沉管灌注樁和鉆孔灌注樁的組合應(yīng)用研究

吳 璽

隨著世界船舶修造產(chǎn)業(yè)的東移,給中國船舶工業(yè)的發(fā)展提供了良好的發(fā)展機(jī)遇。在美好行業(yè)前景和巨大利益的驅(qū)動下,近幾年國內(nèi)新增造船企業(yè)也日益增多,江蘇、浙江等地的船廠紛紛擴(kuò)建、新建船臺。原來的船臺[1,2]在浙江如舟山、象山、三門等沿海地區(qū)在建或擬建的2萬t級、3萬t級斜坡式船臺數(shù)量較多。振動沉管灌注樁因其工效高和造價低廉,在國內(nèi)外工程界得到廣泛運(yùn)用。但是,由于其成孔、灌注混凝土、成樁都處于隱蔽狀態(tài),質(zhì)量難以控制。若某一工程樁達(dá)不到設(shè)計要求,就會造成建筑物的不均勻沉降。因此,必須嚴(yán)格遵照施工規(guī)范、施工工藝進(jìn)行施工,而且要特別注重對工程樁的質(zhì)量檢測。否則,即使是裝備齊全、經(jīng)驗(yàn)豐富的施工單位也會因各種因素的影響而發(fā)生工程事故,從而影響整個工程的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概述

沉管灌注樁又稱為打拔管灌注樁,是利用沉樁設(shè)備,將帶有鋼筋混凝土樁靴(活瓣式樁靴)的鋼管沉入土中,形成樁孔,然后放入鋼筋骨架并澆筑混凝土,隨之拔出套管,利用拔管時的振動將混凝土搗實(shí),便形成所需要的灌注樁。利用錘擊沉樁設(shè)備沉管、拔管成樁,稱為錘擊沉管灌注樁。利用振動器振動沉管、拔管成樁,稱為振動沉管灌注樁。按作用分為擠密樁、摩擦樁和端承樁。

為了提高樁的質(zhì)量和承載能力,沉管灌注樁常采用單打法、復(fù)打法、翻插法等施工工藝。單打法(又稱一次拔管法):拔管時,每提升0.5 m～1.0 m,振動5 s～10 s,然后再拔管0.5 m～1.0 m,這樣反復(fù)進(jìn)行,直至全部拔出;復(fù)打法:在同一樁孔內(nèi)連續(xù)進(jìn)行兩次單打,或根據(jù)需要進(jìn)行局部復(fù)打。施工時,應(yīng)保證前后兩次沉管軸線重合,并在混凝土初凝之前進(jìn)行;翻插法:鋼管每提升0.5 m,再下插 0.3 m,這樣反復(fù)進(jìn)行,直至拔出。

沉管灌注樁以其成樁效率高、承載力強(qiáng)、工程成本低、樁長控制靈活等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛地應(yīng)用。一般適用于黏性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、濕陷性黃土、稍密及松散的砂土。但是,它的施工工藝較復(fù)雜,稍有疏忽就會導(dǎo)致各種施工質(zhì)量問題[3-5]。

2 材料及施工

1)水泥:425號及其以上的硅酸鹽水泥、普硅、礦渣、火山水泥。水泥進(jìn)場時應(yīng)有出廠合格證明書。施工單位應(yīng)根據(jù)進(jìn)場水泥品種、批號進(jìn)行抽樣檢驗(yàn),合格后才能使用。水泥如存放時間超過三個月,應(yīng)重新檢驗(yàn)確認(rèn)符合要求后才能使用。

2)中粗砂:采用級配良好、質(zhì)地堅硬、顆粒潔凈的河砂或海砂,其含泥量不大于3%。

3)石子:采用堅硬的碎石或卵石,最大粒徑不宜大于40 mm,且不宜大于鋼筋最小凈距的1/3,其針片狀顆粒不超過25%,含泥量不大于2%。

4)鋼筋:鋼筋進(jìn)場時應(yīng)有出廠質(zhì)量合格證明書,應(yīng)檢查其品種規(guī)格是否符合要求及有無損傷、銹蝕、油污,并應(yīng)按規(guī)定抽樣,進(jìn)行抗壓、抗彎、焊接試驗(yàn),經(jīng)試驗(yàn)合格后方能使用(進(jìn)口鋼筋要進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)和焊接試驗(yàn),符合有關(guān)規(guī)定后方可用于工程)。鋼筋籠的直徑除應(yīng)符合設(shè)計要求外,還應(yīng)比套管內(nèi)徑小60 mm～80 mm。

5)樁尖:一般采用鋼筋混凝土樁尖,也可用鋼樁尖。鋼筋混凝土的樁尖強(qiáng)度等級不低于C30。其配筋構(gòu)造和數(shù)量必須符合設(shè)計或施工規(guī)范的要求。

振動錘擊沉管灌注樁施工中常見的縮頸、樁體夾泥、斷樁、吊腳樁、鋼筋籠下沉或上浮等質(zhì)量通病的出現(xiàn)原因、預(yù)防措施。

振動沉管灌注樁能適應(yīng)復(fù)雜的地層,不受持力層起伏和地下水位高低的限制;能夠用小樁管打出大截面樁,有較高的承載力;由于有套管護(hù)壁,可防止坍孔、縮孔、斷樁,樁質(zhì)量可靠;在砂土中可減輕或消除地層的地震液化性能;它能沉能拔,施工速度快,效率高,操作方便,安全,費(fèi)用也較低。但是正是由于其能沉能拔,施工速度快,效率高,故在施工中也容易出現(xiàn)問題。

動靜測結(jié)合法評價基樁受力特性,以反映工程質(zhì)量情況。一般沉管灌注樁的長度不宜大于18 m。在具有保證樁身質(zhì)量的可靠措施和成熟經(jīng)驗(yàn)時可適當(dāng)加長但不應(yīng)大于25 m,本文闡述了在特殊情況下,行之有效的質(zhì)量監(jiān)測和可靠的施工措施成功地將36 m超長沉管灌注樁施工完畢。

1)測量放線:根據(jù)樁位平面圖,建筑物控制點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)測量放線,精確施放樁位,測量場地標(biāo)高,確定成樁長度。樁間距根據(jù)設(shè)計要求的復(fù)合地基承載力,樁間土的性質(zhì),宜取3倍～6倍樁徑。

2)樁孔就位:樁機(jī)就位后,首先調(diào)平樁機(jī),由專人負(fù)責(zé)樁管垂直對準(zhǔn)樁位中心,確保樁孔垂直偏差小于1%。

3)成孔:固定合龍管尖活葉,管尖對準(zhǔn)樁位緩慢平穩(wěn)沉管,發(fā)現(xiàn)沉管偏移,及時采取措施糾正,通過樁機(jī)電流大小或貫入度控制好成孔深度。

4)混凝土攪拌:依據(jù)設(shè)計配合比配制混凝土料,設(shè)專職攪拌工準(zhǔn)確計量,嚴(yán)格控制攪拌時間和混凝土坍落度。

5)提管成樁:在沉管深度符合要求后,管內(nèi)加入混凝土料,按規(guī)定的拔管速度(一般為1.2 m/min～1.5 m/min左右)拔管,同時進(jìn)行一定的反插控制好混凝土料用量,確保成樁長度符合要求。

6)褥墊層的鋪設(shè):樁施工、檢測完成后,按設(shè)計要求虛鋪一定厚度的墊層材料,采用12 t壓路機(jī)靜力壓實(shí),對機(jī)械無法壓實(shí)的部位用人工夯實(shí)。褥墊層的厚度一般為100 mm～300 mm,褥墊層材料宜用粗砂、中砂、級配砂石或碎石,最大粒徑不宜大于30 mm。

沉管樁施工:

1)試樁:為了根據(jù)樁的設(shè)計承載力,確定樁的入土深度;確定合理的拔管速度和充盈系數(shù),在相同的地質(zhì)條件下,試樁不少于2根。在軟基段上根據(jù)設(shè)計文件和地質(zhì)條件合理選擇試樁的位置,并機(jī)具就位。采用單打法進(jìn)行沉樁作業(yè),作業(yè)過程中根據(jù)沉管速度和電流變化確定地層地質(zhì)變化情況。沉管至持力層標(biāo)高或設(shè)計標(biāo)高后,根據(jù)沉管時確定的地層地質(zhì)變化情況,初步擬定拔管速度。在拔管過程中及時測定推算各種地層混凝土的充盈系數(shù),在不能滿足要求時及時采取補(bǔ)救措施。試樁施工完成后,根據(jù)試樁確定的施工工藝和參數(shù)進(jìn)行沉管樁的施工。

2)測量放樣:為使樁位放樣準(zhǔn)確,減少中間環(huán)節(jié)及受地形條件的影響,預(yù)應(yīng)力管樁施工采用樁位坐標(biāo)點(diǎn)放樣,首先根據(jù)計算的坐標(biāo)引出樁基軸線;樁基軸線的定位點(diǎn)位置在不受打樁影響的地點(diǎn),并在施工過程中作系統(tǒng)的檢查。

3)沉樁順序:主要采用逐排沉樁的方法,沉樁過程中要邊退邊打,避免樁機(jī)移動時擾動已施工的樁位。

4)施工方法及工藝流程:

a.設(shè)置樁尖和樁管:按照施工放樣的樁位中心,先設(shè)置預(yù)制鋼筋混凝土樁尖。樁架安裝必須水平,樁管應(yīng)垂直套入樁尖,二者在同一軸線上。b.沉管:在振動沉管過程中,不得有偏心,并隨時檢查預(yù)制鋼筋混凝土樁尖有無破損,樁管有無偏移或傾斜,若有上述情況應(yīng)立即糾正。樁管內(nèi)不允許進(jìn)入水或泥漿,當(dāng)有水或泥漿進(jìn)入時,應(yīng)灌入1.5 m高的封底混凝土后再開始沉樁。c.灌注混凝土:每次向管樁內(nèi)灌注混凝土?xí)r應(yīng)盡量多灌,用長樁管打短樁時,混凝土可一次灌足;打長樁時第一次灌入樁管的混凝土應(yīng)盡量灌滿。第一次拔管高度應(yīng)控制在能容納第二次所需要灌入的混凝土量為限,不宜拔得太高。在拔管過程中應(yīng)設(shè)專人用測錘檢查管內(nèi)混凝土面的下降情況。d.拔管:開始拔管時,應(yīng)測得混凝土確已流出樁管后,才可進(jìn)行繼續(xù)拔管。由于采用了預(yù)制樁尖振動沉入的樁管,應(yīng)先振5 s～10 s再開始拔管,邊振邊拔。每上拔1 m,應(yīng)停拔并振動5 s～10 s,如此反復(fù)操作至樁管全部拔出。拔管速度應(yīng)控制在0.8 m/min以內(nèi)。e.樁帽:管樁打設(shè)完成后,按設(shè)計圖紙要求設(shè)置樁帽鋼筋,支立模板,澆筑樁帽混凝土,及時覆蓋養(yǎng)護(hù)。

3 質(zhì)量保證措施

1)施工前應(yīng)復(fù)核測量基線、水準(zhǔn)基點(diǎn)和樁位。樁基軸線的定位點(diǎn)及施工地區(qū)附近所設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在不受樁基施工影響的地方。2)沉樁設(shè)備就位后必須平正、穩(wěn)固,確保在施工中不發(fā)生傾斜、移動。為準(zhǔn)確控制沉樁深度,應(yīng)在機(jī)架或樁管上標(biāo)志醒目的深度標(biāo)記。樁身必須垂直。應(yīng)在機(jī)架上相互垂直兩面上分別設(shè)置兩個0.5 kg重的吊線錘,并畫上垂直線。3)沉管灌注樁施工中,應(yīng)注意觀察樁頂和地面有無隆起及水平位移情況,并應(yīng)及時研究,采取措施。4)沉樁過程中樁突然下沉或不能下沉?xí)r,可能樁尖損壞或遇到地下障礙物,應(yīng)及時將樁管拔出,進(jìn)行研究處理后,重新插入進(jìn)行施工。5)檢查成孔質(zhì)量合格后應(yīng)盡快灌注混凝土。在灌注過程中應(yīng)用測錘測定混凝土的灌注高度,以檢查灌注質(zhì)量。灌注充盈系數(shù)不得小于1。6)加強(qiáng)施工管理,密切注意樁身混凝土有無發(fā)生縮頸及斷樁等現(xiàn)象,若有發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即采取反插法或復(fù)打法及時處理。

[1] 朱崇誠,李越松,王笑難.灌注樁在碼頭結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用[J].水道港口,2008(10):358-361.

[2] 吳春秋,安旭文,張 偉.大直徑嵌巖灌注樁承載力性狀的試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2004(9):21-28.

[3] JTJ 291-98,高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范[S].

[4] JTJ 254-98,港口工程樁基規(guī)范[S].

[5] JTJ 285-2000,港口工程嵌巖樁設(shè)計與施工規(guī)程[S].