淺談反循環(huán)鉆機(jī)施工

彭旭強(qiáng)

摘要:砼灌注樁基礎(chǔ)具有入土深、能入巖、剛度大、承載力高、樁身變形小,可方便地進(jìn)行水下施工等優(yōu)點(diǎn)。砼灌注樁基礎(chǔ)是靠樁頭和樁身共同承擔(dān)荷載的一種基礎(chǔ),施工時(shí)應(yīng)認(rèn)真掌握其施工的每個(gè)環(huán)節(jié),本人結(jié)合在哈大客運(yùn)專線鐵路鞍遼特大橋反循環(huán)鉆機(jī)施工砼灌注樁的施工情況,總結(jié)此類工藝的質(zhì)量控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞:反循環(huán)工藝質(zhì)量控制

中圖分類號(hào):TU755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)04(c)-0067-02

1工程概況

哈大鐵路客運(yùn)專線是國家“十一五”重點(diǎn)工程項(xiàng)目之一,其中鞍遼特大橋位于鞍山市及遼陽縣境內(nèi),中心里程DK299+062.61,起訖里程DK289+459.71～DK308+665.5,橋梁全長19205.79m。按雙線高速地段設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)行車速度350km/h,線間距5m,橋上采用型板式無碴軌道。本橋采用圓端形橋墩,一字臺(tái),墩臺(tái)基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。橋梁所處地段為沖洪積平原,地形平坦開闊,局部地段地勢稍高,主要為遼河及支流沖洪積而成,平原區(qū)大部為耕地。由上而下地層分別為:雜填土;粉質(zhì)黏土;粉土;中砂;礫砂;粉質(zhì)黏土;粗圓礫土;中砂;粉質(zhì)黏土;中砂。樁底位于圓礫土層內(nèi)。

2反循環(huán)鉆機(jī)工藝及使用方法

2.1 工藝特點(diǎn)

通過泵吸、射流抽吸、充氣送入壓縮空氣,使鉆桿內(nèi)腔形成負(fù)壓或充氣液柱產(chǎn)生壓差,使經(jīng)過鉆桿與孔壁間的環(huán)狀空間流向孔底的泥漿,攜帶鉆頭切削下來的鉆屑,由鉆桿內(nèi)腔高速返回地面泥漿池。由于泥漿上返速度快,排渣能力強(qiáng),對(duì)孔壁的沖刷作用小,在孔壁上形成的泥皮相對(duì)較薄,成孔質(zhì)量好。主要適用于地下水位較高的軟、硬土層,如淤泥、黏性土、砂土、軟質(zhì)巖等土層應(yīng)用。

2.2 操作要點(diǎn)

(1)啟動(dòng)砂石泵,待反循環(huán)正常后,才能開動(dòng)鉆機(jī)慢速回轉(zhuǎn)下放鉆頭至孔底;開始鉆進(jìn)時(shí),應(yīng)先輕壓慢轉(zhuǎn);待鉆頭正常工作后,逐漸加大轉(zhuǎn)速,調(diào)整壓力,并使鉆頭吸口不產(chǎn)生堵水。

(2)鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)觀察進(jìn)尺和砂石泵排水出渣的情況;排量減少或出水中含鉆渣量較多時(shí),應(yīng)控制進(jìn)尺速度,防止因循環(huán)液比重太大而中斷反循環(huán)。

(3)鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)根據(jù)地層、樁徑、砂石泵的合理排量和鉆機(jī)的經(jīng)濟(jì)鉆速等加以選擇和調(diào)整。

(4)在沙礫石、砂卵石、卵礫石地層中鉆進(jìn)時(shí),為防止鉆渣過多,卵礫石堵塞管路,可采用間斷鉆進(jìn)、間斷回轉(zhuǎn)的方法來控制鉆進(jìn)速度。

(5)加接鉆桿時(shí),應(yīng)先停止鉆進(jìn),將鉆具提離孔底80mm～100mm,維持沖洗液循環(huán)1min～2min,以清洗孔底并將管道內(nèi)的鉆渣排凈,然后停泵加接鉆桿。

(6)鉆桿連接應(yīng)擰緊上牢,防止螺栓、螺母、工具等掉入孔內(nèi)。

(7)鉆進(jìn)時(shí)如孔內(nèi)出現(xiàn)塌孔、涌砂等異常情況,應(yīng)立即將鉆具提離孔底,控制泵量,保持沖洗液循環(huán),吸除塌落物和涌砂;同時(shí)向孔內(nèi)輸送性能符合要求的泥漿,保持水頭壓力以抵制繼續(xù)涌砂和塌孔,恢復(fù)鉆進(jìn)后,泵排量不宜過大以防吸塌孔壁。

(8)合理埋設(shè)孔口護(hù)筒,護(hù)筒上口高出地下水位的高度,應(yīng)按水頭高度設(shè)置要求控制,護(hù)筒底口及外側(cè)應(yīng)用粘土夯實(shí),不滲不漏不跨。

(9)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深位置停鉆后,將鉆頭提離孔底100mm～150mm,繼續(xù)維持泥漿循環(huán),必要時(shí),可低速回轉(zhuǎn)鉆頭,同時(shí)向孔內(nèi)送入干凈泥漿或清水,如此反循環(huán)清孔15min～20min左右,是返出孔內(nèi)的泥漿含砂量達(dá)到規(guī)定要求為止。

3施工工藝流程見圖1

4鉆孔質(zhì)量控制

4.1 埋設(shè)護(hù)筒

鉆孔成敗的關(guān)鍵是防止孔壁坍塌。當(dāng)鉆孔較深時(shí),在地下水位以下的孔壁土再靜水壓力下會(huì)向孔內(nèi)坍塌、甚至發(fā)生流沙現(xiàn)象。鉆孔內(nèi)若能保持比地下水位高的水頭,增加孔內(nèi)靜水壓力,能穩(wěn)定孔壁、防止塌孔。護(hù)筒除起到這個(gè)作用外,同時(shí)還有隔離地表水、保護(hù)孔口地面、固定樁孔位置和起到鉆頭導(dǎo)向作用。

(1)采用鋼質(zhì)護(hù)筒,對(duì)于旋轉(zhuǎn)鉆護(hù)筒直徑比設(shè)計(jì)樁徑大20cm,對(duì)于沖擊鉆護(hù)筒直徑比設(shè)計(jì)樁徑大40cm,長度不小于180cm。

(2)護(hù)筒頂高出地下水位:1.5m～2.0m。

(3)護(hù)筒頂高出原地面20cm～30cm。

(4)護(hù)筒底部與土層相接處用粘土夯實(shí),護(hù)筒外面與原土之間也要用粘土填滿夯實(shí),嚴(yán)防地表水順該處滲入。

(5)護(hù)筒接頭處,要求內(nèi)部無突出物,能耐拉壓,不漏水。

(6)護(hù)筒平面位置偏差不得大于5cm,傾斜度不得大于1%。

4.2 制備泥漿

泥漿在鉆孔中的作用有以下幾點(diǎn)。

(1)在孔內(nèi)產(chǎn)生較大的靜水壓力,可以防止塌孔。

(2)泥漿向孔外滲漏,在鉆進(jìn)過程中,由于鉆頭的活動(dòng),孔壁表面形成一層膠泥,具有護(hù)壁作用,同時(shí)將孔內(nèi)外水流切斷,能穩(wěn)定孔內(nèi)水位。

(3)泥漿相對(duì)密度大,具有攜帶鉆渣的作用,利于鉆渣的排出。此外,還有冷卻機(jī)具和切土潤滑作用,降低鉆具磨損和發(fā)熱程度。

因此在鉆孔過程中孔內(nèi)應(yīng)保持一定稠度的泥漿,一般相對(duì)密度以1.1～1.3為宜。

4.3 反循環(huán)鉆機(jī)成孔

(1)待泥漿循環(huán)池及護(hù)筒施工完畢后,選擇10kw的反循環(huán)鉆機(jī),用8t汽車起重機(jī)將其對(duì)準(zhǔn)樁位就位,然后用水平尺校正機(jī)身及鉆桿的水平及垂直度,開動(dòng)電機(jī),放下鉆頭,用泥漿泵注入泥漿,鉆機(jī)將循循鉆進(jìn),一節(jié)鉆桿鉆入后及時(shí)停機(jī),接上第二節(jié)。如此反復(fù)鉆至設(shè)計(jì)深度。

(2)鉆進(jìn)過程中的注意事項(xiàng)有以下幾點(diǎn)。

①由于整個(gè)鉆孔過程是靠泥漿循環(huán)而完成的,所以應(yīng)經(jīng)常檢查泥漿的稠度,如發(fā)現(xiàn)泥漿中雜物太多,必須及時(shí)清理排漿溝及泥漿池或更換泥漿。

②鉆機(jī)在鉆孔過程中,如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃,可能遇到硬土或巖石等,應(yīng)立即停機(jī)檢查,待查清原因,處理后再鉆,否則將會(huì)發(fā)生位移、坍孔壁、樁位偏斜,甚至扭斷鉆桿等事故。

(3)鉆孔的施工質(zhì)量檢查。

鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),對(duì)孔深、孔徑、孔位和孔形等進(jìn)行檢查,其驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見表1。

5清孔及吊裝鋼筋骨架

5.1 換漿清孔

清孔的目的是除去孔底沉淀的鉆渣和泥漿,以保證灌注的鋼筋混凝土質(zhì)量,確保樁的承載力。

反循環(huán)旋轉(zhuǎn)機(jī)可在鉆孔完成后不停鉆、不進(jìn)尺,繼續(xù)循環(huán)換漿清渣,直到達(dá)到清理泥漿的要求。此法適用于各類土層的摩擦樁。

換漿清孔后的泥漿比重,孔口、孔中部、孔底提出的泥漿的平均值應(yīng)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,灌注水下混凝土前,孔底沉淀厚度應(yīng)不大于設(shè)計(jì)規(guī)定。不得用加深孔深的方法代替清孔。

5.2 鋼筋制作與安裝

鋼筋籠主筋接頭采用雙面搭接焊,每一截面上接頭數(shù)量不超過50%,加強(qiáng)箍筋與主筋連接全部焊接。鋼筋籠的材料、加工、接頭和安裝,符合要求。鋼筋骨架的保護(hù)層厚度可用同標(biāo)號(hào)混凝土旋轉(zhuǎn)墊塊。設(shè)置密度按豎向每隔2m設(shè)一道,每一道沿圓周布置4個(gè)～6個(gè)。

鋼筋籠制作完成后,骨架安裝采用汽車吊,為保證骨架不變形,須用兩點(diǎn)吊:第一吊點(diǎn)設(shè)在骨架的下部,第二吊點(diǎn)設(shè)在骨架長度的中點(diǎn)到三分點(diǎn)之間。起吊時(shí)先提第一吊點(diǎn),使骨架稍稍提起,再與第二吊點(diǎn)同時(shí)起吊,待骨架離開地面后,第一吊點(diǎn)停止起吊,繼續(xù)提升第二吊點(diǎn)。隨著第二吊點(diǎn)不斷提升,慢慢放松第一吊點(diǎn),直到骨架同地面垂直,停止起吊。檢查骨架是否順直。骨架入孔時(shí)應(yīng)慢慢下放,嚴(yán)禁擺動(dòng)碰撞孔壁。將骨架臨時(shí)支撐于護(hù)筒口,再起吊第二節(jié)骨架,使上下兩節(jié)骨架位于同直線上進(jìn)行焊接,焊接時(shí)應(yīng)先焊順橋方向的接頭,最后一個(gè)接頭焊好后,全部接頭就可以下沉入孔,直至所有骨架安裝完畢。并在孔口牢固定位,以免在灌注混凝土過程中發(fā)生浮籠現(xiàn)象。

鋼筋骨架的制作和吊裝的允許偏差為:主筋間距±10mm;箍筋間距±20mm;骨架外徑±10mm;骨架傾斜度±0.5％;骨架保護(hù)層厚度±20mm;骨架中心平面位置20mm;骨架頂端高程±20mm;骨架底面高程±50mm。

6導(dǎo)管的安裝及水下砼的灌注

6.1 導(dǎo)管的安裝

導(dǎo)管采用直徑300mm×3.5mm×3m無縫鋼管,接口嚴(yán)密,密封性好。剛性強(qiáng),不易變形。在使用前首先進(jìn)行導(dǎo)管水密性檢驗(yàn),并檢查密封墊好壞和導(dǎo)管內(nèi)是否有殘物,使用后將導(dǎo)管清洗干凈,涂油保護(hù)螺栓并堆放整齊。

導(dǎo)管采用一臺(tái)吊車吊裝.吊裝前應(yīng)根據(jù)孔深算出導(dǎo)管長度,下導(dǎo)管過程中要逐個(gè)記錄導(dǎo)管順序及每節(jié)長度對(duì)準(zhǔn)孔位中心吊裝。

6.2 樁基水下砼的灌注

(1)灌注砼前應(yīng)檢查罐車運(yùn)輸?shù)缆肥欠駮惩?排漿系統(tǒng)是完善,灌注起吊裝置是否滿足使用要求。若為夜間灌注,還應(yīng)檢查照明系統(tǒng)是否完善。

(2)砼灌筑前,檢查孔底沉渣及泥漿指標(biāo),不滿足要求則對(duì)孔底進(jìn)行二次清孔。灌注砼前泥漿比重不大于1.1,含砂率小于2%,黏度17s～20s,沉渣厚度不大于10cm。

(3)砼的初存量應(yīng)滿足首批砼入孔后,導(dǎo)管埋入砼的深度不得小于1m并不得大于3m;當(dāng)樁身較長時(shí),導(dǎo)管埋入砼的深度可適當(dāng)加大。漏斗底口應(yīng)設(shè)置嚴(yán)密可靠的的隔水裝置,該裝置必須有良好的隔水性能并能順利排出。

(4)灌注開始后,應(yīng)緊湊連續(xù)地進(jìn)行,嚴(yán)禁中途停工。在灌注過程中,應(yīng)防止混凝土拌和物從漏斗頂溢出或從漏斗外掉入孔底,使泥漿內(nèi)含有水泥而變稠凝結(jié),致使測探不準(zhǔn)確。灌注過程中,應(yīng)注意觀察管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位升降情況,及時(shí)測量孔內(nèi)混凝土面高度,正確指揮導(dǎo)管的提升和拆除。

導(dǎo)管提升時(shí)應(yīng)保持軸線豎直和位置居中,逐步提升。如導(dǎo)管法蘭卡掛鋼筋骨架,可轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)管,使其脫開鋼筋骨架后,再移到鉆孔中心。

拆除導(dǎo)管動(dòng)作要快,時(shí)間一般不宜超過15min。要防止螺栓、橡膠墊和工具等掉入孔中。要注意安全。已拆下的管節(jié)要立即清洗干凈,堆放整齊。

在灌注過程中,當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)混凝土不滿,含有空氣時(shí),后續(xù)混凝土要徐徐灌入,不可整斗地灌入漏斗和導(dǎo)管,以免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣囊,擠出管節(jié)間的橡皮墊,而使導(dǎo)管漏水。

當(dāng)混凝土面升到鋼筋骨架下端時(shí),為防鋼筋骨架被混凝土頂托上升,可采取以下措施:①盡量縮短混凝土總的灌注時(shí)間,防止頂層混凝土進(jìn)入鋼筋骨架時(shí)混凝土的流動(dòng)性過小,建議使用外加劑增大其流動(dòng)性;②當(dāng)混凝土面接近和初進(jìn)入鋼筋骨架時(shí),應(yīng)使導(dǎo)管底口處于鋼筋籠底口3m以下和1m以上處,并慢慢灌注混凝土,以減小混凝土從導(dǎo)管底口出來后向上的沖擊力.

為確保樁頂質(zhì)量,在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上應(yīng)加灌50cm～100cm,以便灌注接受后漿此段混凝土清除。增加高度,可按孔深、成孔方法確定,一般不宜小于0.5cm,長樁不宜小于1.0cm。

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