大樁徑長樁沖擊成孔施工技術(shù)
2009-09-28
[摘要] 由常規(guī)樁基沖擊成孔工藝技術(shù),施工大樁徑長樁時存在的不足,在鎮(zhèn)海灣大橋施工中所采取的措施總結(jié)關(guān)鍵詞 鎮(zhèn)海灣大橋 大樁長樁 沖擊成孔技術(shù)一． 工程概況西部沿海高速公路是國家統(tǒng)一規(guī)劃的戰(zhàn)備公路，它南起廣東湛江,沿海至遼寧大連. 鎮(zhèn)海灣大橋是西部沿海高速公路廣東段臺山境內(nèi)的一座特大橋。全橋長2896m，橋跨組合為：16×20m+18×30m+10×50m+105m+190m+105m+10×50m+13×30m+12×20m。其中主橋為預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)，橋跨組合為105m+109m+105m。引橋50m跨上部構(gòu)造采用PPC先簡支后連續(xù)剛構(gòu)方案，20m、30m跨為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁。該橋橋位在鎮(zhèn)海灣雅州島南側(cè)，距出海口約20公里，夏季受臺風(fēng)影響，水位受潮夕影響，潮差約3m。橋位處河床底覆蓋層較厚。該橋樁基除主橋為群樁基礎(chǔ)外，均為單排樁。樁尖嵌巖不小于0.5m，巖石單軸抗壓極限不小于15Mpa，柱樁樁底沉淀厚度不大于5cm，摩擦樁樁底沉淀土厚度不大于20m。引橋50m跨樁基為樁徑φ2.2m和φ2.5m的水中樁。二、基礎(chǔ)施工方案確定（一） 工程地質(zhì)狀況鎮(zhèn)海灣大橋位于鎮(zhèn)海灣出?？诩s20公里外，淤積層較厚，樁狀圖如下（見圖一），巖（土）性描述：一層：素填土，黃褐色，新近人工回填土，主要成份為亞砂土及碎石等，松散狀。二層：淤泥，深灰—灰黑色，細(xì)膩，染手，含海相貝殼及腐殖物，偶見薄層粉細(xì)砂，飽和，沉塑狀。三層：含粘土礫石，黃褐色，以粘土及礫石為主，局部為卵石，卵石粒徑2~5cm。磨圓度良好，呈亞圓形，礫石、卵石卵粒間互不接觸，由粘土粘結(jié)，鉆進本層鉆機偶有跳響聲，潮、中密—密實狀。四層：全風(fēng)化花崗片麻巖或變質(zhì)砂巖，褐黃色—黃色，除石英外，其他礦物已風(fēng)化成土狀，為粗?；◢弾r殘坡積土，呈亞粘土或亞砂土狀，稍濕，可—硬塑或中密—密實狀。五層：強風(fēng)化花崗片麻巖或變質(zhì)砂巖，褐黃—灰褐色，巖芯完整性差，呈半巖半土—碎塊狀，巖芯用手可折斷，可見母巖原生結(jié)構(gòu)，鉆進過程有輕微跳響，稍硬。六層：弱風(fēng)化花崗片麻巖或變質(zhì)砂巖，灰白間褐黃色，巖芯呈碎塊狀，風(fēng)化裂隙發(fā)育，沿裂隙面見鐵質(zhì)薄膜，硬，鉆進過程基本連續(xù)跳響。七層：微風(fēng)化花崗片麻巖或變質(zhì)砂巖，灰色—深灰色，間夾白色石英條帶，花崗片麻巖手變質(zhì)砂巖相互產(chǎn)出，但無規(guī)律性，節(jié)理發(fā)育，為陡傾角，裂隙較發(fā)育，巖芯破碎，鉆機鉆進強烈跳響。（二） 成孔方案的確定該橋大樁徑樁為φ2.2m和φ2.5m兩種，從地質(zhì)情況看，可選用以下幾種成孔方案（見表一）：從表中各成孔方案的優(yōu)缺點看，前兩種鉆進從技術(shù)性能和指標(biāo)方面，較適合于本橋樁基施工，但由于前兩種施工方法設(shè)備投入較大，故我們經(jīng)多方考慮，在減小投入情況下，盡量利用現(xiàn)有設(shè)備加以改進，選用沖擊鉆施工方法施工本橋樁基。但從各種經(jīng)驗介紹情況看，用沖擊鉆施工本橋的φ2.2m、φ2.5m的，樁長近50m的樁，各項指標(biāo)都是該成孔方法的極限。在這種情況下施工，我們首先找出該橋樁基沖擊成孔較常規(guī)沖擊成孔存在的難點，并有征對性的采取措施，以保障工藝各環(huán)節(jié)施工順利。（一） 工藝難點1、 機具設(shè)備的配套由于樁徑較大，沖錘相應(yīng)加大、加重，所需鉆機也要大噸位，但也要盡量降低設(shè)備自身重量，以減小水上平臺設(shè)備和吊裝設(shè)備投入。2、孔壁穩(wěn)定性沖擊成孔特點是成孔速度較慢，且水中樁基施工無法保證常規(guī)沖擊成孔的泥漿循環(huán)。如何保持孔壁施工過程中的穩(wěn)定性及排渣是必須解決的問題。３． 清孔樁長且樁徑大，孔內(nèi)泥漿數(shù)量較大，如何在清孔時，使孔內(nèi)泥漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，且較大較長的樁，在鋼筋籠下放過程至灌注水下砼剪球前，長時間靜置，泥漿里的鉆渣易沉淀，造成孔底沉淀厚度超標(biāo)。如何保證孔底沉淀厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，也將是必須解決的難點之一。三、施工工藝針對措施針對我們選用的大樁徑、長樁沖擊成孔方案，結(jié)合上述工藝難點，常規(guī)沖孔工藝無法滿足的工藝細(xì)節(jié)，我們采取相應(yīng)措施。（一） 設(shè)備選用因該工程樁基樁徑較大，且樁較長，沖錘重量的選定至關(guān)重要。我們選用沖錐的重量偏大，為4.5T的十字型沖錐，鉆機選用2JK10型江蘇南通礦山機械廠生產(chǎn)的鉆機，該機沖擊頻率8次/min，額定速度31m/min，電動機額定功率75KW。（二） 過程控制要素在整個成孔過程中，常規(guī)工藝盡量作到精益求精，特別在以下幾下方面采取針對性措施：1、 沖程從地質(zhì)情況看，按常規(guī)經(jīng)驗，施工一條φ2.0m以上的50m長樁需20天，孔壁土體破壞后在成孔施工過程中時間較長，且在此過程中又受到?jīng)_擊成孔的震動，對孔壁的安全穩(wěn)定不利。針對這種情況，我們在整個成孔過程中盡量使用小沖程，高頻率施工，在不穩(wěn)定的土層，如砂夾卵石，采用回填土2~3次土夾石回沖的辦法，使在成孔過程中，擠密孔壁，加強了孔壁的穩(wěn)定性。2、 泥漿鉆孔泥漿由水、粘土和添加劑組成，在鉆孔中，由于泥漿相對密度大于水的相對密度，故護筒內(nèi)同樣高的水頭，泥漿的靜水壓力比水大，由于靜水壓力的作用，可作用在井孔壁形成一層泥皮，阻隔孔內(nèi)外滲透，保持孔壁免于坍塌。此外，泥漿還起到浮懸鉆渣的作用。沖孔過程中，如有泥漿池循環(huán)，泥漿通過泥漿泵由膠管注入孔底，使泥漿在孔內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)不斷的上升流速，懸浮鉆渣流入沉淀池中，孔中泥漿也較均勻，對孔壁穩(wěn)定性較有利。無泥漿池施工時，解決排渣和保持孔內(nèi)泥漿均勻，孔壁穩(wěn)定至關(guān)重要，我們是這樣做的：施工中，排渣我們采用較為常規(guī)的掏渣筒掏渣，每1.5個臺班掏渣一次，效果較好。保持孔內(nèi)泥漿均勻的辦法是孔內(nèi)的內(nèi)循環(huán)，在掏渣后，加入黃泥造漿，孔底形成密度較大的泥漿，泥漿泵由沖機副機吊于水面，吸取面層密度較小的泥漿注孔孔底，使孔底泥漿稀釋后上浮，經(jīng)過一段時間循環(huán)，泥漿達(dá)標(biāo)后，即可進行沖孔施工，一般內(nèi)循環(huán)也每1.5個臺班進行一次，也在掏渣后進行。從每1.5個臺班做一次孔內(nèi)泥漿循環(huán)，在不同時段獲得的泥漿資料來看，在沖孔過程中泥漿沉淀的情況不致引起孔壁的不安全。同時鉆進過程當(dāng)中每隔４h時測定一次護筒角處泥漿濃度是否達(dá)標(biāo)，如不達(dá)標(biāo)，則應(yīng)即可進行內(nèi)循環(huán)。1、 清孔清孔的目的是抽、換原孔內(nèi)泥漿，降低泥漿的相對密度、粘度、含砂率等指標(biāo)，清除鉆渣，減少孔底沉淀厚度，防止樁底存留沉淀土過厚而降低樁的承載力，清孔為灌注水下砼創(chuàng)造良好條件。我們清孔采用了掏渣法和內(nèi)風(fēng)管吸泥清孔法相結(jié)合的方法，在鉆孔達(dá)到設(shè)計標(biāo)高時，先加入適量水泥、黃泥，造漿后掏渣，直至泥漿達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)。在清孔完畢至澆注砼前，因樁徑較大，樁較長，這個時間段相對較長，這樣，在澆注前，容易產(chǎn)生沉淀過厚等現(xiàn)象。此時我們利用已下放的澆注水下混凝土用的導(dǎo)管,采用內(nèi)風(fēng)管吸泥清孔法進行二次清孔（見圖2），具體指標(biāo)計算如下：圖2 內(nèi)風(fēng)管吸泥清孔1-高壓風(fēng)管入水深，2-彎管和導(dǎo)管接頭；3-焊在彎管上的耐磨短彎管；4-壓縮空氣；5-排渣軟管；6-補水；7-輸氣軟管；8-φ25mm鋼管長度大于2m；9-孔底沉渣（1）噴出泥漿流量（qv2）qv2=qv1（d1/d0+W） =qv1（1.7/2.2+6）=6.67qv1=7.86m3/min式中：qv1——按天然狀態(tài)土體積計每1min凈出土量，取qv1=1.16m3/mind1————土體天然狀態(tài)下相對密度d0——土顆粒的相對密度，d0=2.2W——每1m3天然狀態(tài)的土成為泥漿所需水量，取W=6（2）泥漿相對密度（d2）d2=(d1+wd)/[(d1/d0)+w]=(1.7+6*1)/[(1.7/2.2)+6]=1.127T/m3式中：d1——水的相對密度，取d=1（3）吸泥機壓縮空氣消耗量，換算為大氣壓力下的體積qv4qv4=c1mqv2h/c2lg[(H+10)/10]=1.8*2.08*qv*6/15.1*lg[(35+10)/10]=22.464qv2/15.1*0.65=2.29qv2=18m3/min式中：H——空氣混合氣在水面以下深度，mh——排出泥漿管口處高于井內(nèi)水面高度,mqv2——泥漿流量：m3/minc1——校正系數(shù)，取c1=1.8m——由吸揚洋水所需的空氣量換算為吸揚泥漿時增大系數(shù)。m=d(d1-d2)/d1(d2- d)=1(1.7-1.127)/1.7(1.127-1)=2.0（4）所需風(fēng)壓P=H/100+0.05=50/100+0.05=0.55Mpa式中：H——空氣混合氣在水面以下深度，m此法施工中應(yīng)注意以下幾方面：1、高壓風(fēng)管沉入導(dǎo)管內(nèi)的水深度應(yīng)大于鉆孔內(nèi)水頭到出漿口高度的1.5倍,一般不宜小于15米,但不必沉至導(dǎo)管底部附近。2、內(nèi)風(fēng)管吸泥清孔法在清孔過程中必須始終保持孔內(nèi)原有水頭差。3、當(dāng)孔底沉淀較厚且堅實時,可適當(dāng)加大送風(fēng)量,并搖動導(dǎo)管,改變導(dǎo)管在孔底的位置。在內(nèi)風(fēng)管吸泥清孔法清孔達(dá)到效果后，迅速拆除此裝置,進行水下混凝土澆注。三、施工效果結(jié)合常規(guī)樁基沖擊成孔工藝,在部分工藝細(xì)節(jié)采取相應(yīng)措施,鎮(zhèn)海灣大橋西岸引橋水中大樁徑長樁施工中取得了較好的效果.共計施公φ2.2m24條，φ2.5m16條，檢測結(jié)果，其中A類樁 16 條，B類樁23條,抽芯檢查全部合格。施工中投入10T沖機6臺，施工總工期6個月，與正循環(huán)、回轉(zhuǎn)法成孔相比，節(jié)約成本約近60萬元。四、施工體會樁基施工雖為常規(guī)工藝，但每種施工方法都有它的特點和局限。對實際施工中的一些施工方法的局限性，有針對地在工藝細(xì)節(jié)中進行優(yōu)化，抓住關(guān)鍵點，解決突出矛盾，亦可達(dá)到理想效果。大樁徑長樁沖擊成孔施工方法，在工藝施工方法上是可行的，成本上較低，值得推廣。參考文獻[1] 交通部第一公路工程總公司 橋涵手冊 北京 人民交通出版社，2000[2] 劉正峰 地基與基礎(chǔ)工程新技術(shù)實用手冊 北京 海潮出版社出版發(fā)行，2000
