周 靜
(太原城市職業(yè)技術學院城建系,山西 太原 030027)
城市快速路可緩解交通壓力、減少擁堵[1],而在建設過程中需要新建大量橋梁,橋梁基礎承載能力關系到橋梁工程的整體性能。為提高基礎承載能力[2-3],很多高架橋采用深孔樁基礎,其施工質量對工程施工與運營安全至關重要。在高架橋深孔樁基礎施工過程中,要做好施工準備工作,合理調配人員和機械[4-6],保證各個工序的順利進行,做好測量放樣工作,準確確定樁位。只有在高架橋深孔樁基礎施工全過程做好質量控制[7-8],才能防止產生質量隱患,尤其是防止出現(xiàn)斷樁等質量問題。本文以某城市快速路施工為研究背景,全方面介紹深孔樁基礎的施工技術,總結各主要工序施工要點,并針對常見質量問題提出解決措施。
某城市快速路線路全長5.6km,設計道路全寬為60m。沿線分布有多處高架橋,其中3#高架橋橋面設計寬度為25.5m,樁基礎采用深孔鉆孔灌注樁。該橋梁共10聯(lián),總長度為1.1km,其中主跨最大跨度為50m,總造價為約1.8億元。3#高架橋所處施工區(qū)域地表以下分布有淤泥質黏土、粉土、粉細砂等土層,下伏基巖為花崗巖,含水量較高,地基承載力嚴重不足,屬不良地質路段。3#高架橋深孔鉆孔灌注樁設計樁徑為1.5m,樁長為55~68m之間,樁基礎施工難度大、工程量大、造價高。為保證深孔鉆孔灌注樁基礎施工質量,在借鑒以往深孔樁施工經驗的前提下,結合該工程工程地質、水文地質和其他施工條件,制定施工方案。
高架橋深孔樁正式施工前,按照施工要求做好人員、機械調配和原材料檢驗與進場等工作。該工程所選用的鉆機為車載反循環(huán)鉆機,共配置12臺鉆機,成孔耗時約為10h,綜合單價約200元/m,自帶發(fā)電機。鉆孔過程中所產生的泥漿排入道路兩側設計綠化帶位置晾曬,以降低外運成本。為保證深孔樁按期完工,計劃進場2支施工隊伍,按平均每2d完成1根樁的速度,計劃2個月內完成樁基礎施工。施工人員主要包括鉆孔機械操作人員、鋼筋加工人員、混凝土澆筑和其他現(xiàn)場施工人員,在保證按期完工的前提下確定調配人數(shù)。混凝土采用商品混凝土,選擇市場上有資質的、可提供生產合格證的廠家生產的混凝土,并對進場混凝土取樣做試件確定施工質量。
因樁孔位置為軟土地基,地基土自穩(wěn)能力差,且樁基礎深度大,成孔時間長,因此護壁泥漿的質量直接關系到成孔的質量。該工程選擇護壁效果較好的優(yōu)質泥漿,泥漿主要成分包括纖維素、膨潤土、工業(yè)堿等材料。這種泥漿護壁效果好,觸變性能佳[9-10],能夠保證樁壁穩(wěn)定,提高鉆孔速度,降低擴孔率。根據(jù)施工現(xiàn)場的地質情況確定泥漿各材料的配比,該工程各土層物理力學參數(shù)見表1所示。
表1 各土層物理力學參數(shù)
對不同地質條件的樁孔位置,采用不同配合比的泥漿,以保證護壁效果。施工過程中可通過聲波透射法來檢測樁基礎的完整性,也可用來評價泥漿護壁效果。結合施工現(xiàn)場的地質條件,該工程制定了6種不同的泥漿配合比,通過調整各類添加劑的比例得出最佳配合比,并分析不同配合比樁基礎的完整性,分析結果見表2所示。
表2 不同泥漿配合比與樁基礎完整性分析
由表2可知,膨潤土含量在7.0%~8.0%時,Ⅰ類樁基礎所占的比例較高,因此確定3個膨潤土的最佳比例分別為7.0%、7.5%、8.0%,工業(yè)堿和羧甲基纖維素的含量分別按不少于0.4%和0.07%控制。
泥漿各種原材料的放入順序為先放入水,在攪拌過程中放入膨潤土,待攪拌均勻,膨潤土完全溶解后依次放入羧甲基纖維素和工業(yè)堿。對泥漿的主要性能指標進行抽檢,檢測指標及要求見表3所示。
表3 泥漿主要技術性能指標與要求
正常施工中,每隔3h或地層發(fā)生變化時對上述指標檢測一次。泥漿池主要布置在道路中央和兩側設計綠化帶位置,泥漿池長度為20m,寬度為6m。儲水池設置在道路紅線之外,鉆渣晾曬后挖出外運。
2.3.1 鉆機檢查與就位
泥漿制備完成,注滿護筒后開始鉆孔,鉆孔前全面檢查鉆機鉆頭、鉆盤等主要部件的工作情況,確保鉆機處于良好的工作狀態(tài)。鉆機就位后鉆桿中心、鉆頭中心和樁孔中心應重合,并檢查確保鉆盤水平。鉆機應固定在穩(wěn)固的地面上,防止鉆進過程中鉆機移位。各鉆機之間留出足夠的距離,防止施工過程中互相干擾。
2.3.2 泥漿控制
鉆孔過程中對泥漿的各項性能指標進行抽檢,根據(jù)地層條件調整泥漿配合比,調整鉆孔速度。在鉆孔過程中能夠保持樁周濕潤,使泥漿能夠均勻覆蓋樁壁,起到較好的護壁效果。鉆孔過程中應保證水頭壓力,按高出地下水位1.5~2.0m以上控制,以防止塌孔。
2.3.3 清孔
樁孔達到設計深度后,立即對樁孔質量進行檢測,確保樁徑、深度和傾斜度等指標滿足要求。另外,還需要對泥漿比重和樁底沉渣厚度進行檢測,如樁底沉渣厚度超過20cm,應利用反循環(huán)鉆機進行清孔。
2.3.4 作業(yè)記錄與檢查驗收
在鉆孔過程中做好記錄,對地層變化、鉆進深度等數(shù)據(jù)進行記錄,與現(xiàn)場勘察結果進行對比,確定地質條件與設計圖紙是否一致。成孔后現(xiàn)場技術人員進行自檢,并報監(jiān)理人員進行抽檢,合格后方可進行鋼筋籠安裝施工。
2.4.1 鋼筋檢驗
進場鋼筋必須從有資質的廠家購買,并附帶合格證和質量檢驗報告。施工企業(yè)按比例對鋼筋進行抽檢,進行抗拉、抗彎試驗等,檢測鋼筋的規(guī)格和質量,檢驗合格方可使用。
2.4.2 鋼筋籠制作
該工程鋼筋籠制作采用滾焊機成型工藝,成型速度快、質量好,可減少施工人員,降低人力成本。按照圖紙給定的主筋、箍筋間距進行安裝,不得超過允許值,嚴格控制焊縫長度和焊縫質量。
2.4.3 鋼筋籠運輸
鋼筋籠加工完成后應存放在平整的場地上,并做好防潮防雨措施,防止生銹腐蝕。采用炮車運輸鋼筋籠,為防止鋼筋籠掉落或移位,在其底部墊橡膠輪胎。另外,為了防止運輸過程中鋼筋籠變形,在鋼筋籠內部加設支撐。
2.4.4 鋼筋籠安裝
安裝鋼筋籠前首先進行驗孔,如發(fā)現(xiàn)有縮徑和塌孔現(xiàn)象,應及時處理,合格后方可進行鋼筋籠安裝。第一次清孔后,將鋼筋籠吊裝入孔,吊裝過程中防止鋼筋籠變形,通常采用兩點吊方式。鋼筋籠入孔應勻速緩慢,盡量避免碰撞孔壁。鋼筋籠下落到設計高度后進行校正和固定,校正位置準確后進行固定,并采取措施防止鋼筋籠在澆筑混凝土過程中產生上浮。
2.4.5 安裝聲測管
該工程采用超聲波檢測深孔樁基礎的完整性,每根樁設置3根聲測管。聲測管固定在鋼筋籠主筋上,自上而下每2m綁扎一道,3根聲測管采用正三角形布置,每兩根之間的夾角為120°。聲測管安裝完成后應進行注水操作,以防止?jié)仓炷習r被壓扁。
該工程樁基礎深度大,為防止變形,所選的導管壁厚為10mm,管徑為300mm。為提高接口位置的穩(wěn)定性,采用加長螺絲接口。導管分為底管、頂管和中間管節(jié),其中底管長度為4m,頂管長度為1m,中間加長管節(jié)長度為2.5m。正式施工前對導管性能進行檢驗,按照1.3倍水壓測試導管的氣密性,以加壓后不漏水為合格。為保證密封,導管安放時中間安放密封圈,導管自樁孔中心下放,下放過程中盡量避免觸碰鋼筋籠和孔壁。導管安裝完成后,進行二次清孔,通過泥漿泵向樁孔內注入高壓水,排出孔底沉渣,清孔后沉渣厚度不得超過5cm。
該工程選用商品混凝土,混凝土進場后檢測坍落度,檢測結果均在18~22cm范圍內,滿足要求。在導管上端安裝大漏斗,混凝土攪拌車將混凝土卸到漏斗內,裝滿漏斗后開始澆筑混凝土,混凝土應封住導管底部。為延長混凝土初凝時間,可按比例適量加入緩凝劑。當導管底部埋入混凝土深度達到6m時,應沿垂直方向緩慢提升導管,提升高度不小于2m。在灌注混凝土過程中做好記錄,通過混凝土用量計算導管埋入深度,及時提升導管。混凝土澆筑不得中途中斷,必須連續(xù)施工,以防止斷樁。
在深孔樁基礎施工過程中,應做好質量監(jiān)控,注意以下幾個方面:
(1)通過測量放樣準確確定樁位,采用十字交叉等距定量控制法埋設護樁,防止樁孔位置偏移。
(2)嚴格控制混凝土配合比,嚴格檢測坍落度,樁頂混凝土澆筑應高出樁頂不少于50~100cm,以保證樁基礎頂部成型質量,成型后破除樁頭。
(3)相鄰樁基礎間距小于5m時,應在混凝土澆筑24h以后方可進行相鄰樁鉆孔作業(yè),并保證鉆孔的連續(xù)性。
(4)清孔時孔內水位應高出地下水位1.5~2.0m,以防止出現(xiàn)塌孔,清孔后4h內進行混凝土澆筑,否則應重新清孔。
(5)鋼筋籠必須焊接牢固,其頂面必須采取防上浮加固措施,較長的鋼筋籠也可分段入孔,但必須保證連接位置焊接牢固。
(6)混凝土澆筑過程中,導管出料口應埋入混凝土2~6m,并在澆筑過程中及時拔管,以防止?jié)仓^程中混入沉渣。
本文以實際快速路高架橋深孔樁施工工程案例為依托,根據(jù)施工現(xiàn)場地質條件,確定樁長和樁徑等設計參數(shù),并作為制備泥漿的主要參考依據(jù)。從施工機械和人員選配、施工材料的檢驗等方面闡述了施工準備工作;從鉆機檢查與就位、泥漿控制、清孔、作業(yè)記錄與檢查驗收等方面總結了樁基成孔的施工要點;從鋼筋檢驗,鋼筋籠的制作、運輸與安裝等方面總結了鋼筋籠施工要點;并總結了導管安裝、混凝土澆筑的施工技術要點,進一步分析了高架橋深孔樁基礎施工注意事項。相關成果能有效保證高架橋深孔樁施工質量,為類似工程積累了值得借鑒的經驗。