董龍
摘要:巖溶發(fā)育地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜具有不確定性,容易造成鉆孔灌注樁施工存在一定的危險(xiǎn)系數(shù),從而引發(fā)安全、質(zhì)量事故。以鳳翔特大橋的鉆孔灌注樁工程為背景,針對石灰?guī)r地區(qū)存在的多種縫隙以及巖溶發(fā)育引發(fā)施工難度加大等問題,進(jìn)行了相關(guān)探討與分析,為類似鉆孔灌注樁的施工提供借鑒和參考。
關(guān)鍵詞:巖溶;鉆孔灌注樁;施工技術(shù)
0? ?引言
巖溶發(fā)育地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜具有不確定性,容易造成鉆孔灌注樁施工存在一定的危險(xiǎn)系數(shù),從而引發(fā)安全、質(zhì)量事故。而發(fā)生事故時(shí),地質(zhì)的復(fù)雜性又給救援工作增加了不小救援難度,不僅延緩了工期進(jìn)度,還會增加預(yù)期成本。本文以鳳翔特大橋的鉆孔灌注樁工程為背景,針對石灰?guī)r地區(qū)存在的多種縫隙以及巖溶發(fā)育引發(fā)施工難度加大等問題,進(jìn)行了相關(guān)探討與分析。
1? ?工程概況
TJ17標(biāo)段路線長達(dá)11.734km,里程樁號范圍為K163+418~K175+152。此標(biāo)段主線橋梁共有5座匝道橋,共計(jì)1120根樁基。所有橋梁橋位都在巖溶區(qū),該區(qū)域巖溶以弱到中等發(fā)育至強(qiáng)烈發(fā)育為主,由此對樁基施工造成一定影響。
鳳翔特大橋16~20#墩樁基施工孔內(nèi)埋錘、卡錘等事故頻發(fā),樁周地表塌陷嚴(yán)重,灌樁時(shí)溶洞穿孔斷樁機(jī)率大。該區(qū)域樁基左側(cè)緊鄰地方旅游大道,施工安全風(fēng)險(xiǎn)高,成樁質(zhì)量差,成孔周期長。架梁通道不能拉通,半幅通車無法保證,時(shí)間緊、任務(wù)重。
2? ?施工方案
綜合考慮安全、技術(shù)、質(zhì)量、成孔效率等多方面因素,擬對風(fēng)翔特大橋剩余樁基進(jìn)行如下變更設(shè)計(jì):左18-1a、左18-1b、左19-1、左19-2樁基,采用全套管全回旋鉆機(jī)施工。該工藝施工單樁成樁周期為1015天,套管為永久護(hù)筒(最大外徑1.5m,壁厚3cm)穿過溶洞嵌入持力層,可保證成樁安全、質(zhì)量及成樁效率。
本項(xiàng)目所需的主要設(shè)備有基礎(chǔ)型履帶起重機(jī)(90t)和全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)(型號為 DRT2005H)。采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工鉆孔灌注樁,樁徑為φ1500mm,樁深55~72m(具體待設(shè)計(jì)院最終確定),采用一次性鋼套管。
3? ?鉆孔灌注樁施工技術(shù)流程與應(yīng)用要點(diǎn)
全套管跟進(jìn)成孔工藝流程如圖1所示。
3.1? ?施工準(zhǔn)備及地基加固處理
施工前準(zhǔn)備工作包括:組織與安排施工人員,準(zhǔn)備材料與相關(guān)機(jī)具物資,布置施工現(xiàn)場,安全、技術(shù)交底,拼裝機(jī)械設(shè)備等。
因部分孔位已塌陷多次,為確保施工安全,需對塌陷區(qū)上部2m厚度范圍內(nèi)采用碎石及黏土進(jìn)行回填。壓實(shí)處理后對樁位處7m×10m范圍內(nèi)硬化處理,硬化層厚度不小于250mm。硬化前用直徑16mm鋼筋按150mm×150mm間距進(jìn)行鋪設(shè)。在樁位處預(yù)留直徑2.1m的空洞,此處不需進(jìn)行硬化[1]。
3.2? ?一次性鋼套管加工
鋼套管主要材料采用厚度30mm的Q345優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度錳鋼加工,套管外直徑1500mm,底節(jié)管設(shè)置管靴,管靴材料材質(zhì)為20crmo鍛造,并調(diào)制熱處理。管靴底部設(shè)置28把刀座,安裝優(yōu)質(zhì)切削刀頭28把,確保施工中巖層能夠正常鉆進(jìn)。
加工完成的鋼套管需同心,不得出現(xiàn)橢圓等異?,F(xiàn)象。每節(jié)鋼套筒長度約8m,同時(shí)設(shè)置調(diào)節(jié)管,調(diào)節(jié)管長度2~4m不等。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)每根樁的套管長度應(yīng)大于設(shè)計(jì)樁長2.5m,即施工至孔底標(biāo)高后,孔口需有2.5m的鋼套管高出地面。利用兩臺二保焊對稱焊接連接不同套管,焊接前提前加工套管剖口[2]。
3.3? ?測量放樣
采用全場儀確定鉆孔灌注樁的距離。根據(jù)工程設(shè)計(jì)特點(diǎn),確定鉆孔灌注樁的部位,將鉆頭和套筒位置與之對準(zhǔn)。
3.4? ?全回旋鉆機(jī)就位
確保定位鋼板安裝到位,固定鋼管的孔深位置,需與需清障的孔深中心準(zhǔn)確吻合。鉆機(jī)4個(gè)腳架必須在鋼板4個(gè)基點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行固定,裝配完成之后再檢查鉆機(jī)垂直度(通常利用經(jīng)緯儀和垂直度監(jiān)視系統(tǒng)配合使用)。使用四腳液壓缸調(diào)整的鉆機(jī)姿態(tài),直至其滿足垂直度要求。
液壓泵站安裝完畢、鉆機(jī)液壓裝置銜接完成后,檢測、調(diào)整裝置,保證各液壓裝置(如油料、冷卻液、油氣管路接頭、各閥等)的運(yùn)行狀態(tài)良好。反力配重應(yīng)按對稱方式安裝,安裝后應(yīng)檢驗(yàn)其承載能力,確保其滿足轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工荷載。按照工程標(biāo)準(zhǔn)安裝反力叉,完畢后檢測其牢固情況,必要時(shí)進(jìn)行加固。根據(jù)切割深度,將不同長度的鋼套管組裝連接,組裝完畢后,裝入鉆機(jī)。
3.5? ?上部套管鉆進(jìn)
啟動(dòng)液壓泵,待發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高后,將回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)調(diào)到0位,打開夾緊液壓缸按鈕。套管被夾緊后,立即啟動(dòng)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),待回轉(zhuǎn)阻力隨時(shí)間達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)之后,再慢慢調(diào)至高轉(zhuǎn)速。
對鉆頭進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn),校正垂直角度,確認(rèn)鉆頭工作狀態(tài)正常且垂直角度不超過3‰,即可進(jìn)行鉆孔。正常鉆進(jìn)后,調(diào)整氣壓、扭矩等參數(shù)穩(wěn)定后,逐步加大轉(zhuǎn)速、鉆壓及扭矩。一般在初始距離5m左右,將鉆機(jī)速度限制在3~5r/min,回轉(zhuǎn)力矩限制在額定力矩的30%~50%[3]。
套管鉆進(jìn)過程中,校核套管垂直度,確保套管垂直度不大于3‰。調(diào)整壓力、轉(zhuǎn)速及扭矩,保證鉆進(jìn)平穩(wěn),防止壓力過大且鉆進(jìn)受阻時(shí),對周邊土體產(chǎn)生過度擾動(dòng)。
3.6? ?一次性套管鉆進(jìn)
3.6.1? ?鉆機(jī)就位
待樁基定位后,將套管鉆機(jī)就位對中,保證套管與樁中心偏差小于50mm。
3.6.2? ?取土成孔
壓入甲級聯(lián)賽套管,借助抓取力從套管下獲土,始終保持套管底口超前開挖面2m以上。在套管第一節(jié)部分被壓入土后(需在地面保留1.5~2.Om,以便于接管),再測試垂直高度,如不滿足設(shè)計(jì)要求可進(jìn)行修正。達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,可以使用第二節(jié)套管來往復(fù)之前操作,直至滿足設(shè)計(jì)需求。成孔質(zhì)量應(yīng)符合表1規(guī)定。需要注意:土方的大量堆積將對項(xiàng)目的進(jìn)度以及安全造成不利影響,所以還需及時(shí)將土方有序運(yùn)走。
3.6.3? ?孔深與沉渣檢測
當(dāng)孔深超過設(shè)計(jì)要求后,及時(shí)清孔工藝并檢測沉渣厚度。如厚度超過設(shè)計(jì)要求,可繼續(xù)清孔工藝,直到完全符合設(shè)計(jì)要求后,用抓力輕輕按放于洞底。測量孔深與沉渣,并向監(jiān)理工程師報(bào)告檢測情況。
3.7? ?鋼筋籠吊裝
通常采用三點(diǎn)起吊法起吊鋼筋籠。先平行地吊放鋼筋籠至樁孔處,再使用不同大小吊鉤相互配合,使鋼筋籠逐漸地豎立,待整個(gè)鋼筋籠垂直后慢慢將鋼筋籠放入孔中。使用鋼筋進(jìn)行定位,使樁孔中心線與籠軸線重合,并保證主鋼筋保護(hù)層達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
3.8? ?水下混凝土灌注
混凝土澆筑管道用螺絲扣套和橡皮密封圈相連,用內(nèi)徑為300mm的管道接頭,確保管道順直、光滑、嚴(yán)密、不漏水。連接完畢后進(jìn)行測試,確保試水壓力為0.6~1.0MPa,以保證管路的密封耐壓。
將導(dǎo)管放入孔內(nèi),導(dǎo)管上連接混凝土漏子。為了確保出料時(shí)的空間順暢,孔底與導(dǎo)管底口應(yīng)保持30~50cm的距離。將混凝土直接由泵車泵入漏斗中,若有困難可通過料斗直接吊入漏斗。漏斗內(nèi)存有適當(dāng)數(shù)量水泥后,抽出漏子底蓋,向?qū)Ч軆?nèi)澆筑水泥,再通過混凝土泵車連續(xù)澆筑。
當(dāng)灌注工作開始后,要在很緊湊的時(shí)間完成,而不能在中間終止。澆筑過程中,時(shí)刻關(guān)注孔內(nèi)水位上升情況,同時(shí)測量導(dǎo)管的埋設(shè)深度與混凝土面高度。需將導(dǎo)管埋至混凝土面下2~4m的位置,避免因?qū)Ч苈裨O(shè)深度過大而不能拔出。同時(shí)埋設(shè)深度也不能過小,否則會導(dǎo)致抽出導(dǎo)管時(shí)破壞樁體的完整性[4]。
為了更好地對導(dǎo)管進(jìn)行回收與再利用,在混凝土上升拔高時(shí),應(yīng)逐步拆除拔高的導(dǎo)管。在澆筑過程派人員全過程值班,并做好了水下混凝土澆筑記錄。
3.9? ?套管起拔
澆筑完畢后,將多余伸出地面的一次性套管割除,安裝直徑2m套管,與原有套管接頭。完成后起拔外側(cè)消摩套管,每拔起一節(jié)套管向2層套管間拋填一定數(shù)量的黏土或小碎石,直至套管全部拔起。
3.10? ?成樁檢測
待樁體強(qiáng)度滿足工程標(biāo)準(zhǔn)后,除去多余部分之后再進(jìn)行檢驗(yàn),檢查方法及內(nèi)容參照相應(yīng)規(guī)范。
4? ? 鉆孔通過巖溶時(shí)關(guān)鍵技術(shù)措施
4.1? ?加強(qiáng)泥漿質(zhì)量控制
在水泥中添加適當(dāng)?shù)乃?、火堿和木屑,以增加水泥的膠體度和懸浮力。質(zhì)量配合比一般為黏土:水泥:堿=1:0.2:0.04,木屑按黏土體積的10%添加。
4.2? ?采取泥漿護(hù)壁技術(shù)
對溶孔面積較小、填充物多為較疏松的不穩(wěn)定地層,采取泥漿護(hù)壁技術(shù),并采用優(yōu)質(zhì)水泥,以保持洞內(nèi)的水平標(biāo)高。及時(shí)向洞內(nèi)投袋裝泥漿、粒度不超過13cm的片巖,并密封護(hù)壁,使其形成封閉環(huán)境,以避免滲漏和塌洞。
4.3? ?采用全護(hù)筒工法
對空洞較大的溶洞或流塑狀充填物采用全護(hù)筒法施工。溶洞沖擊作業(yè)中,當(dāng)沖擊到洞頂后需逐漸提起沖錘。若沖錘提升順利,表明洞頂已成圓滑垂直的孔。當(dāng)鉆至溶洞底部時(shí),內(nèi)護(hù)筒采用專用工具下降,以使內(nèi)護(hù)筒逐步降低至溶洞底部。
4.4? ?采用化學(xué)注漿方法
若樁位處有多層溶洞,需采用化學(xué)注漿方法進(jìn)行處理,待溶洞填充物強(qiáng)度達(dá)20MPa以上,再采用沖擊鉆成孔。采用分段注漿施工工藝,注漿壓力為1~3MPa。水泥漿選用普通硅酸鹽水泥,初凝時(shí)間約2~4h。采用水泥一水玻璃與水泥的復(fù)合漿液作為化學(xué)漿液,水玻璃、水灰、水泥漿按照1:1:1的比例進(jìn)行調(diào)配。采用跳孔和隔孔注漿法。注漿設(shè)備采用注漿泵,泵壓為0.6~7MPa。
5? ?結(jié)束語
巖溶發(fā)育地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜具有不確定性,容易造成鉆孔灌注樁施工存在一定的危險(xiǎn)系數(shù),從而引發(fā)安全、質(zhì)量事故。本文以鳳翔特大橋的鉆孔灌注樁工程為背景,采用多項(xiàng)措施,成功地解決了鉆孔灌注樁成孔困難的技術(shù)難題。檢測結(jié)果顯示,樁基無縮頸、擴(kuò)孔等常見質(zhì)量通病,檢測結(jié)果全部合格,I類樁占樁基總數(shù)的93%。
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