在水利工程中,經常會遇到修建跨河橋工程,而樁基礎又是橋梁設計中最常用的一種施工方法。近年,筆者在工作中遇到的幾個工程均采用瞭鉆孔灌註樁的施工。下麵簡要介紹橋基鉆孔灌註樁的施工工藝,具體流程見圖1。
1前期準備工作
(1)認真讀圖,熟悉樁的參數,結合實際情況編制施工方案。
(2)在編制施工方案前熟悉工程地質和水文地質資料,查明並作好地下障礙物的拆遷工作,以確定鉆孔順序、施工方法和選擇機具設備。
(3)場地平整。鉆孔灌註樁工程,應創造條件在陸地上施工。在基坑中施工時,要挖除表麵過於軟弱的泥層。對空中架設物或地下埋設物予以清除或妥善處理。註意做好泥漿、鉆渣和廢水的排除。場地平整的高度及范圍應根據地形、施工水位、樁頂標高、施工需要等因素考慮。
(4)構築鉆機平臺。鉆機平臺可以根據孔方式的不同因地制宜通過填土、鋪砂石、墊道板、枕木或鋪設輕軌等多種措施來構築。鉆機平臺應略高於周圍場地。若在水上、陡坡或過於軟弱的地基上施工時,應當築島或搭架棧橋。
(5)埋設護筒。為瞭保護孔口,隔離地麵水,形成孔內水頭和定位導向,鉆孔灌註樁孔口必須埋設護筒。
(6)樁位放樣。在平整好的場地上,依據已測定的橋位中線將基樁鉆孔位置定出放樣樁與控制樁,佈設並牢固。
(7)根據土質、樁徑、樁長選擇鉆具和鉆孔方法。鉆孔方法選擇:①正循環回轉鉆。適用土層為黏土、粉土、砂、含少量砂卵石的土、軟巖。主要特點是在黏土和砂土中鉆進速度快,孔型規則,可用於長樁施工。②反循環回轉法。適用土層為輕亞黏土、亞黏土、砂、含少量礫石的土、軟巖。主要特點是鉆進速度快,抽渣能力強。但泥沙泵磨損快,有時卵石堵塞管路。③沖擊鉆。適用土層輕亞黏土、亞黏土、砂卵石、卵石、漂石以及軟硬巖石。主要特點是適用范圍大,是克服堅硬地層和多種地層交錯的好方法,對地層有擠密作用,在軟土層中較其他鉆孔方法效率低。④沖爪錐。適用土層為淤泥、腐殖土、密實黏土、砂、砂礫卵石；主要特點是設備簡單、操作方便,在松散地層和地下水低的情況下功效高。孔徑大於1m和孔深大於20m時,功效低、噪音大。⑤人力大鍋錐。適用土層為輕亞黏土、亞黏土、砂、含少量砂礫石的土。主要特點是機具簡單,適用交通不便、缺少鉆孔機械和動力而樁長不大的情況,使用人力多,勞動強度大。⑥水沖鉆。適用土層松軟黏土、砂土。主要特點是設備簡單,操作方便,在松散地層中功效高,不適用於砂礫石層。
2鉆孔施工工藝
2.1埋設護筒
鉆孔前應在測定的樁位,淮確埋設護筒,護筒定位時應先對樁位進行復核。然後以樁位為中心定出相互垂直的十字控制樁,使十字中心與樁位中心一致,用以固定鉆孔位置隔離地麵水提高井內水頭以增大井內的靜水壓力;穩定孔口土壤和保護孔壁不坍以利鉆孔工作進行。
(1)護筒內徑應比樁徑稍大,一般大於設計樁徑15-20cm。
(2)護筒在構造上必須堅固、耐用、輕便、不漏水。
(3)護筒埋入土中深度,在砂土中不宜小於1m,在黏性土中不宜小於0.5m。護筒內的水位應高於地下水位1.0-1.5m,護筒頂麵必須高出地麵施工水位,筒底要穿透凍層。
(4)護筒就位後,用黏土分層夯填牢固,填土時每一層對稱夯打。在分層夯實時要檢查護筒底中心位置和垂直度,發現偏差立即糾正。
2.2鉆機就位
(1)護筒埋好經檢驗位置無誤後,將鉆機就位,鉆機就位要保證平正穩固,確保施工不發生傾斜、移動。為準確控制成孔深度,在樁架上應設置控制深度的標尺,以便在施工中進行觀測記錄。鉆標卡孔與護筒中心必須在一根豎直線上,以保證鉆孔的豎直方向。
(2)孔口周圍必須有良好的排水系統,確保鉆機處地麵不受水浸泡,以維持機身平穩,確保樁位準確。
2.3泥漿制拌
(1)在砂性土層或砂卵石層河床中鉆孔,必須用泥漿護壁。泥漿護壁使用的黏土,一般要求塑性指數大於17,泥漿比重采用1.1-1.25。
(2)開鉆前,要準備足夠數量的泥漿,泥漿稠度和用量應隨土質的不同而增減,一般豁土質不用砂質土少用粗砂、砂卵石多用。在鉆孔旁作好泥漿拌和池,並調制和儲備足夠的泥漿,再開始進行鉆孔作業。
2.4鉆孔作業
(1)鉆機就位後檢查試車,開始下鉆時要特別註意,要確保鉆尖對準樁尖後,再開始往護筒內加泥漿,開始施鉆。
(2)在鉆進過程中要使速度均勻,不得突然加快要經常檢查鉆頭最大直徑有無變動,是否符合設計孔徑;要檢查鉆機有無位移、傾斜現象;要檢查護筒位置有無變動或漏水現象;檢查水頭高度和泥漿稠度是否合格。
(3)鉆進過程中,必須測記鉆孔深度和通過的土層。要根據土層的變化,調配泥漿比重。
(4)鉆孔周圍地麵不得堆放重物和雜物,要保持孔口附近排水良好,場地乾燥。施鉆過程中應隨時檢查護筒四周填土變化。
(5)成孔後,用孔規檢查孔徑及孔深,看是否滿足設計要求。鉆孔工作應連續進行,一次成孔,不宜中途停頓。鉆進大直徑樁孔時,根據設備性能,也可采用分徑成孔的辦法。
2.5清孔
清孔是灌註樁施工中關鍵的一項工序,鉆孔達到設計深度後應盡量把孔底沉渣清除,以免影響樁端承載能力,應認真做好此項工作。
常采用的清孔方法及特點:
(1)抽漿清孔法。這種方法使用的機具一般為空氣吸泥機、水利吸泥機和真空吸泥泵或反循環鉆機。其特點是使用設備不多,清孔徹底,速度快,並可在吊放鋼筋籠和下入澆築混凝土的導管以後清孔。適用於各種鉆孔方法,但應註意抽渣過久易引起塌孔。
(2)換漿清孔法。使用機具一般為正循環機。適用於正循環回轉和水沖錐鉆孔時,不需添加專用設備,但清孔速度較慢。
(3)掏渣清孔法。這種方法一般采用大鍋錐或抽渣筒。其特點是用於沖擊、沖抓和鍋錐鉆進時,增加設備少,操作簡單,清孔時間長,質量不易保證。
(4)噴射清孔法。使用機具一般采用射水(風)管等。其特點為配合其他清孔方法使用。在澆混凝土之前,用風壓力和水沖管沖射水底,使沉淀物懸浮,隨後立即澆築混凝土。沖射時間一般為3-5min,壓力大於孔底泥漿壓力0.5MPa。需要註意的是,清孔時可將高壓膠管與空氣吹吸管接好吊進孔底,噴出口彎管應高出水麵,必要時可插入吹氣管直到孔底,用氣流擾動渣漿和清掃孔底,在開動空壓機吸取泥漿時,要開動水泵向孔內註入泥漿或清水,隨時註意保持孔內漿麵高度,以保持孔壁的穩定。
3鋼筋籠制作與吊裝
(1)鋼筋骨架要求無局部彎折,鋼筋接頭采用電焊焊接,尺寸符合設計要求。
(2)鋼筋骨架要每隔2m增設加勁箍筋一道,以增強吊裝時的剛度。在場內移動鋼筋骨架時,應保證不彎曲、變形。人工抬運骨架時吊點應分佈均勻,以保持骨架平順,並設專人指揮確保安全。
(3)骨架吊裝前應先丈量孔深,檢查沉積厚度和有無坍孔現象,經檢查符合要求後,方可使鋼筋骨架就位。
(4)為保證鋼筋骨架在起吊過程中不彎曲、變形,起吊時在吊點處綁設短杉桿以增加骨架剛度,待骨架進入樁孔就位時由下而上逐個解去綁繩,取出杉桿。
(5)為保證鋼筋骨架的保護層滿足設計要求,骨架吊裝下孔前,要在同一截麵箍筋上對稱設置混凝土環形墊塊。
(6)骨架下落過程中要始終保持骨架居中,不得碰撞井壁,下落速度要均勻,不宜猛落,就位後使骨架軸線與樁軸線吻合。鋼筋骨架標高達到設計標高後,用鋼軌或井字形方木在孔口固定,防止混凝土灌註過程中骨架浮起或位移。
(7)吊裝過程中,要保持孔內水位不落,還要註意安全。
4灌註水下混凝土
導管法施工是鉆孔灌註樁較為常見的一種混凝土灌註施工方法:
(1)導管直徑一般選用25-30cm,內壁光滑,內徑一致,接口緊密不漏水。每次使用前要進行拼裝和試壓。導管內要安裝止水球或用其他方法代替。
(2)調試後的導管表麵要標出刻度,一般以0.5m為單位,並註明導管全長尺寸,以使灌註混凝土時掌握導管提升高度和埋深。
(3)導管吊入鉆孔中的深度應使導管下口與鉆孔底留有30-40cm的距離,以便灌註時木球能沖出導管。
(4)導管上的漏鬥箱內容積應大於孔底1.3-1.5m深的體積,而且開始灌時要連續補足漏鬥箱內混凝土,以確保混凝土沖擊下落到孔底後向上返,並將導管埋入1m以上。
(5)混凝土的配比是關鍵,因此為保證灌註質量要采用商品混凝土,強度等級要比設計要求提高一個等級,坍落度在16-22cm為宜。選用商品混凝土可以保證開始灌註時混凝土的最小儲備量。
(6)澆註時要做好孔深和導管在混凝土中的埋置深度的測量記錄,確保導管埋深在1m以上,且埋深不影響導管提升。
(7)灌註過程中,要保持導管位置居中。混凝土必須連續澆註,並掌握邊灌註混凝土邊提升和拆除導管,使混凝土經常處於流動狀態。混凝土灌註到樁孔上部5m以內時,可不再提升導管,直到應灌註的標高後,一次拔出。灌註混凝土頂麵應高於設計標高0.5-0.8m,待混凝土終凝後,再鑿去設計標高以上部分。灌註時要填寫記錄,並每灌一裸樁留取3組以上混凝土抗壓強度試塊。在澆築混凝土時,最忌諱斷樁。所以,在澆築過程中,一定要控制好各項指標。
5質量標準檢測
(1)灌註樁混凝土的質量。可由澆築時孔口取樣的試塊進行評價。一般每根樁制作1組(3塊)試塊,混凝土配合比改變時應相應留出試塊。混凝土試塊28d平均抗壓強度不得低於設計標號的95%。並且質量記錄要填寫齊全,保存完整。
(2)樁的允許偏差。在橋基的施工中,執行《公路橋涵施工技術規范》(JTJ41-79)中的規范要求。
(3)樁體承載能力。檢查時需進行垂直荷載和水平荷載試驗。
上述幾點是鉆孔灌註樁施工時要必須做到的,否則將影響工程質量。灌註樁的施工看似簡單,但要求準備充分、施工組織更加嚴密,在保證施工質量的前提下,才會獲得更大的效益。
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