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    全套管全回轉鉆機咬合樁施工工法

    2018-10-15

      1. 前言

    咬合樁是2000年國內出現的一種新樁型,隨后在城市地鐵、基礎設施建設圍護結構中已取得了成功的經驗,相較于傳統的連續墻施工而言,咬合樁具有配筋率低、抗滲能力強、施工靈活、無污染等優點。本文將著重介紹全套管全回轉鉆機咬合樁施工工藝,使用全套管全回轉鉆機進行咬合樁施工對周圍環境影響小、質量可靠、經濟環保,具有推廣價值。

    2. 咬合樁概念

    全套管鉆孔咬合樁是指在平面布置上相鄰混凝土排樁間相互咬合(樁部分圓周相嵌)而形成的混凝土樁墻,是一種具有良好防滲水、阻擋外部砂土的圍護結構。由于其特點為樁間的相互咬合,故稱為咬合樁。

    3. 咬合樁分類

    根據混凝土凝固狀態不同分為:軟咬合、硬咬合

    全套管全回轉鉆機咬合樁按第二序列樁切割第一序列樁時,第一序列樁混凝土凝固狀態情況可分為軟切割全套管咬合樁和硬切割全套管咬合樁。軟切割全套管咬合樁是指在第一序列樁混凝土初凝前,實施第二序列樁對第一序列樁進行切割;硬咬合全套管咬合樁是指在第一序列在混凝土凝固并硬化后,實施第二序列樁對第一序列樁進行切割。

    根據樁基本體設計分為:素混凝土樁及鋼筋混凝土樁

    全套管全回轉鉆機咬合樁第二序列樁一般均為鋼筋混凝土樁,第一序列樁根據設計院設計要求可分為素混凝土樁或者鋼筋混凝土樁,此時鋼筋混凝土樁中的鋼筋籠一般設計為矩形鋼筋籠。

    4. 工藝原理

    鉆孔咬合樁施工大多使用“全套管鉆機+超緩凝型混凝土”的施工方案。鉆孔咬合樁的排列方式為兩個素混凝土樁(A樁)之間依靠一個鋼筋混凝土樁(B樁)相咬合,施工時先將兩個A樁施工完成,利用A樁為超混凝型混凝土的特性,實現B樁施工時對A樁進行相嵌部分軟切割,最終灌注B樁實現A樁與B樁的咬合目的。使之具有良好的防滲作用,從而形成整體連續的基坑支護結構和止水帷幕,還可兼作主體承重結構。施工先后順序如下圖所示:

    硬咬合:A1A2灌注完成后,可先施工A3A4…等待A1A2具有凝固強度后,再施工B1,實現B樁施工時對A樁進行相嵌部分硬切割,最終灌注B樁實現A樁與B樁的咬合目的。

    5. 施工過程

    以下施工過程為單樁施工工藝流程。其中,5.1導墻制作為一次性完成工程,當第一序列樁為素混凝土樁時,則無5.5下放鋼筋籠的工序。

    5.1 制作導墻

    5.1.1 導墻的作用

    導墻作為全套管鉆機的地基支撐,能夠保證鉆機的水平度從而保證樁基的垂直度,且能夠緩解樁孔頂端地表壓強,防止塌孔,同時也能使得全套管鉆機施工就位更加方便快捷。

    5.1.2 導墻的規格

    導墻材料一般為混凝土或者鋼筋混凝土。導墻厚度為350mm(地表層土較好)或最小為450mm(地表層土為軟土,需要回填后分層碾壓)

    5.1.3 導墻施工工藝流程

    平整土地→測量放樣→挖掘導墻溝槽→綁扎導墻兩側鋼筋→模板施工→砼澆注施工→拆除模板定位放樣

    5.1.4 具體步驟

    ①平整場地 

    清除地表雜物,填平碾壓地凹面,使整個場地達到平整狀態。

    ②測放樁位

    根據設計圖紙提供的坐標按外放100mm計算排樁中心線坐標,(外放是為了抵消基坑開挖時外側土因壓力向內位移和變形造成的基坑結構凈空間減小變化)采用全站儀根據地面導線控制點進行實地放樣,并作好護樁,且報監理復核。

    ③導墻溝槽開挖

    在樁位放樣線符合要求后即可進行溝槽的開挖,采用人工配合開挖施工。開挖結束后,立即將中心線引入溝槽下,保證導墻中心線的正確無誤。

    ④鋼筋綁扎

    導墻開挖一段后,綁扎鋼筋骨架,骨架結構型式按照設計要求布置,經“三檢”合格后并且報監理工程師檢查通過后方可進行下道工序施工。

    ⑤模板施工

    內模采用自制整體鋼模,導墻預留定位孔模板直徑比樁徑放大30mm,模板縱向加固依靠鋼管支撐,支撐間距不大于1m,確保加固牢靠嚴防跑模,并保證軸線和凈空的準確性,混凝土澆注前必須要先檢查模板的垂直度、中線以及凈距是否符合要求,經“三檢”合格且報監理工程師檢查通過后方可進行下道工序施工。

    ⑥砼澆注施工

    混凝土澆注采用C30商品混凝土,混凝土澆筑時兩邊對稱交替進行,嚴防跑模。如發生跑模現象,應立即停止混凝土的澆注,將模板糾正到設計位置,重新加固模板之后方可繼續進行澆注。振搗采用插入式B50振搗器,振搗間距為600mm左右,防止振搗不均,同時也要防止在一處過振而發生跑模現象。

    拆除模板

    當導墻混凝土凝固后(即導墻本身具有足夠強度),將導墻兩側模板拆除,重新定位放樣排樁中心位置,將點位在導墻頂面上標注,作為全套管鉆機快速就位施工參考點,導墻養護期間,嚴禁重型設備在附近作業或停滯。

    5.1.5 質量要求

    序號

    檢查項

    質量標準

    1

    導墻中軸線

    ±10mm

    2

    內外導墻間距

    ±10mm

    3

    導墻內墻面垂直度

    2

    4

    導墻內墻面平整度

    3mm

    5

    導墻頂面平整度

    5mm

    6

    鋼筋間距

    ±10mm

    7

    外觀要求

    無氣泡及蜂窩團面,不露筋,連接處無錯臺

    8

    實體要求

    砼必須內實,具備承受設備施工時強度要求

    5.2 全套管鉆機就位

    待導墻具有足夠強度后,首先將基板吊至樁位并對中,隨后起吊全套管鉆機起吊移動至基板定位槽中,實現鉆機對中。鉆機配置的液壓動力站放置在導墻外平整地基上。

    5.3 套管下放

    將第一節套管起吊至樁位,并開始運轉全套管全回轉鉆機實現套管下放工序。其中,第一節套管的施工效果是影響樁基垂直度的主要因素,因此在第一節套管下放時,要不斷從XY兩個軸線方向,利用測錘配合經緯儀(全站儀)檢測套管垂直度,如若出現輕微偏斜現象,可通過調整全套管全回轉鉆機支腿油缸來確保套管垂直(此時必須用經緯儀進行檢測);當偏斜現象過于嚴重時,需將套管起拔至上步套管垂直處,進行基坑內回填后重新下放,第一節套管下放到底后,續接第二節套管,按以上方法繼續進行下放,直至下放至設計深度。

    5.4 取土成孔

    取土工序一直伴隨套管下放工序進行。砂土地層時采用預留抓土法,即套管先行入土2-3米時,再利用沖抓斗在套管內部進行取土,取土過程中鉆機也同時帶動套管下放,保證套管下放深度始終超前于抓土深度;套管入巖后根據巖石特性采用勤取土或重錘超前取土方式進行,直到完成設計孔底標高。

    5.5 下放鋼筋籠

    成孔達到設計標高后,再次檢查孔的深度、垂直度是否符合設計要求,同時清理孔底虛土,經三檢合格后,吊車起吊第一節檢驗合格的鋼筋籠下放至基坑中,于全套管全回轉鉆機頂部伸出1-2米用于對接拼焊第二節鋼筋籠,焊接完成后繼續下放鋼筋籠,直至下放到設計標高位置。

    5.6 下放砼灌注導管

    鋼筋籠下放到位后,在鋼筋籠內部下放砼灌注導管,導管之間采用螺紋方式連接,導管下放深度要求導管底口距孔底面30cm左右,隨后在混凝土灌注導管頂部安裝漏斗。

    5.7 灌注混凝土

    孔內有水時,采用水下混凝土法灌注施工。孔內無水時,采用干孔灌注施工,此時需要振搗。為確保混凝土能一次性灌注到孔底,需先將導管與漏斗處封堵,待導管漏斗灌滿混凝土后,在放行混凝土,混凝土灌注過程中確保混凝土高出套管底部端口不小于2-2.5米,防止起拔過快影響成樁質量。

    5.8 取出套管及導管,灌注成樁

    灌注混凝土的同時,利用全套管全回轉鉆機及履帶吊相配合將套管及導管逐節起拔,過程中要求套管底口始終低于混凝土面2米以上,及導管始終埋設在混凝土中,直至灌注完成。

    5.9 檢測樁基,全套管鉆機移位

    灌注完成后,檢測成樁的深度、垂直度等是否符合設計要求,經三檢合格后,將全套管全回轉鉆機移動到下一施工樁位。

    6. 質量控制

    6.1 孔口定位控制

    樁位孔口的定位位置決定咬合樁的咬合量,孔口定位誤差的允許值可按照下表進行參考:

    孔口定位誤差允許值(單位mm

     

    咬合量

     

     

     

     

    咬合量

    樁深

    10m以下

    10m---15m

    15m以上

    100

    ±10

    ±10

    ±10

    150

    ±15

    ±10

    ±10

    200

    ±20

    ±15

    ±10

    在鉆孔咬合樁樁頂上設置鋼筋混凝土導墻,導墻上設有定位孔,且導墻定位圓孔直徑比樁徑大30-50mm,當全套管全回轉鉆機就位后,第一節套管施工時要經常監測調整,使套管與定位圓孔四周間隙保持均勻。

    6.2 樁垂直度控制

    根據我國《地下鐵道工程施工及驗收規范》GB5029919993.1.5條規定,地下樁基工程中樁的垂直度允許誤差為3‰。垂直度出現偏差會導致樁體上下咬合量不同,嚴重時會出現漏咬合現象,因此垂直度控制也是施工技術重點及難點,具體控制方法可從以下幾方面進行:

    6.2.1 套管自身垂直度檢測

    在平整的場地上測放出兩條相互平行的直線,將套管放置在兩條直線之間,然后用線錘和直尺進行檢驗,要求套管垂直度要控制在2‰以內;檢測包含單節套管及按照樁深將套管配置連接到一起的整體套管。

    6.2.2 成孔過程中樁的垂直度檢測

    在套管四周選取兩個相互垂直的方向(XY兩個軸線方向),采用測錘配合經緯儀不斷校核套管的垂直度,發現偏斜現象立即處理,該檢測工序需要貫穿整個成孔過程,同時在每一節套管對接前,需要用直尺及線錘進行孔內垂直度檢查,檢測合格后并做好記錄方可進行下節套管對接。

    6.2.3 糾偏措施

    當套管起始入土時(5m左右),若出現輕微偏斜現象可通過升降全套管全回轉鉆機四個支腿油缸調整套管垂直度;當套管入土深度過深時,通過調節全套管全回轉鉆機支腿油缸已無法進行垂直度調節,此時應該進行回填,一邊回填一邊起拔套管,將套管起拔至上次檢查垂直度合格地方,調整套管垂直后,重新下壓施工。B序列樁孔糾偏方法與A序列樁孔基本相同,不同之處是不能向套管內回填土而應該填入與A樁相同的混凝土,否則有可能在樁間留下土夾層,從而影響排樁的防水效果。

    6.3 地下障礙物處理

    遇到較大的障礙物不能正常施工時可以先將沖抓斗換成十字重錘擊碎障礙物將其清除。

    6.4 樁咬合厚度的確定

    相鄰樁之間的咬合厚度d根據樁長來選取,樁越短咬合厚度越小(但最小不宜小于100mm),樁越長咬合厚度越大,可按照以下公式進行計算:

    d-2( kl + q ) 50mm (即保證樁底的最小設計咬合厚度不小于50mm

    式中:d——鉆孔咬合樁的設計咬合厚度

          k——樁的垂直度

          l——樁長

          q——孔口定位誤差容許值

    6.5 鋼筋籠上浮現象處理

    鋼筋籠上浮是指在混凝土灌注過程中,套管及導管起拔帶動鋼筋籠上升或砼頂托上升的現象,預防及處理措施如下:①嚴格控制混凝土質量,混凝土中骨粒大小應小于20mm;②灌注混凝土之前先起拔一段套管,查看鋼筋籠是否上浮,并做相應處理;③鋼筋籠焊接時安裝鋼筋籠導正器;④鋼筋籠底部焊接一塊比鋼筋籠直徑略小的薄鋼板(或鋼筋籠底部做成錐形),增加抗浮能力。

    6.6克服“管涌”現象

    混凝土管涌又可以成為混凝土繞流管涌,僅出現在B序列與A序列樁軟咬合時,是指在B序列樁成孔過程中,由于A序列樁混凝土未凝固,還處于弱流塑狀態,A序列樁混凝土可能從AB相交處涌入B樁孔內,稱之為混凝土“管涌”現象。克服“管涌”現象的處理措施如下:

    1. A序列樁混凝土的坍落度應小一些,不宜超過18cm,便于降低混凝土的流動性,增加阻力克服管涌;

    2. 套管要始終超前于開挖面,以便形成一段屏障,阻止混凝土流動,套管超前不應小于2m

    3. 如果遇到地下障礙物,套管無法超前時,可采取向套管內部注入一定量的水,使其保持一定的反壓力來平衡A樁混凝土的壓力;

    4. B序列樁成孔過程中應注意觀察相鄰兩側A樁混凝土頂面,如發現A樁混凝土下陷應立即停止B樁開挖,并一邊將套管盡量下壓,一邊向B樁內填混凝土或者注水,直到制止管涌現象;

    5. 掌握B樁施工的最佳時間,避免A樁剛灌注完不久就馬上被切割的情況。

      6.7混凝土灌注控制

      1. 混凝土灌注前,要清理套管內壁上粘連的泥土,防止其影響成樁質量;

      2. 混凝土灌注過程中要經常根據灌注高度起拔套管及導管,既防止套管及導管凝固在混凝土中,也要嚴格控制防止套管及導管起拔過快露出混凝土面;

      3. 混凝土必須灌注到位,寧可多些灌注后期破除樁頭,也要保證樁基質量。

      6.8分段施工接頭的處理方法

      往往一臺鉆機施工無法滿足工程進度,需要多臺鉆機分段施工,這就存在先施工段的接頭問題。一般采用砂樁預置法。在施工段與段的端頭設置一個砂樁(成孔后用砂灌滿),待后期施工段到此接頭時挖出砂灌注混凝土即可。

      6.9超緩凝混凝土的配制和施工

      鉆孔咬合樁施工工藝所需要的特殊材料是超緩凝混凝土(因為其緩凝時間特別長,所以稱為超緩凝砼),這種特殊砼主要適用于A序列樁,其作用是延長A樁混凝土的凝結時間,為B樁進行施工時創造軟切割的條件,因此可以看出超緩凝混凝土是鉆孔咬合樁施工工藝成敗的關鍵。

      A樁混凝土的緩凝時間可按下公式計算:T = 3t + K

      式中:T——A樁混凝土的緩凝時間

            t——單樁成樁所需時間(工程具體情況等確定)

            K——儲備時間(一般選取1.0t

      一般情況下,T 60 h

      6.10 事故樁處理

      在鉆孔咬合樁施工過程中,因A序列樁超緩混凝土的質量不穩定或機械設備故障等原因,造成鉆孔咬合樁未能按照正常要求進行而形成的事故樁。對于事故樁應在樁的外側進行補樁,并在補樁兩外側樁縫施工旋噴樁或者雙液壓漿進行封漏處理;若該處樁基強度要求較低時,采用在事故樁外部進行灌漿封堵即可。

      7. 應用實例

      南京揚子江大道大勝關橋220kv秦淮~濱南盾構井咬合樁施工

      該工程基坑開挖深度28.0m,采用Φ1.2m間距0.8m咬合樁支護,樁長44m,共設8道支撐。咬合樁經河海大學超聲波垂直度檢測,垂直度達到0.8‰。大勝關k5井周邊鄰近大勝關橋、長江,近有地下管網、河道。設計單位設計全回轉套管護壁灌注樁,以避免傳統工藝灌注樁在高水位施工,使周邊地下管網產生變形,出現意外事故,在施工過程中加強對周邊管網監測,施工采用沖抓取土及旋挖配合取土的成孔施工工藝,鋼套管超前護壁,有利保護了周邊土體的不變形,工程完工后地下管網幾乎無任何變形。

      南京220kV青龍山~光華6#盾構井咬合樁施工

      K6盾構工作井(接收井)為內徑12m的圓井,采用明挖法施工建設,最大開挖深度約31.75mK6盾構工作井基坑圍護結構采用直徑1.2m間距0.8m鉆孔咬合樁加鋼筋砼內支撐的形式,有效樁長40米,共62根。采用DTR系列全套管全回轉鉆機進行咬合樁施工,既保證了施工的質量同時也超前完成了項目的施工進度要求,得到了業主方及廣大樁基同行的高度贊譽。