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        城市橋梁人工挖孔與反循環(huán)鉆孔復合接力成樁施工技術研究與應用

        2022-12-02 04:41:00程飛劉丙宇郄慧國
        工程建設與設計 2022年20期
        關鍵詞:樁基混凝土施工

        程飛,劉丙宇,郄慧國

        (北京建工路橋集團有限公司,北京 100123)

        1 引言

        城市中心地下存在大量既有管線及雜填土層,且既有構筑物繁雜,傳統(tǒng)鉆機在存有地下鋼筋混凝土、土釘墻等混凝土結構的施工環(huán)境下施工難度大,且易擾動周邊既有管線,旋挖鉆機、沖擊鉆機等傳統(tǒng)樁基施工方法無法在確保周邊環(huán)境安全的前提下進行樁基礎施工。

        人工挖孔樁施工操作方便,在混凝土孔壁的保護作用下,可采用小型機械輕松破除地下障礙物,降低對周邊管線的影響,但在地下水位豐富的地質條件下,帶水作業(yè)施工不安全,且樁基較深時,在有限空間作業(yè)環(huán)境下施工人員易發(fā)生窒息、中毒等安全事故。

        人工挖孔與反循環(huán)鉆孔復合接力成樁施工技術將兩種施工工藝優(yōu)勢充分發(fā)揮,可成功實現(xiàn)在復雜環(huán)境下的樁基施工。

        2 施工背景

        跨姚家園路橋梁2#橋臺樁徑1.2 m,樁長25 m。樁基位于現(xiàn)跨姚家園路邊坡上,在既有D900 mm雨水管道與4.4 m×2.8 m熱力隧道中間,施工環(huán)境復雜。樁基頂部作業(yè)面受高壓燃氣管道制約,邊坡開挖后施工作業(yè)面最大寬度僅為6 m。地下8 m范圍內為人工雜填土,且存在既有管道施工時殘留的土釘墻、鋼管樁等支護結構;8~30 m范圍內為粉質黏土、粉土及砂礫層;地下水位埋深10 m。目前,國內使用較多的旋挖鉆、沖擊鉆因施工場地受限,破除地下鋼筋混凝土結構難度大,無法使用。人工挖孔樁受高地下水位影響,不能直接開挖至設計樁深,安全風險較大。施工環(huán)境條件如圖1所示。

        3 解決思路及方案

        3.1 人工挖孔樁優(yōu)越性

        (1)環(huán)境適應能力強,適用各類土層。在破除既有鋼筋混凝土結構時,不存在傳統(tǒng)機械難以破除、鉆進的難題。(2)機具占地少、施工簡捷。主要施工機具為電動提升架、鼓風機,狹小施工場地施工時更能凸顯出其優(yōu)越性。(3)質量牢靠。在人工雜填土層開挖時,可邊挖掘、邊分析土質情況,直觀性強,可較直觀地檢查、糾偏成孔質量。(4)對周邊環(huán)境影響小。在城市中心緊鄰住宅、商業(yè)區(qū)施工時,振動小、噪聲小,不存在擾民情況;破除地下障礙物時,人工采用小型機具進行破除,不易擾動周邊地下管道及其他既有構筑物[1]。

        3.2 人工挖孔樁受限性

        (1)在地下水豐富的情況下,帶水作業(yè)易導致操作人員不安全。(2)挖孔作業(yè)為有限空間作業(yè),隨開挖深度增加,易發(fā)生窒息、中毒等安全事故。

        3.3 反循環(huán)施工優(yōu)點

        (1)反循環(huán)鉆機自重小、占地面積小,施工場地承載能力要求低,狹小作業(yè)面部位適用性高。(2)施工機具振動小、噪聲低,住宅區(qū)附近施工,不擾民。(3)反循環(huán)孔壁穩(wěn)定、質量好,地層適應范圍廣。反循環(huán)成孔主要是利用水壓平衡土層壓力,以維持孔壁穩(wěn)定。壓力大于0.2 MPa時,即使在黏聚力較差的流沙層中使用泥漿也可保持孔壁不坍塌、不縮頸。

        3.4 反循環(huán)施工不足

        具體表現(xiàn)為以下3方面:(1)破除地下鋼筋混凝土結構難度大,易擾動周邊正在運營的管線,施工風險大。(2)在施工場地受限情況下,只能在遠離孔位位置設置泥漿池、沉淀池等設施,對泥漿以及泥漿泵性能要求高。(3)泥漿需求量較大,在城區(qū)施工時沉渣及泥漿循環(huán)易造成環(huán)境污染。

        3.5 解決方案

        根據本工程施工環(huán)境以及各種樁基工藝特點,本工程地下10 m范圍內及地下水位以上采用人工挖孔成樁工藝,剩余樁長即水位以下采用反循環(huán)施工工藝。

        4 人工挖孔+反循環(huán)鉆孔復合接力成樁施工技術

        4.1 工藝流程

        平整場地→挖孔、護壁→反循環(huán)接力鉆進→吊放鋼筋籠→樁基混凝土灌注

        4.2 主要技術要點

        4.2.1 平整場地

        整平施工場地,清除地上雜物,而后碾壓至密實。本工程樁徑1 200 mm,選用HG-200型反循環(huán)鉆機,施工作業(yè)平臺寬度滿足反循環(huán)鉆機施工需求。作業(yè)面高出設計樁頂500 mm,可保證樁頭質量。

        4.2.2 挖孔、護壁

        挖孔采取分步開挖,根據孔壁狀態(tài)確定開挖深度,一般以0.7~1 m為一步,特殊地段減小至0.6~0.8 m。第一步鎖口圈梁施工時,在孔外增加一圈200 mm厚鋼筋混凝土護壁,護壁高出作業(yè)面200 mm,且由孔口向四周延伸800 mm,確保鎖口混凝土具有足夠的承載力。護壁混凝土澆筑完成24 h后,及時安裝提升架、通風機等設備。

        樁孔土方開挖應從上到下逐層進行,先挖除中間土方,再挖周邊,保證孔洞截面尺寸;開挖至障礙物時,人工采用電錘、風鎬等從上到下、由中間向四周破除至孔徑外輪廓。每開挖一步及時安裝鋼筋網、澆筑混凝土,人工搗實?;炷烈话銘獡饺朐鐝妱?、抗?jié)B劑以降低混凝土凝固時間,增強混凝土抗?jié)B性能。

        4.2.3 反循環(huán)接力鉆進

        人工挖孔樁護壁混凝土澆筑24 h后,反循環(huán)鉆機方可安裝。鉆頭安裝就位后,提前造漿,向樁孔內注入2 m高的泥漿。開始鉆進時,保持低擋慢速鉆進,每隔30 min檢測泥漿指標。調整泥漿比重時,鉆進速度降至最慢擋位,以使接力界面有足夠的泥漿護壁。鉆至孔底時,鉆頭適當提起,防止鉆頭及鉆桿的質量全部傳遞至孔底,形成擴孔。

        鉆機就位時機座要調平,保證鉆頭中心與挖孔中心是否在同一條直線上。核實無誤后,再次檢查鉆桿的垂直度是否滿足規(guī)范要求,鉆桿、鉆頭等部位連接是否牢固、鉆頭直徑和設計樁徑是否相同,校核鉆具的長度,同時檢測泥漿各項指標,一切就緒后方可施鉆[2]。

        4.2.4 吊放鋼筋籠

        由于上部人工挖孔孔徑大于樁徑,鋼筋籠吊放時,嚴格控制鋼筋籠垂直度,避免籠體碰撞護壁混凝土及接茬部位護壁,確保鋼筋籠能順利對正。

        4.2.5 樁基混凝土灌注

        反循環(huán)鉆孔至設計標高后,采用水下混凝土灌注,保證樁身混凝土質量。由于施工場地狹小,混凝土罐車無法運至樁孔位置,需采用汽車泵運送混凝土至漏斗。在灌注孔口位置安裝1臺泥漿泵抽排外溢泥漿,以防泥漿四散、污染環(huán)境。灌至孔頂時,應降低灌注速度,保持泥漿泵正常工作,必要時輔以人工掏漿。

        5 安全質量控制

        樁基應在全部人工挖孔部分完成后,再依次進行下部反循環(huán)施工,以防止因反循環(huán)鉆機運轉影響相鄰樁挖孔護壁穩(wěn)定性。挖孔完成后應及時用鋼板將孔口蓋嚴,確保樁基作業(yè)面安全。

        挖孔樁護壁混凝土澆筑質量是確保下部反循環(huán)鉆進的基礎。護壁混凝土使用抗?jié)B混凝土,做好上、下節(jié)接茬施工縫處理,避免樁孔儲蓄泥漿時漿液滲漏。

        上部挖孔中心偏差及挖孔垂直度應符合反循環(huán)鉆孔灌注樁要求,以免鉆頭下放時鉆頭碰撞護壁、鉆桿傾斜,影響后續(xù)鉆進。挖孔樁挖至鉆進交界面,樁孔底部平整度應有較高要求,避免反循環(huán)鉆頭就位后偏斜。

        挖孔過程中加強有限空間作業(yè)監(jiān)測及地下水位監(jiān)測。挖孔深度按照孔位內障礙物高程及地下水變化靈活調整[3]。

        6 結語

        城市橋梁樁基礎施工環(huán)境日漸苛刻,施工難度越來越大。人工挖孔與反循環(huán)鉆孔復合接力成樁施工技術可充分發(fā)揮人工挖孔樁與反循環(huán)鉆孔灌注樁工藝的優(yōu)勢,適合在地下存有大量構筑物和既有管線的環(huán)境下施工;施工噪聲小,對周邊居民、公共環(huán)境影響?。怀煽追€(wěn)定性高;泥漿用量小,不需要使用鋼護筒;單樁承載力高;有限空間作業(yè)危險性減?。豢商嵘┕ば逝c施工可行性,適宜在施工環(huán)境復雜的情況下應用,值得推廣。

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