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冲击钻在穿越厚卵石层桥梁桩基中的应用研究

2020-06-21潘玉洁

西部交通科技 2020年2期
关键词:桩基施工应用

摘要:文章以某桥梁桥桩基施工为例,结合对桥址区的水文、气象以及地质条件的综合分析,指出了桩基施工过程中的主要施工难点,并提出了采用冲击钻方法穿越厚卵石层以及采用防腐蚀性的C35高性能海工混凝土灌注桩基的施工方案。实践证明,冲击钻方法可高效穿越厚卵石层,并保障桩基的稳定性,可为类似冲击钻穿越厚卵石层桩基施工提供借鉴和参考。

关键词:桩基施工;冲击钻;厚卵石层;应用

0 引言

近年来,随着桥梁工程的快速发展,跨江跨河桥梁越来越多,而桩基础施工质量是决定成桥后桥梁整体稳定性的关键步骤[1]。冲击钻钻孔桩技术因具有施工效率高、适用性强等特点,逐渐在桥梁桩基工程中得到广泛应用,但在实践过程中受到多种因素的影响,仍然会出现卡钻、塌孔以及断桩现象,因此进一步研究冲击钻技术对于提升桩基质量具有重要意义[2]。

目前,国内外对冲击钻施工技术展开了大量研究。刘峥[3]概述了在地质复杂的岩溶区域采用冲击钻的施工技艺,在保证顺利成孔且控制混凝土超方的同时,保证孔壁稳定、孔桩垂直,防止出现卡钻等现象。毛奎等[4]验证了旋挖钻配合冲击钻接力复合成孔施工技术可有效避免单一钻孔工艺在不同地层施工的技术难题,能有效提高施工效率,缩短工期,降低施工风险。 黎欣兴等[5]介绍了桥梁基础的施工方案及施工前的准备工作和施工中可能出现事故的原因及处理措施,并针对当施工处在岩溶地质及流沙层地质时应注意的事项进行了简要论述。 钱华伟[6]证明了冲击钻能有效克服回旋钻施工中的问题,为类似深水嵌岩桩冲击钻施工提供可借鉴的经验。冲击钻施工技术受地质条件的影响较大,不同地区地质结构具有一定差异性,以上主要是针对岩溶地质、流沙层地质以及深水嵌岩施工展开的研究,而关于含卵石层地质的研究相对较少。基于此,本文针对桩基施工中冲击钻穿越厚卵石层的施工难点、钻孔步骤以及质量控制等问题进行了阐述,结合实际工程证明了冲击钻方法可高效穿越厚卵石层,并保障桩基的稳定性。

1 工程概括

1.1 桥梁简介

某大桥左桥中心桩号为K86+861.250,右桥中心桩号为K86+862.250,上部结构采用先简支后连续T梁,左[JP+1]桥全长536.5 m,右桥全长534.5 m,下部构造采用柱式墩配桩基础。左右桥1#~7#/10#~14#桥墩桩基础直径为1.8 m,其中左右桥4#~7#桥墩桩基础位于溪流内,左右桥8#~9#和濂坑台桥墩桩基础直径为1.3 m,全桥共布置桩基108根。跨河段4#~5#桥墩基础及平台纵断面如图1所示。

1.2 水文、地质条件

桥梁跨越河流,河宽约80~100 m,水深约1~7 m(受潮汐影响)。根据地质调查和钻孔揭示,场地表层多分布有杂填土,第四系冲海积层,下伏基岩为燕山早期花岗岩及其风化層,卵石层厚约20 m,杂色、中密、饱和,以碎石为主,含量约50%~60%,碎石粒径在4~12 cm,母岩为凝灰熔岩,磨圆度差,呈棱角状为主,强~中等风化,其间由黏性土、砂、角砾充填。当地多年平均气温为19.0 °C,最冷的月份1月份平均气温为9.8 °C,最热的月份7月份平均气温为28.8 °C。多年平均降水量为2 038.6 mm,3~9月份为多雨季节,占年降水总量的80.2%,10月份到次年2月份为相对的干季,占年降水总量的19.8%。

2 施工方案

2.1 施工难点

根据对当地水文、地质条件的分析,以及结合《公路工程地质勘察规范》(JTG C20-2011) 附录K的判定,该桥在进行桩基础施工时存在以下难点:

(1)主桥桩基础最长施工长度达47 m,施工难度大,风险较高,对钻孔设备要求较高。

(2)钻孔过程需穿越淤泥层和约20 m厚的卵石层,发生漏浆和塌孔几率较高。

(3)3~9月份为多雨季节,降水量较大,桩基混凝土浇筑容易出现问题。

(4)地表水和地下水对混凝土均具有一定腐蚀性,影响桩基结构强度。

2.2 施工设计

考虑到当地卵石层较厚,且表面覆盖淤泥层,为减小桩基础施工过程中发生漏浆和塌孔的几率,桩基施工采用冲击钻方法,选择型号为CZ-30-1的冲击钻进行成孔作业。在大桥的建设中,考虑到海水的弱腐蚀性,桩基采用C35海工高性能混凝土灌注,以确保混凝土结构使用寿命达到100年。

3 施工准备

3.1 场地整理

设置工作平台和进场通道,安装设备及水电连接等。严格遵守文明施工管理要求,现场实行封闭管理。作业现场应设置工棚、安全设施、标志、标识牌等。

3.2 测量定位

根据设计图提供的控制点,利用坐标法放出桩位中心点,并测出地面及工作平台标高。桩位轴线设十字护桩进行保护。通过使用全站仪进行逐桩定位,经正确评审后,报请监理工程师检查,护筒只能在报验合格后才能埋设。桩位测量定位示意见图2。

3.3 钢护筒制造及埋设

护筒采用12 mm厚钢板卷制而成,焊接必须坚实,不漏水。大桥的左右桥1#~7#/10#~14#桥墩桩基直径为1.8 m,左右桥8#~9#和濂坑台桥墩桩基直径为1.3 m,钢护筒内径大于桩径20 cm。4#~7#桥墩基础护筒外设钢套箱辅助系梁、桥墩施工。钢护筒的沉放精度需满足如下要求:平面位置允许偏差为±5 cm,倾斜度为≤1/100 。

3.4 泥浆制备与排放

泥浆为自产,如果黏度和比重不符合要求,可以添加塑性指数>25的黏土。钻孔时泥浆比重约为1.2左右,含砂率≤4%,黏度为16~22 Pa·s。在钻孔时,泥浆要始终高于外部水位或地下水位。泥浆处理主要采取集中沉淀干燥后外运的方式。根据现场情况沿主线外边每2排桩位间隔设置(6×6×1.5) m泥浆池。泥浆池满后用挖掘机将干燥淤泥挖装至自卸汽车上,自卸汽车带盖封闭,运输车及时外运至指定排放点,途中不得有撒漏。

4 施工过程

4.1 钻孔

钻进时应先将泥浆灌注入孔内,并根据土层情况确定泥浆的相对密度等指标。如果孔内有水,可以直接放入黏土,冲击钻可用小冲程来反复冲击造浆。在开孔和整个钻进过程中,应始终保持钻孔内水位高出地下水位(河中水位)1.5~2.0 m,应低于护筒顶部0.3 m,以防止溢流。地下水位表面为护筒底部2~4 m,一般较松散,应仔细施工。一般来说,细粒土层可用浓泥浆、小冲程和高频率反复冲击,使孔壁不塌不漏。开孔或钻进卵石夹土等疏散层时,可将黏土和小片石(粒径≤15 cm)按1∶1投入,并以小冲程反复冲击将泥膏和片石挤入孔壁,必要时重复回填重复冲击2~3次。

4.2 一次清孔

钻孔达到设计标高后需经建设单位、设计单位、勘察单位、监理单位确认后才能进行清孔。当泥浆指标、沉渣厚度等均符合规范要求并报监理工程师批准后,即可提钻、移钻,做好吊装钢筋笼及导管安装的准备。一次清孔偏差指标见表1。

4.3 钢筋笼制作及吊放

钢筋加工及安装应严格按照《实施性施工组织设计》及《福建省普通公路施工标准化指南(桥梁)》等相关文件执行并进行细化,不能降低要求。钢筋焊接施工前应进行可焊性试验,机械连接接头施工前应进行型式检验,合格后方可大面积施工。钢筋笼的制作和吊放的允许偏差指标见表2。

4.4 导管安装

导管放置前,施工技术人员应根据孔深事先制定导管的长度组合计划,并逐节检查是否有障碍物,管壁是否有孔洞,接口胶垫是否有破损等。混凝土灌注导管为300 mm、标准节长2.5 m的快速卡口导管,并配备2~3节1 m左右的短节。安装前做强度试验及水密性试验,安装过程中不得触碰钢筋笼,导管安装完成后距孔底0.5 m,并进行排气。

4.5 二次清孔

安装导管后再进行一次深度测量。如沉渣厚度大于设计要求时(端承桩≤5 cm),需要进行二次清孔。二次清孔完毕后测量孔深,并检测泥浆指标,当沉渣厚度、泥浆指标等均满足规范要求并报监理工程师批准后,方可进行混凝土灌注。

4.6 超声波检测管预埋

超声波检测管底部用钢板封堵,接头采用液压连接,超声波检测管顶面高出桩顶标高100 cm。检测管应灌水、密封,施工时注意不能将杂物落入检测管中。按设计要求,大桥所有桩基均需设置超声波检测管。

4.7 水下混凝土施工

混凝土初灌时采用拔球法。桩基混凝土经泵送,不断地通过集料斗、浇筑料斗及导管灌注至孔内。对于运至灌注点的混凝土,必须检查其均匀性和坍落度,若不符合要求必须进行二次拌和,仍不符合要求的不得使用。检查钢筋笼标高、孔深、孔底沉渣厚度和泥浆指标(比重、黏度、含砂率),在水下混凝土灌注前,检查是否有塌孔现象,符合要求后即可开盘灌注。为了防止集料堵塞球堵塞导管,应先向灌注斗内加一盘不低于水下混凝土标号的水泥砂浆,然后继续灌注混凝土。

4.8 破桩头施工

在灌注结束,待混凝土強度达到设计强度的70%以上后再凿除桩头,并报请经批准的检测部门对桩身质量进行检测。桩头破除应根据承台或系梁底高程,破除高出的部分。在破除桩头时,还应重点保护钢筋的保护层,特别是断除桩头时,应把钢筋扒开,用吊车把桩头吊开,禁止用挖掘机扒开桩头。

5 施工质量控制

为保证施工质量,对所有桩基进行无破损检测,桩基检测委托第三方检测。对检测结果有缺陷的桩,进行钻芯检验,如发现夹层断桩、混凝土离析、空洞等问题,可对其进行加固处理。经设计代表及监理工程师同意,且待水泥浆硬化后,再钻孔取芯检查补强效果。若钻芯仍存在重大质量问题,则进行加桩处理。钻孔灌注桩质量检验结果保证I类桩≥95%,检测出现Ⅲ类桩时,则应在原桩位冲孔恢复或进行加桩处理。桩基施工过程中应遵循以下原则:

(1)本项目所有工序均应报监理工程师验收,合格并签认且批准后方可进行下道工序施工;

(2)钻孔桩成孔后,必须对孔深、垂直度、孔径和沉淀层厚度等进行测量,以确保满足设计要求;

(3)施工现场周围应从排水沟、集水井、桩孔中抽出积水,经沉淀后,符合环保要求才能排入下水道;

(4)根据施工图纸准确放线,放出桩位中心线和桩径,并认真进行技术复核,通过有关部门办理签证手续,才能开挖桩身土方;

(5)在挖桩前,必须在桩中心位置向桩的四边引出四个桩心控制点,用牢固的木桩标定;

(6)施工现场技术负责人和施工员应在施工前进行全面检查以及安全教育等工作;

(7)由专人负责记录桩孔的垂直中心线、轴线、桩径、桩长和基岩土质等数据;

(8)护壁模板分节的高度视土质情况而定,一般可用50~2500 px;

(9)现场制作的钢筋笼,应执行有关规范要求。

6 结语

本文以某大桥桩基施工为例,结合对桥址区的水文、气象以及地质条件的综合分析,指出了桩基施工过程中的主要施工难点,并提出了采用冲击钻方法穿越厚卵石层,以及采用防腐蚀性的C35高性能海工混凝土灌注桩基的施工方案。同时,详细介绍了冲击钻施工的工艺流程,并针对施工过程中的注意事项和质量控制提出了要求。实践证明,冲击钻方法可高效穿越厚卵石层,并保障桩基的稳定性,可为类似冲击钻穿越厚卵石层桩基施工提供借鉴和参考。

参考文献:

[1]王 波,李 吉,侯振斌,等.岩溶地区“人工+冲击钻”式深桩成孔施工技术[J].施工技术,2018,47(S4):75-79.

[2]王金帅.冲击钻自动化施工技术要点分析[J].科学技术创新,2019(15):102-103.

[3]刘 峥.冲击钻在岩溶地区的应用[J].现代物业(中旬刊),2018(7):206.

[4]毛 奎,王昌喜.嘉鱼长江公路大桥超长桩旋挖钻配合冲击钻复合成孔技术[J].中外公路,2018,38(3):199-204.

[5]黎欣兴,熊 凯.冲击钻钻孔桩在桥梁基础施工中的应用[J].交通世界,2017(36):104-105,109.

[6]钱华伟.深水嵌岩桩冲击钻施工技术[J].筑路机械与施工机械化,2017,34(9):93-97.

作者简介:潘玉洁(1981—),工程师,主要从事广西公路路网工程研究工作。

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