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        淺談沖孔灌注樁的質(zhì)量控制在內(nèi)河高樁碼頭中的應(yīng)用

        2022-12-09 12:55:26蔣丹
        中國水運(yùn) 2022年11期
        關(guān)鍵詞:樁基混凝土施工

        蔣丹

        (長江武漢航道工程局,湖北 武漢 430014)

        1 概述

        1.1 工程概況

        岳陽國際集裝箱碼頭二期工程位于岳陽港城陵磯港區(qū),建設(shè)為4 個(gè)3000 噸級(jí)(兼顧5000 噸級(jí))以集裝箱為主的多用途泊位。碼頭平臺(tái)長500m,寬30m,共13 個(gè)排架。碼頭結(jié)構(gòu)形式為高樁碼頭結(jié)構(gòu),碼頭平臺(tái)樁基為鋼筋混凝土嵌巖灌注樁,嵌巖灌注樁樁身直徑1.6m,樁長20~29m,共317 根,混凝土澆筑總工程量約15000m3。

        1.2 樁基施工地質(zhì)條件

        碼頭施工作業(yè)平臺(tái)地處長江防洪大堤江側(cè)邊灘,覆蓋層由上至下主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉細(xì)砂和圓礫等組成,總厚7.9~21.4m,巖面標(biāo)高3.17~10.65m。樁基持力層為中風(fēng)化板巖,嵌巖深度4.5m~5.5m。嵌巖灌注樁施工現(xiàn)場圖如下:

        圖1 嵌巖灌注樁施工現(xiàn)場

        2 施工工藝流程及清孔

        2.1 灌注樁施工工藝流程

        本工程嵌巖灌注樁采用CZ-50 型沖擊鉆進(jìn)行沖孔施工,能滿足施工需要。嵌巖灌注樁施工工藝流程:平整場地→泥漿制備→埋設(shè)護(hù)筒→鋪設(shè)工作平臺(tái)→安裝機(jī)器設(shè)備并定位→沖孔→清孔并檢查成孔質(zhì)量→下放鋼筋籠→安裝灌注導(dǎo)管→第二次清孔→澆筑水下砼。

        2.2 清孔

        清孔方式采用換漿法正循環(huán)清孔。清孔原理:由泥漿泵將已配置好的泥漿經(jīng)過輸送管線將泥漿送至孔底,送至孔底的泥漿懸浮并攜帶孔內(nèi)鉆渣,再經(jīng)過鋼護(hù)筒溢漿口、溝槽流入循環(huán)溝、沉淀池,然后進(jìn)入泥漿池循環(huán)使用。

        沖擊鉆沖孔達(dá)到設(shè)計(jì)土層底標(biāo)高后,進(jìn)行第一次清孔,主要對(duì)孔底以及懸浮在孔內(nèi)泥漿中的大量鉆渣進(jìn)行清除。經(jīng)第一次清孔完成,沉渣厚度符合要求后,及時(shí)下放鋼筋籠及灌注導(dǎo)管,下放完畢之后,再利用灌注導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔。第二次清孔完成,沉渣厚度及泥漿性能指標(biāo)符合要求后,再及時(shí)澆灌混凝土。

        圖2 換漿法正循環(huán)清孔原理圖

        3 施工場地布置、鋼筋籠制作下放

        碼頭平臺(tái)灌注樁樁基中心橫向間距8.25m,縱向間距分別為3.22m、7.56m、8m。施工投入15 臺(tái)沖擊鉆同時(shí)進(jìn)行施工,樁基采用由一側(cè)向另一側(cè)間隔跳打的施工順序,盡量減少對(duì)附近的樁基成孔質(zhì)量的影響。因樁基密集,施工場地空間狹窄,并且要留出施工便道,附近難以開挖較大的泥漿池,甚至部分樁基泥漿池需要共用,泥漿沉淀池沉渣采用1.5m3挖掘機(jī)進(jìn)行隨時(shí)清理并外運(yùn)。單排架樁基平面布置圖如下:

        圖3 單排架樁基平面布置圖

        本項(xiàng)目鋼筋籠數(shù)量多,受長江水位影響可施工時(shí)間少,工期緊。根據(jù)現(xiàn)場施工安排,鋼筋籠不采用分節(jié)制作、下放,就近整體制作,直接一次成型,節(jié)省下放鋼筋籠時(shí)在孔口進(jìn)行焊接或機(jī)械連接所消耗的時(shí)間,并減少施工便道被吊機(jī)占用較多時(shí)間。

        鋼筋籠下放前,由專業(yè)測量人員在鋼護(hù)筒口放出樁中心,便于鋼筋籠順利下放。鋼筋籠下放由30 噸履帶吊協(xié)助完成,鋼筋籠下放至頂面接近鋼護(hù)筒口時(shí),在鋼筋籠的加勁箍下橫穿兩根3m 的2[10 槽鋼使鋼筋籠固定。然后起吊2 根φ16(圓鋼)吊筋與整節(jié)鋼筋籠進(jìn)行連接,吊筋長度要經(jīng)過精確計(jì)算,以保證鋼筋籠頂能夠剛好下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高,吊筋焊接完畢后,及時(shí)接長聲測管。聲測管連接好以后抽出槽鋼,下放鋼筋籠到設(shè)計(jì)標(biāo)高。沖擊鉆施工及鋼筋籠下放圖如下:

        圖4 沖擊鉆施工

        圖5 鋼筋籠下放

        4 混凝土澆筑工藝

        4.1 施工工藝

        混凝土由罐車運(yùn)至施工現(xiàn)場采用泵送進(jìn)行澆筑。當(dāng)進(jìn)行首灌混凝土澆筑時(shí),澆筑時(shí)采用儲(chǔ)料斗進(jìn)行施工,儲(chǔ)料斗與導(dǎo)管直接連接。儲(chǔ)料斗方量必須大于首灌方量。澆筑過程中,混凝土由儲(chǔ)料斗經(jīng)導(dǎo)管下料,導(dǎo)管采用φ300 mm(內(nèi)徑)×δ8 mm的無縫鋼管制作、快速接頭連接,加工長度取1~5m 不等。

        導(dǎo)管使用前在陸地上預(yù)拼,分節(jié)之間安裝O型密封圈法蘭連接,導(dǎo)管在使用前進(jìn)行水密承壓和接頭抗拉試驗(yàn)。水密成壓試驗(yàn)方法是把拼裝好的導(dǎo)管先灌入70%的水,兩端封閉,一端焊輸風(fēng)管接頭,輸入2300kp 的風(fēng)壓力,導(dǎo)管滾動(dòng)數(shù)次,經(jīng)15 分鐘不漏水即為合格。導(dǎo)管內(nèi)過球應(yīng)暢通。符合要求后,在導(dǎo)管外壁用明顯標(biāo)記逐節(jié)標(biāo)明尺寸,導(dǎo)管應(yīng)配備總數(shù)20%~30%的備用導(dǎo)管。

        4.2 混凝土澆筑

        首批混凝土澆筑采用“拔塞法”,確保一次成功。儲(chǔ)料斗中的混凝土方量稍大于首灌方量,當(dāng)儲(chǔ)料斗裝滿混凝土量時(shí),開始拔掉儲(chǔ)料斗底口的塞子,首灌混凝土澆注成功后,混凝土經(jīng)泵送直接向儲(chǔ)料斗提供混凝土,并不斷檢測澆注的混凝土面高度,防止導(dǎo)管埋深超過6m,當(dāng)接近6m 時(shí),用吊車將儲(chǔ)料斗提升,從導(dǎo)管頂面拆除一節(jié)導(dǎo)管,使儲(chǔ)料斗高度適合澆注,但在提升時(shí)一定要保證導(dǎo)管埋深至少2m。如此循環(huán)直至澆注完畢。

        首批混凝土灌注前進(jìn)行孔內(nèi)沉渣厚度的測定,沉渣厚度滿足要求后即可進(jìn)行首批混凝土的灌注,首批灌注混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置深度(≥1.0m)和填充導(dǎo)管底部的需要,首批混凝土澆筑量根據(jù)計(jì)算確定,公式計(jì)算:

        式中:V—灌注首批混凝土所需數(shù)量(m3);D—樁孔直徑(m);H1—樁孔底至導(dǎo)管底端間距,一般為0.4m;H2—導(dǎo)管初次埋置深度(m),按1m 考慮;d—導(dǎo)管內(nèi)徑(m);h1—樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時(shí),導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外(或泥漿)壓力所需的高度(m),即h1=HwΥw/Υc;樁基樁徑為1.6m,Hw=30m(碼頭平臺(tái)樁長為20~29 米不等,取30 米計(jì)算),Υw=10KN/m,Υc=24KN/m,d=0.30m。h1=HwΥw/Υc=30.00×10/24=12.5m。

        經(jīng)計(jì)算,首灌混凝土方量≥3.7m3,儲(chǔ)料斗里的混凝土方量要達(dá)到3.7m3以上。

        5 施工質(zhì)量控制

        5.1 嵌巖深度的判斷

        判斷樁端是否達(dá)到持力層至關(guān)重要。判斷標(biāo)準(zhǔn)如下:

        (1)鉆孔深度與相鄰勘探孔反映的中風(fēng)化基巖層深度基本一致。

        (2)現(xiàn)場孔底渣土樣與地質(zhì)勘查報(bào)告上的特征是否相吻合。

        (3)鉆機(jī)(具)振動(dòng)明顯加大,鉆進(jìn)很困難、鉆桿進(jìn)尺量很小。

        5.2 測量控制

        施工前,對(duì)鋼護(hù)筒埋設(shè)進(jìn)行垂直度檢測,垂直度滿足施工要求,豎向傾斜度不得大于1%。鋼護(hù)筒中心與樁基中心位置利用全站儀進(jìn)行復(fù)核,平面誤差不得大于50mm。樁基施打前,對(duì)沖擊鉆鉆頭進(jìn)行測量,鉆頭直徑宜比孔徑小20mm~60mm。用以沉渣厚度測量的鋼測繩必須通過鋼卷尺進(jìn)行校核,施工過程中定期進(jìn)行復(fù)核,滿足測量精度要求。如施工過程中如發(fā)現(xiàn)鋼測繩損壞,應(yīng)立即進(jìn)行更換。

        5.3 鋼筋籠制作與下放

        為防止鋼筋籠主筋及箍筋露筋,鋼筋籠四周均設(shè)置鋼筋保護(hù)層,保護(hù)層沿鋼筋籠主筋方向每隔2m 設(shè)置一道,保護(hù)層寬度均為0.057m,鋼筋籠直徑(含保護(hù)層)計(jì)算為1.566m。鋼筋籠沿豎向主筋方向若發(fā)生較大幅度彎曲,下放鋼筋籠時(shí),會(huì)刮碰泥漿護(hù)壁,導(dǎo)致護(hù)壁泥皮甚至泥塊掉入孔底,難以清理。鋼筋籠簡易構(gòu)造圖如下:

        圖6 鋼筋籠簡易構(gòu)造圖(尺寸mm)

        施工現(xiàn)場鋼筋籠制作場地必須平整。鋼筋籠制作應(yīng)選擇地質(zhì)較硬的場地,經(jīng)挖掘機(jī)整平后,鋪墊10cm厚碎石整平后再進(jìn)行鋼筋籠制作,碎石整平標(biāo)準(zhǔn)為±20mm,有條件時(shí)可進(jìn)行硬化處理。鋼筋籠制作偏差如下表:

        表1 鋼筋籠制作偏差表

        鋼筋籠應(yīng)徐徐緩慢下放,下放時(shí)檢查鋼筋籠垂直度,直至下放完畢。嚴(yán)禁高起猛落,強(qiáng)行下放。若遇阻礙或異常情況應(yīng)立即停放,查明原因。下放過程中應(yīng)時(shí)刻注意孔內(nèi)水位變化。

        5.4 清孔

        終孔后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清孔。鉆孔灌注樁采用二次清孔,在第一次清孔前,利用挖掘機(jī)將泥漿沉淀池底部的碎石以及細(xì)小顆粒清理一遍。在清孔時(shí),泥漿從孔內(nèi)攜帶鉆渣多數(shù)能沉至泥漿池底部,可以減少泥漿池中的細(xì)小顆粒隨泥漿繼續(xù)循環(huán)進(jìn)入孔內(nèi)。在第一次清孔完成后,再次對(duì)泥漿池內(nèi)沉渣予以清除。

        第一次清孔:成孔驗(yàn)收完畢后,將鉆頭提離孔底30~50cm,注入優(yōu)質(zhì)泥漿,進(jìn)行正循環(huán)清孔,清孔到位后,及時(shí)停機(jī)提鉆,并下放鋼筋籠。

        第二次清孔:鋼筋籠安裝完畢后,下放導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔,清孔過程中導(dǎo)管底口距離孔底30~50cm。整個(gè)清孔過程中,應(yīng)將泥漿相對(duì)密度控制在1.20~1.45,粘度19~28s,含砂率4%~8%,在確??妆诜€(wěn)定的前提下進(jìn)行清孔。清孔標(biāo)準(zhǔn):第二次清孔后沉渣厚度不超過5cm。

        由于泥漿池狹小及泥漿內(nèi)沉渣難以沉淀等因素,綜合考慮在二次清孔前,在泥漿池與孔內(nèi)泥漿輸送導(dǎo)管之間增加濾砂器。經(jīng)過泥漿泵加壓的泥漿從進(jìn)漿口進(jìn)入濾砂器(筒)內(nèi)后,形成高速旋轉(zhuǎn)渦流,在離心力作用下,泥漿中的砂粒與泥漿分離,同時(shí)在重力和離心力雙重作用下向下析出,通過濾砂器(筒)底部的出砂口排出,達(dá)到漿砂快速分離的目的。分離析出砂后的泥漿,經(jīng)過濾砂器(筒)頂部的出漿口排出循環(huán)進(jìn)入孔內(nèi)。

        第二次清孔完成后,報(bào)驗(yàn)合格后,繼續(xù)保持泥漿循環(huán)清孔直至混凝土罐車到達(dá)施工現(xiàn)場,再及時(shí)安裝灌注料斗進(jìn)行澆筑混凝土。在清孔排渣時(shí),應(yīng)保持孔內(nèi)水頭,防止坍孔。施工現(xiàn)場安排專人隨時(shí)對(duì)泥漿比重、泥漿粘度、泥漿砂率三大指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。

        圖7 泥漿粘度檢測

        圖8 泥漿砂率檢測

        5.5 工序之間銜接緊密

        灌注樁施工各工序之間應(yīng)盡量銜接緊密,工序之間盡可能縮短等待時(shí)間,尤其要縮短鋼筋籠下放時(shí)間及二次清孔驗(yàn)孔合格等待首灌混凝土澆筑的時(shí)間,以免造成塌孔或孔底沉渣難以清理的情況。

        沖孔灌注樁的可施工樁徑大,施工噪聲和振動(dòng)較小,對(duì)周邊土層擾動(dòng)小,適用的土層范圍廣。隨著碼頭規(guī)模和吞吐量的增加,沖孔灌注樁越來越被廣泛利用,而灌注樁施工過程中的質(zhì)量控制尤為重要,本文主要以岳陽城陵磯碼頭為例,用以指導(dǎo)后續(xù)類似項(xiàng)目的施工。

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