泥漿利用攪拌桶進(jìn)行配置,泥漿在攪拌桶內(nèi)的攪拌時(shí)間不得少于30s。攪拌桶旁設(shè)置泥漿儲(chǔ)存池,攪拌好的泥漿由出漿孔泥漿池儲(chǔ)存,為保證泥漿的勻質(zhì),泥漿池上方應(yīng)設(shè)置1 臺攪拌機(jī)對泥漿進(jìn)行持續(xù)攪拌。

        當(dāng)停工后再次開始施工時(shí),泥漿儲(chǔ)存池內(nèi)的泥漿應(yīng)先進(jìn)行充分?jǐn)嚢鑴蛸|(zhì)后才能開始使用,攪拌時(shí)間不得少于10min。

        ③旋噴機(jī)鉆孔:旋噴樁機(jī)選用成孔、插管二合一的MGJ-50 型單管旋噴樁機(jī)。根據(jù)測放的鉆孔軸線,按間距1.0m 垂直于軸線擺放墊木,在墊木頂旋噴樁機(jī)兩側(cè)縱向安置槽鋼做行走軌道,軌道頂橫向放置Φ48 鋼管作為旋噴機(jī)走形的滾軸。

        上述支墊必須調(diào)整水平,鉆機(jī)就位后,必須用水平尺校正,保證鉆機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度(孔斜率不大于1%)。調(diào)整鉆機(jī)機(jī)身使鉆桿軸線對準(zhǔn)鉆孔中心,孔位與設(shè)計(jì)位置的偏差不大于50mm。

        ④旋噴泥漿松動(dòng)土層:當(dāng)噴射注漿管鉆至預(yù)定深度后,由下而上進(jìn)行旋噴注漿,注漿壓力≥20MPa,流量>60L/min,膨潤土或優(yōu)質(zhì)黏土用量不少于160kg/m。

        噴射時(shí),以預(yù)先確定的噴射壓力噴漿旋轉(zhuǎn)30 秒,優(yōu)質(zhì)泥漿與底端土砂充分?jǐn)嚢?,待孔口冒漿正常后開始提升旋噴,注漿管提升速度18-20cm/min,鉆桿的旋轉(zhuǎn)速度控制在10~20r/min,保持勻速旋轉(zhuǎn)提升注漿管,直至穿過硬質(zhì)土層以上0.5m,停止噴漿。

        在后續(xù)靜力植樁過程中,如仍發(fā)生壓樁困難,可進(jìn)行復(fù)攪,并相應(yīng)降低噴漿管提升速度,加大噴漿量。

        經(jīng)旋噴泥漿擾動(dòng)的土層,應(yīng)在12h 內(nèi)完成鋼板樁的靜力植入施工,如果超過12h,應(yīng)根據(jù)實(shí)際的壓樁效果選擇土層復(fù)攪松動(dòng)。

        4.3 反挖溝槽施工

        為有效提高靜力壓入鋼板樁施工的操作空間,在填筑的土質(zhì)施工平臺頂開挖溝槽,溝槽深度控制不超過3m(如深度必須超過3m,則需設(shè)置臨時(shí)支護(hù)措施)。溝槽頂邊線距離鋼板樁軸線0.5m 以上,距離施工平臺外邊線0.5m以上。

        通過現(xiàn)場測量,跨河涌橋橋底標(biāo)高11.70m,五年一遇水位標(biāo)高7.950m,筑土圍堰施工平臺面標(biāo)高8.00m 左右,平臺面與橋底的凈空高度不能滿足靜力植樁要求,為了保證順利壓樁,我們在每一排鋼板樁施工前,在填筑的土質(zhì)平臺頂,沿著鋼板樁軸線開挖一條深1.5m,寬2.0m 的小型溝槽,降低小型鋼板樁機(jī)的作業(yè)基準(zhǔn)面。

        4.4 鋼板樁靜力壓入

        ①靜壓鋼板樁施工流程。

        測量放樣、定位→起始鋼板樁振動(dòng)打入→靜壓力植樁機(jī)騎樁就位→樁機(jī)繼續(xù)壓樁→鋼板樁封口

        ②測量放線:靜力壓樁前應(yīng)先恢復(fù)支護(hù)鋼板樁軸線,測量定位后撒白灰或掛線標(biāo)識。

        ③起始鋼板樁施工:鋼板樁靜力植樁機(jī)需要騎在已經(jīng)施工的鋼板樁上壓樁,起始鋼板樁的施工采用傳統(tǒng)的振動(dòng)壓樁發(fā)施工,具體的是在橋梁外側(cè)一定距離,沿鋼板樁軸線利用振動(dòng)打樁機(jī)將鋼板樁打入地下,打入鋼板樁根數(shù)為3~5 根。

        ④靜力植樁機(jī)騎樁就位:起始鋼板樁打設(shè)完成后,利用吊機(jī)將植樁機(jī)放置到鋼板樁上,啟動(dòng)發(fā)電機(jī),接通電源,操作人員操控植樁機(jī),使其下方夾鉗夾緊鋼板樁,植樁機(jī)自穩(wěn)后,吊機(jī)松脫吊繩。

        ⑤植樁機(jī)壓樁:在橋梁下方壓樁,單根鋼板樁長度控制在4m 長,鋼板樁采用挖掘機(jī)喂送至植樁機(jī)的夾樁器內(nèi)。啟動(dòng)液壓裝置,夾樁器夾緊鋼板樁向下移動(dòng),移動(dòng)千斤頂1 個(gè)行程后,松開夾樁器,千斤頂回縮,然后再次夾緊鋼板樁開始下一個(gè)行程壓樁,直至將1 根鋼板樁全部壓入。

        4.5 鋼板樁拔除

        基坑工程使用完畢后,回填至河床面,拆除最頂部支撐后,即可開始拔除鋼板樁。拔除鋼板樁應(yīng),從最外側(cè)一排開始,將圍堰平臺土先挖除運(yùn)走,安裝好靜壓機(jī)逐根上拔、切割,拔除的鋼板,利用駁船運(yùn)走。

        5 經(jīng)濟(jì)效益分析

        填筑圍堰后橋下凈空約5m,通過在圍堰頂再反挖溝槽的方式進(jìn)行坑內(nèi)引孔施工,采取兩種方式:①旋噴機(jī)引孔、②沖擊鉆機(jī)引孔。下面對這兩種引孔方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析對比。

        跨河涌橋橋下渠箱長度約30m,引孔平均深度13.5m,需要松動(dòng)的土層深度范圍為6m~15m 深(長度9m),引孔直徑600mm,旋噴樁間距400mm,鉆孔樁間距800mm。

        5.1 旋噴機(jī)引孔造價(jià)

        旋噴機(jī)引孔空樁單價(jià)85 元/m,旋噴段單價(jià)200 元/m,引孔總量304 孔,引孔總孔數(shù)2×(30÷0.4+1)=152 孔,每孔空樁長度6m,旋噴長度7.5m,引孔造價(jià)如表2。

        表2 旋噴機(jī)引孔造價(jià)表

        旋噴機(jī)引孔總造價(jià)15.50+45.60=61.10 萬元。

        5.2 沖孔樁機(jī)引孔

        ①開挖土方及墊層鋪筑費(fèi)用。

        因橋下凈空只有5m 高,沖孔樁機(jī)高度一般在7m 左右,為了鉆機(jī)能在橋底作業(yè),需將圍堰反挖3.0m 深×16m寬的基坑,然后在坑底填筑50cm 厚碎石砂墊層,開挖土方及墊層鋪筑費(fèi)用如表3 所示。

        表3 開挖土方及墊層鋪筑費(fèi)用表

        土方開挖及墊層鋪筑費(fèi)用小計(jì):1.44+5.28=6.72 萬元。

        ②基坑支護(hù)費(fèi)用。

        沖孔樁機(jī)施工開挖的基坑深度達(dá)3m,需打設(shè)6m 長密扣式拉森Ⅳ型鋼板樁支護(hù)和擋水,鋼板樁用量2×(30m÷0.4m+1)=152 根,拉森Ⅳ鋼板樁單位重量為48kg/m,橋下打拔鋼板樁需用靜力植樁機(jī),植樁單價(jià)800 元/根?;又ёo(hù)費(fèi)用如表4 所示。

        表4 基坑支護(hù)費(fèi)用表

        基坑支護(hù)費(fèi)用小計(jì):12.16 萬元。

        ③引孔費(fèi)用。

        橋下空間受限條件下施工,鉆機(jī)安裝、移位等均不方便,鉆孔綜合單價(jià)按400 元/m 計(jì)算,鉆孔總數(shù)量4×(30÷0.8+1)=156 孔。引孔費(fèi)用如表5 所示。

        表5 沖孔樁機(jī)引孔造價(jià)表

        則沖孔樁引孔費(fèi)用小計(jì):84.24 萬元。

        ④引孔回填土費(fèi)用。

        引孔后需回填松散土,單孔回填體積為3.14×0.3×0.3×15=4.24m3,回填土方單價(jià)16 元/m3,則回填土方費(fèi)用如表6 所示。

        表6 沖孔樁機(jī)引孔后回填造價(jià)表

        引孔回填費(fèi)用小計(jì):26.46 萬元。

        ⑤費(fèi)用合計(jì)。

        采用樁孔樁機(jī)引孔所需費(fèi)用合計(jì):6.72+12.16+84.24+26.46=129.59 萬元。

        綜上采用旋噴機(jī)引孔費(fèi)用61.10 萬元,采用傳統(tǒng)的鉆孔樁機(jī)引孔所需費(fèi)用129.59 萬元。

        費(fèi)用共節(jié)約68.48 萬元,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

        6 結(jié)語

        經(jīng)過前期的技術(shù)研究和分析改進(jìn),并在實(shí)際項(xiàng)目的施工中應(yīng)用“潮汐水域有限凈空條件旋噴樁改良硬質(zhì)地層靜壓植樁”施工技術(shù),已取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,成功試點(diǎn)應(yīng)用。

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