巴達(dá)榮貴,王國(guó)祥,陳逸帆,薛虹宇,張譯愷
(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 311122)
鉆孔灌注樁是指通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔,并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而形成的樁[1-3]。目前,鉆孔灌注樁在實(shí)際工程中已得到廣泛應(yīng)用和研究。例如,黃生根等[4]對(duì)水泥漿的擴(kuò)散方式和加固區(qū)的形態(tài)分布規(guī)律進(jìn)行分析研究,并基于電磁波CT技術(shù)對(duì)鉆孔灌注樁壓漿效果進(jìn)行了觀測(cè);吳爽爽等[5]對(duì)抗壓樁、頂拔樁和負(fù)摩擦樁3種模式的6根鉆孔灌注樁剪切特性進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)研究;白曉宇等[6]對(duì)風(fēng)化巖地基大直徑長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁承載性狀進(jìn)行了試驗(yàn)研究等。此外,劉暢等[7]、李林等[8]及符進(jìn)等[9]也對(duì)此進(jìn)行了深入研究。上述研究大多集中于理論層面,通過試驗(yàn)、數(shù)值模擬等對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行研究,然而,在實(shí)際施工中也常存在一系列技術(shù)難題。
以北支江過江通道樁基工程為背景,對(duì)超長(zhǎng)鉆孔灌注樁在復(fù)雜地層中的施工工藝和方法進(jìn)行研究,提出了一系列施工要點(diǎn),形成了一整套超長(zhǎng)鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝,可有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。
本工程位于杭州市富陽(yáng)區(qū)東洲街道北支江,北起高爾夫路與杭富沿江公路交叉口,南接規(guī)劃環(huán)島路,預(yù)留路口與東洲島中心路相銜接。北支江過江通道全長(zhǎng)407.6m,全橋共9跨,主橋?yàn)?35+2×95+35)m四跨下承式鋼拱梁組合橋,南側(cè)引橋?yàn)?30+28+32)m鋼箱梁結(jié)構(gòu),北側(cè)引橋?yàn)?2×25)m 連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)。橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為43m,橋梁下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)+承臺(tái)結(jié)構(gòu),主橋墩(3~5號(hào))樁徑為1.5m,其余墩樁徑均為1.2m。樁基礎(chǔ)共122根樁,最長(zhǎng)樁長(zhǎng)為46.2m,最大樁徑為1.5m,均為C30水下混凝土灌注樁。其中,0,9號(hào)墩臺(tái)分別為20根樁,樁徑1.0m,3~5號(hào)墩樁徑為1.5m,其余墩樁徑皆為1.2m。樁位布置如圖1所示。
圖1 樁位布置(單位:cm)
水上灌注樁在鉆孔過程中,泥漿黏度、相對(duì)密度、含砂率、pH值等參數(shù)符合要求的情況下,在復(fù)雜地層中高效成孔,保證灌注樁樁基正常施工。
1)試驗(yàn)位置 選用6號(hào)墩水中樁基礎(chǔ)作為試驗(yàn)樁基。
2)試驗(yàn)參數(shù)說明 泥漿相對(duì)密度為1.06~1.2,含砂率<4%,pH值為7~9,黏度為18~28Pa·s,護(hù)筒長(zhǎng)度>21m。
3)施工工藝 鉆孔采用沖擊成孔方法,現(xiàn)場(chǎng)采用聲測(cè)試驗(yàn)、高應(yīng)變檢測(cè)及荷載箱式靜載檢測(cè)。
經(jīng)過高低應(yīng)變及靜載試驗(yàn)檢測(cè)得出水下灌注樁樁基為Ⅰ類樁基,符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。
鉆孔灌注樁施工工藝流程如圖2所示。
圖2 鉆孔灌注樁施工工藝流程
1)施工測(cè)量 根據(jù)業(yè)主和設(shè)計(jì)單位提供的控制樁點(diǎn),采用全站儀進(jìn)行復(fù)測(cè),利用控制樁布設(shè)平面控制網(wǎng)和高程加密,外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)計(jì)算成果均應(yīng)符合市政橋涵施工技術(shù)規(guī)范的要求。復(fù)測(cè)及放樣結(jié)果應(yīng)報(bào)監(jiān)理工程師,復(fù)測(cè)無問題后方可進(jìn)行施工。
2)鋼護(hù)筒制作及埋設(shè) 岸上樁基鋼護(hù)筒(0,7,8,9號(hào))均采用10mm厚鋼板卷制而成,內(nèi)徑大于樁徑0.2m。結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告,根據(jù)施工需要埋設(shè)1節(jié)2m長(zhǎng)鋼護(hù)筒,頂面比地面高30cm。根據(jù)測(cè)量放樣的孔位中心在四側(cè)埋插保護(hù)樁,以便鉆進(jìn)及時(shí)對(duì)孔位復(fù)測(cè)。使用機(jī)械初步開挖、人工配合整理及下放回填。筒內(nèi)底部采用黏性土填入夯實(shí),筒外周壁采用砂漿或黃泥密實(shí)堵漏,鋼護(hù)筒下放后,須復(fù)測(cè)其中心位置、橢圓變形與頂面標(biāo)高,而鉆機(jī)上放前,不得在其上面壓放重物,以免影響沖擊鉆機(jī)對(duì)中定位。
水中樁基采用定制鋼護(hù)筒,水上樁基鋼護(hù)筒埋設(shè),待臨時(shí)平臺(tái)搭設(shè)完成即可下放。水上墩(1~6號(hào)墩)樁基鋼護(hù)筒采用10mm厚鋼板卷制而成,內(nèi)徑大于樁徑0.2m,每條護(hù)筒按21m長(zhǎng)設(shè)計(jì),分2節(jié)制作,每節(jié)10.5m,該鋼護(hù)筒作為永久性護(hù)筒。加工完成后應(yīng)加焊內(nèi)撐,防止堆放及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中產(chǎn)生變形,內(nèi)撐在下放過程中割除。鋼護(hù)筒直徑加工精度須控制在2cm以內(nèi),刃腳30cm處采用鋼板補(bǔ)強(qiáng)。水上墩樁基鋼護(hù)筒的下放需先定位好導(dǎo)向架,導(dǎo)向架由[25制成,如圖3所示。
圖3 導(dǎo)向架示意
護(hù)筒下放前先將導(dǎo)向架根據(jù)測(cè)量放樣固定于施工平臺(tái)上,再由汽車式起重機(jī)配合振動(dòng)錘進(jìn)行護(hù)筒下放。接長(zhǎng)護(hù)筒時(shí)需注意確保2節(jié)護(hù)筒軸線在同一直線上,下放時(shí)注意依靠導(dǎo)向架調(diào)整護(hù)筒傾斜度及偏位,垂直度控制在5/1 000,平面偏差控制在5cm以內(nèi),護(hù)筒頂面高出施工平臺(tái)約50cm。
3)鉆機(jī)就位 鉆機(jī)就位時(shí),要事先檢查鉆機(jī)性能狀態(tài)是否良好,保證鉆機(jī)工作正常。通過測(cè)設(shè)的樁位準(zhǔn)確確定鉆機(jī)位置,并保證鉆機(jī)穩(wěn)定,通過手動(dòng)粗略調(diào)平保證鉆桿基本豎直后, 即可利用自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)整鉆桿保持豎直狀態(tài)。
3.3.1泥漿制備
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)泥漿池(含沉淀池及泥漿儲(chǔ)備池),一般為鉆孔容積的1.5~2.0倍,泥漿池底部和四周要鋪設(shè)塑料布或采取其他封閉措施,防止泥漿外流。
泥漿制備設(shè)備有泥漿攪拌機(jī)、水力攪拌器。使用黏土造漿時(shí),最好采用水力攪拌器;使用膨潤(rùn)土造漿時(shí),采用泥漿攪拌機(jī)。
造漿后應(yīng)試驗(yàn)全部性能指標(biāo),鉆孔過程中應(yīng)隨時(shí)檢驗(yàn)?zāi)酀{密度和含砂率,并填寫泥漿試驗(yàn)記錄表,且隨時(shí)注意地質(zhì)變化,根據(jù)地質(zhì)變化情況隨時(shí)調(diào)整泥漿性能指標(biāo),保證泥漿各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求,鉆孔施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置回收泥漿池回收護(hù)壁泥漿,泥漿經(jīng)沉淀凈化后,輸送至儲(chǔ)漿池中,在儲(chǔ)漿池中進(jìn)一步處理(加入適量純堿和CMC改善泥漿性能),經(jīng)測(cè)試合格后重復(fù)使用。
3.3.2鉆進(jìn)
1)鉆機(jī)就位后,首先將鉆機(jī)操平,并支墊牢固,特別是鉆機(jī)前支點(diǎn)。在成孔過程中,應(yīng)定期檢查鉆機(jī)水平度,若發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)前支點(diǎn)下沉,應(yīng)及時(shí)頂起支點(diǎn)并調(diào)平后再繼續(xù)鉆孔。
2)鉆機(jī)正式開鉆前,應(yīng)注意鉆頭對(duì)中,將鉆頭拉起至護(hù)筒頂平面位置,在護(hù)樁上綁扎十字線,檢查鉆頭中心與樁位中心是否一致,若發(fā)現(xiàn)偏差過大,應(yīng)進(jìn)行調(diào)整,必須保證鉆機(jī)吊繩、鉆頭中心與樁基中心重合。
3)鉆孔樁開鉆前,一定要對(duì)照工程地質(zhì)柱狀圖,研究清楚各孔地質(zhì)資料,并在鉆孔過程中不斷采集渣樣,從而判斷孔位土層與地質(zhì)勘察報(bào)告是否相符。
4)鉆孔樁在剛?cè)霂r面或鉆孔至巖石變化處,應(yīng)本著“減壓鉆進(jìn)”原則,嚴(yán)格控制沖程,待平穩(wěn)著巖后再加快鉆進(jìn)速度。
5)鉆孔樁鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,應(yīng)及時(shí)撈取巖樣,根據(jù)巖樣特征和鉆進(jìn)速度判斷該孔能否終孔。一般情況下,中風(fēng)化巖巖樣顆粒較細(xì)小,直徑5~10mm,進(jìn)尺速度約為30cm/h。
6)沖擊鉆孔成孔過程中,要定期檢查偏位情況,發(fā)現(xiàn)偏位及早采取糾偏措施。
7)終孔后,采集渣樣判斷是否滿足設(shè)計(jì)持力層要求,同時(shí)檢查樁基成孔深度。檢查方法有測(cè)繩法和鉆具推算法。首先根據(jù)護(hù)筒頂標(biāo)高和鉆頭鉆具總長(zhǎng)度推算孔底標(biāo)高,然后再利用測(cè)繩量測(cè)成孔深度,計(jì)算孔底標(biāo)高,持力層和鉆孔深度均滿足設(shè)計(jì)要求后方可終孔。用于測(cè)量孔深的測(cè)繩應(yīng)定期利用鋼尺復(fù)核,防止造成測(cè)量誤差。
3.3.3終孔
鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,必須核實(shí)地質(zhì)情況。對(duì)照鉆渣與地質(zhì)柱狀圖,驗(yàn)證地質(zhì)情況是否滿足設(shè)計(jì)要求,如與勘察設(shè)計(jì)資料不符,及時(shí)通知監(jiān)理工程師及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)代表確認(rèn)處理;如滿足設(shè)計(jì)要求,立即檢查孔深、孔徑、孔型。對(duì)于孔徑、孔壁、垂直度等檢測(cè)項(xiàng)目,采用測(cè)孔儀檢測(cè)。
成孔后,鉆機(jī)顯示界面的鉆孔深度為L(zhǎng)1,利用測(cè)繩測(cè)量孔深L2,如果L2 確認(rèn)滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)收要求后,報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收,驗(yàn)收合格后,立即清孔。成孔檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。 表1 成孔檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) 本項(xiàng)目橋梁下部結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)在陸地施工過程中能有效成孔、灌樁,但在水中的灌注樁樁基由于在復(fù)雜地層中易造成塌孔、卡鉆等現(xiàn)象,影響樁基施工工期,且后續(xù)打撈鉆頭等花費(fèi)巨大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通灌注樁造價(jià)。因此,本項(xiàng)目通過增加鋼護(hù)筒長(zhǎng)度,對(duì)施工方案進(jìn)行調(diào)整,保證高效成孔及灌注。具體調(diào)整方案如下。 1)1.2m直徑樁基鋼護(hù)筒埋設(shè)進(jìn)入不透水層(淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土)深度按≥2倍鋼護(hù)筒直徑控制,1.5m直徑樁基鋼護(hù)筒埋設(shè)進(jìn)入不透水層(淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土)深度按≥1.5倍鋼護(hù)筒直徑控制;鉆進(jìn)至圓礫、卵石層后,泥漿相對(duì)密度調(diào)整至1.3;根據(jù)試打情況,直徑<1.5m的鋼護(hù)筒壁厚確定為12mm,直徑>1.5m 的鋼護(hù)筒壁厚確定為14mm;樁基灌樁完成后,鋼護(hù)筒埋入深度較大(>4m)時(shí),拔出較困難,且影響樁頭混凝土質(zhì)量,為保證樁基質(zhì)量,承臺(tái)面以下部分做永久保留,承臺(tái)面以上待承臺(tái)開挖后割除。 2)鋼護(hù)筒打拔設(shè)備 為保證鋼護(hù)筒埋設(shè)垂直度及考慮其長(zhǎng)度和質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)工作面等,鋼護(hù)筒埋設(shè)采用80t履帶式起重機(jī),配合使用120kW雙夾振樁錘。 北支江過江通道工程是亞運(yùn)場(chǎng)館項(xiàng)目的附屬工程,施工期的進(jìn)度顯得尤為重要,通過增長(zhǎng)鋼護(hù)筒很好地加快了施工進(jìn)度,同時(shí)也避免了長(zhǎng)時(shí)間、不斷的地層擾動(dòng)給樁基造成的不利影響。4 施工方案調(diào)整
5 結(jié)語(yǔ)