港口工程水下鉆孔灌注樁施工分析

黃國建

摘要:鉆孔灌注樁基礎作為深基礎的一種,由于它具有適應性強、對鄰近建筑物影響較小、抗震性能強、所需設備簡單、操作方便、施工安全等優(yōu)點,在港口工程中應用較廣。文章從影響鉆孔灌注樁承載性能的各種關鍵的施工因素出發(fā),對鉆孔灌注的施工工藝進行了研究。

關鍵詞:港口工程;鉆孔灌注樁;深基礎施工;施工工藝

中圖分類號:TU753文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)22-0163-02

在進行港口水工建筑物施工時,施工方法不僅受到技術、設備上的限制,而且受到經(jīng)濟大的制約。鉆孔灌注樁是橋梁工程最常用的基礎形式之一,它具有適應性強、抗震性能強、所需設備簡單、操作方便、施工安全等特點;而且鉆孔灌注樁可將所有上部結構傳來的動載和靜載均勻地傳遞至深層穩(wěn)定的土層中,從而大大減少了基礎沉降和不均勻沉降,故鉆孔灌注樁在港口工程中廣泛采用。

鉆孔灌注樁施工過程主要可分為成孔階段、清孔階段、水下混凝土灌注階段等三大階段。鉆孔灌注樁是一項工序多、技術要求高、工作量較大、并需要在一個短時間內連續(xù)完成的地下(或水下)隱蔽工程。要保質、保量、按期完成施工工程,必須認真做好施工的各項準備工作。

一、成孔階段施工

(一)正循環(huán)回轉鉆進施工

正循環(huán)施工法是鉆機回轉裝置帶動鉆桿和鉆頭回轉切削破碎巖土,鉆進時用泥漿護壁、排渣;泥漿由泥漿泵輸進鉆桿內腔后,經(jīng)鉆頭的出漿口射出,帶動鉆渣沿鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀空間上升到孔口溢進沉淀池后返回泥漿池中凈化,再供使用。這樣,泥漿在泥漿泵、鉆桿、鉆孔和泥漿池之間反復循環(huán)運行,如圖1所示:

1:鉆頭;2:泥漿循環(huán)方向;3:沉淀池及沉渣;4:泥漿池及泥漿;5:泥漿泵;6:水龍頭;7:鉆桿;8:鉆機回轉裝置

(二)反循環(huán)回轉鉆進施工

反循環(huán)回轉鉆進施工是在樁頂處設置護筒(其直徑比樁徑大15%左右),護筒內的水位要高出自然地下水位2m以上,以確?？妆诘娜魏尾糠志３?.02MPa以上的靜水壓力保護孔壁不坍塌,因而鉆挖時不用套管,鉆機工作時,旋轉盤帶動鉆桿端部的鉆頭鉆挖內土。在鉆進過程中,沖洗液從鉆桿與孔壁間的環(huán)狀間隙流入孔底,并攜帶被鉆挖下來的巖土鉆渣,由鉆桿內腔返回地面,與此同時,沖洗液又返回孔內形成循環(huán),這種鉆進方法稱為反循環(huán)鉆進。

反循環(huán)回轉鉆進成孔適用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂礫等土層;當采用圓錐式鉆頭可進入軟巖;當采用滾輪式(又稱牙輪式)鉆頭可進入硬巖。反循環(huán)鉆進成孔不適用于自重濕陷性黃土層,也不宜用于無地下水的地層。

反循環(huán)鉆進施工按其沖洗液(水或泥漿)循環(huán)輸送的方式、動力來源和工作原理可分為泵吸、氣舉和噴射等三種方法。

二、清孔階段的質量控制

(一)清孔的目的

清孔的目的是抽、換原鉆孔內泥漿,降低泥漿的相對密度、粘度、含砂率等指標清除鉆渣,盡量減少孔底沉渣厚度,防止樁底存留過厚沉淀而降低樁的承載力。特別是隨著施工工藝的發(fā)展,采用大直徑鉆孔樁已趨于普遍,在施工中徹底清除孔底沉渣對充分發(fā)揮樁底原土層的支承力、提高大直徑鉆孔樁豎直承載力非常重要。

清孔還為下一個工序灌注水下混凝土創(chuàng)造良好條件,使測深正確,灌注順利,保證混凝土質量,避免出現(xiàn)斷樁之類重大工程質量事故。

(二)清孔的質量要求

1.清孔后,孔底沉渣對于端承樁應≤50mm,對于摩擦樁應≤300mm,對于摩擦端承、端承摩擦樁應≤l00mm。

2.清孔后,灌注混凝土前泥漿性能指標應達到:孔底500mm以內的泥漿比重<1.25,含砂率≤8%,粘度≤28s。

3.終孔檢查后,應立即清孔,不得間隔過久,以至泥漿、鉆渣的沉淀增多,造成清孔工作的困難甚至坍孔。清孔后應在最短時間內灌注混凝土。

(三)清孔新工藝的研究

空壓機吹砂管反循環(huán)清孔法的工作原理主要是通過軟體風管將壓縮空氣送進吹管底部,使泥漿形成密度較小的泥漿空氣混合物在水壓力作用下沿吹砂管向上排出,在泥漿迅速流動的同時帶動樁孔沉渣排出孔內,另外經(jīng)沉淀后的泥漿回流到樁孔內,保持孔內水位不變,直到把沉渣清除達到設計及施工規(guī)范要求為止。該方法也屬氣體上舉清孔法,亦稱氣舉法。

優(yōu)點:清孔時間短,能快速有效地清孔,較深的樁孔也能有效地清孔。由于時間短,速度快可減少塌孔、縮徑的機率。

缺點:清孔設備較多,施工工序復雜,往往因工序多而出現(xiàn)漏洞,造成不必要的事情出現(xiàn)。另外,吹砂管接頭如采用法蘭連接則接拆管時間較長,采用管卡連接則容易掉管造成事故。其主要缺點是吹砂管徑較小,對孔底有粗渣的情況其清孔效果不理想。

該種方法是常規(guī)清孔工藝,可適用于普通樁基,但超深樁基其不適用,對于孔徑較小的樁,其施工難度較大,對嵌巖樁及摩擦樁均適用,如圖2所示:

三、水下混凝土的灌注

在鉆孔灌注樁的施工過程中,混凝土的水下灌注是關鍵的環(huán)節(jié)之一,混凝土水下灌注是否順利直接影響樁基質量的好壞。因此,運用科學、實用的混凝土灌注工藝以確保工程質量顯得尤為重要。

(一)首批混凝土灌注

混凝土首灌注量與泥漿至混凝土面高度、混凝土面至孔底高度、泥漿的密度、導管內徑及樁孔直徑有關。

孔徑越大,首批灌注的混凝土量越多,由于混凝土量大,攪拌時間長,因此可能出現(xiàn)離析現(xiàn)象,首批混凝土在下落過程中,由于和易性變差,受的阻力變大,常出現(xiàn)導管中堵滿混凝土,甚至漏斗內還有部分混凝土,此時應加大設備的起重能力,以便迅速向漏斗加混凝土,然后再稍拉導管,若起重能力不足,則應用卷揚機拉緊漏斗晃動,這樣能使混凝土順利下落到孔底,下灌后繼續(xù)向漏斗加入混凝土,進行后續(xù)灌注。

(二)后續(xù)混凝土灌注

后續(xù)混凝土灌注中,當出現(xiàn)非連續(xù)性灌注時,漏斗中的混凝土下落后,應當牽動導管,并觀察孔口返漿情況,直至孔口不再返漿,再向漏斗中加入混凝土,牽動導管的作用有:

1.有利于后續(xù)混凝土的順利下落,否則混凝土在導管中存留時間稍長,其流動性能變差,與導管間磨擦阻力隨之增強,造成水泥漿緩緩流墜,而骨料都滯留在導管中,使混凝土與管壁摩擦阻力增強,灌注混凝土下落困難,導致斷樁,同時,由于粗骨料間有大量空隙,后續(xù)混凝土加入后形成的高壓氣囊,會擠破管節(jié)間的密封膠墊而導致漏水,有時還會形成蜂窩狀混凝土,嚴重影響成樁質量。

2.牽動導管增強混凝土向周邊擴散,加強樁身與周邊地層的有效結合,增大樁體摩擦阻力,同時加大混凝土與鋼筋籠的結合力,從而提高樁基承載力。

(三)后期混凝土的灌注

在混凝土灌注后期,由于孔內壓力較小,往往上部混凝土不如下部密實,這時應稍提漏斗增大落差,以提高其密實度。

(四)混凝土灌注速度

灌注水下混凝土應迅速進行,防止坍孔和泥漿沉淀過厚。每根樁的灌注太長,盡量控制在8小時內完成;為防止頂層混凝土失去流動性,導管提升小時灌注高度最好不小于10m,灌注的合適時間可參考表1:

注:(1)灌注時間從第一盤混凝土拌和加水至灌注結束止;(2)本表適用于樁徑小于2.5m;(3)如水泥初凝時間超過表列數(shù)值時,則首批混凝土必須摻入緩凝劑。

四、結語

鉆孔灌注樁施工是一項相對而言較為敏感的工藝,每一道工序的施工都必須認真嚴格的進行,任何一個疏忽都有可能給樁基帶來施工事故或質量事故。通過對鉆孔灌注施工工藝的研究,可以更好的指導施工,加快施工進程,減少質量事故,保證質量安全,提高社會、經(jīng)濟效益,對實際工程具有重要的理論指導意義和應用價值。

參考文獻

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