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      超厚覆蓋層大直徑嵌巖灌注樁施工技術(shù)研究

      2022-05-20 06:12:50王志權(quán)
      工程建設(shè)與設(shè)計 2022年6期
      關(guān)鍵詞:密閉式氣舉滾刀

      王志權(quán)

      (深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司,廣東 深圳 518000)

      1 工程概況

      擬建場安居南馨苑樁基礎(chǔ)工程超深樁為塔樓部分樁基,最小有效樁長60 m,鉆孔深度73 m,最大有效樁長達(dá)90 m,設(shè)計鉆孔最大深度達(dá)103 m。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示,現(xiàn)場地層類型分別為(自上而下):人工填土層、淤泥質(zhì)土、含黏土礫砂、粉質(zhì)黏土、礫砂、礫質(zhì)黏性土,基巖以燕山晚期花崗巖為主。

      2 反循環(huán)清孔技術(shù)

      2.1 泵吸反循環(huán)一次清孔

      泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)的過程即持續(xù)清除孔底沉渣的過程;終孔停止進(jìn)尺后,將鉆頭提起30~50 cm,并保持泥漿的正常大流量反循環(huán),泥漿攜帶孔底沉渣經(jīng)大內(nèi)腔鉆桿上升排至樁孔外,從而清除樁孔底部沉渣。

      2.2 密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔

      本工法在下放鋼筋籠及混凝土灌注導(dǎo)管后,采用密閉式大流量氣舉反循環(huán)進(jìn)行二次清孔。密閉式送氣系統(tǒng)由容積流量為13 m3/min的螺桿式空氣壓縮機(jī)(90SDY型)、送風(fēng)管、泥漿膠管、接頭彎管及灌注導(dǎo)管組成。接頭彎管頂部密閉連接送風(fēng)管、泥漿膠管,底部與混凝土灌注導(dǎo)管密封,送風(fēng)管采用PVC材料制作,下部裝有配重塊,下放至灌注導(dǎo)管的2/3處,壓縮空氣與導(dǎo)管內(nèi)的泥漿混合,控制管內(nèi)泥漿的密度和壓力,使兩項指標(biāo)均小于管外泥漿的密度和壓力。在該壓力差異條件下,存在壓力差作用,其會提供“推動力”,使管外泥漿攜帶孔底鉆渣沿導(dǎo)管上升,向外排出后,再沉淀凈化,經(jīng)過處理后的泥漿繼而回流至孔內(nèi),從而達(dá)到二次清孔的目的。密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔原理如圖1所示。

      圖1 密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔原理

      2.3 二次清孔孔口消壓裝置

      大流量氣舉反循環(huán)二次清孔排出的泥漿為高速、高壓液體,為防止其四處飛濺傷人,本工法膠管液體出口處設(shè)置孔口消壓裝置。孔口消壓裝置外形為圓柱體,由鋼板焊接而成,循環(huán)泥漿膠管一端與孔口氣舉反循環(huán)接頭連接,一端與裝置的進(jìn)漿口連接,這樣泥漿膠管兩端被固定,起到有效的消壓作用,確保其穩(wěn)定性[1]。

      3 影響嵌巖樁承載力的因素

      1)樁的長徑比:此項參數(shù)主要影響的是樁側(cè)力。

      2)樁周巖土的性質(zhì):根據(jù)規(guī)律,樁周巖土性能好且有足夠的強(qiáng)度時,可以產(chǎn)生較大的單位側(cè)阻力,對于樁身的影響則是提高其豎向承載力。通常,巖土抗剪性能較好時,樁身抗剪性較差,可能有不同程度的樁身破壞現(xiàn)象;反之,相比于巖土的抗剪強(qiáng)度,若樁身的抗剪強(qiáng)度更大,則樁身的完整性可得到保證。

      3)嵌固力:嵌巖部分的嵌固力指的是入巖段總側(cè)阻力,此項指標(biāo)主要取決于樁身樁周圍巖特性及結(jié)合程度。在巖性一致的前提下,隨著施工工藝的變化,樁與巖層的結(jié)合狀態(tài)存在差異。機(jī)械成孔期間,需采取泥漿護(hù)壁措施,以維持孔壁的穩(wěn)定性,但此時樁周存在泥皮,其有隔離作用,導(dǎo)致樁與巖層無法有效接觸,此時樁與巖土的結(jié)合效果較差。

      4 施工工藝流程及操作要點

      4.1 施工工藝流程

      超厚覆蓋層大直徑嵌巖灌注樁鉆進(jìn)與清孔雙反循環(huán)成樁工藝流程如圖2所示。

      圖2 鉆進(jìn)與清孔雙反循環(huán)成樁工藝流程

      4.2 操作要點

      4.2.1 護(hù)筒埋設(shè)

      大直徑超厚覆蓋層嵌巖灌注樁鉆進(jìn)與清孔雙反循環(huán)成樁相對于旋挖鉆成樁工藝,無須埋設(shè)超長護(hù)筒即可滿足孔壁穩(wěn)定要求,護(hù)筒材料為Q345B鋼板,厚度10 mm,內(nèi)徑大于樁徑250 mm,埋置深度3~6 m,高出地面500 mm。

      護(hù)筒埋設(shè)深度<4 m時,采用挖設(shè)法埋設(shè),用挖掘機(jī)以測定的樁位為中心開挖,護(hù)筒下放后,對樁位進(jìn)行復(fù)核和垂直度復(fù)核,經(jīng)復(fù)核滿足技術(shù)要求后,將護(hù)筒四周人工均勻?qū)ΨQ回填,回填料采用黏性土并要求回填密實。

      4.2.2 鉆機(jī)就位

      鉆機(jī)液壓支架下方鋪設(shè)鋼板,調(diào)平機(jī)座;檢查鉆頭中心和護(hù)筒中心,判斷兩者是否在相同的鉛垂線上,若有偏差則分析是否被控制在許可范圍內(nèi),再根據(jù)分析結(jié)果做合適的調(diào)整。

      4.3 覆蓋層合金鉆頭泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)

      4.3.1 初始鉆進(jìn)

      初始鉆進(jìn)過程中,主要包含以下步驟:

      1)向上提升鉆頭,到達(dá)與孔底相距20~30 cm的位置時停止;真空泵加水,關(guān)閉控制閥,開啟真空管路,啟用真空泵,利用該裝置形成負(fù)壓工作環(huán)境;砂漿泵充滿水后,關(guān)閉真空泵并啟用砂石泵。

      2)開鉆時,鉆頭先在孔內(nèi)攪動造漿(或?qū)⑶耙粯犊啄酀{灌入),先不進(jìn)尺,只空載轉(zhuǎn)動,使地層中細(xì)顆粒組分及泥漿中黏粒組分充分進(jìn)入孔壁,形成泥皮護(hù)壁。

      4.3.2 軟弱土層及黏土層鉆進(jìn)

      軟弱土層及黏土層鉆進(jìn)過程中要注意的施工要點有:

      1)樁孔上部覆蓋土層中軟弱土層及黏土層,采用單腰帶三翼刮刀鉆頭鉆進(jìn)。該鉆頭底部設(shè)置雙層交錯的截齒,回轉(zhuǎn)阻力小,聚渣、排渣、切削性能好,鉆進(jìn)速度快。

      2)開孔時,采用輕壓慢轉(zhuǎn)、控制鉆進(jìn)速度。通過初始鉆進(jìn)進(jìn)入黏性土層后,可加壓鉆進(jìn),自由進(jìn)尺,大泵量抽吸??刂沏@速進(jìn)尺為6~10 m/h,施加鉆壓控制在30~90 kN。

      4.3.3 砂性土強(qiáng)風(fēng)化層鉆進(jìn)

      砂性土強(qiáng)風(fēng)化層鉆進(jìn)過程需要重點關(guān)注以下內(nèi)容:

      1)砂性土鉆進(jìn)時易塌孔,強(qiáng)風(fēng)化層遇水容易軟化,為控制鉆進(jìn)垂直度,采用雙腰帶4翼刮刀鉆頭鉆進(jìn)。

      2)雙腰帶4翼合金刮刀鉆頭設(shè)置2個直徑為設(shè)計孔徑的合金腰帶(需要加強(qiáng)導(dǎo)正性時可增至3個),同時增設(shè)1個翼板,呈90°角均布,翼板上可根據(jù)地層抗剪強(qiáng)度的不同焊接疏密程度不同的排狀切削塊。該鉆頭適應(yīng)性強(qiáng),既能鉆進(jìn)薄層黏性土層、不糊鉆且有較高的鉆速。

      3)砂性土、強(qiáng)風(fēng)化層鉆進(jìn)時,全程保持二檔轉(zhuǎn)速;砂土、砂礫層及強(qiáng)風(fēng)化層施工時,全程保持一二擋。地下水含量較高,或是存在穩(wěn)定性不足的砂土層時,放慢轉(zhuǎn)速,控制鉆速進(jìn)尺1~6 m/h,鉆壓控制在60~120 kN。

      4.3.4 加接鉆桿

      加接鉆桿主要流程包括:

      1)暫停鉆機(jī)運行,向上提升鉆具,使其與孔底的距離保持在80~100 mm,在該條件下安排5~8 min的泥漿循環(huán)時間,目的在于清理孔底以及管道內(nèi)附著的雜物。在前述基礎(chǔ)上,加接鉆桿。

      2)起鉆時注重防護(hù),以免鉆頭與孔壁發(fā)生剮蹭;全程保持泥漿自流狀態(tài),確??變?nèi)水位高度的合理性,在該條件下提升護(hù)壁效果[2]。

      4.3.5 硬巖全斷面滾刀鉆頭反循環(huán)鉆進(jìn)

      硬巖全斷面滾刀鉆頭反循環(huán)鉆進(jìn)過程需要注意的施工要點有:

      1)采用滾刀鉆頭全斷面破中、微風(fēng)化硬巖,一次性成孔。

      2)滾刀鉆頭后端采用直徑為設(shè)計孔徑環(huán)形合金鋼配重,前端安放的烏合金碳鋼合金滾刀頭,鉆頭前端設(shè)置8~12個滾刀頭;根據(jù)基巖的抗壓強(qiáng)度調(diào)整滾刀頭的數(shù)目,抗壓強(qiáng)度高的基巖中鉆進(jìn)時,滾刀頭數(shù)目取小值。

      4.3.6 終孔及泵吸反循環(huán)一次清孔

      在終孔環(huán)節(jié)中,主要使用超聲波測壁儀來驗孔,確定孔徑、孔深、垂直的具體數(shù)據(jù),判斷是否滿足要求;此外,收集數(shù)據(jù),填寫終孔驗收單。

      在泵吸反循環(huán)一次清孔過程中,要注意的施工要點有:

      1)終孔后,立即進(jìn)行泵吸反循環(huán)一次清孔,以免因鉆渣沉積量過多而影響二次清孔。

      2)泵吸反循環(huán)一次清孔操作方法為:將鉆頭提起30~50 cm,保持泥漿循環(huán),鉆孔底部的泥漿攜帶孔底沉渣經(jīng)大流量砂石泵的抽吸作用由鉆桿內(nèi)腔上升至孔口排出,經(jīng)三級沉淀池沉淀后的性能較好的泥漿自流入樁孔內(nèi),補(bǔ)充樁孔液面,形成泵吸反循環(huán),達(dá)到一次清孔的目的。

      4.3.7 密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔密閉式氣舉反循環(huán)二次清孔主要施工環(huán)節(jié)包括:

      1)將PVC送風(fēng)管下端放入混凝土灌注導(dǎo)管底部2/3處,上部通過三通彎接頭與空壓機(jī)相連。

      2)將三通彎頭與灌注導(dǎo)管通過螺紋連接,保證其密封不漏氣。

      3)安裝孔口消壓裝置,將孔口消壓裝置放置距泥漿池50 cm處,出漿口朝著泥漿池方向擺放,進(jìn)漿口與循環(huán)泥漿膠管末端連接。

      5 結(jié)語

      鉆進(jìn)與清孔雙反循環(huán)成樁工藝技術(shù)已應(yīng)用在數(shù)個樁基工程項目中,在施工效率、質(zhì)量及施工噪聲控制上都突顯優(yōu)越性。解決了傳統(tǒng)旋挖機(jī)施工大直徑(≥2000 mm)、超厚覆蓋層(孔深≥80 m)、入硬巖(入中、微風(fēng)化基巖)施工覆蓋層易塌孔、入硬巖鉆進(jìn)難、清孔效果差、成樁質(zhì)量難以控制的難題,經(jīng)濟(jì)效益均較為突出。

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