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      旋挖鉆在跨河道橋梁工程卵石地層中的成功應用

      2022-12-04 02:41:26張佳
      運輸經(jīng)理世界 2022年20期
      關鍵詞:卵石鉆桿鉆機

      張佳

      (中鐵十五局集團第四工程有限公司,河南鄭州450000)

      0 引言

      為提高跨河道橋梁工程施工效率和成樁質(zhì)量,可采用旋挖鉆施工技術,其間需科學選擇鉆機、鉆桿、鉆頭,合理配制泥漿材料,這樣才可以順利穿越卵石土地層,提高鉆孔效率。在河南省新鄭市郊跨河道西關橋工程中,采用旋挖鉆鉆孔施工方式穿越卵石土層,大大提高了鉆孔效率,且成樁質(zhì)量好,環(huán)境污染小,該工程得到業(yè)主肯定。

      1 工程及地層條件

      新鄭市西關橋是市郊跨越河道的一座重要橋梁,處于承東啟西重要交通節(jié)點,河道寬度約120m。因建設年代久遠,該橋梁已不能滿足防洪和城市發(fā)展需要,需在原址實施新建橋梁工程。樁基為摩擦樁,采用鉆孔灌注樁施工技術,最大樁徑1.8m,樁長60m。

      橋梁場地處于第四紀晚更新世沖積形成地層,主要為粉細砂、粉土、粉質(zhì)黏土層,中間夾有一定厚度的卵石土地層,且粒徑較大,卵石最大粒徑達15cm。由于受河道地下水的不斷滲透,卵石土地層比較松軟,鉆進施工過程中沖擊荷載過大,容易導致卵石土層塌方,這為樁基成孔帶來了很大難度。

      2 鉆機、鉆桿、鉆頭選擇

      2.1 鉆機

      根據(jù)西關橋所處位置的地質(zhì)條件,可以選用沖擊鉆和旋挖鉆。因該橋處于承東啟西的重要交通節(jié)點,故政府高度重視,對環(huán)保要求較高,工期緊,任務重。為盡早打通交通咽喉西關橋,滿足業(yè)主要求,需選擇設備性能先進、自動化程度高、勞動強度低、鉆進效率高、成樁質(zhì)量好、環(huán)境污染小的鉆孔設備。

      旋挖鉆機雖受地層地質(zhì)情況的制約較大,面對硬巖層,較致密的卵礫石、孤石層,鉆孔施工比較困難,但可以針對硬巖層、粒徑超過100mm的卵石層、直徑大于200mm的漂石地層,配備筒式取芯鉆頭、沖抓錐鉆頭及螺旋鉆頭,克服施工困難。

      2.2 鉆桿

      根據(jù)不同的鉆進加壓方式,鉆桿分為兩種類型,即摩擦加壓式鉆桿和機鎖加壓式鉆桿。

      摩擦加壓式鉆桿一般用于較軟地層的鉆孔施工,這類鉆桿可鉆進淤泥層、泥土、(泥)砂層、卵(漂)石層;機鎖加壓式鉆桿可鉆進淤泥層、泥土、(泥)砂層、卵(漂)石層和強風化巖層。

      2.3 鉆頭

      常見的鉆頭有旋挖斗筒式取芯鉆頭、螺旋鉆頭、沖擊鉆頭、擴底鉆頭、沖抓錐鉆頭等。接下來主要介紹適用于該項目的旋挖斗筒式取芯鉆頭和螺旋鉆頭。

      2.3.1 旋挖鉆斗

      按開門數(shù)量旋挖鉆斗可分為雙開門斗和單開門斗。雙門鉆斗適用地層范圍較大,單門鉆斗只適用于大直徑的卵石及硬膠泥。

      2.3.2 螺旋鉆頭

      直螺旋鉆頭:雙頭雙螺,適用于砂土,膠結差的小直徑礫石層;雙頭單螺,適用于砂土層;單頭單螺,適用于膠結差的大直徑卵石,黏性土及硬膠泥。

      錐形:雙頭雙螺,適用于堅硬基巖;雙頭單螺,適用于風化基巖、卵石含冰凍土等。

      2.4 選擇

      根據(jù)現(xiàn)場實際情況,選擇使用三一重工生產(chǎn)的SYR-200型旋挖鉆機,動力頭最大扭矩200kN·m,轉速8~27r/min,不帶鉆桿時整機重量60t,最大鉆孔深度65m,最大鉆孔直徑2m。采用機鎖式鉆桿,同時由于該地層較為致密,且卵石粒徑較大,采用雙門平底單層底鉆斗、單門平底雙底板旋挖鉆斗和短螺旋鉆斗配合使用。

      3 鉆孔灌注樁施工技術分析

      3.1 護筒埋設、鉆機就位

      護筒能對樁位進行固定,可對鉆頭進行引導,同時能夠引導地面水體進入孔內(nèi)部,防止孔內(nèi)部水位超出標準范疇,從而避免孔壁發(fā)生坍塌等問題,可保證成孔質(zhì)量。要確保護筒具有較強的剛度,且護筒的內(nèi)徑要超過樁徑200~400mm。埋設護筒時要將接頭位置密封好,以免發(fā)生漏水問題,埋設深度要控制在2~4m,豎向傾斜度≤1%,以保證護筒中心線和樁中心重合。埋設后要用黏土對護筒周邊進行回填,并設置好坡度,防止護筒受到水的浸泡[1]。

      鉆機就位時底架要足夠水平且穩(wěn)定,避免發(fā)生位移及沉陷等問題,以確保鉆桿的豎直性,鉆頭中心和孔中心偏差需≤2cm。鉆機就位后要對其實施試轉,確保其可正常使用才能進行鉆進。

      3.2 泥漿制備

      制漿時要利用鉆機旋轉攪動優(yōu)質(zhì)黏土,并按照鉆進區(qū)域具體地質(zhì)情況調(diào)整泥漿比重。同時,在鉆進過程中要對多次循環(huán)使用的泥漿關鍵指標(比重、黏度、含砂率、膠體率等)進行定期檢查,并對其進行完整記錄。此外,應定期打撈泥漿池內(nèi)沉渣,并將其運輸?shù)街付▍^(qū)域進行堆放。

      3.3 鉆孔及垂直度控制

      采用智能化旋挖鉆機,鉆機上有車載電腦系統(tǒng),可以自動顯示和調(diào)節(jié)旋挖鉆機的鉆孔深度、垂直度。為保證鉆孔施工的質(zhì)量和效率,鉆孔施工前要充分考量施工區(qū)域實際的地質(zhì)情況,進而確定最合適的鉆孔施工方式,施工過程中要將鉆孔機固定到灌注樁一端。如果鉆孔過程遭遇大阻力影響,需要將黏土表層墊平后進行鉆孔。鉆孔時要對整個過程進行完整的觀察、記錄,確定好土層變化情況。為保證鉆孔灌注樁施工質(zhì)量,一定要嚴格控制鉆孔施工流程[2]。

      為了保證鉆孔垂直度達到要求,鉆孔時一定要保證鉆機的穩(wěn)定性,盡量確保按照垂直90°的方向施工。在鉆孔時還要定期利用測量鋼絲對鉆孔深度、角度等指標進行動態(tài)測量,從而確保鉆孔垂直度滿足標準。除此之外,鉆孔時要明確泥漿位置并及時灌漿,從而確保表層平穩(wěn)。

      可根據(jù)地層情況為旋挖鉆機配置不同的鉆頭,在黏性土層可使用長鉆筒,以加快鉆進速度;在砂卵石含量較大的地層,可使用短鉆筒,輔以泥漿護壁,控制鉆速;在含孤石、漂石及較硬巖石的地層可換用長、短螺旋鉆頭進行處理,土壤松動后再換上鉆筒繼續(xù)鉆進。此外,要注意提高泥漿濃度,除采用膨脹土泥漿外,還應儲備一定量的黃泥,必要時將之加入泥漿內(nèi),以提高泥漿黏度,增大泥漿池體積,增加泥漿儲備。

      3.4 清孔、檢孔、成孔驗收

      清孔:實際施工時灌注樁的質(zhì)量常常會受到承載力、孔底地基、沉渣等方面因素的影響,所以完成鉆孔之后需要對孔底進行清理。清孔過程中,因泥漿流動會產(chǎn)生一定的沖擊力,故可以充分借助此沖擊力攪動孔內(nèi)底部沉渣,使其形成懸浮狀,此種情況下,向孔內(nèi)注入泥漿就能利用其吸附性能將沉渣清除到孔外。由于清孔的最終效果對鉆孔灌注樁基礎施工質(zhì)量有非常大的影響,因此要嚴控泥漿的性能??梢越Y合具體的施工情況進行泥漿制備,一般情況下,泥漿的黏度測定17~20min為宜,泥漿的含砂量≤6%,泥漿的膠體率≥90%。

      檢孔:要利用籠式檢孔器[外徑≥設計樁徑、長度=(4m~6m)外徑]檢查孔徑、孔深、孔垂直度等指標,檢孔時要將測繩零點系在檢孔器頂部,同時確?!叭行摹保z孔器中心、孔中心和吊鋼絲繩中心)一致,緩慢地將檢孔器下放到孔中,通過“測繩刻度+檢孔器長度”來判定下放位置。若是檢孔器可以順利到達孔底,說明成孔質(zhì)量合格,若是此過程中發(fā)生阻礙則表明存在縮徑或者孔偏斜的問題,需要重新下鉆頭進行處理[3]。利用檢孔器對鉆孔傾斜度進行檢測時,在孔頂將檢孔器對準護筒中心下放之后,要在護筒頂部觀察吊繩相對豎直垂線的偏移情況,以此計算成孔之后發(fā)傾斜度。

      將檢孔器下放到設定位置后,在吊點位置系上垂球,之后利用毫米尺在吊繩上標定出距離垂球系點1m左右的位置,垂球靜止之后,利用毫米尺對垂球吊繩到檢孔器吊繩距離(E)進行測量。另外,可以利用公式(i=E×100%/1000)對檢孔器位置樁孔傾斜度進行計算,檢驗成孔是否滿足設計標準。

      3.5 鋼筋籠制作及吊裝

      鋼筋下料之前要對其端部進行檢查,確認其是否存在彎曲的情況,若存在彎曲,需要在下料時利用砂輪機進行切平處理,不能以熱加工或氣割方式進行處理[4]。對鋼筋進行處理之后,要通過專用鋼筋絲頭保護帽或者連接套筒對其加以保護,避免螺紋受到損壞,同時防止絲頭表層發(fā)生銹蝕或破損。一般要按照如下流程對絲頭進行加工處理:對鋼筋端部進行切平處理—螺紋加工—檢查絲頭情況—對其進行保護及存儲。

      利用定型鋼筋籠加工設備制作樁鋼筋籠骨架,此環(huán)節(jié)要根據(jù)工程的具體情況分段制作,保證接頭位置錯開布置,同時需保證同一截面上主筋接頭數(shù)量不超過50%。為確保鋼筋籠安裝的準確性,要在其外部對應加強筋周圍設置定位鋼筋,在設置有螺旋筋的區(qū)域,每一根加強筋周圍設置4根定位鋼筋,非螺旋筋區(qū)域,每一根加強筋周圍設置3根定位鋼筋,保證樁基鋼筋籠保護層厚度符合設計標準。

      利用吊車(二點起吊方式)對鋼筋籠進行吊裝,將首吊點設置在鋼筋籠頂端加勁箍位置,次吊點設置在骨架長度的中間偏下位置。起吊過程中,先對首吊點進行起吊,骨架有所提升之后進行次吊點起吊。確保整個骨架全部懸空到一定高度后才可以停止次吊點起吊,同時持續(xù)保持首吊點的提升,提升到合適高度之后將次吊點放松,確保骨架和地面呈90°角后暫停起吊。接下來,通過人工的方式將鋼筋籠扶正、對準孔位,而后逐步將之放入孔內(nèi),并解除次吊點。其間若遇到阻礙要及時調(diào)整起吊位置、高度等,以免骨架與孔壁碰撞引發(fā)塌孔等事故。將骨架下放到鋼筋籠頂端加勁箍區(qū)域后,將型鋼穿過加勁箍的下端,確保骨架可以牢固支撐在孔口臨時平臺區(qū)域,之后利用同樣的方式進行第二節(jié)鋼筋籠吊裝,保證其與首節(jié)鋼筋籠軸線對準后,進行鋼筋接頭連接。同時要順著軸圍相隔120°設置D57×1.8的鋼管作為聲測管,利用管卡將各個接頭連接好,保證連接位置的光滑性,并且要確保套管上下端和聲測管連接緊密。另外,為避免發(fā)生滲水情況,需要在上端加上蓋子,并將聲測管和通長主筋綁扎在一起,以保證聲測管的穩(wěn)定性。

      在對骨架進行定位時一定要通過測定孔口標高計算吊筋的長度,對其進行多次核準之后進行焊接定位,同時要將兩個工字鋼插入定位筋的頂?shù)跞χ畠?nèi),并將工字鋼設置在孔口位置的墊木之上。在鋼筋籠下放過程中,為了防止出現(xiàn)塌孔等問題,需要對孔內(nèi)水位變化情況進行動態(tài)監(jiān)控,發(fā)生異常時要馬上暫停下放。鋼筋籠入孔之后要牢固定位,確保鋼筋籠底部處于懸吊狀態(tài),進行水下混凝土灌注,避免混凝土灌注時發(fā)生鋼筋籠下落或被混凝土頂托上升的情況。

      3.6 水下混凝土灌注

      混凝土灌注施工是十分重要的環(huán)節(jié),其間需要做好施工記錄。采用φ300鋼管作為導管,根據(jù)不同的部位設置不同的長度,其中底部導管長4m,中間每節(jié)長2~3m。正式應用前要對導管進行必要的試驗(水密試驗、承壓試驗、接頭抗拉試驗等)。要對每一節(jié)導管都進行仔細檢查,包括是否存在孔洞、導管密封圈是否完好等。在適宜的場地對導管進行平整對接,并按照順序對各管進行編號。

      混凝土灌注之前,要計算好漏斗的容量,即混凝土的儲存量,保證首次混凝土灌注后,導管埋入混凝土的深度不小于1m。灌注混凝土時,導管下端距孔底30~40cm。之后要核對鋼筋籠標高,同時要明確孔壁是否存在坍塌問題,也要確定好孔深、孔底尺寸等指標,若是不滿足標準要及時進行處理,確保其符合要求后才可進行灌注。

      將混凝土拌和物運輸?shù)绞┕^(qū)域后,要對其均勻性、坍落度指標進行檢查,若不滿足標準嚴禁使用。開始灌注后要確保灌注過程勻速、連續(xù),避免發(fā)生泥漿沉淀及塌孔等情況。灌注時要將導管埋設深度控制在2~6m,灌注過程中需要關注孔內(nèi)混凝土面的高度,一般根據(jù)混凝土灌注量進行計算,同時按照計算數(shù)據(jù)及時調(diào)整導管埋深,埋管深度超過6m就要進行提管,從而確保導管埋深和導管內(nèi)混凝土下落深度相匹配。在導管拆除過程中,要利用吊車緩慢提升漏斗及導管,待其達到適宜位置,通過卡環(huán)卡住不拆除導管的接頭位置,用扳手擰松接頭,拆除導管后,重新擰緊,并墊好密封墊,確保導管接頭處無滲漏水現(xiàn)象。

      為避免鋼筋籠受到混凝土作用而上浮,混凝土灌注面距離鋼筋籠底1m左右時就要嚴控混凝土灌注速度,為保證混凝土灌注順利開展,混凝土灌注面升高到骨架底口4m以上時,要及時提升導管,使導管底口高于骨架底部2m以上,之后可按正常速度進行混凝土灌注。若是灌注速度過快,會造成漏水現(xiàn)象,灌注速度過慢則會導致導管埋入過深,容易因提管困難而引發(fā)斷樁問題。要確保灌注樁的樁頂高出設計標高1m,這樣便于清除樁頭浮漿,進而保證鉆孔樁質(zhì)量。

      混凝土灌注快完成時,導管內(nèi)部混凝土高度下降、壓力減小,但導管外部的泥漿密度較大,容易出現(xiàn)混凝土頂升阻礙。此時可以緩慢上下提動導管,從而保證混凝土灌注的通暢性。為避免樁頂泥漿進入導管內(nèi)部形成泥心,在拔出最后一段長導管時,要放慢拔管速度。

      4 結語

      旋挖鉆孔灌注樁施工技術能有效克服卵石土地層的鉆進困難問題,以新鄭市郊跨越河道橋梁工程為例,闡述了該施工技術的大體流程和施工關鍵點,以期為同類工程提供一定的參考,同時促進我國橋梁工程質(zhì)量不斷提高。

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