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宝汉高速公路BP12标项目部参赛论文

黄土地质旋挖钻孔灌注桩施工

参赛人: 刘雷
日 期: -12-23

黄土地质旋挖钻孔灌注桩施工
宝汉项目部 刘雷
摘要: 旋挖钻在黄土地质上能够发挥它快速成桩、 移机方便等的优点, 本文以宝汉高速公路旋挖钻灌注桩施工为例, 对这种施工方法进行探讨
关键词 黄土地质 旋挖钻孔 灌注桩
宝汉高速公路BP12合同段总长7.3km, 共有1座特大桥、 5座大桥、 3座中桥。 除特大桥外其它大、 中桥地质情况均为粉质黏土, 根据现场便道情况和工期的需要, 其中能够利用旋挖钻施工4座大桥, 2座中桥。
一、 测量放样及控制
对于桥梁来说, 桩基是基础, 虽然属于隐蔽工程, 可是测量及控
制的重要性不亚于墩柱, 偏差过大, 造成上部结构对桩基偏压, 受力不均。
确定桩芯, 能够经过坐标法或极坐标法来确定桩芯, 根据曲线要素, 计算出某一个桩基的桩芯坐标并经过全站仪测出桩芯。可是两种方法都有各自优点, 同时也有缺点。
以半坡大桥5-0桩基为例, 经过输入置镜点坐标和设计桩芯坐标放出5-0的桩芯, 置镜点X坐标为3827648.470, Y坐标为488635.418, 经过曲线要素计算出5-0桩芯坐标为X=3827654.586, Y=488606.744, 方位角为282°2＇25.56〃, 距离为29.319m。
可是这里必须考虑一个问题, 坐标数据多, 在坐标输入的时候可能会出错, 造成桩位偏移。因此经过坐标法放出桩位再经过极坐标法桩芯与直镜点的方位角与距离进行核对, 看是否一致。反过来, 如果是用极坐标法放的桩位必须经过坐标法来符合桩位坐标。如有出入就必须重新放样。
对于同时放多个桩位时能够经过拉桩位间的水平距离来复核桩位对不对, 是不是有偏差。
二、 施工方法:
1、 埋设护桩及护筒
桩芯确定后, 利用十字线放出四个控制桩位, 并以四个控制桩为基准进行埋设护筒, 控制桩位必须牢固。如图一所示。
护桩埋设后, 旋挖钻钻头的钻尖对准桩芯才能开钻并埋设护筒。
护筒由厚度4－6mm钢板制成, 护筒直径比桩基孔径大100－150mm, 护筒长度1.5-3.0m, 护筒至少高出地面30cm.以防止杂物、 泥水流入孔内。
　　旋挖钻机在埋设护筒时, 应由人工进行辅助配合, 护筒埋设利用旋挖机的钻斗挤压作用做相应的调整。

图一
2、 钻孔施工
旋挖钻机采用筒式钻斗。钻机就位后, 调整钻杆垂直度, 注入调制好的泥浆, 然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后, 旋转钻斗并施加压力, 将土挤入钻斗内, 仪表自动显示筒满时, 钻斗底部关闭, 提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部, 保证孔壁稳定性。经过钻斗的旋转、 削土、 提升、 卸土和泥浆撑护孔壁, 重复循环直至成孔。
3、 改进钻斗护壁能力
旋挖钻机施工初期, 提升料筒时, 发现提升力显著增大, 有孔壁颈缩现象。经过详细分析, 由于筒式钻斗完全无护壁作用, 在提升钻斗时, 其下部产生较大负压力作用, 致使产生”吸钻”现象, 从而造成孔壁颈缩现象因此, 必须对筒式钻斗进行改进。在筒壁上加焊4块双曲面护壁钢板( 或增设导流槽) , 两两对称布置, 为防止升降时碰怀孔壁, 钻头旋转时双曲面护壁钢板直径小于孔径2cm.由施工现场实践得知, 改进后的钻斗在提升过程中液压系统压力显著减小, 钻孔颈缩现象得到改进。
4、 控制钻斗钻进、 提升速度
( 1) 旋挖钻机钻机过程中应严格控制钻进速度, 避免钻进尺度较大, 造成埋钻事故。
( 2) 若钻机升降钻斗时速度过快, 钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁, 再加上钻斗下部产生较大负压作用, 造成孔壁颈缩、 坍塌现象。因此钻斗提升时应严格控制其速度, 经现场实践得知, 钻斗升降速度保持在0.75－0.80m/s。
5、 注水、 注浆施工
①注水施工
在黄土地质旋挖钻施工过程中, 土质紧密时, 整体性好, 遇到出水口时, 孔壁的土层受到水的侵蚀, 容易出现孔壁土层剥落, 严重时, 可能导致出水口以下的孔壁不稳定。造成大面积的坍孔。
因此在为了稳定孔壁土层, 保持孔内水压的平衡 , 在钻进过程中, 能够往孔里灌注清水, 埋没孔壁的出水口, 经过注水的压力压住出水口, 使孔壁受的压力平衡, 达到孔壁稳定的效果。
当随着钻进加深, 孔越深, 水位也随着降低, 使孔内水压与出水口的水压逐渐失去平衡, 最终会导致溃孔。
②膨胀土泥浆护壁施工
尧典2#大桥跨省道桥, 桩基位于谷底, 从表面上看, 地质和半坡大桥地质相同, 在钻进尧典2#大桥9-3桩基时, 在离地表7米的部位出水, 按以半坡大桥经验出现出水口, 就开始注水。
注水后, 在钻进的十二、 三米的时候, 发现钻进一米, 提斗后继续钻进, 孔深上涨一米五, 继续注水已无法满足钻孔的需要, 随后决定用膨胀土护壁, 在孔桩旁挖一个3米见方的坑, 将膨胀土倒入后清水不停的搅动, 经过水泵, 将膨胀土泥浆注入孔内, 随着钻机钻进的过程中, 孔壁进行护壁, 利用膨胀土的特性, 将出水孔隙封闭, 而且皮厚不能小于5mm。
泥浆相对密度: 1.02－1.10, 粘度: 18－22s, 砂率≤4％。
钻到设计标高时, 由于在钻进的过程中, 土从土壁坍落, 会在孔底形成一层沉淀层, 为了控制桩基的质量, 因此在成孔后必须清孔, 一般的方法为泥浆置换, 使孔底的沉淀层达到要求。
6、 成孔、 钢筋笼校中
成孔后, 孔深、 孔底标高都必须一一核对, 按照实测的护筒顶标高减去设计桩底标高来推算应钻孔深。再用测绳测出实际孔深。和推算的应钻孔深进行对照。确定实际孔深是否达到设计的孔底标高。
当桩基钢筋笼下到位后, 就必须对钢筋笼进行校中, 目的在于①确保桩基混凝土的保护层; ②确保桩芯偏位符合规范要求。因此在浇筑前, 利用护桩拉十字线, 拉出桩芯, 吊线锤, 使钢筋笼中心与桩芯重合, 如有偏差, 就必须调整, 直到”两心”重合。
7、 水下灌注
①下导管
成孔有深有浅, 因此在下导管时, 要根据孔深计算导管长度, 如果导管长度有误, 没有下到孔底, 就会造成混凝土不能一次性封闭导管, 导管漏气, 从而发生堵管断桩事故。
②混凝土灌注
导管下到位后, 首批混凝土能不能将管头压住, 是水下灌注桩的关键, 而影响这个关键的因素是首批混凝土的方量。只有灌好了首批混凝土, 其后的混凝土连续, 导管不漏气, 水下灌注才能算成功。
以半坡大桥5-0桩基为例, 桩径1.6m, 孔深37m, 导管内径350mm, 首批方量如图而所示

图二
可根据下列公式计算:
V≥πD2/4*(H1+H2)+πd2/4*h1
式中: V-灌注首批混凝土所需数量( m3)
D-孔桩直径( m)
H1-桩孔底至导管底端间距, 一般为0.4 m
H2-导管初次埋置深度( m)
d-导管内径( m)
h1-孔桩内混凝土达到埋置深度H2时导管内混凝土柱平衡导管外压力所需的高度( m) 。
经过计算得知首批混凝土方量为 6 m3, 当首批混凝土达到现场后, 首要的是要查看混凝土的坍落度, 坍落度宜控制在190mm～220 mm,一切准备就绪, 首批混凝土第一斗必须使用1 m3的大斗, 将漏口封闭, 混凝土将大斗装满后, 再打开漏口, 混凝土经过自身的自重, 灌入孔底, 将孔底的沉淀挤出, 从混凝土灌注的声音能够判断灌注是否正常, 如果听到的声音很沉闷、 很响, 孔越深越沉闷, 证明灌注正常, 如果没有沉闷的声音, 那么就要特别的留意导管内的情况了, 可能是哪里出了问题。
当首批混凝土浇注后, 就要经过用测绳测混凝土面到基准面的高度, 来计算混凝土上升了多少米, 导管埋了多少米, 需不需要拆导管, 只有算出了这些数据, 才有了进行下轮的灌注的依据。
灌注所需的各项数据如下表:
浇前孔深
基准面到混凝土顶面高度
基准标高以下导管长度
拆管前导管埋深
拆管长度
拆管后导管埋深
数量
累计数量
37.2

37.1

34.0
37.1
3.1
0.5
2.6
7
7

31.0
36.6
5.6
2.7
2.9
6
13

28.5
33.9
5.4
2.7
2.7
5
18

26.1
31.2
5.1
2.7
2.4
5
23

23.1
28.5
5.4
2.7
2.7
6
29

20.1
25.8
5.7
2.7
3.0
6
35

17.1
23.1
6.0

2.7
3.3
6
41

14.6
20.4
5.8
2.7
3.1
5
46

12.1
17.7
5.6
2.7
2.9
5
51

9.6
15.0
5.4
2.7
2.7
5
56

6.6
12.3
5.7
2.7
3.0
6
62

3.7
9.6
5.9
2.7
3.2
6
68

0.2
6.9
6.7
6.7
0.0
7
75
上表反映的是5-0灌注的整个过程, 当累计灌了7 m3混凝土后, 测绳测出基准面到混凝土面的高度为34.0m, 孔内混凝土上升了3.67m, 导管埋置3.1m, 拆掉一节0.5m的导管后, 混凝土内还埋置了2.6m的导管, 符合规范要求的导管在混凝土内埋置2～6m的规定。
从中能得出一种关系, 当用测绳测出基准面到混凝土面的高度, 那么首批混凝土灌注的高度=浇前孔深 - ( 第一次测出基准面混凝土面的高度 – 基准面到护筒顶高度) + 沉淀层厚度;
拆管前导管埋深= 基准标高以下导管长度 - 基准面到混凝土顶面高度
拆管后导管埋深= 拆管前导管埋深 – 拆管长度;
下轮基准标高以下导管长度=上轮基准标高以下导管长度 – 上轮拆管长度。
依此类推, 混凝土灌注到最后, 混凝土一般要浇筑完毕标高到比设计桩顶标高高80cm, 为的是能把孔内的杂质完全挤出桩基的区域, 使破过桩头后的桩顶为密实的混凝土。否则, 破到桩顶标高后发现桩顶混凝土不密实, 还要继续往下凿, 那么就会形成一个接桩的事实。
③灌注过程控制及措施
在灌注的过程中, 首先, 对于每车混凝土下孔之前, 都必须做一次坍落度试验, 检查坍落度是否符合灌注桩要求, 如果混凝土过稀, 混凝土灌下去后, 混凝土经过高差自由落下, 会造成混凝土离析, 当混凝土达到孔底管底时, 就只剩粗集料, 没有水泥浆, 形成松散的混凝土, 造成断桩; 如果混凝土过稠, 流动性差, 水下灌注就是经过混凝土自身的重量利用落差来达到一个压力差实现混凝土灌注, 前提就是混凝土流动性 和易性要好, 如果这个前提没有了, 混凝土过稠就没有了流动性, 混凝土进入导管后, 就很难经过自身的重量的下孔, 这样就会引起堵管。
如果出现了难以下孔, 把导管上下拔动, 借助外力, 让混凝土再自由落下, 重要的是导管不能拔出混凝土面, 否则在混凝土内出现夹层现象。另外, 还能够用首批混凝土灌注的方法, 经过用大量的混凝
土压力将导管压通。
其次, 当首批混凝土灌下后, 继续灌注时, 应仔细观察钢筋笼是否有上浮现象, 当灌注混凝土顶面距钢筋骨架底1m左右, 应降低混凝土灌注速度, 当混凝土上升到骨架底口4m左右, 拔导管, 使导管底口高于钢筋骨架底部2 m左右, 恢复正常灌注速度。
三、 旋挖钻孔灌注桩施工中易出现的问题
在施工中, 随着旋挖钻的施工速度加快, 钻机转场频繁, 之前施工放的桩位就有可能被破坏, 那么技术人员就会重新符合桩位, 这样既浪费时间, 又不能提高工作效率, 因此在放线过程中要注意保护桩位; 在地势狭小的地方, 控制桩位在钻孔过程可能被破环, 下钢筋笼时, 无法校核桩位等等。
遇到桩位被破坏的情况, 放线时首先应考虑孔桩先后施工顺序, 如果预见某个桩位可能会破坏, 那么这个桩位就没有必要放; 待钻的孔桩桩位能够用混凝土包住, 让桩位稳固, 不易被破环。
地势狭小的孔桩, 钻出土后, 倾倒在控制桩位附近, 造成控制桩被掩埋, 那么在放控制桩位的时候, 就放两个护桩, 当控制桩位被破坏, 那么还能够经过护桩来符合桩位。
旋挖钻孔灌注桩施工, 经过旋挖机的成孔快、 转场方便等优点, 能够大大加快孔桩施工速度, 较人工挖孔、 回旋钻孔、 冲击钻更能缩短出桩周期, 提高效益。但在施工中, 做好统筹安排, 从技术人员放线控制桩位开始, 到水下灌注完毕, 从中每一工序, 认真控制, 注意细节, 才能最大发挥旋挖钻的功效。
四、 参考文献:
《公路桥涵施工技术规范》
《旋挖钻施工工艺及控制》