挖孔灌注桩技术在路基\桥涵工程中的应用

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   摘要:挖孔灌注桩施工技术具有安全、稳定、可靠、布置灵活、工期短、抢修快、造价低、人员、物资应用相对较少等特点,可以很好的解决一些工程上的难题,如在铁路、公路路基滑坡的预防方面,抢险方面,在房屋建筑处理深挖方基坑边坡稳定方面,大型设备不能到达的地方,都可采用挖孔灌注桩。
   关键词:挖孔灌注桩技术工程应用
   在铁路建设工程或铁路维修过程中会遇到两类问题,一类问题是在正在营运的铁路线路旁增加复线或接轨工程,由于在当今铁路工程设计中取消平交道口的设计,全部采用立交方式,路基均采用高填方路基,一般高度在5米以上,在这样的高路基情况下对原桥涵进行接长工程就是问题。因为桥涵需要做基础,紧邻既有路基开挖桥涵基础,开挖边缘仅距铁路中心线3.5米,路基垂直开挖将达6米以上,这样路基不稳定,进而影响到既有线路的安全运营,由于铁路运输繁忙,每天数十对列车,列车间隙很小,而且都是重载列车,所以如何在保证既有线安全正常运营的前提下,安全正常的进行桥涵接长施工就成为难题。还有一类问题是,如遇雨水冲刷,浸泡而导致桥涵端翼墙下沉,如果任其发展,端翼墙有可能会坍塌,倾倒,其后的路基土也将滑塌,也将直接威胁线路安全,这种情况怎么处理?采用什么样的安全技术措施才能处理以上这两类难题,既有线还不能停运,这是关键。
   我在同忻铁路的建设过程中及日常铁路维修中遇到过这两类问题。一是同忻线从塔山线接轨,两线间并行1.5公里,线间距7米,塔山线为既有线,同忻线为新建线,有9个塔山线的既有桥涵需要接长,直接开挖接长涵基础将造成既有线路基8米的垂直高度,路基不稳定,对行车也构成严重安全隐患,当时设计院的方案为给塔山线修便线,修一段长800米的轨道便线绕过接长涵区段。列车走便线后,在既有线就可以开挖接长涵基础。而且列车安全也有了保证。预计修便线工期2个月,造价300万,我做为工程管理者,认为此方案费时间、费钱,于是组织监理单位、施工单位的技术人员通过查阅资料,到其他施工单位请教的方式,最后选用了一种挖孔灌注桩的施工办法取代修便线的方法。即在既有桥涵需接长一侧做一排挖孔灌注桩,用来挡高填方路基,使之稳定,不滑塌,并且保证铁路安全运行。每个桥涵做6个,共做54个,每个直径为1.25米的钢筋混凝土灌注桩。单根长度14米,最后使用效果非常好,未发生任何安全问题,保证了既有线列车正常安全运行,同时也保证了同忻线接长桥涵的工期提前完成。为全线总工期的按时完成奠定了良好的基础。与修便线施工方案相比,挖孔灌注桩节省工期1个月,节约资金200多万,可见挖孔灌注桩技术在路基、桥涵工程中的应用是相当成功的。另外我们同忻线在一年冬天的流水、冰冻浸泡下,端翼墙开裂下沉,我们也用了此项施工技术方案,同样取得了良好的效果。
   下面,我就挖孔灌注桩的使用技术方面,谈一下我从实践中总结出的经验,如何更好的将该技术应用到工程实践中。
   一、挖孔灌注桩的概念及作用机理
   挖孔灌注桩是防治滑坡的一种工程建筑物,这类用途的挖孔灌注桩也称抗滑桩,该技术施工工艺比较简单、可操作性较强、机械装备程度较底、技术含量要求不高。可适用于铁路工程、公路工程、水利工程滑坡、古滑坡的病害整治;自然灾害(地震、泥石流、暴雨)所造成的山体滑坡的病害整治工程。
   挖孔灌注桩的成孔工艺是在排水(有水情况)、护壁紧跟的情况下用人工辅以轻微爆破配合简单机具设备下井挖掘成孔的方法。
   挖孔灌注桩通常为钢筋混凝土或钢轨混凝土桩体,根据滑坡体的规模大小分可为单排挖孔桩及多排挖孔桩。
   挖孔灌注桩作用机理:桩由锚固段及抗滑段组成,锚固段是保证桩体的自身稳定性,抗滑段主要承担滑坡土体的下滑力,它的作用是组织滑坡体沿着一定的软结构面(带)产生剪切位移而整体底向斜坡下方移动,承担滑坡体的整体下滑力,从而到增强山体滑坡的稳定性及滑坡整治、加固的目的。
   二、挖孔灌注桩的施工工艺
  工艺流程:
   1、开挖孔口:开挖首先进行桩孔锁口施工,桩孔锁口采用钢筋混凝土,并应高出地面0.2m。
   2、绑扎护壁钢筋:护壁钢筋严格按设计要求加工,人工起吊放入桩孔绑扎。为使分节施工的桩孔连成一个整体,对护壁分节处要保证钢筋搭接良好。
   3、护壁立模:护壁钢筋完成后进行护壁立模施工,护壁模版采用钢模板,护壁模版加固要牢固。
   4、灌注护壁混凝土:桩孔护壁混凝土灌注之前先清除孔壁上的松动石块和浮土,使护壁混凝土紧贴岩面;护壁混凝土通常要求与桩身混凝土同标号,护壁混凝土必须捣固密实,以确保桩孔开挖施工安全。
   5、拆模施工:待护壁混凝土强度达到设计强度的75%时即可进行拆模施工。
   6、开挖下一节:模版拆除后即进行下一节的开挖,如此循环开挖。
   7、桩身钢筋:根据设计图纸将钢筋下料制作成型,待准备灌注前用葫芦吊将钢筋笼吊入孔内,将制作好的钢筋笼安放至孔底,安装就位。
   8、灌注桩身混凝土:在混凝土灌注前首先检查桩孔净空钢筋,合格后抽干孔内积水,清除孔底松渣,按好漏斗,搭接好串筒,即可灌注混凝土。
   三、挖孔灌注桩的设计
   挖孔灌注桩在设计时要满足一是桩间土体在下滑力作业下,不能从桩间挤出去,通过控制桩间的距离来进行控制,处理措施通常为采用桩间钢筋混泥土挡土板和桩间浆砌片石挡土墙两种;二是桩后土体在下滑力作用下不能产生新滑面自桩顶滑出,要进行越顶检算,通过桩高来控制;三是桩身要有足够的稳定性,在下滑力的作用下不会倾覆,通过锚固桩深度来控制;四是桩身要有足够的强度,在下滑力的作用下不会破坏,通过对桩进行配筋来满足。
   挖孔灌注桩的长度与滑坡体滑面的埋置深度有关。滑面是桩设计的锚固点,桩的锚固深度大于或等于桩长的1/3,因此在桩设计过程中确定滑坡体滑面的准确位置是非常重要的。
   挖孔灌注桩通常设为C25钢筋(钢轨)混凝土。
   四、挖孔异常的处理
   在挖孔灌注桩成孔时,因地理位置不同,地质条件也会不同,会遇到很多问题,这就需要根据不同的地质条件来制定相应的技术处理措施。
   1、孔壁渗漏水的处理
   如果渗水过多,可在桩身混凝土浇注前采用防水材料封闭渗漏部位。对于出水量较大的孔可用木楔打入,周围再用防水材料封闭,或在集中漏水部分嵌入泄水管,装上阀门,在施工桩孔时打开阀门让水流出,浇注桩身混凝土时,再关闭。如场地容许,开挖前可布置管井或輕型井点降水;如周围环境不容许降水的情况下,可选用压浆法在场地周围形成止水帷幕隔水,以便施工。
   2、流沙的处理
   (1)流沙情况较轻时。
   有效的方法是缩短这一循环的开挖深度,将正常的1m左右一段,缩短为0.5m,以减少开挖层孔壁的暴露时间,及时进行护壁混凝土灌注。当孔壁塌落,有泥砂流入而不能形成桩孔时,可用钢筋插入上部护壁外侧再用纺织袋土逐渐堆堵,形成桩孔的外壁,并控制保证内壁满足设计要求。即可灌注护壁混凝土。
   (2)流砂情况较严重时。
   常用的办法是下钢套筒,钢套筒与护壁用的钢模板相似,以孔外径为直径,可分成4~6段圆弧,再加上适当的肋条,相互用螺栓或钢筋环扣连接。在开挖0.5m左右,即可分片将套筒装入,深入孔底不少于0.2m,插入上不混凝土护壁外侧不小于0.5m,套筒装入后即支模浇注护壁混凝土;若放入套筒后流砂仍上涌,可采取突击挖出后即用混凝土封闭孔底的方法,待混凝土凝结后,将孔心部位的混凝土清凿以形成桩孔,继续向下开挖。
   3、淤泥质软弱土层的处理
   在遇到淤泥质等软弱土层时,一般可用方木、木板支挡,并要缩短这一段的开挖深度,并及时浇注混凝土护壁。支挡的方木及木板要沿周边打入底部不少于0.2m深,上部嵌入上段已浇好的混凝土护壁后面,可斜向放置,双排布置反向交叉,能达到很好的支挡效果。
   4、坍孔处理
   挖孔过程中发生坦孔现象时,可采用双液注浆工艺在已完成的混凝土护壁四周的最下段钻孔,使孔位倾斜至下层护壁以外45度,打入25mm长2m注浆管,压力浇注水泥浆,使下部土壤硬化,提高周围及底部土壤的不透水性,逐层向下循环施工,然后清坍。
   五、挖孔灌注桩的工程质量
   挖孔桩要正常发挥其功能,施工质量必须满足要求,如挖孔桩要有足够的锚固深度;几何尺寸及垂直度需符合设计要求;为确保开挖安全,挖孔桩护壁质量及工艺必需满足施工要求;桩身钢筋必需要有足够的保护层厚度;强度必需符合设计要求。因此应从以下几方面考虑:
   1、 测量放线
   施工前对挖孔桩进行准确测量放线,并设置护桩,以便在孔开挖过程中及时进行校核。每节桩孔护壁做好以后都要检查桩位(中心)轴线、标高,必须保证桩孔轴线位置、标高、截面尺寸满足设计要求。
   2、材料控制
   根据挖孔灌注桩设计文件,对挖孔桩工程所需的原材料(钢材、水泥、砂、碎石等)进行调查及选择,所有原材料必须满足设计文件的要求。挖孔桩所有原材料进场前必须进行试验及检验,合格后方能进场使用,同时根据设计文件要求的混凝土的标号作好配合比的设计工作。
   3、钢筋笼的制作
   钢筋的制作及绑扎严格按设计及规范进行制作。桩身钢筋在定位安装绑扎时,需在主筋后面设置混凝土垫块,以确保其有足够的保护层厚度;桩身钢筋在对接时,同一截面钢筋接头不能大于50%,钢筋的焊接质量及搭接长度必需符合规范要求。
   4、混凝土灌注
   混凝土的拌制严格按实验室的配合比进行;混凝土的捣固采用插入式振捣器进行,采用快插慢抽、先周边后中间的方法进行捣固,确保混凝土的捣固质量。
   5、 终孔清底、质量检查
   桩孔挖至设计深度,检查土质情况,桩底应支承在设计规定的持力层上。桩底抽干渗水后用桩身同标号砂浆淌底。用尺竿检查桩孔的直径及井壁圆弧度,修整孔壁,使上下垂直平顺。
   五、施工安全管理
   挖孔桩施工属危险作业,可能出现的情况有水灌孔,塌孔,坠落、缺氧窒息等等,因此在施工过程中要做好以下安全措施:
   1、设置专职安全员,必须逐孔全面检查各项施工周边工作,严格作好安全监护,作好安全技术交底,使安全管理在思想、组织、措施上得到落实;
   2、桩孔开挖应交错进行,桩孔成型后即时报检浇注桩身混凝土;
   3、挖孔施工人员应经专业安全培训考核,应自觉遵章守纪,严格按规定作业;
   4、挖孔、起吊、护壁、余渣运输等所使用的一切设备、设施、安全装置、工具、配件、材料和个人劳动防护用品等,必须经常检查,作好管、用、养、修、换,确保完好率和使用安全度;
   5、每次下孔作业前必须先通风,作业过程中必须保持机械通风,为确保通风和连续性生产,挖孔施工必须备用柴油发电机应急;
   6、在孔内上下递物和工具时,严禁抛掷和下扔,必须严格用吊索系牢;
   7、成孔或作业下班后,必须在孔的周围设不低于80cm高的护栏或盖孔口板;
   8、下孔人员必须戴安全帽和系安全带,安全带扣绳由孔上人员负责随作业面往下松长。上、下孔必需使用软爬梯、严禁用手脚爬踩孔壁或乘吊渣籃上下;
   9、 桩孔照明桩孔照明采用36V低压照明,为保证用电安全,在灯泡外设置钢丝网护照。
  总之,挖孔灌注桩施工技术因其自身的特点,即安全、稳定、可靠、布置灵活、工期短、抢修快、造价低、人员、物资应用相对较少,不仅可以很好的解决以上两类问题,而且可以应用于其他领域,如在公路路基滑坡的预防方面,抢险方面,在房屋建筑处理深挖方基坑边坡稳定方面,大型设备不能到达的地方,都可采用挖孔灌注桩,我相信都能起到独特的作用。
  
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