浅析广清高速公路扩建工程旋挖钻孔灌注桩施工方案

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  摘要:伴随着我国对基础设施建设的大量投入,旋挖钻孔灌注桩作为一种比较先进高效的施工工艺,已在公路、铁路、桥梁、房建等项目的桩基施工中广泛应用。但作为经济大省的广东,在旋挖桩工艺的推广与应用方面相对落后,而广清高速公路扩建工程作为我省首个推广旋挖桩工艺的公路项目,在施工组织、施工方法、质量
  控制等方面有待进一步的研究与探讨。
  关键词:旋挖钻孔灌注桩;推广;应用;组织;方法;质量控制
  1. 工程概况
   广清高速扩建工程全长57.56km,途经广州市白云区、花都区和清远市,起点位于广州市白云区石井,终点位于清远市横荷镇(连接省道S114线,顺接规划的广清高速公路北延线)。项目起止里程为K2+890~K60+600。工程设计为两侧加宽至双向八车道,设计速度:100km/h,桥梁设计荷载:公路-Ⅰ级。沿线地质情况极为复杂,不良地质现象及特殊性岩土主要有崩塌、滑坡、断裂、潜在隐伏岩溶及软土、红粘土、煤系地层、零星分布的高液限土等。沿线的江高1号桥及2号桥、新华高架桥、狮岭高架桥等结构物的桩基施工主要采用旋挖钻孔灌注桩工艺,上部结构采用空心板+小箱梁+T梁+现浇箱梁。结构物的施工流程主要采用先对两侧加宽,再对中间结构物的上部结构进行拆除重建。
  2. 施工方案
  本工程项目的桩基钻孔施工均采用旋挖机下特制全钢套筒施工作业。桩基溶洞处理施工,所有有填充或半填充溶洞桩基建议采用旋挖机抛填料挤压处理,无填充者则视空洞大小和首层顶板岩层厚度由业主、监理、甲方酌情确定处理方案,建议采用预注浆+旋挖机抛填料挤压处理施工。
  旋挖机下全钢套筒用于本复杂地质钻孔施工,做到“机筒协同作业”,效果较理想,其优势得到充分彰显:一是护孔效果佳,保证钻进施工安全;二是操作虽不易,但装拆相对于普通钢护筒焊接易得多,有效的提高了旋挖机作业进度;三是钢套筒能反复多次倒用,节约投资。下特制全钢套筒于灌桩时起拔拆卸方法采用埋深大于20米者用拔管机拔管;埋深小于20米者,拟试用旋挖机先转松钢套筒后,再用50t吊车起吊,灌桩则直接由混凝土车灌注。
  
  3. 施工方法和工艺与技术措施
  3.1. 测量放样
  在桩基施工前,应对墩台桩基位坐标图进行复核,并根据墩台桩位图准确地放样出各桩位;放好桩位后于四周用十字线交出4个护桩,以便开孔后复核检查。
  3.2. 场地准备
  清除淤泥,软基地段先换除软土,平整场地,清楚杂物,回填后碾压、夯打密实,钻机行走于坚实水平的地面上,并于旋挖机下铺垫厚钢板,以保证成孔质量。
  泥浆沟设置深1.2m,上宽1.2~1.5m,沿外侧平行桩位布置(以离路口5米为限),并于中间分隔成浆渣两池;池边用高1.2米,间距2米的外径Φ48mm的钢管结合网作安全围护,树立泥浆池危险的警示牌,并由专职安全员巡查。
  3.3. 泥浆循环系统
  本工程的钻孔泥浆右幅采用普通浓泥浆护壁;场地窄小者酌情用地大华科浆料拌制特殊浆液,以保持孔壁在钻进过程不坍塌,应特别注意泥浆的质量和泥浆循环设备配套施工,用1~2台D220型泥浆泵及时补浆。
  泥浆循环采用在墩位附近布设,泥浆沟考虑各墩桩基共用;设置的泥浆沟循环使用,废土渣由运输车运往指定的弃土区废弃。
  3.4. 旋挖机钻孔桩成孔施工
  1)、旋挖机下全钢套筒施工工艺
  a、下首节钢套筒:
  先用直径1.29米截齿钻头开钻取深2.0~2.5米左右孔,用副卷扬将带靴的钢套筒吊移安放于孔内后,再用驱动器连接钢套筒并插好连接钢销,钢套筒顶与桩位的中心十字线对位校正后方可再下钻,如有偏差应予以调整;钢套筒下至地面上约40cm时停止钻进,以便下节钢套筒连接。
  b、下第2节和以下其它节标准钢套筒
  旋挖机套紧标准3米钢套筒与已下的第1节钢套筒对位后,上下钢套筒螺栓孔用螺栓紧连,拧栓时应对称均匀;旋挖机将钢套筒下转钻到距地面2米高后,再换钻头往孔内钻掏土(砂);下完第2节标准钢套筒后依次吊装下钻第3节及以后标准套筒;当钢套筒进入砂层时,应用特制的套管孔口夹持器夹牢,防止因套管自重下沉。
  c、下非标准短套筒
  根据地质资料和现场下套筒深度计算需要下钢套筒的总长度,选择合适的非标准套筒下钻;非标准短套筒规格为2.5m、2.0m、1.5m、1.0m;下完非标准短套筒即全钢套筒下完后,用水准仪测量套筒顶标高并做好记录,作为控制孔深的标准。
  d、旋挖机钻孔过程中应经常对泥浆进行检测,确保孔内泥浆浓度和泥浆的高度,原则上泥浆的浓度应大于1.2,其高度应距地面不少于3米。
  e、有溶洞桩基按业主和甲方的处理原则实施;针对溶洞的大小和充填情况选择不同的处理方式。对有填充或半填充溶洞采用钻穿岩顶板后直接抛填水泥、水玻璃、小片石掺碎石进行处理,形成有效的护壁;每次回填应对回填物的标高进行测量,以掌握下次处理的下料标准。
  对有填充或半填充溶洞采用钻穿岩顶板后直接抛填挤压处理措施,其抛填处理方法如下:
  抛填处理材料顺序:每次下6包整包水泥→水玻璃用薄膜袋装成两袋分两次下10kg→小块石用挖机斗于孔中心半斗下一次,下料应小心勿碰钢套筒,按以上顺序下两次后,旋挖机带螺纹钻头下至孔底慢钻搅20~30转左右,再下特做似地雷钻头反复多次往孔外侧扩挤,搅挤到一定时间后,即停止作业2小时左右,待孔内似混凝土料和孔壁有一定强度后,再进行循环渐进作业施工,每次抛填、挤压应对抛填后的标高和挤压后的标高进行测量,根据抛填后、挤压后的标高来判断抛填挤压效果,若一次抛填、挤压后没有达到预定效果应酌情反复多次可填封溶洞孔壁;每次处理完后,旋挖机须正反转钢套筒不少于5转,以防止溶洞处理材料粘结钢套筒底部,造成事故。
  f、套筒刃脚处理措施:
  如首层岩面倾斜度太大,且下有溶洞时,则须对套筒刃脚于斜岩面处进行挤压处理;当钢套筒下钻至岩面上约1m时停止钻进,向孔内抛填水泥、优质粘土、小块碎石、水玻璃,埋置套筒刃脚上1~2m,然后用旋挖机带螺纹钻头搅动下钻至套筒脚下1m左右,搅动以20~30转为宜,再下扩孔钻头(特做似风扇钻头)反复多次往孔外侧扩挤;搅挤到一定时间后即停止作业约2小时左右,待孔底下似混凝土料和孔壁有一定强度后,再进行钻进作业施工,酌情一次或反复多次可处理套筒刃脚。
  g、钻斜硬岩:从试桩结果和地质资料显示前后桩入岩标高相差很大可以看出,本桥段特殊复杂地质桩基岩面基本为斜硬岩,且倾斜度颇大硬度极强;岩石的强度一般在40~60MPa,最高者达到80MPa以上,如此高强度斜硬岩钻进,对旋挖机来说是一个很大的难题。旋挖机钻孔所在区域存在斜硬岩面时,由于钻头受力不均匀,使得钻头偏向一边钻进;斜硬岩面与水平面角度越大,钻头偏离越严重;另外,由于钻杆越长整体刚性越弱,因此斜硬岩面所在深度越深,将使钻头偏离越大,斜孔也将越严重;当遇到斜硬岩面时,应减压慢钻进,并随时密切观察钻杆,控制进尺速度,使钻杆不出现向一边倒的情况;若斜硬岩的倾斜度太大,则应下导管清孔后灌注高标号混凝土,补平斜口后待达到一定强度后再重钻,有时需反复几次方能解决问题;钻斜硬岩旋挖机的钻进速度将会大大的降低,试桩作业钻1米斜硬岩要耗时4.5小时,加上取岩芯,平均钻1米岩耗时6小时左右,因而成本颇高。
  3.5. 钻具的选择
  钻具有一定的刚度,在钻进中或其他操作时,不产生移动和摇晃,钻具的安装应符合生产厂家的标准。施工时应备配用截齿钻头、牙轮钻头、岩芯钻头,螺纹钻头、似地雷钻头、似风扇钻头、捞渣钻头等各种规格的钻头;施工时,根据不同的土质、地质条件按下列规定选择不同的钻头;截齿钻头适用于粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层;牙轮钻头适用于中风化以上岩层及有裂纹的岩石;岩芯钻头用于套取出牙轮钻头所钻岩石;螺纹钻头适用于碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层,也为搅动处理溶洞料所用;似地雷钻头用于溶洞回填挤压、挤密之用;似风扇钻头用于把回填物往四周挤压之用;捞渣钻头用于捞干净沉淀于孔底的泥土及沉渣;根据地层情况选择钻斗类型结构,软土层选择楔形齿、小切削角、小刃角、齿宽稍大的类型;硬土层选用较大切削角、较窄弯曲齿套;粘土层的齿间距宜大些,防止糊钻;钻头应由实际施工的地质情况选购选配。
  3.6. 终孔验收、清孔
  成孔达到设计标高后,对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查,不合格时采取措施处理;成孔检查方法根据孔径的情况来定,当钻孔为干孔时,采用直接用测绳及测孔器测,若孔内存在泥浆,可采用泵吸反循环抽浆的方法清孔,则采用水下灌注混凝土施工的方法进行钻孔的测孔工作,清孔时合理控制泥浆的粘度与含砂率;经质量检查合格的桩孔,及时灌注混凝土。冲孔完成后,经测量检验达到设计标高并经监理工程师确认基底岩样后,立即进行清孔。清孔应采用换浆法进行;清孔时必须注意保持孔内水头,防止坍孔;在清孔工程中,不允许无故长时间停止泥浆循环。现场施工管理人员应该检查孔底沉渣厚度,直至达设计要求或施工规范;清孔后桩底沉淀层厚度应符合有关要求,嵌岩桩沉淀层厚度∠50mm,灌注前泥浆比重为1.03-1.10,粘度为17-20(S),含砂率∠2%,胶体率>98%。
  清孔完成后,用伞形检孔器或者圆筒检孔器械配合检查桩孔中心偏位,桩孔直径及桩孔垂直度,测定泥浆指标,报请监理工程师验收合格后,移开钻机准备钢筋笼下放。
  3.7. 钢筋笼安放要求
  a.安放钢筋笼时需设置吊筋,吊筋起到吊直扶正及固定作用。
  b.钢筋笼应在清孔后立即吊装,安放入孔中。
  c.安装钢筋笼时,应对准孔位,吊直扶稳,缓慢下沉,避免碰撞孔壁。钢筋笼下沉至设计位置后,应立即固定,防止移动。
  d.钢筋笼安装完毕后,应会同和现场监理对该桩进行隐蔽工程验收,合格后应及时灌注水下混凝土,其间歇时间不宜超过4小时。
  3.8. 水下混凝土灌注和钢套筒起拔方法与要求
  混凝土采用项目部拌和站统一拌制,由混凝土运输车运至现场依据起拔套筒方法采用泵车或直接灌注。开始灌注时,隔水栓吊放的位置应临近泥浆面,导管底端部到孔底的距离应以能顺利排出隔水栓为宜,一般为0.3~0.5m;首批灌注混凝土的数量要能满足导管的埋置深度不小于1m和填充导管底部高度的需要;首批混凝土下落后,水下混凝土的灌注应连续进行,不得中断,在水下混凝土灌注过程中,应有专人测量导管埋深,填写好水下混凝土灌注记录;在灌注过程中,随着混凝土的上升,要适时提升和拆卸导管,导管底端进入混凝土面以下一般宜保持2~4m,不大于6m,并不得小于1m,严禁把导管端提出混凝土面,避免造成断桩或夹泥;上拔钢套筒应根据混凝土灌注高度决定,第一次上拔钢套筒时混凝土面应高于钢套筒刃脚10米以上,根据实际埋深确定拔、拆钢套筒节数;上拔钢套筒时,用吊车大钩吊住套筒,小钩吊住导管,启动拔管机上拔钢套筒;当下一节钢套筒高出拔管机20cm左右时,拔管机抱住钢套筒,停止上拔,工人迅速用风枪拆除钢套筒接口的10个螺栓,拆螺栓时必须对称均匀拆卸,拆完螺栓后,吊车大勾往上提,使上下两节钢套筒分开,钢套筒分开后用槽钢和导管夹架住导管,解开吊导管的钢丝绳再将钢套筒吊移开,然后重新装回料斗继续灌混凝土,在重新灌混凝土前,导管应多次上下挤压混凝土,以利于振捣混凝土密实,以此循环推进灌注混凝土至混凝土灌注完毕;拆除一节钢套筒重新装回料斗约20分钟。为确保桩头质量,混凝土灌注时,混凝土比原桩顶板高出1.4米(其顶面与地面相平),最后一节3米长钢套筒在灌完混凝土后暂不拔起,待灌完桩2个小时后混凝土初凝时再转拔起。
  3.9. 桩基检测
  在完成灌桩完成后,须按规定对桩基进行抗压强度、完整性、承载力等指标进行检测,截至目前,在已完成的桩基检测的桩基中,符合I类桩技术要求的数量均大于80%,且未发现技术指标在II类以下桩基。
  4. 结 语
  上述主要是对旋挖钻孔灌注桩的施工组织、施工方法、质量控制等方面进行探讨。旋挖钻孔灌注桩工艺作为一种新型高效的施工工艺,尽管在一次性的投入方面较大,但在成孔效率、成孔质量方面与其它方法相比存在较大的优势,且大大的降低噪音、能耗等环保指标。广东地区在旋挖桩技术应用方面相对落后,如何总结出一套成熟可靠的方法,还有待我们进一步的摸索和学习。
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