復(fù)雜地質(zhì)情況微型鋼管樁振動(dòng)沉樁施工技術(shù)

陳少連

摘要：介紹了微型鋼管樁在復(fù)雜地質(zhì)情況施工的一種新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：微型鋼管樁 復(fù)雜地質(zhì) 振動(dòng)沉樁

0 引言

隨著我國(guó)高速鐵路的大發(fā)展，各種樁基礎(chǔ)施工工法得以迅速推廣。微型鋼管樁是一種新興的地基處理工藝，屬深基型類(lèi)型，這種新型的深基礎(chǔ)的作用主要是改良固結(jié)基礎(chǔ)地基；提高地基整體承載力；加強(qiáng)地基的穩(wěn)定性；減少地基沉降，特別是不均勻沉降，以提高結(jié)構(gòu)物的整體安全性。振動(dòng)沉樁設(shè)備是隨著機(jī)械的快速發(fā)展而來(lái)的，在拔樁等工序中表現(xiàn)出良好的技術(shù)性能，對(duì)施工質(zhì)量和施工效率影響較大。

1 工程概況

漢宜鐵路西荊河特大橋處于江漢沖擊平原，地質(zhì)復(fù)雜，部分橋墩坐落在以膨脹土為主的沉積層地基上，而橋臺(tái)過(guò)渡段正處路基與橋梁結(jié)合部，其路基基底含水量較大，流塑性強(qiáng)，經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘探過(guò)渡段所填筑路基下部還發(fā)現(xiàn)較早施工遺跡，存在大面積孤石和片狀混凝土，一般路基填筑很難滿(mǎn)足過(guò)渡段施工要求，變更為樁基礎(chǔ)則成本過(guò)大且施工現(xiàn)場(chǎng)與地質(zhì)情況均不允許。經(jīng)變更設(shè)計(jì)過(guò)渡段下部基礎(chǔ)采用微型鋼管樁（摩擦樁），樁徑120mm，樁長(zhǎng)25.0m，壁厚6mm。在對(duì)各種方案反復(fù)比選后我部使用了微型鋼管樁振動(dòng)沉樁這一新的施工工藝，很好地解決了這一施工難題。

2 微型鋼管樁試樁

2.1 試樁工藝流程 按照微型鋼管樁基礎(chǔ)正常施工流程為：基坑開(kāi)挖孔位放樣鋼管樁鉆孔跟進(jìn)抽干管內(nèi)積水并封底安裝鋼筋籠灌注細(xì)石混凝土。

2.2 試樁樁位選擇 試樁宜選在離施工現(xiàn)場(chǎng)較近，地質(zhì)情況大體相同地段，最終確定試樁地點(diǎn)為與施工樁位同里程部位，這樣可以最大程度反應(yīng)實(shí)際施工狀況。

2.3 試樁結(jié)果分析 試樁后發(fā)現(xiàn)樁底未完全封閉，底部隨著鉆進(jìn)過(guò)程中樁的跟進(jìn)常充滿(mǎn)淤泥及碎石，當(dāng)?shù)刭|(zhì)鉆在遇到較硬土質(zhì)采取沖水鉆進(jìn)時(shí)，坍孔現(xiàn)象嚴(yán)重，鉆頭被卡的情況時(shí)有發(fā)生，尤其是下部2.5m處有原始施工遺跡的影響，普通地質(zhì)鉆機(jī)無(wú)法鉆進(jìn)巨石及片狀混凝土，也無(wú)法按照設(shè)計(jì)在鉆進(jìn)困難時(shí)采用水沖鉆進(jìn)，先行鉆透混凝土層而后選擇適當(dāng)方法沉樁，經(jīng)過(guò)分析靜壓沉樁受地形限制較大，成樁速度慢，以此我部決定采用一種新的施工工藝——機(jī)械輔助振動(dòng)沉樁工藝。

3 工藝原理及關(guān)鍵設(shè)備的選擇

3.1 工藝原理 通過(guò)高頻振動(dòng)可以改變周?chē)馏w的液限狀態(tài)，使摩阻力變小，通過(guò)壓力和錘重力成樁。

3.2 鉤機(jī)及振動(dòng)錘的選擇 選擇合適的振動(dòng)錘是振動(dòng)沉樁的施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵。鑒于我國(guó)目前沒(méi)有同類(lèi)型的設(shè)計(jì)規(guī)范，鉤機(jī)錘的選擇多，根據(jù)比選我們選擇在鋼板樁插打施工中表現(xiàn)較好的HD-YZC系列配合日立產(chǎn)40t長(zhǎng)臂鉤機(jī)以便施工中能輕便進(jìn)行沉樁作業(yè)。其具體參數(shù)見(jiàn)附表1：

表1 HD-YZC型振動(dòng)錘參數(shù)表

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3.3 鉆機(jī)的選擇 鉆機(jī)宜選擇馬力強(qiáng)勁有風(fēng)動(dòng)功能的潛孔鉆機(jī)經(jīng)必選最終選擇T-150型高氣壓環(huán)形潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，其性能參數(shù)如下（附表2）：

表2 T-150型高氣壓環(huán)形潛孔鉆機(jī)參數(shù)表

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注：鉆頭規(guī)格應(yīng)選擇大于樁徑。

3.4 空氣壓縮機(jī)的選擇 限于微型鋼管樁施工中地質(zhì)情況的特殊性，空氣壓縮機(jī)應(yīng)選擇出風(fēng)量大，重量適中的型號(hào)，以方便調(diào)運(yùn)，最終選擇阿特拉斯·科普柯移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)作為潛孔鉆的配套機(jī)型。其具體性能參數(shù)詳見(jiàn)附表3：

表3 空氣壓縮機(jī)的選擇

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3.5 鉆頭、套管及其它設(shè)備的選擇 鉆頭選擇130mm偏心鉆頭配沖擊器。套管選擇外徑168mm，壁厚10mm的成型鋼管，每節(jié)段1.5m長(zhǎng)兩端套反絲扣，中間以成型兩端絲頭連接器連接，最下節(jié)段配與鉆頭外徑匹配的管靴，以便鉆進(jìn)過(guò)程中套管有效地隨之鉆進(jìn)沉入預(yù)定深度，套管為沉樁完成后可抽拔重復(fù)利用，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械及人力調(diào)配情況選擇加工6套，循環(huán)使用。注漿作業(yè)選用GZB-40型注漿泵，配套設(shè)備提前安置到位，爭(zhēng)取現(xiàn)場(chǎng)成樁即可灌注細(xì)石混凝土。另現(xiàn)場(chǎng)需常備一輛25t汽車(chē)式吊車(chē)，以便設(shè)備調(diào)運(yùn)及沉樁工序中的吊裝作業(yè)，根據(jù)實(shí)際需要現(xiàn)場(chǎng)還需臨時(shí)調(diào)配鏟車(chē)以隨時(shí)清理鉆渣、淤泥等，為施工現(xiàn)場(chǎng)保持清潔便利做好準(zhǔn)備工作。

4 關(guān)鍵技術(shù)及可行性分析

4.1 施工流程的確定 對(duì)于微型鋼管樁的施工，在現(xiàn)場(chǎng)我們根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)整，具體流程見(jiàn)圖1。

4.2 鉆孔定位和鉆孔精度的控制

4.2.1 孔位的精確定位。設(shè)計(jì)要求管樁垂直度偏差不大于1%，孔位偏差不大于5cm，而管樁的施工中測(cè)量放樣及施工中的過(guò)程控制極為重要，所以過(guò)程中要求精確測(cè)量、認(rèn)真放樣，鉆進(jìn)過(guò)程中要求監(jiān)控及時(shí)、調(diào)度指揮手勢(shì)清晰準(zhǔn)確，確?？孜坏臏?zhǔn)確。

4.2.2 鉆機(jī)的調(diào)平。鉆機(jī)調(diào)平關(guān)系到套管的垂直精度，從而影響到成孔精度。T-150型高氣壓環(huán)形潛孔鉆機(jī)具有液壓調(diào)平系統(tǒng)，配合人工可使機(jī)械調(diào)整至較為精確的垂直度范圍，抱緊套管以保證套管垂直。

4.2.3 第一節(jié)套管的垂直度。第一節(jié)套管的垂直度至關(guān)重要，第一節(jié)套管不能滿(mǎn)足精度要求，勢(shì)必造成后續(xù)套管偏差更大，會(huì)造成成樁的垂直度滿(mǎn)足不了設(shè)計(jì)要求的嚴(yán)重后果。為此第一節(jié)套管要在下壓前、壓入一半、全部壓入后進(jìn)行其垂直度的調(diào)整，由于此時(shí)套管比較短，其垂直度較容易調(diào)整，套管越長(zhǎng)，其垂直度越難調(diào)整。施工過(guò)程中采用兩部經(jīng)緯儀控制套管垂直度，再靠機(jī)械自身的液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

4.2.4 套管下壓過(guò)程控制。套管下壓過(guò)程中要全過(guò)程控制套管的垂直度，將規(guī)范規(guī)定的偏差值按照比例分配到不同長(zhǎng)度的節(jié)段，每一節(jié)段的垂直度接近此值就必須調(diào)整，避免成孔后垂直度不滿(mǎn)足要求導(dǎo)致的返工作業(yè)。

用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在90°的兩方向照準(zhǔn)第一節(jié)套管，在壓入過(guò)程中監(jiān)控套管的垂直情況，如若發(fā)生偏差立即進(jìn)行調(diào)整至垂直。鉆進(jìn)第一節(jié)套管接第二節(jié)套管時(shí)，同樣用經(jīng)緯儀檢查，全程專(zhuān)人監(jiān)控，每完成一節(jié)套管下壓就要實(shí)測(cè)偏差，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

4.3 振動(dòng)沉樁過(guò)程控制

4.3.1 激振頻率的確定。振動(dòng)沉樁機(jī)械的工作性能振動(dòng)樁錘，而振動(dòng)樁錘主要參數(shù)的合理選擇是提高其工作性能的關(guān)鍵，振動(dòng)樁錘主要的參數(shù)包括：振幅A、激振頻率ω、激振器偏心力矩M、激振力F、參振重量Q等，而現(xiàn)場(chǎng)控制關(guān)鍵在于激振頻率的選擇，根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明中對(duì)土層

的描述，最終確定激振頻率為150ω/s-1。依據(jù)見(jiàn)附表

4。

4.3.2 沉樁速度的控制。沉樁速度應(yīng)保證每節(jié)段施工過(guò)程中無(wú)長(zhǎng)時(shí)間停滯，以保證微型管樁周?chē)馏w液限狀態(tài)，使管樁得以順利沉入。

4.3.3 特殊情況處理。若因不可抗力干擾有長(zhǎng)時(shí)間停滯，則在后續(xù)施工中應(yīng)先低頻振動(dòng)不沉樁，以免管樁發(fā)生劇烈抖動(dòng)，產(chǎn)生扭曲、開(kāi)裂等情況，待管樁在重力作用下自行下沉?xí)r，開(kāi)強(qiáng)振連續(xù)施工直至整根樁完成。

4.4 沉樁過(guò)程中的施工組織

4.4.1 沉樁過(guò)程中人力組織。對(duì)于微型鋼管樁施工工程的監(jiān)控目的是保安全、保質(zhì)量。經(jīng)理部成立了質(zhì)量管理小組，健全了質(zhì)量保證體系，并推行質(zhì)量責(zé)任制。所有技術(shù)人員必須熟悉施工圖紙和有關(guān)技術(shù)規(guī)范，明確施工技術(shù)的重點(diǎn)難點(diǎn)，做好技術(shù)交底。同時(shí)加強(qiáng)測(cè)量人員的責(zé)任心和技術(shù)水平的訓(xùn)練，合理設(shè)控制點(diǎn)，以減小誤差。定位放樣采用坐標(biāo)控制，沉樁過(guò)程用經(jīng)緯儀實(shí)時(shí)監(jiān)控。試驗(yàn)檢測(cè)工作主要由中心試驗(yàn)室負(fù)責(zé)，加強(qiáng)工序質(zhì)量控制，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員要合理組織，保證施工連續(xù)性，認(rèn)真填寫(xiě)原始施工記錄。做好質(zhì)量預(yù)控工作，對(duì)容易出現(xiàn)問(wèn)題的工序，預(yù)先制定出切實(shí)可行的措施，工程質(zhì)量始終處于控制之中，并加強(qiáng)和完善質(zhì)量監(jiān)測(cè)手段和設(shè)備，為加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)，經(jīng)理部配備足夠的技術(shù)力量，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，充分協(xié)調(diào)、調(diào)配，確保施工的正常進(jìn)行。

4.4.2 雨季施工應(yīng)對(duì)措施。因施工正值雨季，做好雨季的施工安排，做好防排水工作。充分利用當(dāng)?shù)氐呐潘到y(tǒng)，使作業(yè)面不積水。備足彩條布、防雨布等防雨設(shè)備，確保施工用原材料不受雨水浸泡銹蝕。

5 施工質(zhì)量

振動(dòng)沉樁成樁后，對(duì)所有樁基進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)，結(jié)果全部合格，充分驗(yàn)證了這一施工工藝的可行性。另外微型鋼管樁的振動(dòng)沉樁工藝也提高了此類(lèi)型樁基的成樁速度，為后續(xù)工序施工奠定了良好的基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了微型鋼管樁振動(dòng)沉樁工藝的具體過(guò)程和控制要點(diǎn)。通過(guò)西荊河特大橋橋臺(tái)部位微型管樁的順利施工，證明通過(guò)高頻振動(dòng)可以改變周?chē)馏w的液限狀態(tài)，使摩阻力變小使樁身順利的在壓力作用下沉入土體是切實(shí)可行的。

新工藝在人員配備上與其他沉樁工藝明顯減少，但是由于施工速度的提高縮短了工期，不僅降低了成本，而且可以充分利用其他設(shè)備的生產(chǎn)能力，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。此種施工方法的低污染、低噪音、較高的材料利用率也體現(xiàn)了其較好的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王凱，楊銘，馬輝.基于ANSYS軟件的振動(dòng)沉樁過(guò)程仿真[J].機(jī)械與電子，2007（08）.