彭甄如
(廣東水電二局集團(tuán)有限公司,廣東 廣州 510000)
某堤岸防護(hù)工程位于廣州市海珠區(qū),全長(zhǎng)2.122km。堤防防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇,設(shè)計(jì)洪(潮)水位為2.65m,堤防工程等級(jí)為1 級(jí)。堤頂路面高程為3.95m,設(shè)計(jì)防浪墻頂高程為4.45m。根據(jù)不同的地形和地質(zhì)情況,結(jié)構(gòu)斷面分述如下:①灌注樁單排結(jié)構(gòu)(樁徑1100mm)。灌注樁單排結(jié)構(gòu)方案主要針對(duì)軟弱土層較厚段,該結(jié)構(gòu)整治長(zhǎng)度為1561m,采用φ1100mm 灌注樁結(jié)構(gòu),樁間距為1.3m,共1206 根灌注樁,樁間采用插條擋土,上部現(xiàn)澆砼樁帽及胸墻擋土。②碼頭、舊堤加高。在原碼頭邊或碼頭內(nèi)加高。碼頭、舊堤加高段共長(zhǎng)561m。根據(jù)初步勘察,揭露的地層主要為第四系全新統(tǒng)珠江三角洲沖積相的淤泥類(lèi)土、砂類(lèi)土或黏性土,下伏白堊紀(jì)泥質(zhì)粉砂巖。
根據(jù)樁體力學(xué)性能值進(jìn)行灌注樁施工與后期質(zhì)量檢驗(yàn),主要體現(xiàn)在單樁承載力、樁的數(shù)量、各樁的實(shí)際荷載及沉降狀況,通過(guò)預(yù)設(shè)和核準(zhǔn)相關(guān)參數(shù)確定樁的實(shí)際性能。
計(jì)算單樁極限承載力,如公式(1)所示。
式中:Quk為單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;Qpk為單樁端阻力極限標(biāo)準(zhǔn)值;Qsk為單樁側(cè)面阻力極限標(biāo)準(zhǔn)值;qpk為樁持力層端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;Ap為樁底截面面積;u為樁體周邊長(zhǎng)度;qsik為樁周第i層土側(cè)面阻力標(biāo)準(zhǔn)值;li為第i層巖土厚度。
計(jì)算單樁承載力特征值,如公式(2)所示。
式中:Ra為單樁承載力特征值;Quk為單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值;k為安全系數(shù),取值3。
計(jì)算樁頂荷載,如公式(3)所示。
式中:Nk為樁基平均豎向力;Fk為標(biāo)準(zhǔn)荷載下承臺(tái)頂面所受豎向力;Gk為基樁承臺(tái)上土體自重值;n為樁數(shù)。
計(jì)算樁數(shù),如公式(4)所示。
式中:n為樁數(shù);Fk為標(biāo)準(zhǔn)荷載下承臺(tái)頂面所受豎向力;Gk為基樁承臺(tái)上土體自重值;Nk為樁基平均豎向力。
計(jì)算樁頂豎向力,如公式(5)所示。
式中:Nk為樁基平均豎向力;Nkm為樁頂極限豎向力;R為樁基豎向承載力特征值。
計(jì)算樁基沉降,如公式(6)所示。
式中:S為樁基實(shí)際沉降值;φ為沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù);φe為沉降等效系數(shù);m為角點(diǎn)法中點(diǎn)對(duì)應(yīng)矩形荷載分塊數(shù);P0j為角點(diǎn)法中第i 塊地面的附加壓力;n為計(jì)算深度下所含標(biāo)準(zhǔn)土層數(shù);Zij為樁端第j塊荷載至第i層土的距離;Z(i-1)j為第i-1 層土底面的距離;aij為樁端第j塊荷載至第i層土的深度下所附加的應(yīng)力系數(shù);a(i-1)j為第i-1 層土底面深度下所附加的應(yīng)力系數(shù)。
樁基鋼護(hù)筒直徑設(shè)計(jì)值大于樁基直徑10cm,鋼護(hù)筒材質(zhì)為6mm~8mm 的鋼板。需要用定位器輔助進(jìn)行卷曲,并設(shè)臺(tái)座完成接長(zhǎng),確保護(hù)筒接縫度和形狀符合要求。在加工廠采用坡口式焊接法預(yù)制護(hù)筒主體,長(zhǎng)度為 1.5m,在保持銜接強(qiáng)度的同時(shí),要求焊縫完全閉合。單個(gè)護(hù)筒首節(jié)長(zhǎng)度預(yù)設(shè)為6m,根據(jù)樁位處的深度要求和作業(yè)需求適度使用可調(diào)整護(hù)筒組件[1]。
使用14#槽鋼搭設(shè)“井”字形的雙層導(dǎo)向架。下層導(dǎo)向架與鉆孔平臺(tái)處用平撐進(jìn)行固定。在平臺(tái)頂下約2m 處,當(dāng)?shù)推匠睍r(shí)完成焊接;上層導(dǎo)向架加設(shè)2 根10#槽鋼,連接平臺(tái)上部的 2 根橫梁。
當(dāng)安裝第一節(jié)護(hù)筒時(shí),護(hù)筒需要高于便橋0.8m~1m,通過(guò)4 個(gè)支撐點(diǎn)焊接“工”形鋼,將其固定在平臺(tái)“工”形鋼上,確認(rèn)牢固后起吊下一節(jié),并進(jìn)行對(duì)接安裝。用履帶吊將振動(dòng)錘吊至護(hù)筒上方,確認(rèn)振動(dòng)錘與護(hù)筒基本垂直后,根據(jù)護(hù)筒的下沉情況下放鋼絲繩,直至護(hù)筒下沉深度為預(yù)設(shè)值或當(dāng)護(hù)筒的貫入速度為5cm/min 時(shí)完成作業(yè)。部分孔位夾雜粗砂,因此護(hù)筒下沉難度較大,須對(duì)護(hù)筒底端進(jìn)行開(kāi)孔,鉆出距離為3m,接護(hù)筒后用振動(dòng)錘繼續(xù)施力,確認(rèn)護(hù)筒下沉至不透水基層后完成作業(yè)。護(hù)筒施工技術(shù)如圖1 所示。
圖1 水中護(hù)筒施工技術(shù)
每臺(tái)鉆機(jī)配備1 臺(tái)規(guī)格為22kW 的3PN 型泥漿泵,采用鋼板樁沿施工便橋圍閉10m×3m×3m 的泥漿循環(huán)池,每臺(tái)鉆機(jī)圍閉一個(gè)泥漿循環(huán)池,及時(shí)用車(chē)對(duì)成孔泥漿進(jìn)行外運(yùn)。泥漿池與鋼護(hù)筒間采用直徑300mm 的鋼管(具體以現(xiàn)場(chǎng)施工為準(zhǔn))連接,鋼護(hù)筒須開(kāi)槽,并焊接鋼板成槽。施工期間護(hù)筒內(nèi)的泥漿面應(yīng)高出地下水位1m 以上,在清孔過(guò)程中,應(yīng)不斷置換泥漿,直至灌注水下混凝土。在灌注混凝土前,孔底50cm 內(nèi)的泥漿相對(duì)密度應(yīng)≤1.25;含砂率≤8%,黏度≤28s。新配制的泥漿性能見(jiàn)表1。
表1 泥漿性能指標(biāo)
當(dāng)旋挖機(jī)鉆孔施工時(shí),在旋挖機(jī)一側(cè)放置一個(gè)小型泥漿箱,高度約0.6m,長(zhǎng)寬約2.5m×3m,泥漿箱底設(shè)置泄水管,泥漿水重復(fù)流入樁孔內(nèi)。在鉆孔施工過(guò)程中,通過(guò)抽取岸上儲(chǔ)備泥漿池補(bǔ)充泥漿至樁孔。鉆孔完成后,樁孔泥漿采用大功率泥漿泵泵送上岸儲(chǔ)備泥漿池,若距離超過(guò)50m,則用中轉(zhuǎn)小型號(hào)的泥漿箱進(jìn)行接力抽漿。
鉆進(jìn)時(shí)需要關(guān)注孔內(nèi)情況,當(dāng)鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),及時(shí)對(duì)成孔質(zhì)量進(jìn)行檢查,核查并記錄孔徑、孔深和垂直度等信息,由于人工核查和傳統(tǒng)核查方式效果較差,因此使用超聲波檢孔儀進(jìn)行檢測(cè)[2]。具體指標(biāo)見(jiàn)表2。
表2 旋挖成孔質(zhì)量指標(biāo)
初步鉆孔完畢后,在孔內(nèi)插入大功率泥漿泵,開(kāi)啟正循環(huán)模式對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行清理,同步觀測(cè)孔內(nèi)泥漿指標(biāo),當(dāng)泥漿指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求且孔底沉淀不超標(biāo)時(shí),確認(rèn)清孔完畢。在鋼筋籠下放及澆注導(dǎo)管安置完畢后,進(jìn)行二次清孔作業(yè),同步觀測(cè)孔內(nèi)泥漿指標(biāo)與孔底沉淀,二者均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后,使用變徑接頭與澆注導(dǎo)管連接進(jìn)行正循環(huán)清孔。
當(dāng)鉆進(jìn)黏泥層時(shí),泥層黏度過(guò)高,進(jìn)尺較深容易卡鉆,為避免該問(wèn)題,單次鉆進(jìn)的深度須控制在30cm~40cm。
設(shè)計(jì)使用鉆筒直徑至少比成孔直徑小5cm,側(cè)齒和邊齒加長(zhǎng)至鉆筒長(zhǎng)度的2/3,在使用過(guò)程中,需要檢查側(cè)齒和邊齒,發(fā)現(xiàn)磨損及時(shí)采取修復(fù)措施。
采用高壓噴射法解決卡鉆問(wèn)題。在鉆頭邊約50cm 的兩側(cè)分別開(kāi)設(shè)2 個(gè)對(duì)稱(chēng)孔,噴管由小孔送入,對(duì)準(zhǔn)被卡的鉆頭,進(jìn)行高壓噴射至噴穿兩孔,待原鉆孔內(nèi)的沉渣落入小孔內(nèi),鉆頭可進(jìn)行回轉(zhuǎn)提升。
軟弱層可塑性不足,鉆進(jìn)難度相對(duì)較大,若遇到無(wú)法鉆進(jìn)情況,則暫停鉆進(jìn)作業(yè),在孔內(nèi)取適量土,使孔底呈空腔狀態(tài),再向孔內(nèi)注入C20 混凝土,等待24h,待混凝土基本固結(jié)后重新鉆進(jìn),如果軟弱層過(guò)厚,就采取分層處理辦法,重復(fù)以上操作。
需要按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制擴(kuò)底角度和深度,通常擴(kuò)展部分與垂直方向的傾斜角度θ應(yīng)控制在6°~12°,擴(kuò)底深度超擴(kuò)20cm~30cm。每次擴(kuò)底高度須與前一次擴(kuò)底面重疊20cm~30cm,根據(jù)每次擴(kuò)底深度設(shè)置擴(kuò)底直徑??紤]擴(kuò)底段縮徑,根據(jù)持力層地層分布情況和實(shí)際成孔檢測(cè)情況,擴(kuò)底段直徑比設(shè)計(jì)圖紙要求超擴(kuò)5cm~10cm。
當(dāng)制作鋼筋籠時(shí),須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求,應(yīng)檢查接頭安裝,接頭不能集中在一處,總接頭數(shù)控制在該截面鋼筋總數(shù)的50%內(nèi)[3]。
鋼筋籠自上而下每2m 加設(shè)加強(qiáng)箍,須對(duì)加強(qiáng)箍的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證,保證有效地保護(hù)鋼筋籠,加強(qiáng)箍應(yīng)設(shè)置在主筋內(nèi)側(cè),采用點(diǎn)焊方式與主筋焊接,加強(qiáng)箍的搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于5d,采用雙面焊接的方法。同時(shí),鋼筋籠自上而下每2m 加設(shè)保護(hù)墊。鋼筋籠具體制作與吊放要求見(jiàn)表3。
表3 鋼筋籠制作與吊放偏差指標(biāo)
使用20t 汽車(chē)吊安裝鋼筋籠,在作業(yè)平臺(tái)上固定汽車(chē)吊支點(diǎn)。當(dāng)鋼筋籠下放時(shí),確保與鉆孔保持垂直。在下放過(guò)程中,以50cm~100cm 為單位,對(duì)鋼筋籠和孔內(nèi)情況進(jìn)行觀測(cè),確保二者同心度和孔內(nèi)環(huán)境滿(mǎn)足作業(yè)要求。吊裝作業(yè)如圖2 所示。
圖2 鋼筋籠安裝圖
若出現(xiàn)導(dǎo)管進(jìn)水的情況,則重新下放導(dǎo)管,當(dāng)導(dǎo)管沉至孔底30cm~40cm 時(shí),投入制備的適量混凝土進(jìn)行二次沖底,若無(wú)法保證二次沖底效果,則需要將鋼筋籠提出復(fù)鉆,再按照工序標(biāo)準(zhǔn)下放鋼筋籠和導(dǎo)管,進(jìn)行灌注作業(yè)[4-5]。
導(dǎo)管采用吊裝接駁,下放時(shí)須保持垂直且用相應(yīng)的吊具和固定卡盤(pán)輔助操作,下放導(dǎo)管至距孔底部約40cm 停止下放。
鉆孔樁采用C30 商品混凝土?;炷列阅芤笕缦拢恒@孔樁工程采用普通硅酸鹽水泥(P2O),強(qiáng)度等級(jí)為42.5,質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007);灌注時(shí)的混凝土塌落度為18cm~22cm;粗骨料采用粒徑為5mm~25mm連續(xù)級(jí)配;混凝土的初凝時(shí)間控制在3h 以上;根據(jù)配比摻入適量的外加劑和粉煤灰,以此確保混凝土的流動(dòng)性與和易性;使用的粗骨料粒徑應(yīng)小于鋼筋最小凈距的1/5 且小于導(dǎo)管內(nèi)徑的1/6,粒徑上限值為40mm;細(xì)骨料使用級(jí)配較好的中砂。
混凝土攪拌車(chē)參與灌注流程。單樁灌注的材料方量約20m3,灌注強(qiáng)度下限值為30m3/h,灌注混凝土的單次時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)3h。采取拔塞法對(duì)灌注樁進(jìn)行封底。
封底完成后采取連續(xù)灌注混凝土的施工辦法,確保成樁的完整性與強(qiáng)度。若導(dǎo)管埋深>3m,則需要將導(dǎo)管上提1m,確?;炷练瓭{順利;當(dāng)導(dǎo)管埋深超過(guò)6m 時(shí),需要拆除導(dǎo)管,保證導(dǎo)管埋深在2m~6m。當(dāng)灌注混凝土?xí)r,每隔15min~20min提動(dòng)導(dǎo)管,確保灌注連續(xù)和翻漿順利。混凝土灌注作業(yè)如圖3所示。
圖3 混凝土灌注作業(yè)圖
針對(duì)水上旋挖灌注樁施工,對(duì)各種因素進(jìn)行認(rèn)真分析,制訂有效的施工計(jì)劃,做好施工前期的準(zhǔn)備工作。只有全面把握鉆孔、成孔、清孔、鋼筋籠生產(chǎn)以及后期的澆筑、安裝等各項(xiàng)流程,才能全面協(xié)調(diào)各施工環(huán)節(jié),降低資源消耗,提高工程效益。