趙子江 ,陳 強(qiáng)
(1.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院,天津 300350;2.天津港航工程有限公司,天津 300457)
護(hù)岸工程是一種復(fù)雜的水工結(jié)構(gòu),該類工程需要加固河流岸坡或者沖積平原中的軟土地基,要求處理后的軟土有足夠的地基承載力,同時(shí)改善河岸邊坡軟土的剪切、滲透屬性指標(biāo),以滿足水工結(jié)構(gòu)抗滑移邊坡穩(wěn)定性[1-3]。在河流岸坡高水位線地區(qū)進(jìn)行樁基施工,常用的水下灌注樁施工工藝有振動(dòng)沉管法、泥漿護(hù)壁法和長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)連續(xù)鉆進(jìn)法[4]。沉管灌注樁由于擠土效應(yīng)使得孔壁松動(dòng),環(huán)保性能差,且進(jìn)入堅(jiān)硬土層比較困難,僅適用于松散的沙土地質(zhì)[5]。泥漿護(hù)壁工藝在環(huán)保、工效、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)等方面均存在一定的不足之處。長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁技術(shù)具有貫穿能力強(qiáng)、施工快速、對(duì)環(huán)境友好的特點(diǎn),是一種針對(duì)各類地質(zhì)條件具有廣泛適用性樁基施工工藝[6-7]。本文結(jié)合京杭運(yùn)河某基護(hù)岸工程,詳細(xì)闡述長(zhǎng)螺旋灌注樁施工工藝在軟土地區(qū)的應(yīng)用。
本工程為京杭運(yùn)河嘉興段護(hù)岸工程,起自浙江兩省交接處的鴨子壩,終于齊界橋處,航道總長(zhǎng)約42.76公里。承建的標(biāo)段(桐鄉(xiāng)段)建設(shè)規(guī)模為:建設(shè)里程9.74km,護(hù)岸總長(zhǎng)10.6km,改建橋梁一座以及服務(wù)區(qū)一處。其中3種結(jié)構(gòu)形的護(hù)岸(C型、D1型、D2型)采用鉆孔灌注樁作為地基處理的方式。C型護(hù)岸樁長(zhǎng)8m與12m,φ600mm,縱向間距3m(6m);D1型護(hù)岸樁長(zhǎng)16m與18m,φ800mm,縱向間距2.6m;D2型護(hù)岸樁長(zhǎng)16m,φ800mm,縱向間距2.6m。
擬建工程地處浙北平原區(qū),地勢(shì)低平開闊,河網(wǎng)密布,地面高程在1.0-4.0m之間(1985國(guó)家高程)。路線經(jīng)過(guò)地區(qū)田地、苗木地、魚塘,部分分布村莊、道路等。該區(qū)域土層為第四系欠固結(jié)沉積層,主要為沖湖相、海相、沖海相沉積層。根據(jù)部分鉆孔揭露,第四系松散沉積層厚度多在49.8-70.9m之間,包括上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)的地層。
與傳統(tǒng)的灌注樁施工工藝(正反循環(huán)鉆等)相比,長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工工藝具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):
(1)環(huán)保及文明施工
施工過(guò)程無(wú)需泥漿護(hù)壁,有效降低了對(duì)周邊環(huán)境造成的污染,提升了施工現(xiàn)場(chǎng)的整潔度;同時(shí)在施工中產(chǎn)生的噪音低,對(duì)附近區(qū)域影響較小。有利于文明施工及環(huán)境保護(hù)。
(2)較少的施工布置面積不污染周邊環(huán)境
施工前完成場(chǎng)地清平,不需水源、不受地下水位影響,對(duì)施工環(huán)境的要求較低。無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置泥漿池,可為灌注樁的順利施工創(chuàng)造良好的條件。
(3)單樁承載力較高、施工質(zhì)量保證
混凝土砂漿采用壓灌方式注入,與樁孔四周結(jié)合較為緊密;同時(shí)由于不使用護(hù)壁泥漿,無(wú)樁孔泥皮和孔底虛土,不易引發(fā)斷樁、縮徑、塌孔或地表隆起等現(xiàn)象。可以有效提升樁側(cè)阻力和樁端阻力。
將長(zhǎng)螺旋鉆頭鉆至設(shè)計(jì)深度,起鉆的時(shí)候,通過(guò)鉆桿的中心孔,以一定速率提升鉆桿,同時(shí)將混凝土泵送至樁底鉆孔中,灌注混凝土終止位置應(yīng)當(dāng)不低于設(shè)計(jì)標(biāo)高(壓灌混凝土到樁頂時(shí),灌入的混凝土要超出樁頂80cm,以保證樁頂混凝土強(qiáng)度),然后利用自重下沉法或采用振動(dòng)輔助將鋼籠沉至設(shè)計(jì)的樁底深度,混凝土灌注樁澆筑完成(見圖1)。
圖1 長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工流程
長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁成樁速度與常規(guī)工藝相比有顯著的提升,能夠大大提高施工效率。
以本項(xiàng)目施工的灌注樁為例(12m長(zhǎng),直徑600mm,超灌量為0.8m),單根樁的施工步驟主要由鉆孔、灌注混凝土、下插鋼筋籠組成,其中:鉆進(jìn)成孔時(shí)鉆桿速率約為1.5m/min;提升鉆桿、灌注混凝土?xí)r鉆桿速率約為0.8m/min;下插鋼筋籠的速率約為1.2m/min,這樣單根樁的施工時(shí)間約為40min,明顯優(yōu)于其他鉆孔灌注樁施工技術(shù)。
(1)混凝土采用預(yù)拌混凝土以滿足和易性和沁水性要求,初凝時(shí)間大于6小時(shí),塌落度控制在180-220mm?;炷翉?qiáng)度等級(jí)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。
(2)本項(xiàng)目配選用 PO42.5水泥,強(qiáng)度等級(jí)高于PO32.5質(zhì)量,具有出廠合格證明文件,檢測(cè)報(bào)告顯示符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定。
(3)選用含泥量小于3%的干凈的中砂作為水泥拌和料,選用含泥量小于2%、粒徑5-16mm的卵石或碎石,作為水泥拌和骨料。砂和碎石滿足JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》的規(guī)定。
(4)粉煤灰、外加劑質(zhì)量符合JGJ/T 233-2011《水泥土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》,摻量和種類根據(jù)施工季節(jié)通過(guò)配比試驗(yàn)確定。攪拌用水應(yīng)符合JGJ 63-2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。
(5)本項(xiàng)目采用的主筋及加強(qiáng)筋型號(hào)為HRB400,箍筋型號(hào)為HRB300,并有出廠合格證明文件,檢測(cè)報(bào)告顯示鋼筋品種、規(guī)格、性能滿足設(shè)計(jì)要求。
(1)根據(jù)工程所在場(chǎng)地地質(zhì)、水文條件、成孔直徑、深度要求選擇長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)型號(hào)。本項(xiàng)目選用樁機(jī)見圖2,主要參數(shù)見表1。
(2)灌注設(shè)備:混凝土輸送泵的輸送能力為50-60m3/h,采用內(nèi)徑大于150mm高壓軟管連接混凝土輸送泵與鉆機(jī)的中心鋼管。
(3)鋼筋籠加工設(shè)備:本項(xiàng)目設(shè)立了鋼筋加工場(chǎng)地,配備了鋼筋彎曲機(jī)、滾焊機(jī)、切割機(jī)等整套鋼筋加工設(shè)備。
(4)鋼筋籠植入設(shè)備:振動(dòng)錘、吊車等。
圖2 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)
表1 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)參數(shù)
3.3.1 鉆進(jìn)成孔
(1)鉆機(jī)就位后,調(diào)整機(jī)身垂直度使鉆塔垂直,保證樁位中心和鉆頭重合。
(2)開動(dòng)鉆機(jī)前,清理嵌套在鉆桿、鉆頭上的土塊、混凝土殘?jiān)?/p>
(3)開鉆時(shí),需關(guān)閉鉆頭閥門,以較慢的轉(zhuǎn)速與地面接觸,根據(jù)本項(xiàng)目土質(zhì)情況控制正常鉆進(jìn)速度為1.50m/min。
(4)鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中,不允許反轉(zhuǎn)或提升。如受施工因素影響確實(shí)需要反轉(zhuǎn)或提升操作,需將鉆頭提升至地面,對(duì)鉆尖須重新清洗方可繼續(xù)下鉆。
(5)及時(shí)清理鉆孔旋轉(zhuǎn)排出的土方,并統(tǒng)一堆放到指定地點(diǎn),避免對(duì)施工造成干擾。
(6)在鉆進(jìn)過(guò)程中,當(dāng)鉆頭受阻力太大無(wú)法旋轉(zhuǎn),應(yīng)立即斷電停止鉆進(jìn)。
(7)鉆孔時(shí)如鉆機(jī)固定裝置失效時(shí),停止鉆進(jìn)并查找原因,待排除障礙后恢復(fù)施工。
3.3.2 鋼筋籠下插
(1)放置鋼筋籠工序在混凝土灌注工序后進(jìn)行。
(2)筋籠頂部與振動(dòng)裝置應(yīng)進(jìn)行牢固連接。
(3)夾緊鋼筋籠后方可起吊。鋼筋籠下插時(shí)應(yīng)采用雙向線垂直度觀察法,確保鋼筋籠垂直度,鋼筋籠下部尖端對(duì)準(zhǔn)已樁位的中心。
(4)下插鋼筋籠時(shí),先利用振動(dòng)錘與鋼筋籠的自重緩慢下沉至最大深度,無(wú)法繼續(xù)下沉?xí)r開啟振動(dòng)錘輔助下沉,防止過(guò)早啟用振動(dòng)錘振動(dòng)導(dǎo)致中心偏差太大。鋼筋籠一次性連續(xù)下放。
(5)開槽及樁間土清理應(yīng)在成樁7天后待樁身強(qiáng)度滿足規(guī)范要求后進(jìn)行。
3.3.3 質(zhì)量檢測(cè)
灌注樁樁基檢測(cè)應(yīng)按照《港口工程樁基動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》(JTJ249-2001)的要求操作,所有的樁都進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)。鉆芯取樣應(yīng)在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行,取樣樁數(shù)量占總樁數(shù)的比例為3%。
長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工不易出現(xiàn)常規(guī)工藝容易出現(xiàn)的斷樁、縮徑、塌孔等質(zhì)量問(wèn)題,施工質(zhì)量較好。但長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工中也出現(xiàn)過(guò)一些質(zhì)量問(wèn)題,匯總?cè)缦隆?/p>
出現(xiàn)原因:
主要為場(chǎng)地不夠平整,樁機(jī)未能對(duì)中,或者地質(zhì)原因造成鉆桿跑偏等情況。
控制措施:
(1)施工前進(jìn)行場(chǎng)地整平,防止鉆機(jī)偏斜。
(2)鉆孔過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)鉆桿的垂直度。
出現(xiàn)原因:
樁布置太密、施工時(shí)候相鄰樁相互影響、樁周土被擠密造成鋼筋籠上浮。
控制措施:
(1)相鄰樁間距不超過(guò)1.3m時(shí)隔一個(gè)樁跳打施工,避免出現(xiàn)串孔現(xiàn)象。
(2)前一根樁樁身混凝土初凝完成后再進(jìn)行下一根樁施工,前一個(gè)樁的鋼筋籠不會(huì)上浮。
長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁因其工效高、成本低而在工程中應(yīng)用越來(lái)越多。本文結(jié)合京杭運(yùn)河某基護(hù)岸工程,總結(jié)了長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工現(xiàn)場(chǎng)難點(diǎn)并提出了解決方案,對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁施工的特點(diǎn)進(jìn)行了分析,可為相似地質(zhì)條件的項(xiàng)目提供參考。