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淺析深長(zhǎng)鉆孔灌注樁的施工論文
[論文摘要]介紹深長(zhǎng)樁的特點(diǎn)、施工方法及施工注意事項(xiàng)。
[論文關(guān)鍵詞]深長(zhǎng)鉆孔樁施工
甬臺(tái)溫高速公路平蒼段第一合同段，位于瑞安飛云江江南岸海濱相軟土地基上，其樁基所承地基各層全部為淤泥或粘土地層，經(jīng)過(guò)勘測(cè)單位鉆探驗(yàn)證，地層深達(dá)原地表下97米仍然為粘土層，屬不良工程地質(zhì)。為此，設(shè)計(jì)單位對(duì)橋梁樁基大部分都設(shè)計(jì)了深長(zhǎng)樁（指孔徑比＞60），最深的樁深達(dá)94米。設(shè)計(jì)樁徑為ф1.0m，ф1.2m兩種形式。
我公司中標(biāo)承建這一工程，是第一次施工超長(zhǎng)樁。為了保證樁基順利施工，我們參考了有關(guān)資料，詳細(xì)閱讀研究設(shè)計(jì)文件，結(jié)合以往在溫州地區(qū)70米左右樁基施工的成功經(jīng)驗(yàn)，制訂了一套深長(zhǎng)樁施工辦法，以便于科學(xué)施工管理。
一、根據(jù)各層地質(zhì)情況，選擇成孔樁機(jī)
超長(zhǎng)樁基礎(chǔ)所在地層的地質(zhì)大都為淤泥或粘土，偶有少量卵礫石或強(qiáng)風(fēng)化巖層，地質(zhì)條件極差，施工時(shí)由于為深長(zhǎng)樁，成孔時(shí)間較長(zhǎng)，很容易造成坍孔現(xiàn)象。因此，從孔深、孔垂直度、孔內(nèi)水頭保持等因素考慮，我部選擇了大扭矩的回旋鉆機(jī)來(lái)施工；對(duì)于直徑ф1.0m的樁基礎(chǔ)，采用了15型以上扭矩的回旋鉆機(jī)；對(duì)于直徑ф1.2m深長(zhǎng)樁，采用了20型以上扭矩的回旋鉆機(jī)。
回旋鉆機(jī)施工，根據(jù)樁基地質(zhì)各層情況，分別采用正循環(huán)或反循環(huán)施工辦法。對(duì)于進(jìn)入卵礫石層較厚，且采用卵礫石顆粒粒徑較大者，我們采用反循環(huán)施工方法，而且采用鎢鋼鉆頭。對(duì)于地質(zhì)層比較軟弱，且下伏的卵礫石層含礫石為主，采用正循環(huán)施工方法。因?yàn)檎h(huán)施工的優(yōu)點(diǎn)是在鉆孔過(guò)程能夠保持較高的泥漿比重，從而保證成孔過(guò)程孔壁不宜坍塌，而且較大泥漿比重便于排除孔內(nèi)較大顆粒浮渣，對(duì)首次清孔排渣有利，加上淤泥與粘土層容易自動(dòng)產(chǎn)生較大比重的泥漿，不需要外購(gòu)粘土材料。同時(shí)，正循環(huán)施工與反循環(huán)施工比較，對(duì)場(chǎng)地依賴(lài)較小，對(duì)環(huán)境影響也小。
二、選擇大產(chǎn)量攪拌機(jī)
大生產(chǎn)量攪拌機(jī)是保證樁砼在水泥凝固前澆筑完畢的必要條件之一。要保證砼成樁砼的質(zhì)量，砼澆筑時(shí)間越短，樁孔越不容易產(chǎn)生孔壁坍塌、樁身縮勁、導(dǎo)管卡管、埋管等施工事故，而且是頂面沉渣越少；反之，混凝土澆筑時(shí)間越長(zhǎng)，由于初期澆筑上涌混凝土已經(jīng)凝固，這樣樁頂混凝土的流動(dòng)性減低，混凝土下灌就越困難，也越容易產(chǎn)生卡管、埋管等到施工事故，進(jìn)一步說(shuō)，容易造成斷樁等質(zhì)量事故。所以，足夠產(chǎn)量的混凝土是保證混凝土下灌連續(xù)作業(yè)的一個(gè)重要因素。
根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，砼下灌時(shí)間在6-8小時(shí)以?xún)?nèi)（摻加緩凝劑來(lái)延長(zhǎng)水泥凝固時(shí)間），基本可以保證成樁連續(xù)作業(yè)量。超長(zhǎng)樁砼設(shè)計(jì)數(shù)量為106立方米（94米樁）750型攪拌機(jī)每小時(shí)產(chǎn)量為25立方米，8小時(shí)為200立方米，考慮拆導(dǎo)管等時(shí)間影響以機(jī)械突發(fā)性故障，我們采用了2臺(tái)750型攪拌機(jī)，或1臺(tái)750型攪拌機(jī)加1臺(tái)500型攪拌機(jī)來(lái)攪拌鉆孔樁用砼，以保證混凝土生產(chǎn)滿(mǎn)足施工需要。
三、混凝土運(yùn)輸機(jī)械滿(mǎn)足樁砼連續(xù)施工需要
砼運(yùn)輸是否及時(shí)可靠也是保證混凝土在水泥凝固前澆筑完畢的必要條件。傳統(tǒng)的、小型號(hào)的、人工的運(yùn)輸機(jī)具在高等級(jí)高速公路施工中早已退出市場(chǎng)，因此，選擇混凝土攪拌車(chē)或混凝土輸送泵來(lái)運(yùn)輸混凝土半成品，是我公司首選混凝土機(jī)械。其中，混凝土攪拌車(chē)可以直接運(yùn)輸?shù)綐段唬斔捅每梢员ＷC水上混凝土的輸送下灌。
而且采用3立方米的混凝土攪拌車(chē)，每次下灌1攪拌車(chē)混凝土，正好可以拆除1節(jié)2.5米長(zhǎng)的混凝土導(dǎo)管，使混凝土攪拌運(yùn)輸時(shí)間與拆導(dǎo)管時(shí)間同步，使機(jī)械設(shè)備得到充分利用，混凝土下灌時(shí)間最短，最科學(xué)。
四、鉆孔（排渣）與灌注時(shí)選擇合理的泥漿稠度
鉆孔過(guò)程中，較大容重的泥漿是保證成孔不易坍塌的必要條件。由于本工程地質(zhì)為淤泥與粘土，這兩種土本身就是造泥漿的材料，因此，鉆孔時(shí)加清水自動(dòng)造漿。而保證成孔最佳泥漿比重為1.4，所以成孔施工時(shí)基本不排除泥漿。
本工程淤泥與粘土各層天然孔內(nèi)土方平均容重約為1.65，要將土方自動(dòng)造成比重1.4的泥漿，需要加清水的數(shù)量與泥漿關(guān)系如下：
V水+V土=V漿（土中空隙忽略不計(jì)）
1.0V水+∑R土V土=1.4V漿
式中：
V——水用水量
V——漿泥漿體積
V——土孔內(nèi)可成漿天然土方量（含空隙及土中含水量）
R——土孔內(nèi)可成漿天然土方容重，平均為1.65
根據(jù)上述公式計(jì)算，每鉆進(jìn)1米D1.2米的樁孔，形成保持比重為1.4的浮渣護(hù)壁泥漿，需要加水0.7立方米，產(chǎn)生泥漿1.8立方米。
樁成孔后，在澆筑混凝土前，須將泥漿稀釋到1.2(因較深，需要量保持較高護(hù)壁水頭，便于澆筑混凝土?xí)r保護(hù)孔壁，泥漿清孔后比重采取較大規(guī)范在1.1左右，但對(duì)這么深的孔，按照規(guī)范規(guī)定很難保證孔壁不縮勁；但是，如果采用更大比重的泥漿，勢(shì)必降低短期內(nèi)樁周摩擦系數(shù)，影響樁上后續(xù)工程施工，否則，基樁承載力要降低）。泥漿比重從1.4稀釋到1.2，每米樁孔需要加水按照下式計(jì)算：1.0V水+1.4V漿=1.2(V水+V漿）
直徑1.2的樁孔，每米泥漿數(shù)量V漿為1.13立方米，泥漿比重從1.4稀釋到1.2，須加V水1.13立方米。
合計(jì)起來(lái)，從鉆孔到澆筑混凝土，每延米樁長(zhǎng)產(chǎn)生的泥漿數(shù)量為：1.8+1.13=2.93(立方米）。
因此，對(duì)于本合同94米的樁，每根樁施工產(chǎn)生的泥漿為275立方米。根據(jù)橋下紅線(xiàn)寬28米，跨徑20米，考慮機(jī)械工作操作空間橋下周轉(zhuǎn)泥漿池體積為：20*10*1.5=300，基本滿(mǎn)足1根樁施工泥漿周轉(zhuǎn)。
這里，為加速沉渣在沉定池中過(guò)濾下沉，泥漿池以每2個(gè)同時(shí)使用為佳，其中1個(gè)作為泥漿池，另外1個(gè)作為沉定池，通過(guò)樁孔→沉定池→泥漿池→樁孔的循環(huán)流動(dòng)，可以加速排除孔內(nèi)浮渣。
五、鉆孔及清孔
由于深長(zhǎng)樁所處的地質(zhì)一般都夾著深厚的淤泥層，而淤泥層中間往往又夾著幾米深的流砂層，淤泥層特別是流砂層是造成坍孔的主要地質(zhì)層，再加上由于樁身很長(zhǎng)，成孔、清孔、灌注等時(shí)間均較長(zhǎng)，這樣就更容易造成坍孔。因此在鉆孔過(guò)程中要注意以下事項(xiàng)： 始終要保持孔外既定的水位差和泥漿濃度以起到護(hù)壁固壁作用而防止坍孔，若發(fā)現(xiàn)有漏水（漏漿）現(xiàn)象，應(yīng)找出原因及時(shí)處理。如為護(hù)筒本身發(fā)生漏水，應(yīng)堵塞洞或用粘土在護(hù)筒周?chē)粚?shí)加固，或重埋護(hù)筒；若因孔壁土質(zhì)松散，泥漿加固孔壁作用較差，應(yīng)在孔內(nèi)重新回填粘土，待沉淀后再鉆進(jìn)，加強(qiáng)泥漿護(hù)壁。
在鉆孔過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)土質(zhì)等到情況控制區(qū)鉆進(jìn)速度、調(diào)整泥漿稠度、密度，以防止坍孔、鉆孔偏斜、卡鉆和旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)負(fù)荷超載等施工事故發(fā)生。在淤泥層特別在流砂層中不能因?yàn)楹勉@，就使勁加快鉆進(jìn)速度，而應(yīng)該放慢鉆頭旋轉(zhuǎn)速度，使鉆頭有更多的時(shí)間接觸孔壁，使泥漿能充分地糊在孔壁四周起著護(hù)壁的作用。對(duì)于地質(zhì)資料中顯示流砂層較厚的樁基，鉆至流砂層時(shí)還應(yīng)該往孔里拋粘土或水泥以加稠泥漿，更好地起到護(hù)壁作用。
鉆孔宜一氣呵成，不宜中途停鉆以避免坍孔，若坍孔嚴(yán)重應(yīng)回填重鉆。
清孔時(shí)每臺(tái)鉆機(jī)均要配務(wù)一臺(tái)空壓機(jī)，第一次清孔時(shí)首先用空壓機(jī)接上管子先沖擊孔底和鉆機(jī)空鉆的方法相結(jié)合清孔，但僅清孔內(nèi)浮渣與含砂率，不降低泥漿比重。待導(dǎo)管下放后進(jìn)行二次清孔才開(kāi)始稀釋泥漿。
六、加強(qiáng)混凝土灌注導(dǎo)管及增大初罐量
一般15型、20型回旋鉆機(jī)出廠(chǎng)所配導(dǎo)管設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)在80米以?xún)?nèi)。但本工程超長(zhǎng)樁到94米，所以導(dǎo)管耐壓受力較大；而且；樁超長(zhǎng)后，導(dǎo)管及管內(nèi)含混凝土本身自重也增加，為此，我們另外設(shè)計(jì)加工了導(dǎo)管，將導(dǎo)管管壁從一般8mm增加到10mm，相應(yīng)加長(zhǎng)螺絲接口。
因?qū)Ч艿脑鲩L(zhǎng)增厚，其重量也增大，因則，對(duì)下灌混凝土的起重設(shè)備也相應(yīng)增大---采用樁機(jī)下灌混凝土，將起重用鋼絲繩加粗，滑輪組增多；采用大噸位汽車(chē)起重機(jī)下灌混凝土，汽車(chē)起重機(jī)要求20噸以上。
砼灌注時(shí)，首先要計(jì)算好初罐量，由于為深長(zhǎng)樁，孔底水頭高度較大，砼初罐量也相應(yīng)較大，所以灌注時(shí)要配備足夠容量的料斗以確保砼初罐量。
七、鋼筋籠制作及安裝
超長(zhǎng)樁設(shè)計(jì)采用超長(zhǎng)鋼筋籠，而且本設(shè)計(jì)要求埋置超聲波檢測(cè)管，所以鋼筋籠操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)不可避免，對(duì)成孔影響很大，雖然能夠通過(guò)二次清孔可以保證樁底沉定厚度，但過(guò)長(zhǎng)操作時(shí)間難以保證孔壁不發(fā)生縮勁等影響。為此我們采用以下兩種方法：
1、鋼筋籠制作成每節(jié)長(zhǎng)度為18m，安裝時(shí)用吊車(chē)安裝。
2、在接長(zhǎng)鋼筋籠時(shí)3臺(tái)焊接機(jī)械同時(shí)焊接，盡量縮短操作時(shí)間。
八、第五種混凝土材料的使用
常規(guī)水下混凝土采用高水灰比、高水泥用量，這樣澆筑的砼較難保證穩(wěn)定的強(qiáng)度；而且，我合同段經(jīng)過(guò)招標(biāo)采用的“京陽(yáng)牌”水泥具有早強(qiáng)早凝特點(diǎn)，對(duì)混凝土灌注施工時(shí)間很難保證。為此，我們采用混凝土第五種材料---即，除了水泥、水、砂、碎(或礫)石外，另外摻加一定數(shù)量的緩凝泵送減水劑，減少用水量，降低水灰比，保證混凝土坍落度，延長(zhǎng)混凝土凝固時(shí)間，從而保證樁身施工質(zhì)量。
采用了上述七種針對(duì)超長(zhǎng)樁的施工方法，我合同段在所有476根超長(zhǎng)樁的施工后經(jīng)過(guò)檢測(cè)，Ⅰ類(lèi)樁為458根，Ⅱ類(lèi)樁18根，優(yōu)良率為96.2%，與我合同平時(shí)施工一般深度樁基的優(yōu)良率基本持平，可見(jiàn)上述施工方法對(duì)超長(zhǎng)樁的施工是可行的，成功的。
目前對(duì)于軟土路基地段，由于地質(zhì)層中軟土層厚度，為減少投資，橋梁樁基越來(lái)越多的都采用了小樁徑(一般為ф1.2m，ф1.0m)的深長(zhǎng)樁(指長(zhǎng)徑比≥60)。深長(zhǎng)樁的施工難度肯定比普通樁有所增加，但只要認(rèn)真分析地質(zhì)情況，從多方面分析研究超長(zhǎng)樁與普通樁的不同點(diǎn)及施工難點(diǎn)，然后針對(duì)這些不同點(diǎn)及難點(diǎn)制定出解決措施，隨后嚴(yán)格按照這些措施認(rèn)真執(zhí)行，那么深長(zhǎng)樁的施工困難也將迎刃而解。
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