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      大跨徑橋梁鉆孔樁施工淺析

      2014-03-27 20:00:54張紹敏彭心強(qiáng)
      城市道橋與防洪 2014年8期
      關(guān)鍵詞:主筋鉆機(jī)鉆頭

      張紹敏,彭心強(qiáng)

      (開封市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南開封 475000)

      1 工程概況

      鄭州市中心區(qū)鐵路跨線橋工程0~5號(hào)墩設(shè)計(jì)為雙塔單索面三跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,跨度為106m+248m+106m,全長(zhǎng)460m。2號(hào)和3號(hào)主墩設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)分別為95m和98m。每個(gè)主墩共設(shè)29根φ180 cm鉆孔樁,設(shè)計(jì)樁頂承載力為16 500 kN。

      交界墩及輔助墩采用獨(dú)柱獨(dú)樁的結(jié)構(gòu)型式,每個(gè)墩由3個(gè)獨(dú)立的混凝土立柱組成,矩形柱通過承臺(tái)連接兩個(gè)φ180 cm的圓形鉆孔樁。交界墩設(shè)計(jì)樁頂承載力為7 000 kN,輔助墩設(shè)計(jì)樁頂承載力為5 500 kN。

      2 鉆孔樁施工方案

      2.1 概述

      鉆孔樁采用就地平整場(chǎng)地法利用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔,垂直導(dǎo)管法灌注樁身混凝土。鉆孔樁泥漿采用優(yōu)質(zhì)泥漿,在場(chǎng)地外側(cè)集中拌制通過泥漿管路輸送至孔位處使用,鉆渣采用泥漿處理器處理后,按要求運(yùn)至場(chǎng)外指定地點(diǎn)棄放。鋼筋籠在北環(huán)外2 km處的鋼筋籠加工車間集中加工,平板運(yùn)輸車倒運(yùn)至工地。樁施工時(shí)利用35 t汽車吊機(jī)配合作業(yè),其工作內(nèi)容包括護(hù)筒設(shè)置、吊裝鉆具、下鋼筋籠、水封混凝土配合等。

      2.2 測(cè)量放線

      對(duì)全橋控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)核測(cè)量,確保其精度準(zhǔn)確無(wú)誤。測(cè)放樁基中心線,并打樁劃線標(biāo)明。測(cè)量原始地面標(biāo)高,計(jì)算鉆孔深度。

      2.3 護(hù)筒埋設(shè)

      在護(hù)筒埋設(shè)前,在樁基施工區(qū)承臺(tái)施工范圍先行開挖探溝,探溝深度不小于3 m,查明可能影響施工的地下管線。確定無(wú)礙后,再行人工挖埋護(hù)筒。

      2.4 鉆孔

      將孔位處地表整平,抄墊枕木,在枕木上吊裝就位鉆機(jī),對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行檢查,鉆機(jī)塔架中心、鉆頭中心與孔位中心三點(diǎn)應(yīng)在一條鉛垂線上,符合要求后對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行固定,確保鉆孔過程中鉆機(jī)不移位。

      測(cè)量鉆機(jī)平臺(tái)頂面標(biāo)高(終孔前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)高復(fù)測(cè)),用于控制鉆孔進(jìn)度。鉆孔按擬定的鉆孔順序跳孔鉆進(jìn),在護(hù)筒上做好順橋和橫橋向“十”字線,測(cè)量各護(hù)筒頂口標(biāo)高,并用油漆作好標(biāo)記,用于檢查井孔孔徑與垂直度。

      鉆頭直徑應(yīng)選用小于設(shè)計(jì)樁徑2 cm,減少擴(kuò)孔系數(shù)在0.7以內(nèi)[1]。

      在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)開挖泥漿池,泥漿池容量不小于1.5倍的樁基體積,在開鉆時(shí)首先在孔內(nèi)投入一定量的黏土,當(dāng)泥漿量大于孔排碴量的1.5~2倍時(shí),開始鉆進(jìn)。開始鉆進(jìn)時(shí),先啟動(dòng)砂石泵,待形成正常反循環(huán)后,開動(dòng)鉆機(jī)慢速回轉(zhuǎn)造漿??刂沏@進(jìn)速度,且應(yīng)經(jīng)常檢查泥漿指標(biāo) (泥漿比重不得小于1.3,黏度20 s),保證護(hù)壁質(zhì)量,確保不塌孔。在鉆進(jìn)過程中經(jīng)常檢查鉆機(jī),確保鉆機(jī)塔架中心、鉆頭中心與孔位中心三點(diǎn)在一條鉛垂線上。

      根據(jù)砂石泵的排量情況或出水中含鉆渣量,控制給進(jìn)速度,防止因循環(huán)液密度太大或管道堵塞而中斷反循環(huán)。鉆孔過程中,始終采用減壓鉆進(jìn),鉆具的主吊鉤始終承受部分鉆具的重量,使鉆桿始終在受拉狀態(tài)下進(jìn)行工作,鉆壓最大不超過鉆具扣除浮力后總重力的80%。以避免或減少斜孔、彎孔和擴(kuò)孔現(xiàn)象。鉆進(jìn)過程中,采用有效措施保證鉆機(jī)牢固穩(wěn)定,位置準(zhǔn)確,防止鉆機(jī)因振動(dòng)移位,確保不偏孔。鉆孔達(dá)到要求深度后,檢查成孔質(zhì)量,符合要求后,立即進(jìn)行清孔工作。加接鉆桿時(shí)應(yīng)先停止進(jìn)尺,將鉆具提離孔底1 m左右,維持沖洗液循環(huán)5 min左右,以清洗孔底,并將管道內(nèi)的鉆渣攜出排凈,然后停泵加接鉆桿。

      2.5 清孔與終孔檢查

      達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后繼續(xù)鉆進(jìn),超鉆約50 mm以上(不能代替清孔),并及時(shí)測(cè)量記錄孔底標(biāo)高。隨后采用反循環(huán)對(duì)孔底清孔不少于15 min,并使泥漿指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,比重為1.05~1.15,黏度16~22 s,pH為 8~10,含砂率小于 4%。

      2.6 鋼筋籠制安

      (1)鋼筋籠加工

      加工場(chǎng)地采用道木抄墊,鋼筋離地約0.3 m,且頂面要求抄平,確保鋼筋籠加工時(shí)順直?,F(xiàn)場(chǎng)設(shè)鋼筋籠臨時(shí)存放場(chǎng)地,備用2~3套樁基鋼筋籠,存放場(chǎng)地同樣采用道木抄墊。

      鋼筋籠加工時(shí)先按整節(jié)加工,預(yù)先將主筋滾絲并單根連接,然后再上胎具加工成型。鋼筋籠制造時(shí)確保骨架不變形,接頭相互錯(cuò)開,使鋼筋骨架同一截面處接頭數(shù)量不超過鋼筋總數(shù)量的50%。

      整節(jié)加工成型并檢查合格后,將中間接頭直螺紋松開,將鋼筋籠分成兩節(jié),并對(duì)同一主筋兩個(gè)接頭做好標(biāo)記,便于現(xiàn)場(chǎng)同一編號(hào)鋼筋對(duì)接。將鋼筋籠移走存放,并對(duì)鋼筋籠進(jìn)行編號(hào)。

      鋼筋籠箍筋與主筋間采用點(diǎn)焊,加勁箍與主筋間要焊牢,尤其是鋼筋籠頂部應(yīng)設(shè)專門的吊耳,吊耳與主筋單面焊接。焊接過程中不得咬傷主筋。

      鋼筋籠加工時(shí)重點(diǎn)要保證鋼筋間距、主筋順直,確保質(zhì)量。

      (2)鋼筋骨架安裝

      鉆孔樁的鋼筋籠在車間分段制作,運(yùn)輸?shù)綐段惶?,用Q=35 t汽車吊機(jī)起吊安裝。

      鋼筋骨架入孔使用吊機(jī)下放。吊裝時(shí)要采用專用的型鋼扁擔(dān),防止鋼絲繩的水平分力使鋼筋籠變形。

      鋼筋籠下放前,在孔口護(hù)圈上設(shè)兩根分配梁,并保證頂面水平,以便于鋼筋籠對(duì)接。

      鋼筋籠對(duì)接時(shí)采用分配梁對(duì)底節(jié)鋼筋籠打梢時(shí),要確保底節(jié)鋼筋籠與加勁箍連接牢固,否則應(yīng)在底節(jié)鋼筋籠頂端設(shè)專門的打梢吊耳。

      下放鋼筋籠時(shí),應(yīng)對(duì)準(zhǔn)鉆孔樁中心線緩慢下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高,同時(shí)防止碰撞孔壁。

      鋼筋籠下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高,應(yīng)在孔口設(shè)分配梁,并與主筋之間可靠連接,確保鋼筋籠位于設(shè)計(jì)位置。

      為確保鋼筋籠居中,除在籠身周邊加焊耳筋外,對(duì)孔口鋼筋籠加設(shè)加強(qiáng)箍,并與護(hù)壁周邊加焊鋼筋柱腳頂緊,確保其位置準(zhǔn)確。

      2.7 水下混凝土澆筑

      鋼筋籠下放完畢后,檢查泥漿指標(biāo)和孔底沉渣厚度,若超過規(guī)范要求,進(jìn)行二次清孔。經(jīng)檢驗(yàn)合格后,方能進(jìn)行水下混凝土灌注。

      (1)導(dǎo)管試驗(yàn)

      混凝土澆筑采用φ300導(dǎo)管按水下混凝土澆注要求進(jìn)行施工。施工前按規(guī)范要求進(jìn)行水密試驗(yàn)并按試驗(yàn)順序編號(hào)。

      (2)水封設(shè)備安裝

      按試驗(yàn)順序編號(hào)并逐節(jié)接長(zhǎng)導(dǎo)管并下放至距孔底約0.45×d(d為導(dǎo)管內(nèi)徑)為止??卓谠O(shè)分配梁與導(dǎo)管夾箍,將導(dǎo)管固定牢固。

      在導(dǎo)管頂口安裝混凝土漏斗。

      (3)鉆孔樁采用商品混凝土,用混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送混凝土至工地,在墩旁設(shè)一臺(tái)混凝土泵車直接對(duì)漏斗下料,下料過程連續(xù),確?;炷裂吐駥?dǎo)管底口。

      在澆筑過程中,邊澆筑混凝土邊拆除導(dǎo)管,保證在整個(gè)澆筑過程中導(dǎo)管埋深在2~6 m。確保混凝土質(zhì)量。在澆筑樁身時(shí),控制澆筑速度,防止鋼筋籠上浮。

      混凝土澆筑時(shí),對(duì)商品混凝土采取駐廠、運(yùn)輸過程、施工現(xiàn)場(chǎng)綜合監(jiān)控,并隨機(jī)抽樣檢查,確保商品混凝土質(zhì)量合格。

      3 鉆孔樁施工常見事故及處理辦法

      3.1 坍孔

      坍孔的表征是孔內(nèi)水位突然下降,孔口冒細(xì)密的水泡,出渣量顯著增加而不見進(jìn)尺,鉆機(jī)負(fù)荷顯著增加等。

      預(yù)防及處理原則:

      (1)保證鉆孔時(shí)泥漿的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

      (2)保證鉆孔時(shí)有足夠的水頭高度,在不同土層中選用不同的轉(zhuǎn)速。

      (3)起落鉆頭時(shí)對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心插入。

      (4)坍孔事故發(fā)生后,回填砂和黏土的混合物到坍孔處以上1~2m,待回填土層穩(wěn)定后重新鉆孔。

      3.2 鉆孔偏斜或縮孔

      預(yù)防和處理:

      (1)安裝鉆機(jī)時(shí)基礎(chǔ)密實(shí)穩(wěn)固,使底座水平,起重滑輪、鉆頭中心和孔位中心三者在一條豎直線上,并經(jīng)常檢查校正。

      (2)在有傾斜的軟硬地層鉆進(jìn)時(shí),采取不同的轉(zhuǎn)速交替鉆進(jìn)。

      (3)遇有斜孔、偏孔時(shí),用檢孔器檢查探明孔偏斜和縮孔的位置具體情況,在偏孔、縮孔處上下反復(fù)掃孔。偏孔、縮孔嚴(yán)重時(shí)回填砂黏土或片石重鉆。

      3.3 掉鉆

      (1)主要原因

      鉆進(jìn)時(shí)強(qiáng)提、疲勞破壞易使鉆頭掉入孔中,另外由于操作不當(dāng),也易使鐵件等雜物掉入孔內(nèi)。

      (2)預(yù)防和處理

      小鐵件可用電磁鐵打撈。鉆頭的打撈視具體情況而定,主要有采用打撈叉、打撈鉤、打撈活套、偏鉤和鉆錐平鉤等器具。

      在鉆孔過程中除以上幾種主要事故外,還須注意防止糊鉆、擴(kuò)孔、偏孔、卡鉆、鉆孔漏漿等。

      3.4 水下混凝土灌筑時(shí)導(dǎo)管進(jìn)水

      主要原因:首批混凝土儲(chǔ)量不足或?qū)Ч艿卓诰嗫椎组g距過大,混凝土下落后不能埋住導(dǎo)管底口以致泥水從底口進(jìn)入,此時(shí),將導(dǎo)管提出,將散落在孔底的混凝土拌合物用空氣吸泥機(jī)或抓斗清除,重新灌注。

      3.5 導(dǎo)管卡管

      灌筑過程中,混凝土在導(dǎo)管中下不去稱為卡管。

      處理辦法:視卡管的具體情況、位置選擇拔管、吸渣重灌或拔管、待其具有一定強(qiáng)度后重鉆等方法及時(shí)果斷地進(jìn)行處理。

      3.6 埋管

      導(dǎo)管無(wú)法拔出成為埋管。其原因是導(dǎo)管埋入混凝土過深,及時(shí)采取措施提升導(dǎo)管,控制埋深。

      3.7 水下混凝土灌注時(shí)坍孔

      發(fā)生坍孔后,查明原因采取相應(yīng)措施,如保持或加大水頭,排除震動(dòng)等防止繼續(xù)坍孔,然后用吸泥機(jī)吸除孔中礫土,如不繼續(xù)坍孔可恢復(fù)正常灌筑,如坍孔不停止、坍孔部位較深,宜將導(dǎo)管和鋼筋籠拔出。保存孔位回填黏土重鉆。

      4 結(jié)語(yǔ)

      鉆孔灌筑樁的工藝復(fù)雜,難度大,專業(yè)性強(qiáng),而且是隱蔽工程,每一道工序必須嚴(yán)格控制。首先,成孔的質(zhì)量控制是一個(gè)重要環(huán)節(jié);其次,鋼筋籠的質(zhì)量控制直接關(guān)系到樁是否具有足夠的承載力;最后,水下混凝土的灌筑是樁質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。只有掌握了以上要點(diǎn),并在施工中隨時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)才會(huì)取得更滿意的結(jié)果。

      [1]史佩棟.樁基工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1995.

      [2]徐光輝,胡明義.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)橋梁(上冊(cè))[M].北京:人民交通出版社,2001.

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