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沖擊鉆在嵊州大橋大直徑鉆孔灌注樁中的施工

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2008-09-26  來源:中國混凝土網(wǎng)  作者:錢國偉 洪瑋
核心提示:沖擊鉆在嵊州大橋大直徑鉆孔灌注樁中的施工
  【摘要】:文章詳細敘述了嵊州大橋基礎所采用的大直徑鉆孔灌注樁,用沖擊鉆及氣舉反循環(huán)裝置清渣成孔的施工方法和一些注意點。 

  【關鍵詞】: 沖擊鉆;施工控制;泥漿;清渣;方法 
   
  一、引言 
   
   隨著經(jīng)濟建設的高速發(fā)展,城市建設也在不斷的擴展和提高。地基處理和打樁工藝以及施工控制也越來越成熟。針對不同的地質(zhì)情況,采用不同的打樁設備及工藝對施工的進度、質(zhì)量、投資都能取得好的成效。達到投資少、進度快、質(zhì)量有保證的三者統(tǒng)一體。 
   
  二、工程概況及工程地質(zhì)條件 
   
   1. 工程概況: 

   工程位于嵊州市官河路南段,連接市中心和城南區(qū)。橋梁全長563.80米,其中主橋采用2Χ136米跨徑的下承式鋼管混凝土系桿拱橋,南北引橋均為3Χ22+3Χ26米跨徑的預應力混凝土連續(xù)箱梁。全橋下部結(jié)構均采用鉆孔灌注樁基礎,其中主橋樁底標高進入微風化層大于1米,中間墩采用18Φ1500 MM 的鉆孔樁,邊墩采用14Φ1200 MM 的鉆孔樁(共計:14Χ2根)。兩邊引橋樁底標高進入強風化層,樁底標高-6.00米,中間每墩采用4Φ1500 MM 的鉆孔樁(共計:20Χ2根),兩邊墩采用16Φ1000 MM 的鉆孔樁(共計:16Χ2根)。 

   2. 場區(qū)的地形、地貌 

   嵊州大橋位于嵊州市澄潭江、長樂江、曹娥江三江交處,全橋長563.80米(包括引橋),為兩跨過江。主橋墩地質(zhì)勘探部位位于曹娥江江中,本次施工期間沿主橋中心線(近南北走向),位置水深在1.7-5.0 米之間,場區(qū)地貌上屬第四系沖積沉積相帶,河底起伏較大,主要是撈砂引起。 

   3. 地層及巖性 

   根據(jù)工程勘察報告及巖石單軸抗壓試驗,場區(qū)內(nèi)地層可分為三個大層,六個地質(zhì)亞層,具體分布如下: 
   第1-1層:河水 
   擬建橋墩部位河水深度在1.70-4.90米之間,平均水深約3.4米。 
   第1-2層:淤泥 
   江底的河泥,內(nèi)分布有多量腐植質(zhì)及部分生活垃圾沉積物等,層厚約0.3 米。 
   第3-2層:圓礫卵石 

   上部以卵石為主,粒徑大的達5-8 CM,一般粒徑為3-5CM;下部含較多圓礫,并以砂土及少量粘性土充填,該層分布全區(qū),層頂埋深標高8.58-11.68米,厚度約1.60-5.0米。 

   第4-1層:全風化砂質(zhì)泥巖 

   一般分化成土壯,呈可塑-硬塑狀態(tài),以粉質(zhì)粘土為主,粘土次之,可見原巖殘余結(jié)構,局部分部有少量原巖碎石;其重型動力觸探測試平均值N63.5=26.0 擊/10CM。該層分布全區(qū),層頂埋深標高4.98-6.98米,厚度約1.20-2.90米。 

   第4-2層:強風化砂質(zhì)泥巖 

   以砂質(zhì)泥巖,夾多層泥質(zhì)粉砂巖,巖石具有泥壯及凝灰質(zhì)粉砂結(jié)構,主要砂物成分為粉砂及石英、長石等,填隙物為火山碎屑;巖石風化。該層分布全區(qū),層頂埋深標高3.38-5.78米,厚度約11.80-15.10米。是設計選用的引橋樁基持力層。 

   第4-3層:中風化砂質(zhì)泥巖 

   砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂層互層、風化、蝕變程度較淺、局部可見結(jié)構侵蝕面,巖芯較完整,成長柱狀;其巖石單軸抗壓強度標準值:fRK= 8.0Mpa,層頂埋深標高-7.42- -10.72米,厚度約5.00-7.50米。 

   第4-4層:微風化砂質(zhì)泥巖 

   粉砂質(zhì)泥巖淤泥質(zhì)粉砂巖互層,是微弱風化,蝕變痕跡,其巖石單軸抗壓強度值:fRK= 9.50Mpa,層頂埋深標高-13.92- -16.42米。 
   
  三、主要施工方法 
   
   針對本工程地質(zhì)情況,工程開工前我們對施工方案進行了認真細致地審查,并著重在以下幾個方面采取相應的技術措施,從而保證了施工的順利進行。 

   1. 樁機選擇 

   該工程地層主要是砂質(zhì)泥巖(主要礦物成分為粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂級石英、長石等)。根據(jù)地質(zhì)條件,從質(zhì)量、進度及經(jīng)濟方面出發(fā)對多種機型的方案比較。決定采用8T沖擊鉆機并配置氣舉反循環(huán)方式清渣。 

   2. 施工組織 

   為了在保證工程質(zhì)量的前提下提前完成合同工期,施工中每個樁機組采用了平行作業(yè)分段流水的施工方案。在主橋中間7號墩18Φ1500MM根樁,在有限的筑島上安排了6臺8T沖擊鉆機連續(xù)施工。采用成孔與灌注平行作業(yè)法,以縮短施工時間,相鄰工程樁采用間隔跳打。 

   3. 護筒埋設 

   為固定樁位、導向鉆頭、隔離水、保護孔口及提高內(nèi)水位,增加對孔壁的靜壓力以防坍塌,應于鉆孔前埋設護筒??卓谧o筒采用鋼板制作,內(nèi)徑比設計樁徑大200MM,護筒高度宜高出地面0.3M,水中施工護筒高出水面1M并高出筑島面0.3M。底部入土深度不小于3M,穿過淤泥層進入圓礫卵石層。其位置坐標垂直度和高程由全站儀控制,護筒垂直下沉,頂面中心與設計樁位偏差不得超過50MM,豎直線傾斜不大于1%。 

   4. 泥漿配置 

   鉆孔泥漿一般由水、粘土(或優(yōu)良膨潤土)按適當配合比配置而成,其性能指標:相對密度1.20-1.40;粘度(PaS)22-30;含砂率不大于4%;膠體率不低于95%;PH值8-11;造漿能力不低于2.5L/Kg。 

   工程地層主要是砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖互層(全、強、中、微風化),最深樁身進入砂質(zhì)泥巖近30M,砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖本身具備造漿能力。在施工過程中剛開始進入圓礫卵石層成孔時,采用了自制泥漿,為了加固孔壁適當提高泥漿的比重達1.38和粘度達24,來平衡鉆進成孔時孔壁的穩(wěn)定。穿過(全、強、中)風化砂質(zhì)泥巖由自身造漿比重為1.32-1.33,粘度為22-23。最后進入微風化砂質(zhì)泥巖(達設計要求)造漿比重為1.30。

   5. 鉆進成孔 

   工程采用8T沖擊鉆機,準備工作完成后,將鉆機就位固定,將鉆頭中心線對準樁中心線,平面偏差控制在20MM以內(nèi)。鉆進時詳細記錄,確保成孔成孔樁中心線偏差不大于50MM,傾斜度不大于1%樁長。在第3-2層圓礫卵石以上,先采用人工配制泥漿,鉆進時如出現(xiàn)孔內(nèi)泥漿遺失,水位下降時,應向孔內(nèi)漏水層投泥球堵漏,如孔內(nèi)出現(xiàn)坍孔等異常情況,應立即將鉆頭提離孔底并控制泵量,向孔內(nèi)補充足夠的泥漿,加大泥漿比重(或抬高水頭高度)以仰制坍孔。進入第4-1層以下的砂質(zhì)泥巖利用其自身的造漿能力護壁。在鉆孔過程中,應對孔位、孔深、孔徑、傾斜度及泥漿的各項指標經(jīng)常進行檢查,及時調(diào)整和核對。應注意地層變化,在地層變化處均應撈取渣樣,寫入計錄表中并與地質(zhì)剖面圖核對。 

   6. 泥漿凈化 

   根據(jù)工程地質(zhì)資料,在鉆進成孔時最深處要穿過20多米深度的(全、強、中)砂質(zhì)泥巖進入微風化砂質(zhì)泥巖。在鉆機成孔時沖擊的砂、巖屑率高,造成泥漿的表觀密度高,粘度降低,沉積增加,影響泥漿的護壁效果和樁身混凝土質(zhì)量。所以在泥漿循環(huán)使用時,必須對護壁泥漿及時凈化。本工程通過在排渣口用網(wǎng)斗排除砂及巖屑。增設泥漿沉淀池和延長泥漿循環(huán)回流線路的方法進行凈化。 
  
   7. 放置鋼筋籠及導管安裝 

   鋼筋籠長度根據(jù)設計要求制作,等分成2節(jié)(如主橋墩29.2米,每節(jié)14.6米)。單節(jié)制作時在現(xiàn)場工棚固定架上焊制成型,為了防止起吊與放置過程變形,需在鋼筋籠內(nèi)側(cè)每隔2M,增加一道Φ22箍筋,并在外側(cè)豎筋上每道沿圓周對稱布置4根門拉手形的定位鋼筋。鋼筋籠最下端的主筋端部再焊一只封閉鋼箍,便于順利下放,并能起到在灌注混凝土時,避免導管上拔時帶動鋼筋籠上浮。安放鋼筋籠,采取三點起吊,空中翻身護直入孔,孔口搭接焊成整體。鋼筋籠的頂面標高控制,選用2Φ16吊筋固定在澆搗架上,吊筋的長度根據(jù)事先測量的孔口高度和標高計算。鋼筋籠安放后在泥漿中浸泡時間越少越好。要求做到入孔內(nèi)1-2小時內(nèi)澆注混凝土,以便減少鋼筋握固力的損失。 

   導管用內(nèi)徑為300MM的鋼管,壁厚4MM左右,每節(jié)2.5M,配1-2節(jié)1.5M短管,由法蘭盤螺栓連接,接頭處用橡膠圈密封防水。安裝導管前,對全部導管進行密水試驗,然后解體吊放入孔?;炷翝沧⒓苡眯弯撝谱鳎糜谥螒业鯇Ч芗吧喜糠胖没炷谅┒?。 

   8. 二次清孔 

   大直徑鉆孔樁的孔底泥漿指標與沉渣多少,直接影響澆注質(zhì)量與單樁承載力,采取清孔措施是確保工程質(zhì)量的關鍵。本工程采取二次清孔。 

  第一次為終孔時清孔,第二次為灌注混凝土前清孔。第一次清孔方法是:鉆孔深度達到設計標高后停鉆,沖擊鉆頭提離成孔,開動反循環(huán)裝置清孔。清孔后采用外徑為鉆孔樁直徑加100MM(不得大于鉆頭直徑),長度為4-6倍外徑的鋼筋檢孔器吊入孔內(nèi)檢測孔徑和孔形,以到底為標準。 

   第二次清孔方法是:(1)在鋼筋籠入孔與安放混凝土導管完后,在澆灌之前30分鐘內(nèi)進行清孔。(2)利用灌注混凝土的鋼制導管,管內(nèi)插入供 

  氣管壓縮空氣通過供氣管路至孔內(nèi)的氣水混合室,利用導管內(nèi)外的壓力差清除孔底沉渣的氣舉反循環(huán)清孔。清孔后測量沉渣厚度必須小于設計提出的50MM,若未達到則再次清孔,直到滿足為止。 

  9. 灌注水下混凝土 

  水下混凝土是一種自密實混凝土,要求具有好的易性和大流動度。拌制水下混凝土宜選普通硅酸鹽水泥,最大粒徑不大于導管內(nèi)徑的1/6,且不大于40MM,使用碎石時,粒徑為5-30MM,砂用級配良好的中砂,混凝土水灰比為0.6以下,水泥用量不低于400KG/M3,含砂率為40-50%,坍落度18-20CM,擴散度為34-38CM。 

  混凝土第一次澆灌量應滿足導管埋人混凝土內(nèi)1M以上,可通過計算確定。如主橋墩最深處樁徑Φ1500MM,孔深27.2M,導管選用Φ300MM,導管底離孔底400MM,泥漿比重取1.3g/cm3 混凝土充盈系數(shù)取1.2,鋼筋混凝土容重取2.5t/m3,則第一次混凝土灌注量為: 
  (a) 第一次混凝土灌注好后,導管內(nèi)混凝土面離樁孔底的高度: 
   H = (27.2-0.4-1.0)×1.3/2.5=13.68(M) 
  (b) 灌入量: 
   V≥3.14/4(0.32×13.68+1.52×1.4×1.2)H≥3.93(M3) 
  灌注混凝土做好測量記錄是確保樁身澆筑質(zhì)量的重要保證,記錄應注意: 
  (1) 預測孔底深度,復核導管總長度。 
 ?。?) 每灌注一車(5M3)每拆一節(jié)導管,必須測混凝土上表面上升情況與復算導管埋入深度,以保持導管埋入混凝土2-6M為宜。 
 ?。?) 樁頂灌注標高的測量應比設計標高提高1M。 
   
  四、質(zhì)量檢驗 
   
   本工程鉆孔樁的小應變和高應變動力檢測,委托浙江有色地球技術應用研究院工程檢測中心進行。對全部的樁進行了小應變的檢測未發(fā)現(xiàn)斷樁、夾層、斷裂和離析現(xiàn)象屬一類樁。對主橋7號墩抽了2根、北引橋14號墩和9號墩各抽1根、南引橋0號墩和5號墩各抽1根進行高應變動力檢測。(見下表) 
     
  五、結(jié)語 
   
   在卵石圓礫和砂質(zhì)泥巖層中采用沖擊鉆孔灌注樁,在質(zhì)量和進度保證下,它具有操作簡單,設備經(jīng)濟。通過實踐認識到在施工中應做好以下幾方面工作是質(zhì)量的保證: 
  (1) 施工過程中應時時測量拉錘頭鋼繩的垂直度,發(fā)現(xiàn)傾斜,及時采用糾偏措施。 
  (2) 根據(jù)工程施工范圍內(nèi)的地層巖性特點,合理確定泥漿性能控制指標,在卵石圓礫層中,可在滿足施工要求的基礎上,適當提高泥漿比重和粘度。 
  (3) 泥漿的凈化是性能控制中的一個重要組成部分,嚴格控制泥漿的含砂率,保證界面泥皮形成的質(zhì)量,從而保證樁身質(zhì)量。 
  (4) 采用氣舉反循環(huán)清孔具有吸力強,被沖擊破碎的巖、卵石都能吸上來,因此孔底沉渣清除徹底,從而提高端承樁的承載力。 
  (5) 排渣口可以用網(wǎng)斗取巖屑檢驗,確保達到設計要求進入的巖層深度。 
 
 
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