孟秋宏
中國(guó)港灣工程有限公司 北京 110000
D610嵌巖工字鋼樁是港澳地區(qū)房屋和橋梁工程中常見(jiàn)的樁基礎(chǔ)形式。該樁基礎(chǔ)可以在堅(jiān)硬的地質(zhì)條件下成孔,同時(shí)因?yàn)榍稁r深度較大,具有承載力大、沉降控制好、施工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。但是常見(jiàn)的D610嵌巖工字鋼樁多采用臨時(shí)鋼護(hù)筒和普通鉆頭的施工工藝,隨著環(huán)境保護(hù)和工程質(zhì)量要求的提高,上述工藝難以應(yīng)對(duì)城市工程施工,以及深厚砂層、多斷裂帶巖層等復(fù)雜地質(zhì)條件。通過(guò)使用永久鋼護(hù)筒與同心套管系統(tǒng)環(huán)狀鉆頭相結(jié)合的改進(jìn)施工工藝,可有效解決上述難題。
澳門(mén)北安大馬路連接E2區(qū)天橋及道路建造工程,位于澳門(mén)氹仔客運(yùn)碼頭與澳門(mén)機(jī)場(chǎng)之間的填海區(qū),主要工程內(nèi)容為建造自西向東跨越北安碼頭油庫(kù)區(qū)、并向東延伸至新城 E2區(qū)的雙向兩車(chē)道行車(chē)天橋一座,長(zhǎng)度530m。樁基礎(chǔ)為D610預(yù)鉆孔嵌巖工字鋼樁,共計(jì)147根,外徑610mm,樁深24~71m,設(shè)計(jì)嵌巖深度為3.3~5.3m,施工總量約4425m。施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)樁基礎(chǔ)分布,自西向東劃分為A區(qū)(A1-A3)、B區(qū)(B1-B7)、E區(qū)(E01-E08)共計(jì)3個(gè)一級(jí)分區(qū)、18個(gè)二級(jí)分區(qū),各二級(jí)分區(qū)內(nèi)包含樁基礎(chǔ)數(shù)量6~9個(gè)不等。
本項(xiàng)目樁基礎(chǔ)工程施工之初,根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用臨時(shí)鋼護(hù)筒施工,在實(shí)際施工過(guò)程中受地質(zhì)條件影響,進(jìn)行設(shè)計(jì)變更,改為永久鋼護(hù)筒施工。
本工程位于澳門(mén)氹仔島東區(qū),根據(jù)地質(zhì)資料,該區(qū)域區(qū)風(fēng)化層深度平均40~50m。工程施工前進(jìn)行超前鉆孔勘察,于每個(gè)橋墩布置1~2個(gè)勘察孔,覆蓋5~8m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。超前鉆地質(zhì)鉆探資料顯示,工程所在區(qū)域砂層厚度和巖層深度自西向東逐漸增大,部分區(qū)域巖層存在多層斷裂的情況。在西側(cè)靠近澳門(mén)機(jī)場(chǎng)的A、B區(qū),存在大量拋石和孤石,直徑1~3m。在東側(cè)靠近入??诘腅區(qū),8個(gè)超前鉆孔柱狀圖揭示,該區(qū)域存在大面積的深厚全風(fēng)化花崗巖層。全風(fēng)化花崗巖層平均起始深度12m,最大起始深度20m,平均厚度25m,最大厚度41m。
本工程位于入??谖恢?,地下水類(lèi)型主要為空隙潛水。主要賦存于第四系填土層以及沖積層孔隙中,接受大氣降水補(bǔ)給,經(jīng)蒸發(fā)和側(cè)向滲流方式排泄。工程沿線(xiàn)地下水穩(wěn)定,水位一般約0~2.0m。地下水位受季節(jié)性影響,據(jù)澳門(mén)區(qū)域水文地質(zhì)資料顯示,上部地下水位變幅約為0.50~1.00m。地下水環(huán)境類(lèi)型為Ⅱ類(lèi),地層滲透性分類(lèi)為A 類(lèi)。
主要施工流程見(jiàn)圖1所示。
圖1 D610嵌巖工字鋼樁施工流程圖
在樁基礎(chǔ)施工前,先探明埋管線(xiàn)情況,再進(jìn)行場(chǎng)地平整、夯填密實(shí),滿(mǎn)足樁機(jī)設(shè)備放置要求,并確保樁機(jī)施工過(guò)程安全。測(cè)量員采用全站儀進(jìn)行樁位放樣,并對(duì)樁位逐樁復(fù)核,形成測(cè)量交接樁記錄,符合要求后由技測(cè)量員報(bào)顧問(wèn)單位復(fù)核。在成孔過(guò)程中,每一節(jié)護(hù)筒下放完畢后或施工人員發(fā)現(xiàn)樁位出現(xiàn)明顯偏差時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行護(hù)筒樁位復(fù)核(樁頂放樣允許誤差為:±25mm)。于樁位四周埋設(shè)十字護(hù)樁,必須采用砂漿或混凝土進(jìn)行加固保護(hù),以備鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)樁位進(jìn)行檢驗(yàn)。
采用對(duì)接焊施工工藝將鋼護(hù)筒接長(zhǎng)至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度,焊接前將其中一端的鋼管口切割成45°,清除焊接點(diǎn)的雜質(zhì),然后進(jìn)行焊接。
鉆孔施工前需再次測(cè)量確定樁位。樁機(jī)就位時(shí),應(yīng)安置在牢固的地面或鐵墊板上,以保證樁機(jī)平定穩(wěn)固,轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)中心應(yīng)與測(cè)量放樣樁中心對(duì)準(zhǔn),并隨即利用平水尺把鉆孔機(jī)調(diào)校至設(shè)計(jì)要求的90°垂直角度。鉆孔期間每2m用水平尺監(jiān)察著樁孔的垂直度,待鉆孔機(jī)完成調(diào)較角度之后,鉆進(jìn)土石層1m深后再次進(jìn)行位置和垂直度校正,位置準(zhǔn)確后隨即進(jìn)行永久鋼護(hù)筒鉆孔施工[1]。
成孔施工過(guò)程控制如下:
(1) 鉆孔到達(dá)巖層后,收集巖石樣本,并繼續(xù)鉆進(jìn),使鋼護(hù)筒鉆入基巖內(nèi)30cm;
(2) 在鉆孔過(guò)程中每1m距離檢查樁身垂直度(不超過(guò)1/75);
(3) 鉆孔至巖石面,檢查由筒底排出的物料,符合三級(jí)巖石樣本后,停止帶筒鉆頭鉆孔;
(4) 經(jīng)核實(shí)鋼護(hù)筒底石層位置的標(biāo)高及巖石材質(zhì)后,換上Φ550mm鑿巖鉆頭繼續(xù)鉆孔,進(jìn)入巖面后,需每隔50cm至100cm取次巖樣,以核實(shí)巖層的風(fēng)化程度和支承條件[2];
(5) 鉆進(jìn)設(shè)計(jì)要求的深度時(shí)停止鉆進(jìn)并目測(cè)巖石樣版;
結(jié)合實(shí)際的銀行發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看,我國(guó)的銀行大都是采用規(guī)模擴(kuò)張的粗放式的發(fā)展策略,雖然當(dāng)前有一部分銀行金融機(jī)構(gòu)都在大力實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理策略,比如將信用風(fēng)險(xiǎn)管理開(kāi)拓到了操作風(fēng)險(xiǎn)、市場(chǎng)管理風(fēng)險(xiǎn)等其他方面,甚至也擬定出了很多的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)量模型,可是這種風(fēng)險(xiǎn)管理并沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的效果。事實(shí)上,銀行總行的考查過(guò)于看重業(yè)績(jī),風(fēng)險(xiǎn)管理在實(shí)際的考查中并不會(huì)占據(jù)太多的比重,所以在這種考查方式下,銀行會(huì)為了提升業(yè)績(jī)二不斷的加大貸款的投放數(shù)額,這樣做不僅僅導(dǎo)致了自身面臨著更多的金融風(fēng)險(xiǎn),而且在一定程度上來(lái)說(shuō)也導(dǎo)致了經(jīng)濟(jì)泡沫的出現(xiàn),不利于經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)固。
(6) 核實(shí)鉆孔深度符合要求后,完成鉆孔;
(7) 鉆孔完成后,樁基礎(chǔ)進(jìn)行Koden垂直度測(cè)試。
成孔期間同時(shí)進(jìn)行排渣清孔。透過(guò)高壓風(fēng)機(jī)、風(fēng)管及鉆桿把穩(wěn)定壓力的壓縮風(fēng)送進(jìn)至鉆頭前端出風(fēng)口位置,利用風(fēng)壓把泥渣及石碎強(qiáng)排出樁孔外。取出鉆錘,將φ160mm的導(dǎo)管插入孔底并向樁孔中不斷注入清水,使用空氣壓縮機(jī)將樁底碎石及細(xì)砂吹出。
工字鋼采用S355型號(hào),英標(biāo)UBP305×305×223Kg/m 工字鋼,根據(jù)每根樁的實(shí)際成孔深度加工制作鋼樁長(zhǎng)度,樁底以上4m需安裝中置器,中置器采用B500Φ16的鋼筋[3]。工字鋼安裝前需要進(jìn)行水樣取樣,檢測(cè)合格后方可進(jìn)行工字鋼安裝。
工字鋼樁灌漿是利用高壓灌漿泵及已安裝好的灌漿喉管把現(xiàn)場(chǎng)拌好的無(wú)收縮水泥漿以水下灌漿方式灌注入樁孔內(nèi),由底部開(kāi)始緩緩地向上灌注,并籍此把樁孔內(nèi)積水從底部向上排出。
注漿時(shí)注漿泵正常工作壓力控制在2MPa。外護(hù)筒的拔出隨著灌漿高度的增加而不斷的進(jìn)行拔出工作,但是灌漿過(guò)程中,外護(hù)筒拔出應(yīng)與注漿導(dǎo)管一樣,保持水泥漿最少8~12m埋置深度,確保水泥漿的連續(xù)性注漿時(shí),注漿液應(yīng)均勻上冒,直至灌滿(mǎn)??卓诿俺鰸鉂{為止,注漿高度應(yīng)至少高出設(shè)計(jì)樁頂1m。注漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,不得中斷,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)確保水泥漿灌注連續(xù)性,保證上一車(chē)水泥漿剩余1/3時(shí)有水泥罐車(chē)在現(xiàn)場(chǎng)等待。
水泥漿澆筑14天后,進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測(cè),檢測(cè)方法包括超聲波檢測(cè)法和鉆孔取芯驗(yàn)證法兩種。
(1) 超聲波檢測(cè)法:
超聲波成孔檢測(cè),是應(yīng)用超聲波反射技術(shù),對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行綜合檢測(cè)的新技術(shù)。根據(jù)樁基檢測(cè)結(jié)果,可將樁分為I、II、III類(lèi)。
(2) 鉆芯驗(yàn)證法:
每根610樁的樁頂安裝取芯鉆機(jī),通過(guò)φ100mm金屬管鉆取樁底與巖石交界面混凝土和巖心進(jìn)行檢測(cè),并按照要求裝訂檢測(cè)報(bào)告。
在靠近入??诘腅區(qū)施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn),使用普通鉆頭施工成孔率較低。在鉆進(jìn)過(guò)程中,普通鉆頭由于采用外擴(kuò)式進(jìn)行鉆進(jìn),鋼護(hù)筒底與鉆頭之間存在25cm左右空隙,高壓氣體從鉆頭側(cè)孔噴出,對(duì)周?chē)寥喇a(chǎn)生擾動(dòng)。大量泥砂隨高壓氣體從鋼護(hù)筒內(nèi)帶出并噴涌而出,造成環(huán)境污染。泥砂流失導(dǎo)致樁基施工區(qū)兩側(cè)道路產(chǎn)生沉降,帶來(lái)行車(chē)安全風(fēng)險(xiǎn)。普通鉆頭在施工過(guò)程中易出現(xiàn)鉆桿堵塞、高粘土及小碎石卡住金鋼齒無(wú)法提鉆的情況。
針對(duì)上述問(wèn)題,項(xiàng)目部經(jīng)翻閱文獻(xiàn)資料,在后期的樁基施工過(guò)程中改用礦山鉆探中常用的同心套管系統(tǒng)環(huán)狀鉆頭。通過(guò)環(huán)狀鉆頭焊接在護(hù)筒腳底,利用鉆頭與環(huán)保箍一起鉆進(jìn),有效地解決了在深厚砂層中的泥砂管涌、鉆桿堵塞、路面沉降等問(wèn)題。環(huán)狀鉆頭針對(duì)孤石、巖石夾層等復(fù)雜地質(zhì)條件,具有更好的適用性。環(huán)狀鉆頭系統(tǒng)在成孔過(guò)程中利用氣動(dòng)提升的方式將泥漿及碎石從鋼護(hù)筒中自下而上排出。鋼護(hù)筒嵌入巖面后拆除定向鉆頭,更換外徑為550mm的鑿巖鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn),達(dá)到設(shè)計(jì)要求嵌巖深度后停止。環(huán)狀鉆頭系統(tǒng)在成孔過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿和碎石幾乎全部流向鋼護(hù)筒內(nèi)部,相比普通鉆頭而言,對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)大幅降低[4]。
通過(guò)在A、B區(qū)共計(jì)76根D610樁的施工統(tǒng)計(jì),使用環(huán)狀鉆頭系統(tǒng)可有效避免卡鉆、地面沉降等問(wèn)題,有效提高施工效率,經(jīng)檢測(cè)成樁合格率為100%。
港澳地區(qū)常見(jiàn)的D610嵌巖工字鋼樁通常采用臨時(shí)鋼護(hù)筒,即完成注漿后將鋼護(hù)筒拔出并重復(fù)利用[3]。本項(xiàng)目原設(shè)計(jì)方案因缺少該地區(qū)的巖土勘察報(bào)告,在進(jìn)行D610嵌巖工字鋼樁設(shè)計(jì)時(shí)采用了常見(jiàn)的臨時(shí)鋼護(hù)筒的技術(shù)要求,工字鋼保護(hù)層最小厚度僅7cm。在填海區(qū)深厚砂層中的D610嵌巖工字鋼樁施工過(guò)程中,臨時(shí)鋼護(hù)筒拔出后漿體大量流失,工字鋼保護(hù)層厚度減小,海水極易侵蝕工字鋼,從而嚴(yán)重影響樁基礎(chǔ)質(zhì)量,存在較大質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。
本項(xiàng)目在樁基礎(chǔ)施工之初采用臨時(shí)鋼護(hù)筒施工,在E區(qū)施工過(guò)程中拔出鋼護(hù)筒時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的漏漿現(xiàn)象。同時(shí)由于地下承壓水的影響,在鋼護(hù)筒拔出過(guò)程中產(chǎn)生塌孔的情況。經(jīng)與設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主溝通后,確定在該區(qū)各二級(jí)分區(qū)抽取1根總計(jì)8根D610樁作為試驗(yàn)樁,由監(jiān)理旁站記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。
根據(jù)統(tǒng)計(jì),8根試驗(yàn)樁均出現(xiàn)不同程度的漏漿,其中最大水泥漿損失比高達(dá)10.6,平均水泥漿損失比介于2.4和4.9之間,遠(yuǎn)超正常損耗水平??紤]到部分D610樁仍有11.7~30m長(zhǎng)度的鋼護(hù)筒尚未拔出,實(shí)際水泥漿損失比更高。造成水泥漿損失比較大的主要原因?yàn)椋涸搮^(qū)域全風(fēng)化花崗巖層厚度為19~41m,全風(fēng)化砂層和巖石夾層中可能存在滲流孔隙水,在鋼護(hù)筒拔出過(guò)程中,全風(fēng)化砂層中較大的間隙導(dǎo)致水泥漿四處擴(kuò)散。
經(jīng)設(shè)計(jì)變更后,本工程余下全部樁基工程采用永久鋼護(hù)筒進(jìn)行施工作業(yè)。通過(guò)調(diào)取試驗(yàn)樁所在區(qū)域及臨近區(qū)域的11根D610樁的施工數(shù)據(jù),通過(guò)統(tǒng)計(jì)和對(duì)比可得:使用永久鋼護(hù)筒的D610樁水泥漿損失比最小值為1.15、最大值為1.29、平均值為1.22,比采用臨時(shí)鋼護(hù)筒工藝大幅節(jié)約了水泥漿用量。
表1 使用永久鋼護(hù)筒水泥漿漏漿情況統(tǒng)計(jì)
在填海區(qū)深厚砂層、拋填石區(qū)、建筑垃圾堆放區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)條件下,通過(guò)采用同心套管系統(tǒng)環(huán)狀鉆頭與永久鋼護(hù)筒相結(jié)合的方式,能夠很好地解決D610嵌巖工字鋼樁在成孔和成樁時(shí)遇到的技術(shù)難題,可對(duì)類(lèi)似工程項(xiàng)目的施工提供借鑒。