灰?guī)r區(qū)挖孔樁水下混凝土澆灌及澆灌次序控制

張錦雄

(玉溪新興鋼鐵有限公司, 云南玉溪市 653111)

灰?guī)r區(qū)挖孔樁水下混凝土澆灌及澆灌次序控制

張錦雄

(玉溪新興鋼鐵有限公司, 云南玉溪市 653111)

在灰?guī)r區(qū)的人工挖孔樁施工過程中,有時會遇到地下水位高并且地下水量很大的情況,這時為確保工程質(zhì)量,需采用水下混凝土澆灌的方法澆筑砼。但通過施工順序的控制,可有效地減少水下澆灌孔數(shù)量,節(jié)約成本、縮短工期。論述了人工挖孔樁水下混凝土的配制、施工設(shè)備、灌注方法等,以及灰?guī)r區(qū)人工挖孔樁施工中如何減少水下澆灌孔數(shù)量的方法。

人工挖孔樁;水下混凝土澆灌;澆灌次序;灰?guī)r區(qū)

0 前 言

在鉆孔樁施工中,混凝土的澆灌通常都采用導(dǎo)管水下澆注法。但在采用人工挖孔樁的工地,大多采用井口串筒等簡單的非水下澆注法。根據(jù)作者長期的施工管理經(jīng)驗,有時雖然大面積施工時水量不是很大,但到收尾樁施工時,孔內(nèi)水量成倍增長,甚至可能出現(xiàn)樁孔內(nèi)的水難以抽干的情況,如果采用一般的井口串筒澆灌法,可能出現(xiàn)嚴(yán)重的樁身質(zhì)量事故?；炷恋乃聺补噘M時費事,會增加施工成本,但是在人工挖孔樁施工中,有目的地進行水下澆灌孔數(shù)量控制和做好水下澆灌都是同樣的重要。本文結(jié)合玉鋼中寬帶工地樁基施工情況,對人工挖孔樁水下澆灌的有關(guān)問題及效果予以介紹。

1 水下混凝土澆灌

人工挖孔樁水下混凝土澆灌導(dǎo)管法的原理是,利用導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱和導(dǎo)管外水柱的比重和高度的不同所產(chǎn)生的壓力差,使導(dǎo)管內(nèi)的混凝土向下流動并托起導(dǎo)管外的初期灌注的混凝土向上運動,同時也頂托著初期灌注的混凝土上面的泥漿或水上升直至所需要的混凝土面標(biāo)高 (或孔口),從而自下而上地形成連續(xù)密實的混凝土樁身。

1.1 水下混凝土的配制

水下混凝土的強度應(yīng)滿足樁身強度的要求,并符合《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ 55—2000)的規(guī)定。人工挖孔樁的混凝土為普通混凝土,無法進行水下澆注。為確保樁身質(zhì)量并滿足水下澆灌工藝的需要,水下混凝土的強度通常應(yīng)比普通混凝土高一個等級。

水下混凝土的配合比一般根據(jù)實驗室的試驗結(jié)果確定。對于水下混凝土施工,應(yīng)注意以下幾個方面的問題。

(1)材料。水泥宜用 P.042.5普通硅酸鹽水泥,并要求其初凝時間不早于 1.5 h。水泥的質(zhì)量要達到規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),有出廠合格證并經(jīng)試驗合格。砂子為中砂或粗砂,其含泥量不大于 3%,宜選用河砂。碎石的粒徑 10～40 mm(不大于導(dǎo)管內(nèi)徑的1/6～1/8),含泥量不大于 2%,宜優(yōu)先選用卵石,再選用碎石。

(2)水下灌注的混凝土必須具有良好的和易性,須適當(dāng)提高水泥用量及砂率。其配合比應(yīng)通過試驗確定,水灰比宜采用 0.5～0.6,坍落度宜采用160～220 mm。另外,摻入合適摻合料 (如粉煤灰)和外加劑 (如減水劑、緩凝劑和早強劑等),改善調(diào)節(jié)混凝土的流動性和凝結(jié)時間。外加劑種類、摻入量和摻入程序都必須經(jīng)過實驗來確定。

總之,水下混凝土的配合比及其性能必須與導(dǎo)管水下灌注的工藝相適應(yīng)。通過調(diào)整配合比,使混凝土具有足夠的可塑性和粘聚性,易于在導(dǎo)管中和井孔的環(huán)狀間隙內(nèi)流動而又不易離析。要滿足這一點,須對水泥標(biāo)號、水灰比、骨料的種類和性質(zhì)、外加劑的種類和性質(zhì)等多方面進行周全的考慮。另外,攪拌要均勻,攪拌時間要適宜;在輸送過程中,不得出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象。一般來說,水下混凝土的強度越高時,其耐久性也越好,因此,必須保證所配出來的混凝土強度等于或高于設(shè)計要求的強度。

1.2 水下混凝土灌注的設(shè)備

水下澆灌砼施工需要砼攪拌機、砼灌車、砼泵車、吊車、砼導(dǎo)管、水泵、漏斗、備用發(fā)電機等。

為保證水下灌注時不因設(shè)備故障的原因造成灌注質(zhì)量問題,不僅要求施工設(shè)備完好配套,而且還要有應(yīng)急備用的設(shè)備。重點做好以下幾方面的保證。

(1)施工過程中可能發(fā)生斷電情況,因此一般須備用 1臺 120 kW的發(fā)電機;另外,攪拌機也可能出現(xiàn)故障,因此,攪拌機應(yīng)不少于 2臺,并保持完好。

(2)導(dǎo)管是灌注水下混凝土的重要工具,其直徑大小要根據(jù)孔徑、灌注強度、骨料尺寸等進行選擇。導(dǎo)管應(yīng)具有足夠的強度和剛度、管壁光滑平直、且密封性良好不漏水。因此,對導(dǎo)管須進行密封、承壓和接頭抗拉的試驗。

1.3 水下混凝土的澆灌

在混凝土澆灌前,所放鋼筋籠和孔洞的中心要對應(yīng),定位要準(zhǔn)確,鋼筋籠安放到位后應(yīng)立即安設(shè)砼導(dǎo)管。

(1)砼導(dǎo)管的制作及安裝。導(dǎo)管壁厚不宜小于3 mm,直徑宜為 200～273 mm,宜采用無縫鋼管制作。導(dǎo)管的分節(jié)長度一般為 2～4 m,底管長度不宜小于 4 m,一般為 6 m,底部應(yīng)焊設(shè)加強箍,兩管之間可用法蘭或絲扣連接。為避免提升導(dǎo)管時法蘭掛住鋼筋籠,可設(shè)置錐形護罩,或采用加焊三角形加勁板等有效措施。導(dǎo)管使用前應(yīng)試壓,試壓壓力一般為0.6～1 MPa,并要試驗混凝土隔水滑閥是否能通過。使用絲扣連續(xù)的導(dǎo)管,應(yīng)注意使用、運輸和堆放中不得碰撞導(dǎo)管連接口的螺紋或壓壞管口。在每次灌注混凝土使用完畢后,應(yīng)立即沖冼干凈導(dǎo)管,及時在導(dǎo)管連接口的螺紋涂油防繡。

(2)澆灌水下混凝土。在灌注混凝土之前先用水濕潤導(dǎo)管,在向漏斗內(nèi)放入混凝土之前,最好先配制與混凝土內(nèi)砂漿相同配比的水泥砂漿約 0.2 m3,并放入滑閥以上的導(dǎo)管和漏斗中,然后再放入混凝土。向孔內(nèi)灌注混凝土之前,必須確認(rèn)儲料斗內(nèi)有足以將導(dǎo)管的底端一次性埋入水下混凝土中至少0.8 m以上深度的混凝土儲存量后,方可剪斷滑閥的鐵絲,讓滑閥和混凝土在排除導(dǎo)管內(nèi)的水的同時,從導(dǎo)管內(nèi)沖入孔底。灌入第一斗混凝土?xí)r,導(dǎo)管底端到孔底的距離應(yīng)為 0.5 m,排塞后不得將導(dǎo)管插回孔底。

隨著混凝土的上升,要適當(dāng)提升和拆卸導(dǎo)管,一般宜保持導(dǎo)管底端埋入混凝土面以下 2～4 m,不宜大于 6 m和不得小于 1 m,嚴(yán)禁把導(dǎo)管底端提出混凝土面。導(dǎo)管埋入混凝土的深度,主要是根據(jù)人工挖孔樁的地下水的多少及是否有承壓水來判斷。在水下混凝土澆灌過程中,應(yīng)有專人測量導(dǎo)管埋深,填寫好水下混凝土澆灌記錄表。提升導(dǎo)管時應(yīng)避免碰掛鋼筋籠。當(dāng)混凝土面接近鋼筋籠底時,應(yīng)嚴(yán)格控制導(dǎo)管的埋管不要過深,當(dāng)混凝土面上升到鋼筋籠內(nèi) 3～4 m再提升導(dǎo)管,使導(dǎo)管底高于鋼筋籠底端,以防鋼筋籠上浮。應(yīng)控制最后一次混凝土的灌注量,一般應(yīng)控制樁頂在設(shè)計樁頂標(biāo)高以上約 0.8 m,并確保有效樁段內(nèi)不含浮漿。灌注樁身混凝土?xí)r,每條樁的留置試塊不得少于 1組 (3件)。

2 灰?guī)r區(qū)孔樁灌注次序的控制

水下灌注次序的控制就是根據(jù)地下水的水文地質(zhì)條件,通過孔樁成孔和澆注順序的設(shè)計,利用挖孔施工中的抽排水作用,使 1個場地內(nèi)的孔樁大部分或全部實現(xiàn)干孔或少水條件下澆注。

在灰?guī)r區(qū),通常基巖起伏較大,而且灰?guī)r大多裂隙發(fā)育,水易向低凹的基巖面處匯集。所以,可將某個低點及其匯水區(qū)作為地下水排水控制單元來進行成孔澆注施工順序設(shè)計。具體辦法是:

(1)在 1個排水控制單元內(nèi),根據(jù)地下水的大小來確定一序開挖孔的數(shù)量,通過這些孔的開挖和抽水,能使地下水水位得到有效下降,并使每 1個孔的水量都在可抽排的范圍內(nèi),讓其開挖可以基本正常地進行;

(2)在巖面低凹處,選擇 2個 (或以上)相鄰較近的孔互為排水孔,實現(xiàn)各自的開挖成孔和護壁支護;

(3)在巖面低凹處孔的強力抽排水的降水作用下,實現(xiàn)整個場地 (或排水單元)相對較淺的大部分孔可在干孔或少水條件下澆灌;

(4)最后留下巖面地凹處的深孔,采用特殊的導(dǎo)管水下混凝土澆灌。

3 工程實例

玉鋼中寬帶主廠房的人工挖孔樁總 186棵,每棵樁深度均在 25～30 m。地質(zhì)條件極為復(fù)雜,基本上每棵樁均有 2層硫砂層,總厚度為 4～9 m,樁端持力層為灰?guī)r,裂隙發(fā)育,基巖面為凹槽形分布。地下水位在地表下 2 m,且地下水極為豐富,又處在雨季施工,造成了人工挖孔樁有大量的積水要用水泵抽水。整體上廠房南面靠煉鋼區(qū)域相對巖層較淺,灰?guī)r樁端持力層在地下 25 m左右,西面靠山坡邊的區(qū)域巖層在地下 25 m左右,東面靠主公路區(qū)域的巖層在地下約 30 m,北面靠大門區(qū)域的巖層在地下約30 m,東北角上少數(shù)區(qū)域的巖層在地下 32 m左右。根據(jù)基巖面的空間展布和地下水流向分析,進行了合理的施工順序設(shè)計,編排了系統(tǒng)的成孔澆注順序,使絕大部分的孔(179個)實現(xiàn)了在干孔條件下用普通工藝簡易澆灌。具體就是先施工主廠房南面靠煉鋼區(qū)及西面靠山坡的人工挖孔樁,其次施工廠房中間的人工挖孔樁,再施工廠房東面及北面的人工挖孔樁,有目的在廠房東北角區(qū)域預(yù)留了后澆抽排水孔 7個。當(dāng)大量的樁已澆灌了砼后,余下的預(yù)留人工挖孔樁水量就更大了,這 7棵人工挖孔樁用 2臺Φ100 mm的水泵持續(xù)抽排,剛好能把人工挖孔樁內(nèi)的積水抽干。根據(jù)實際情況及預(yù)先考慮的施工方案,對這 7棵人工挖孔樁采用了水下混凝土澆灌且施工完成后全部做了大、小應(yīng)變的檢測,檢測結(jié)果均滿足了設(shè)計及規(guī)范的要求。到現(xiàn)在為止,已有 5 a時間,中寬帶的主廠房完好。

4 結(jié) 論

(1)人工挖孔樁水下混凝土的澆灌是可行的,在嚴(yán)格控制的前提下,質(zhì)量是可以保證的。

(2)在有地下水、裂隙發(fā)育的灰?guī)r區(qū)施工時,有目的的進行施工順序設(shè)計,在巖面低凹處地下水集中的地方預(yù)留極少數(shù)人工挖孔樁作排水用,最后按水下混凝土澆灌施工,這樣能有效減少水下澆灌孔的數(shù)量,保證絕大多數(shù)人工挖孔樁能按正常的工序施工。

[1] JGJ79-2002.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ55-2000.普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S].

[3] 呂志剛,桑振宇,田志明.淺析水下混凝土灌注樁施工質(zhì)量的控制[J].水利科技與經(jīng)濟,2008,(8).

[4] 翟新杰.淺談如何控制水下混凝土灌注樁的施工質(zhì)量[J].山西建筑,2008,(6).

2010-07-01)

張錦雄 (1968-),男,工程師,從事建筑施工及建設(shè)項目管理工作,Email:yggcbzjx@163.com。