徐義軍
(京山市路橋建設(shè)有限公司,湖北 京山 431800)
隨著公路橋梁建設(shè)快速發(fā)展,鉆孔灌注樁施工技術(shù)的優(yōu)勢日益凸顯,在公路橋梁建設(shè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,鉆孔灌注樁技術(shù)在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí),需要針對實(shí)際工程進(jìn)行深入研究。如果處理不當(dāng),建設(shè)過程中遇到裂縫、地面塌陷等災(zāi)害的可能性較大,使工程存在較大的安全隱患。在實(shí)際的建設(shè)過程中,如何針對不同的地質(zhì)條件,根據(jù)自身工程的施工特點(diǎn),選擇合理的施工方案,是目前工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。以下提出實(shí)施鉆孔灌注樁施工技術(shù)處理方法及技術(shù)分析,結(jié)合實(shí)例,進(jìn)行鉆孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與支護(hù)設(shè)計(jì),為相關(guān)工藝與技法的運(yùn)用提供理論上的指導(dǎo)。
自1960年鉆孔灌注樁技術(shù)被引入我國后,逐步應(yīng)用到公路橋梁的建設(shè)當(dāng)中。在前期的路橋施工工程中,無法使用機(jī)械化系統(tǒng)施工,生產(chǎn)質(zhì)量與效益都較低。1988年,我國進(jìn)入成孔機(jī)械自主研發(fā)時(shí)期,灌注樁技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展,施工工藝與承載性能顯著提升。新時(shí)期下,我國路橋施工工程規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大,鉆孔灌注樁施工技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際的施工中,也呈現(xiàn)出因地制宜的應(yīng)用設(shè)計(jì),建設(shè)者能夠指出施工質(zhì)量控制要點(diǎn),保證整個(gè)施工過程的完整度。鉆孔灌注樁技術(shù)由于其施工工藝的復(fù)雜性,在施工過程中,如果不加強(qiáng)對鉆孔灌注樁的進(jìn)一步研究,很有可能造成安全問題,所以在現(xiàn)階段需要做好深入研究。
樁基礎(chǔ)需要建設(shè)在結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性之上,再考慮最大限度發(fā)揮土體的力學(xué)性能,具體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:
1.1.1 樁的平面布置
在施工建場進(jìn)行樁的搭設(shè)時(shí),要合理安排樁間距。如果樁間距設(shè)置較小,會(huì)對樁基承載力造成較大的損壞。在控制樁間距時(shí),要根據(jù)當(dāng)?shù)赝恋念愋汀⑹┕すに嚺c樁的類型選擇等因素進(jìn)行綜合考量。一般情況下,摩擦樁中心距不得小于2.5d。控制好樁間距后,建設(shè)者需要按照受力情況分配樁的平面布置方式。目前主要有兩種平面布置方式:一種為單排樁,其適用于橋高不高、承載力較大的公路橋梁;另一種是多排樁,適用于橋高較高、橋跨較大的公路橋梁,建設(shè)者可以根據(jù)具體施工情況進(jìn)行選擇。
1.1.2 樁型的選擇
與持力層的選擇標(biāo)準(zhǔn)一致,在選擇樁型時(shí)也要將承載力因素考慮進(jìn)去。此外,還需考慮施工地質(zhì)條件、施工現(xiàn)場周邊的自然環(huán)境、樁型的造價(jià)等因素。由于路橋施工中面臨的人為因素、地質(zhì)因素不同,所以在選擇樁型時(shí),必須根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況,派專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行檢測,選擇出最適合當(dāng)?shù)氐臉缎停瑸槭┕さ陌踩员q{護(hù)航。
1.1.3 持力層的設(shè)置
由于鉆孔灌注樁需要具有一定承載力,就要將持力層選擇納入樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)中。一個(gè)良好的持力層通常有以下兩個(gè)特點(diǎn):第一,充分考慮承載力,持力層是否能較好承擔(dān)上部荷載,施工過程中的沉降高度是否不超過施工標(biāo)準(zhǔn)等;第二,針對不同的施工項(xiàng)目,考慮其合理性,在控制經(jīng)濟(jì)成本的基礎(chǔ)上發(fā)揮施工工藝的最大效果。通常情況下,持力層建設(shè)在土壤較硬的土層上,能有效降低樁基的沉降量,保證施工的安全性與穩(wěn)定性。如果當(dāng)?shù)厝狈κ┕に枰膱?jiān)硬土層,那么應(yīng)盡可能挑選強(qiáng)度大、壓縮程度低的土層,可有效減少樁基的沉降。
在樁身設(shè)計(jì)板塊,設(shè)計(jì)者必須將物理力學(xué)性能充分考慮進(jìn)去,施工前就需要對樁基承載力、樁基強(qiáng)度進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。
1.2.1 樁頂豎向力的運(yùn)算
在施工前,設(shè)計(jì)者需要依照以下幾個(gè)公式計(jì)算出樁頂?shù)呢Q向力,論證樁基的承載力。
式(1)~式(2)中:N為工程制定標(biāo)準(zhǔn)下,基樁的平均豎向力;N為工程制定標(biāo)準(zhǔn)下,樁頂?shù)淖畲筘Q向力;R 為基樁豎向承載力特殊值。
1.2.2 樁基沉降公式
根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)的規(guī)定可得出樁基沉降運(yùn)算公式。要注意的是,在計(jì)算沉降數(shù)值時(shí),上部荷載指的是準(zhǔn)永久值,而不是標(biāo)準(zhǔn)值或設(shè)計(jì)值。外靜定橋梁計(jì)算得出的沉降量與施工完成后的沉降值之差不得超過以下數(shù)值(mm):
式(3)~式(4)中:S 為均勻總沉降值;?S 為相鄰墩臺(tái)均勻總沉降差值;L 為相鄰墩臺(tái)間的跨徑長度。
目前鉆孔灌注樁施工過程中存在一些問題,在進(jìn)行樁設(shè)計(jì)時(shí),有多種處理方案供工作人員選擇,沒有一種方法通用。在實(shí)際施工過程中必須因地制宜選擇技術(shù)施工方法,要注意方案的適用范圍,根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛策M(jìn)行合理選擇。同時(shí),在使用過程中,可以將多種技術(shù)結(jié)合使用,提升工程的質(zhì)量與效率。
1.3.1 保護(hù)層厚度
在進(jìn)行灌注樁灌注的過程中,必須進(jìn)行精準(zhǔn)的測量,設(shè)置好內(nèi)外邊線。首先,將符合環(huán)保規(guī)定的材料運(yùn)送至施工現(xiàn)場,為保證其厚度和平整度,應(yīng)根據(jù)路基的基本狀況,由高到低平鋪,大部分工程對碾壓層厚度有一定的要求?,F(xiàn)階段,施工技術(shù)種類繁多,其中一些技術(shù)已經(jīng)較為成熟,但另一部分處理技術(shù)還仍處于經(jīng)驗(yàn)不足的初級階段,因此在實(shí)踐過程中還需要根據(jù)施工計(jì)劃進(jìn)一步地研究。
1.3.2 配筋率
在進(jìn)行樁設(shè)計(jì)時(shí),需要輔以鋼筋,但配筋率要控制在一定范圍內(nèi),減少鋼筋接頭的數(shù)量,保證樁身周邊均勻布置鋼筋。
在路橋施工中,當(dāng)前許多設(shè)計(jì)者已做出初步嘗試,針對鉆孔灌注樁實(shí)際應(yīng)用建立設(shè)計(jì)小組,及時(shí)圍繞現(xiàn)場的配置情況實(shí)施合理調(diào)動(dòng)。如何構(gòu)建施工應(yīng)用技術(shù)制度、如何準(zhǔn)確分析問題出現(xiàn)的原因和影響、如何將突發(fā)安全問題給路橋建設(shè)帶來的影響降到最低,都是施工過程中需要考慮的內(nèi)容。可以根據(jù)不同的施工要求選擇多元化的處理方案,使灌注樁處理技術(shù)得到充分的使用及驗(yàn)證。
在鉆孔灌注樁實(shí)際施工的過程中,回旋鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)是最常見的三種器械。這三種常見施工裝置各有其適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn),需要設(shè)計(jì)者因地制宜地選擇。其中,回旋鉆機(jī)適合在碎石土、砂土、黏性土的環(huán)境下使用,適用范圍較廣,但缺點(diǎn)在于遇到巖石地質(zhì)時(shí),無法進(jìn)行快速處理,效率較低;沖擊鉆機(jī)適用于各類土質(zhì),其成孔直,沉渣少,施工效率與質(zhì)量都較高;旋鉆機(jī)更適合軟土、淤泥質(zhì)土壤,其成孔質(zhì)量高,速度快,樁孔對位準(zhǔn)確。
應(yīng)用鉆孔灌注樁施工技術(shù)前,要在施工場地埋設(shè)鋼護(hù)筒,鋼護(hù)筒的埋設(shè)可以保證成孔垂直,控制成孔樁徑。在埋設(shè)鋼護(hù)筒時(shí),施工者要保證護(hù)筒的中心線與樁孔的中心線在一條中心線上,埋設(shè)深度要視具體地質(zhì)情況而定。
2.3.1 鉆孔清淤
由于部分土壤的含水量較大,積水分布不均,針對含水量較小的地基可以直接使用抽水設(shè)備進(jìn)行清除,將表層水分排出后,配合大型挖掘機(jī)將剩余的淤泥清理出去,保存不含淤泥的土體。在施工過程中,必須有專業(yè)檢測人員進(jìn)行驗(yàn)收,將排出的淤泥回收到指定場地。隨后再將準(zhǔn)備好的改良土壤回填,應(yīng)選擇合適的材料,如石灰碎石等。在清淤后放置樁位點(diǎn),采用十字線的方式確定鋼護(hù)筒的位置,再進(jìn)行鉆機(jī)定位,檢驗(yàn)人員要反復(fù)確認(rèn)鉆機(jī)基礎(chǔ)的牢固度,適當(dāng)矯正鉆頭,保證施工過程的安全性與穩(wěn)定性。
2.3.2 鉆孔施工
在施工先進(jìn)行精準(zhǔn)的測量,通常采用電子控制和人工檢查的方式保證鉆孔技術(shù)實(shí)施的安全性。首先,將環(huán)保規(guī)定將材料運(yùn)送至施工現(xiàn)場,為保證其厚度和平整度,必須選擇合適的大型機(jī)械,確保處理后的孔隙達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn);其次,根據(jù)路基的基本狀況,由軟地層到硬地層進(jìn)行鉆孔施工,大部分工程對施工精細(xì)度有一定的要求;再次,針對路基不平的狀況,要使用碎石與石粉進(jìn)行精準(zhǔn)填筑,直至誤差小于規(guī)定值;最后,進(jìn)行邊坡整理工作。
2.3.3 泥漿護(hù)壁工藝
在項(xiàng)目實(shí)施前,需要進(jìn)行預(yù)施工,通過泥漿護(hù)壁模擬完善施工方法與工藝流程,確定泥漿回填的用量以及分層回填的鋪設(shè)厚度。原則上需要采用分層攤鋪、壓實(shí)的方法,在具體操作中必須注意攤鋪的厚度與寬度,避免返工,結(jié)合工程具體標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置寬度、厚度要求。成孔階段對泥漿比重有嚴(yán)格的要求,施工人員要針對表1進(jìn)行泥漿指標(biāo)的監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)不符合要求的泥漿指數(shù),要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
表1 泥漿性能檢測
?
2.3.4 鋼筋籠的設(shè)計(jì)
準(zhǔn)備施工前,需要注意以下幾個(gè)方面:首先,需要根據(jù)路橋施工的具體要求設(shè)計(jì)施工圖紙,制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,收集當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況說明,了解當(dāng)?shù)氐耐寥佬再|(zhì)以及存在的管道、光纜電纜等設(shè)備;其次,需要專業(yè)團(tuán)隊(duì)對材料進(jìn)行全方位的檢驗(yàn),同時(shí)做好機(jī)械設(shè)備的調(diào)試;最后,按圖施工,做到“邊施工、邊總結(jié)、邊監(jiān)督”。具體的施工過程如下:
在施工現(xiàn)場,根據(jù)工程標(biāo)準(zhǔn),確定主筋位置,加強(qiáng)箍需放置在主筋內(nèi)側(cè),位置必須準(zhǔn)確。在現(xiàn)場進(jìn)行標(biāo)記,道路中心的樁號坐標(biāo)最為重要,依據(jù)道路中線位置確認(rèn)路基坡腳、兩邊側(cè)溝以及路基邊線的位置,并在指定地點(diǎn)做好標(biāo)記。另外,鋼筋籠外側(cè)必須設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)層,頂端設(shè)計(jì)吊環(huán)。在設(shè)計(jì)完成后,專業(yè)檢測人員需要對鋼筋籠的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核,保證其符合設(shè)計(jì)需求。
2.3.5 清孔施工工藝
在鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用過程中,清孔是非常重要的環(huán)節(jié),如果清孔環(huán)節(jié)沒有得到妥善處理,那么將對整體工程質(zhì)量造成較大的影響。針對不同的施工條件,必須選擇最合適的清孔技術(shù)進(jìn)行鉆孔灌注法,良好的清孔技術(shù)不僅能夠保證公路的整體施工質(zhì)量,也能控制工程投入的資金?,F(xiàn)階段,清孔的主要形式有以下三種:
第一,正循環(huán)清孔工藝,這是目前最精簡的清孔方式,利用高壓泵將泥漿灌注入孔底,使孔底沉渣浮出,最大的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低、施工過程簡單,但對于一些沉渣要求較高的工程,無法滿足其需求(見圖1)。
圖1 正循環(huán)鉆機(jī)施工圖
第二,泵吸反循環(huán)清孔工藝,該項(xiàng)工藝是利用大功率泵的抽吸功能,將處于導(dǎo)管與孔壁的泥漿、沉渣排出孔底,實(shí)現(xiàn)清孔效果,該項(xiàng)工藝在實(shí)際路橋建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但也存在限制:只能對孔深小于50m的樁基進(jìn)行處理。
第三,清孔效果最好的氣舉反循環(huán)清孔工藝,該項(xiàng)工藝對設(shè)備的要求較高,利用液氣混合器將泥漿、沉渣排出,但該工藝施工成本較高,也帶來一定的施工局限性。
2.3.6 處理后質(zhì)檢階段
在施工前的準(zhǔn)備工作中,施工者根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦吻闆r,制定了相應(yīng)的處理方案,但在實(shí)際的運(yùn)用過程中受到外部因素的約束與干擾,造成現(xiàn)實(shí)施工效果與理想建設(shè)方案相距甚遠(yuǎn)?,F(xiàn)階段,鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測工作包括以下四個(gè)方面:首先,需要對該工程相關(guān)資料進(jìn)行詳盡的分析和研究,學(xué)習(xí)先前的經(jīng)驗(yàn);其次,進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場試驗(yàn);再次,從室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場試驗(yàn)中收集數(shù)據(jù);最后,分析此次施工中存在的問題并制定解決方案,遵照設(shè)計(jì)規(guī)范的要求,最大限度地保證路橋建設(shè)施工的安全性。
目前路橋施工建設(shè)面臨著全新的發(fā)展形勢,路橋建設(shè)作為推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要組成部分,其發(fā)展前景將影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全貌?,F(xiàn)階段,鉆孔灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用使路橋建設(shè)的效率與質(zhì)量均得到提升,但實(shí)際建設(shè)過程中仍是路橋建設(shè)項(xiàng)目的薄弱環(huán)節(jié)。構(gòu)建高質(zhì)量的建設(shè)體系,要求夯實(shí)地質(zhì)理論基礎(chǔ),實(shí)時(shí)監(jiān)管排查外部風(fēng)險(xiǎn)、建設(shè)完善的質(zhì)量監(jiān)管機(jī)制。高質(zhì)量施工技術(shù)應(yīng)用將對我國工程建設(shè)產(chǎn)生重大影響,我國路橋建設(shè)也必將呈現(xiàn)出全新的發(fā)展面貌。