氣舉反循環(huán)成槽法在汾河二壩攔河閘改造項(xiàng)目板樁施工中的應(yīng)用

李潤清

(山西省水利建筑工程局，太原 030006)

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氣舉反循環(huán)成槽法在汾河二壩攔河閘改造項(xiàng)目板樁施工中的應(yīng)用

李潤清

推廣應(yīng)用

(山西省水利建筑工程局，太原 030006)

地下混凝土板樁是一項(xiàng)質(zhì)量要求嚴(yán)格,施工工序繁多,并且需要在較短的時(shí)間內(nèi)不間斷完成一個(gè)墻段的地下隱蔽工程，文章結(jié)合汾河二壩攔河閘改造施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，對成功運(yùn)用氣舉反循環(huán)法成槽工藝施工地下混凝土板樁的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)不足，提高水平，改善工藝，以便指導(dǎo)今后類似工程的施工，提高工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度。

氣舉反循環(huán)；成槽；鋼筋混凝土板樁；工藝特點(diǎn)；施工方法

0 引 言

汾河二壩攔河閘是一座以灌溉為主的大(2)型水閘工程。該閘建于20世紀(jì)60年代末，目前工程整體老化、年久失修，損壞十分嚴(yán)重，防洪安全隱患問題突出。本次改造的主要內(nèi)容由舊閘加固改造、新擴(kuò)建4孔水閘等組成。新擴(kuò)建水閘的地基處理是工程的關(guān)鍵任務(wù)，本工程新增4孔水閘地基處理設(shè)計(jì)為碎石樁。鑒于汾河河道地質(zhì)條件的特殊性，鋼筋混凝土板樁施工成為了難點(diǎn)，而地下混凝土板樁的關(guān)鍵在于成槽，經(jīng)過研究討論、現(xiàn)場試驗(yàn)以及施工經(jīng)驗(yàn)，決定采用氣舉反循環(huán)法作為成槽工藝，該成槽工藝與以往抓斗成槽、沖擊鉆成槽、及回轉(zhuǎn)式成槽技術(shù)相比即保證了工程質(zhì)量，又降低了施工成本，還縮短了工期[1]。

1 工藝特點(diǎn)及適用范圍

1.1 工藝特點(diǎn)

近幾年氣舉反循環(huán)法成槽工藝日漸普及，與以往抓斗成槽、沖擊鉆成槽及回轉(zhuǎn)式成槽技術(shù)相比，該施工工藝有以下特點(diǎn)：

1)集成槽、制漿、清渣、洗槽于一體，成槽工效高，成本低，效益較顯著。

2)設(shè)備簡單輕巧，行走靈活方便。能保證成槽的垂直度且設(shè)備對槽壁的擾動(dòng)少，擴(kuò)孔系數(shù)較小，完成的槽壁光滑而且穩(wěn)定，可順利地吊放鋼筋籠，混凝土超量少[2]。

1.2 適用范圍

適用于軟黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂及小顆粒砂礫層等地質(zhì)條件。特別在周邊建筑物密集、施工場地狹窄，或鄰近重要建筑物處皆能安全而高效率地進(jìn)行施工，或在河道、山區(qū)、碼頭等地形比較險(xiǎn)峻的地方更能體現(xiàn)出它的優(yōu)點(diǎn)。本工程的地下混凝土板樁施工地處河道、地質(zhì)條件復(fù)雜、緊鄰舊閘、施工場地狹小，采用氣舉反循環(huán)法成槽工藝不失為一種很好的選擇[3]。

2 主要施工方法

2.1 施工準(zhǔn)備

1)根據(jù)施工需要，投入的成槽、灌注等機(jī)具設(shè)備必須經(jīng)過調(diào)試且處于完好狀態(tài)。

2)工程開工前，施工技術(shù)人員必須認(rèn)真熟悉圖紙，進(jìn)行圖紙會(huì)審和工程技術(shù)交底，認(rèn)真作好施工組織設(shè)計(jì)。

3)成槽前應(yīng)先進(jìn)行導(dǎo)墻施工，導(dǎo)墻開挖用機(jī)械開挖，人工修邊，導(dǎo)墻混凝土為C30。

4)廢棄泥漿需用污泥泵抽排到施工現(xiàn)場外，污泥泵抽排能力需滿足正常施工需要。

2.2 施工原理

1)工藝：采用導(dǎo)管氣舉反循環(huán)鉆機(jī)成槽工藝，該法又稱“氣舉反循環(huán)”法[4]。

2)工藝流程及現(xiàn)場施工圖如圖1～圖3所示：

圖1 地下混凝土板樁施工流程圖

圖2 成槽示意圖

圖3 成槽施工圖

2.3 施工順序

根據(jù)本工程的規(guī)模及進(jìn)度要求，投入1臺(tái)成槽機(jī)進(jìn)行施工，槽段劃分控制在5～6m，槽段過長對混凝土接頭連接不密實(shí)，易出現(xiàn)夾渣滲水現(xiàn)象。具體施工順序如圖4所示：

圖4 成槽施工順序圖

3 質(zhì)量控制

3.1 關(guān)鍵過程質(zhì)量控制

3.1.1 成槽控制

1)為了確保槽壁穩(wěn)定，在成槽過程中槽內(nèi)的泥漿液面距離槽口頂面高度<30cm。

2)軌道鋪設(shè)應(yīng)平整，以確保成槽、成孔臺(tái)車的穩(wěn)定性、垂直度。軌道用24/m輕軌，距地下混凝土板樁中心線兩邊1.25m鋪設(shè)兩道，軌道安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1，導(dǎo)墻及軌道安裝如圖5所示。

表1 軌道安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

圖5 導(dǎo)墻及軌道安裝示意圖

3)成槽、成孔結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行清底置換泥漿工作，清底置換泥漿應(yīng)認(rèn)真徹底，必要時(shí)須進(jìn)行二次清槽，置換后的泥漿比重應(yīng)1.1～1.2。

4)槽底沉渣清除工作非常關(guān)鍵，在泥漿置換的同時(shí)，應(yīng)利用噴導(dǎo)管沿槽底往返移動(dòng)，將沉積在槽底的沉渣噴出，清槽工作結(jié)束后槽底沉渣應(yīng)≤10cm。

3.1.2 鋼筋籠制作安放、檢驗(yàn)控制

1)施工所用鋼材進(jìn)場必須附有產(chǎn)品合格證及檢驗(yàn)報(bào)告，鋼材進(jìn)場后并需復(fù)檢，待試驗(yàn)結(jié)果合格后方可使用該批鋼材[5]。

2)鋼筋籠水平筋采用閃光對焊接頭，主筋采用雙面搭接焊連接，當(dāng)接頭數(shù)量達(dá)到規(guī)范送檢要求時(shí)，及時(shí)將連接件送試驗(yàn)中心做抗拉、抗彎試驗(yàn)，待試驗(yàn)結(jié)果合格后，該批對焊及錐螺紋連接鋼筋方可用于鋼筋籠制作。

3)焊接接頭應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，外觀檢查應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4)鋼筋骨架和網(wǎng)片的交叉部位采用點(diǎn)焊形式，焊接過程中不得出現(xiàn)咬肉現(xiàn)象，焊渣、焊瘤應(yīng)清除干凈。

5)鋼筋籠制作完成驗(yàn)收合格后開始安放，安放過程中必須豎直，下放速度要緩慢，以免擦傷已經(jīng)成型的槽壁，并嚴(yán)禁沖放鋼筋籠，以免使鋼筋籠變形[6]。

3.1.3 混凝土灌注

1)混凝土所用水泥、砂、石，必須送檢，經(jīng)試驗(yàn)合格后方可使用。

2)和易性、流動(dòng)性是澆注水下混凝土的關(guān)鍵，混凝土坍落度控制在18～22cm。

3)混凝土應(yīng)具有良好的流動(dòng)性、和易性，砂率≥40%，擴(kuò)散度在36～42cm，混凝土初凝時(shí)間應(yīng)控制在4h左右。

4)混凝土灌注過程中保持連續(xù)灌注且混凝土面均勻上升，混凝土灌注過程中工程技術(shù)人員應(yīng)經(jīng)常用測繩檢測灰面上升速度，通過計(jì)算(導(dǎo)管長度減混凝土面高度)確保埋管深度控制在1～6m。

3.1.4 鎖口管安放及拔出

1)鎖口管制作采用10mm壁厚、直徑800mm螺旋鋼管制作，長度14m。

2)鎖口管安放時(shí)應(yīng)垂直，本工程的鎖口管分兩節(jié)安裝，采用插隼式連接[7]。

3)起拔鎖口管應(yīng)嚴(yán)格控制時(shí)間，第一次拔動(dòng)時(shí)間是在混凝土灌注兩小時(shí)后拔動(dòng)，第一次拔出鎖口管的長度為10～20cm，第一次拔鎖口管時(shí)間過早，會(huì)使混凝土流到鎖口管內(nèi)，時(shí)間過晚，鎖口管不宜撥出，鎖口管有可能被埋在混凝土內(nèi)，第一次拔動(dòng)鎖口管后，每各20分鐘拔動(dòng)一次鎖口管，每次撥出鎖扣管長度不宜過長，應(yīng)控制在20cm左右，直至鎖口管全部拔出。

3.2 特殊過程質(zhì)量控制

3.2.1 施工泥漿

1)根據(jù)地質(zhì)情況，該工程部位主要由粉土、砂土、粉質(zhì)黏土組成，泥漿可用原土造漿法制造泥漿，所制泥漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表2所示：

表2 泥漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2)泥漿應(yīng)滿足成槽施工需要，比重控制在1.1～1.2。

3)現(xiàn)場應(yīng)準(zhǔn)備紅土及水泥，配制高比重泥漿，防止在成槽過程中遇見流砂，如果出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，應(yīng)立即注入高比重泥漿，通過加大靜水壓力，防止因流砂塌槽現(xiàn)象。

3.2.2 地下混凝土板樁成槽

成槽施工是地下混凝土板樁施工的關(guān)鍵工序，成槽好壞將直接影響混凝土板樁的施工質(zhì)量，所以，在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制各道工序。

1)軌道鋪設(shè)：軌道鋪設(shè)應(yīng)嚴(yán)格控制，必須采用儀器定位、找平，只有保證軌道鋪設(shè)的平整度，才能滿足成槽臺(tái)車的穩(wěn)定和槽壁的垂直度。

2)成槽后的槽深和槽寬等均應(yīng)滿足規(guī)范要求，具體如表3所示。

表3 成槽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3)在施工過程中應(yīng)當(dāng)對鉆頭、鉆具磨損情況仔細(xì)復(fù)核，如磨損嚴(yán)重或損傷應(yīng)及時(shí)更換。

4)成槽過程中泥漿應(yīng)該回收利用，通過渣斗沉淀后泥漿重復(fù)使用，待渣斗內(nèi)裝滿沉淀泥渣后，應(yīng)運(yùn)往指定地點(diǎn)傾倒。

5)成槽完成后要及時(shí)清底置換泥漿，利用氣舉反循環(huán)法將槽底漿渣混合物由噴導(dǎo)管噴出，清孔換漿結(jié)束后槽內(nèi)泥漿比重1.2～1.3之間，槽底沉淀物厚度需滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

6)如遇到局部塌槽現(xiàn)象，應(yīng)將泥漿的比重調(diào)大，從而使得靜水壓力增加，防止塌槽現(xiàn)象擴(kuò)大；如果嚴(yán)重塌槽應(yīng)采取回填黏土或土拌水泥，靜置一段時(shí)間后再重新成槽。

3.2.3 鋼筋籠制作與安放

1)鋼筋籠現(xiàn)場制作。根據(jù)施工圖紙要求下料、成型，水平筋采用閃光對焊，主筋采用雙面搭接焊連接。制作前應(yīng)先進(jìn)行場地平整。

2)鋼筋籠上應(yīng)焊有足量的保護(hù)板，保護(hù)板應(yīng)采用5mm厚的鋼板,布設(shè)間距為水平0.8m，豎向1.8m。

3)鋼筋籠制作過程中主筋與箍筋的間距控制應(yīng)滿足規(guī)范要求。

4)箍筋與主筋采用點(diǎn)焊連接，鋼筋焊接質(zhì)量必須滿足施工規(guī)范要求。

5)本工程的鋼筋籠長約9m，在運(yùn)輸及起吊過程易產(chǎn)生扭曲變形，所以鋼筋籠應(yīng)有足夠的剛度，為避免在運(yùn)輸和起吊過程中發(fā)生不可恢復(fù)變形，鋼筋籠采用吊車多點(diǎn)起吊，待鋼筋籠完全豎直后再緩緩安放入槽。

6)鋼筋籠安放入槽過程中為了避免擦傷槽壁，應(yīng)徐徐下放，并保持鋼筋籠豎直向下，安放過程中嚴(yán)禁強(qiáng)行下放鋼筋籠。

3.2.4 混凝土拌制及灌注

1)灌注混凝土采用直升雙導(dǎo)管法，根據(jù)鋼筋籠的排間距，選擇導(dǎo)管內(nèi)徑為φ250mm，為便于拆裝導(dǎo)管以及確保連接牢固，導(dǎo)管接口采用絲扣連接。

2)導(dǎo)管底部距孔底的距離應(yīng)≤25cm，切記應(yīng)向管內(nèi)放入排水膽。

3)混凝土灌注必須連續(xù)均勻，槽內(nèi)混凝土面上升速度不宜過快，應(yīng)控制在≥2m/h?；炷涟鍢豆嘧㈨敻叱虘?yīng)比設(shè)計(jì)高出50cm以上，以保證鑿除混凝土板樁頂部浮漿后，墻頂混凝土質(zhì)量仍然能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求[8]。

4 經(jīng)驗(yàn)與建議

1)在新回填區(qū)及易塌方地段，為確保槽壁穩(wěn)定，泥漿比重適當(dāng)增大，以防踏孔導(dǎo)致澆筑混凝土板樁的工程量加大。

2)由于每個(gè)水利工程都有它自身的特殊性，本工程位于河道上，砂層較厚，為防止砂子沉淀過快，導(dǎo)致槽壁塌方，混凝土澆注前應(yīng)適當(dāng)增大泥漿比重。

3)鎖口管起拔時(shí)為防止拔管過程中出現(xiàn)機(jī)械故障，在拔管架安放前應(yīng)對其機(jī)械性能進(jìn)行檢查。

5 結(jié) 論

氣舉反循環(huán)法成槽工藝澆筑混凝土板樁的工效高，在砂層較厚的河道上，具有質(zhì)量有保障、施工成本低、墻體整體性能好等特點(diǎn)，槽段接頭無夾泥現(xiàn)象，防滲效果十分理想。經(jīng)對比分析并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，采用氣舉反循環(huán)法成槽比傳統(tǒng)抓斗成槽、沖擊鉆成槽等技術(shù)降低成本35%，工期縮短約20%，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]徐琛琛.堤壩除險(xiǎn)加固的整澆切割混凝土面板護(hù)坡研究[D].長沙：長沙理工大學(xué),2012.

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[3]范紅英.黃土邊坡剝落病害機(jī)理及防治技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué),2012.

[4]秦衛(wèi)星,劉劍鋒,徐琛琛.整澆切割混凝土面板堤壩護(hù)坡技術(shù)及應(yīng)用[J].施工技術(shù),2013(21):44-46.

[5]張志.淺談水利工程混凝土施工的質(zhì)量控制[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2015(05)：25-27.

[6]楊洋.水利工程施工現(xiàn)場危險(xiǎn)源管理研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015(07):64-67.

[7]鄭長海，陳友山，張樣敏，關(guān)海龍.大壩混凝土護(hù)坡現(xiàn)澆施工新工藝[J].水利天地，2001(05)：39-40.

[8]曾國熙，等.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996：66-68.

2016-09-02

李潤清(1975-)，男，山西大同人，助理工程師，從事水利水電工程施工、管理等工作。

1007-7596(2016)09-0090-04

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