大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究
關(guān)鍵詞：大直徑鉆孔灌注樁；樁基；施工
前言
大直徑鉆孔灌注樁樁基施工難度大且無直接可以利用的施工資料，因此有必要在工程區(qū)域內(nèi)進(jìn)行工藝試樁，通過施工工藝試樁研究大直徑鉆孔灌注樁成孔及成樁施工工藝，并研究大直徑超長(zhǎng)樁的關(guān)鍵施工設(shè)備、關(guān)鍵材料組織和關(guān)鍵參數(shù)(如混凝土配合比、混凝土初凝時(shí)間等)，為大橋?qū)嶋H施工過程中制定樁基施工方案提供依據(jù);通過承載力試驗(yàn)確定單樁極限承載力、獲得各土層及樁端持力層有關(guān)參數(shù)、測(cè)定樁基沉降和變形、驗(yàn)證樁端后注漿效果，為確定大橋樁基各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù)。
1工程概述
某跨江大橋是一座特大型橋梁。橋位處自然條件特殊，河床寬淺、潮強(qiáng)流急、河床變化劇烈，特別是受風(fēng)浪和涌潮影響導(dǎo)致水域有效作業(yè)時(shí)間極為有限。本工程水中區(qū)引橋采用70m跨徑連續(xù)剛構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用單樁獨(dú)柱的結(jié)構(gòu)形式�；A(chǔ)采用直徑3.8m的大直徑鉆孔灌注樁，單樁最大樁長(zhǎng)為116m，為大直徑超長(zhǎng)樁。水中區(qū)引橋基礎(chǔ)擬借助棧橋施工，鑒于目前棧橋施工進(jìn)度，水中區(qū)引橋工藝試樁位置布置在主橋南側(cè)水中區(qū)引橋施工棧橋的西側(cè)，初勘鉆孔CZK18附近。鉆孔CZK18地層自上而下為:亞砂土、粉砂、淤泥質(zhì)亞粘土、軟塑狀亞粘土、砂、亞砂上、粉砂、圓礫、卵石、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，鉆孔樁樁尖處于弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，具體詳見圖1CZK18孔地質(zhì)剖面。
2施工過程和施工工藝
2.1鉆孔平臺(tái)搭建及施工情況
1、鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)
(1)功能要求
鉆孔平臺(tái)借助棧橋進(jìn)行，平面尺寸30m×21m，分大型起吊設(shè)備作業(yè)區(qū)、材料及半成品堆放區(qū)和鉆機(jī)設(shè)備布置區(qū)，具體見圖2鉆孔平臺(tái)功能劃分圖。平臺(tái)基本尺寸滿足以下功能要求:
①鉆進(jìn)過程中，平臺(tái)上可同時(shí)布置吊車、鉆機(jī)、泥漿循環(huán)池、水箱、發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、泥漿凈化器、鉆桿、導(dǎo)管等機(jī)具設(shè)備，并具有施工通道的功能。
�、谙路配摻罨\及灌注混凝土過程中，平臺(tái)尺寸可同時(shí)滿足布置鋼筋籠臨時(shí)存放、導(dǎo)管存放、3001汽車吊以及混凝土泵車罐車作業(yè)的需要。
(2)結(jié)構(gòu)尺寸
鉆孔平臺(tái)采用Φ1000×10mm的鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管樁之間用Φ460×8mm鋼管和工40槽鋼作為平撐和斜撐連接；上部結(jié)構(gòu)采用雙層貝雷析架主析結(jié)構(gòu);橋面板布置形式為縱向鋪Ⅰ12.6工字鋼和橋面鋼板為δ=8mmQ235花紋鋼板。鉆孔平臺(tái)順橋向靠棧橋側(cè)鋼管樁與棧橋鋼管樁利用Φ460×l0mm鋼管連接，以形成整體結(jié)構(gòu)。
2、鉆孔平臺(tái)施工
鉆孔平臺(tái)施工利用懸臂式導(dǎo)向架逐步向前展開作業(yè)而。鋼管樁基礎(chǔ)采用10仇履帶，已配合DZJ120型振動(dòng)錘進(jìn)行施打；上部結(jié)構(gòu)直接利用100t履帶吊拼裝。
2.2鋼護(hù)筒施沉
(1)鋼護(hù)筒加工及運(yùn)輸
鋼護(hù)筒加工采用工廠化進(jìn)行，為了滿足運(yùn)輸能力要求，鋼護(hù)筒分節(jié)制作，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接成整體�？紤]運(yùn)輸和吊裝過程中其強(qiáng)度和剛度，保證鋼護(hù)筒在運(yùn)輸和吊裝過程中不變形，在每節(jié)鋼護(hù)筒兩端內(nèi)部各加設(shè)一道十一字交叉的槽鋼支撐。壁厚30mm的鋼護(hù)筒單節(jié)重量為48t，壁厚為25mm的鋼護(hù)筒單節(jié)重量為42t,根據(jù)尺寸、重量及運(yùn)輸要求，采用50t平板車可滿足要求。
(2)鋼護(hù)筒定位
鋼護(hù)筒下沉采用雙層定位導(dǎo)向架定位。定位導(dǎo)向架共分上下兩層，上層由焊接在鉆孔平臺(tái)面板上的4.5m×4.5mⅠ36a工字鋼框架組成，下層導(dǎo)向框焊接在鋼護(hù)筒四周的六根鋼管樁上，通過牛腿支撐相連。下層鋼護(hù)筒定位導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)詳見圖3.
(3)鋼護(hù)筒施沉
1)鋼護(hù)筒起吊
鋼護(hù)筒運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，在孔口利用300t汽車吊和1001履帶吊同時(shí)起吊，300t吊車鉤住鋼護(hù)筒頂口，100t吊車鉤住鋼護(hù)筒底口。通過兩個(gè)吊車同時(shí)操作豎起鋼護(hù)筒，為保證吊裝安全，100t吊車始終保持35t的拉力。將鋼護(hù)筒豎起后，松下100t吊車，通過300t吊車將鋼護(hù)筒擺放到位進(jìn)行對(duì)接，詳見圖3.9鋼護(hù)筒吊裝步驟示意圖。
2)垂直度控制
考慮運(yùn)輸問題鋼護(hù)筒全部在施工平臺(tái)上焊接成施沉長(zhǎng)度。首節(jié)鋼護(hù)筒的準(zhǔn)確沉放是保證鋼護(hù)筒整體平面位置和垂直度的關(guān)鍵，因此需在平潮時(shí)進(jìn)行，用300t全地面汽車起重機(jī)吊裝沉放，用全站儀沿相互垂直的兩個(gè)方向觀測(cè)，確保沉放的垂直度符合要求。施沉?xí)r采用300t汽車吊配合DZJ-150加強(qiáng)型雙聯(lián)動(dòng)振動(dòng)錘施沉。在鋼護(hù)筒沉至距離平臺(tái)高約1.0m時(shí)進(jìn)行鋼護(hù)筒對(duì)接。在鋼護(hù)筒施沉下過程中，用全站儀沿相互垂直的兩個(gè)方向全過程觀測(cè)，隨偏隨糾。
3)鋼護(hù)筒對(duì)接
待首根鋼護(hù)筒施打到位后，沿鋼護(hù)筒頂圓周均布12塊厚度為δ20mm，長(zhǎng)寬為50cm×20cm的限位鋼板，預(yù)留25cm于護(hù)筒頂外與鉛垂線成30夾角;以便第二節(jié)鋼護(hù)筒吊放上去時(shí)能準(zhǔn)確的卡在限位鋼板內(nèi)，待全站儀兩個(gè)方向觀測(cè)好后進(jìn)行兩節(jié)鋼護(hù)筒之間的接縫焊接。接縫焊接完畢后將限位鋼板扳為鉛垂?fàn)钆c頂節(jié)護(hù)筒密貼，然后將該限位板牢固焊接在上節(jié)鋼護(hù)筒上，使限位板變?yōu)榧訌?qiáng)板。當(dāng)護(hù)筒壁厚度不同時(shí)連接方式詳見圖4鋼護(hù)筒對(duì)接詳圖。
2.4鉆孔施工
本工程樁大而深，粉沙、細(xì)紗等不穩(wěn)定層亦較厚，在施工過程中保證孔壁穩(wěn)定，充盈系數(shù)合理是本工程質(zhì)量、安全的關(guān)鍵點(diǎn)。
基本鉆進(jìn)工藝為:土、砂、圓礫等地層采用合金刮刀鉆頭、風(fēng)化巖地層采用滾刀鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，泵吸反循環(huán)與氣舉反循環(huán)相結(jié)合排渣。
開始鉆進(jìn)時(shí)，先以泥漿正循環(huán)方式開孔。
泥漿正循環(huán)工藝如下:在鉆孔的同時(shí)，用泥漿泵將泥漿打入空心鉆桿內(nèi)，從鉆頭的出漿口沖出的泥漿，由于密度與粘性較大，帶動(dòng)泥屑、碎石向上浮起，溢出孔后流入泥漿分離器內(nèi)。泥漿分離器將泥漿和鉆渣分離后，清泥漿重新被打入孔中，如此循環(huán)。
鉆孔至護(hù)筒底時(shí)，采用氣舉式反循環(huán)方式鉆進(jìn)。
氣舉式反循環(huán)工藝如下:在鉆進(jìn)過程中，空壓機(jī)將高壓空氣通過鉆桿中的空氣通道送到鉆頭上部的風(fēng)包并向鉆桿內(nèi)噴出，使風(fēng)包下部形成真空，于是便將鉆渣吸上來，并隨著氣漿混合體從水龍頭排出。當(dāng)鉆孔深度超過50m(從孔內(nèi)水面算起)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)配備的空壓機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓無法有效沖入鉆桿，改為中間風(fēng)包出氣。
為了加強(qiáng)護(hù)壁，保持孔壁穩(wěn)定，試驗(yàn)樁在鉆進(jìn)過程中不斷向孔內(nèi)補(bǔ)充數(shù)量泥漿，始終保持孔內(nèi)泥漿面與孔外漲潮水位相平。最大漲落潮水頭差為6m，由于鋼護(hù)筒施沉深度較大，經(jīng)計(jì)算不會(huì)發(fā)生穿孔。在鉆進(jìn)程中，當(dāng)泥漿指標(biāo)偏離要求時(shí)，要及時(shí)開啟泥漿分離凈化器凈化泥漿和加入泥漿制作材料調(diào)整泥漿指標(biāo)。
鉆孔過程中應(yīng)根據(jù)不同地層，調(diào)整鉆速、進(jìn)尺。在一般松散粉細(xì)沙層，采用低檔慢速。在膠接礫砂層，采用中檔中速，并適當(dāng)增加鉆壓。在密實(shí)的中粗砂層中，采用快速鉆進(jìn)。鉆壓始終保持減壓鉆進(jìn)，孔底承受的鉆壓控制在鉆具重力之和(扣除浮力)的50%以下，以確保長(zhǎng)樁的豎直，保持重錐導(dǎo)向作用。
2.5鋼筋籠
1、鋼筋籠運(yùn)輸
鋼筋籠在后場(chǎng)采用25t履帶吊吊至平板車，采用拉鎖固定在平板車上。運(yùn)輸過程中保持車速緩慢勻速，保證運(yùn)輸過程中鋼筋籠不變形。
2、鋼筋籠就位
鋼筋籠運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，在孔口利用300t汽車吊和25t汽車吊同時(shí)起吊，300t吊車鉤住鋼筋籠吊具，25t吊車鉤住下端，鋼筋籠箍圈設(shè)置內(nèi)撐保證吊裝時(shí)的剛度，同時(shí)達(dá)到限位作用。通過兩個(gè)吊車同時(shí)操作豎起鋼筋籠，然后松下25t吊車通過300t吊車將鋼筋籠擺放到位進(jìn)行對(duì)接。下放完畢的鋼筋籠用利用掛鉤掛在鋼護(hù)筒上。一端掛在鋼護(hù)筒邊上，另一端掛住鋼筋籠。
2.6混凝土灌注過程控制
1)首批混凝土灌注
首批混凝土灌注采用大料斗(30m3)進(jìn)行灌注，并在灌注后拔球同時(shí)采用2臺(tái)混凝土泵車同步進(jìn)行供料，在保證首批混凝土灌注后的導(dǎo)管埋深大于1.5m和填充導(dǎo)管底部間隙需要的同時(shí)，也增大了導(dǎo)管的埋深系數(shù)。
2)正�；炷凉嘧�
首批混凝土灌注完畢后，拆除大料斗，安裝1m3小料斗，通過溜槽采用1輛混凝土罐車和1輛混凝上汽車泵灌注，以加快混凝土灌注速度。
混凝土灌注過程中，控制好孔內(nèi)泥漿面始終高出孔外的水位2m以上。
將鋼筋籠頂主筋與護(hù)筒焊接連接，防止鋼筋籠骨架上浮。
混凝土在灌注至兩個(gè)荷載箱位置時(shí)，應(yīng)減慢灌注的速度。
混凝土灌注至設(shè)計(jì)標(biāo)高拔出最后一節(jié)導(dǎo)管時(shí)應(yīng)使導(dǎo)管內(nèi)混凝土充滿，并緩慢拔出，以免樁內(nèi)夾入泥芯或形成空洞。
由于樁徑較大，浮漿可能較厚，為保證整樁質(zhì)量，將混凝土面澆筑標(biāo)高暫定為高出設(shè)計(jì)標(biāo)高lm。
在灌注將近結(jié)束時(shí)，核對(duì)混凝土的灌入數(shù)量，以確定所測(cè)混凝土的灌注高度是否正確。
3)混凝土面測(cè)量
混凝土面測(cè)量采用測(cè)深錘法，用測(cè)繩懸掛測(cè)錘進(jìn)行。測(cè)繩選擇質(zhì)輕、拉力強(qiáng)、不變形的專業(yè)廠家生產(chǎn)的測(cè)繩。測(cè)繩的刻度在使用前應(yīng)用鋼尺進(jìn)行校核。測(cè)錘采用圓錐形，材質(zhì)為C30混凝土，重8kg。
混凝土灌注過程中沿鉆孔樁四周布置四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，設(shè)4個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員同時(shí)測(cè)量測(cè)量混凝土面標(biāo)高，4個(gè)人同時(shí)計(jì)算并記錄在混凝土灌注臺(tái)帳中。每次測(cè)量結(jié)果4個(gè)人必須進(jìn)行相互校核，確保正確計(jì)算導(dǎo)管在混凝土內(nèi)的埋置深度，確保導(dǎo)管的埋置深度不小于5m，最多不超過l0m。測(cè)量次數(shù)不少于所使用導(dǎo)管節(jié)數(shù)，應(yīng)在每次起升導(dǎo)管前，測(cè)量一次管內(nèi)外混凝土面高度，并繪制混凝土灌入量與孔內(nèi)混凝土面升高量的過程曲線，用以分析擴(kuò)孔率。遇到異常情況應(yīng)增加測(cè)量次數(shù)，同時(shí)觀察翻水情況，以正確分析和判斷孔內(nèi)的情況。
3.結(jié)束語
本文主要研究了大直徑鉆孔灌注樁施工工藝及施工過程，分析了各工序的控制要點(diǎn)和施工措施。驗(yàn)證了大直徑鉆孔灌注樁的施工工藝流程，得到了大直徑鉆孔樁施工的各項(xiàng)參數(shù)，為以后的大橋建設(shè)提供了依據(jù)。
本章主要內(nèi)容:
(1)提出了大直徑鉆孔灌注樁的施工流程;
(2)設(shè)計(jì)出了一種定位導(dǎo)向架，解決了大直徑鋼護(hù)筒施沉?xí)r的定位不夠準(zhǔn)確的問題;
(3)研究分析了混凝土澆注時(shí)的施工組織問題，為同類型樁基施工提供了借鑒。
(4)總結(jié)了樁施工進(jìn)度的控制和注意事項(xiàng)。
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