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    全套管全回转钻机咬合桩施工工法

    2018-10-15

      1. 前言

    咬合桩是2000年国内出现的一种新桩型,随后在城市地铁、基础设施建设围护结构中已取得了成功的经验,相较于传统的连续墙施工而言,咬合桩具有配筋率低、抗渗能力强、施工灵活、无污染等优点。本文将着重介绍全套管全回转钻机咬合桩施工工艺,使用全套管全回转钻机进行咬合桩施工对周围环境影响小、质量可靠、经济环保,具有推广价值。

    2. 咬合桩概念

    全套管钻孔咬合桩是指在平面布置上相邻混凝土排桩间相互咬合(桩部分圆周相嵌)而形成的混凝土桩墙,是一种具有良好防渗水、阻挡外部砂土的围护结构。由于其特点为桩间的相互咬合,故称为咬合桩。

    3. 咬合桩分类

    根据混凝土凝固状态不同分为:软咬合、硬咬合

    全套管全回转钻机咬合桩按第二序列桩切割第一序列桩时,第一序列桩混凝土凝固状态情况可分为软切割全套管咬合桩和硬切割全套管咬合桩。软切割全套管咬合桩是指在第一序列桩混凝土初凝前,实施第二序列桩对第一序列桩进行切割;硬咬合全套管咬合桩是指在第一序列在混凝土凝固并硬化后,实施第二序列桩对第一序列桩进行切割。

    根据桩基本体设计分为:素混凝土桩及钢筋混凝土桩

    全套管全回转钻机咬合桩第二序列桩一般均为钢筋混凝土桩,第一序列桩根据设计院设计要求可分为素混凝土桩或者钢筋混凝土桩,此时钢筋混凝土桩中的钢筋笼一般设计为矩形钢筋笼。

    4. 工艺原理

    钻孔咬合桩施工大多使用“全套管钻机+超缓凝型混凝土”的施工方案。钻孔咬合桩的排列方式为两个素混凝土桩(A桩)之间依靠一个钢筋混凝土桩(B桩)相咬合,施工时先将两个A桩施工完成,利用A桩为超混凝型混凝土的特性,实现B桩施工时对A桩进行相嵌部分软切割,最终灌注B桩实现A桩与B桩的咬合目的。使之具有良好的防渗作用,从而形成整体连续的基坑支护结构和止水帷幕,还可兼作主体承重结构。施工先后顺序如下图所示:

    硬咬合:A1A2灌注完成后,可先施工A3A4…等待A1A2具有凝固强度后,再施工B1,实现B桩施工时对A桩进行相嵌部分硬切割,最终灌注B桩实现A桩与B桩的咬合目的。

    5. 施工过程

    以下施工过程为单桩施工工艺流程。其中,5.1导墙制作为一次性完成工程,当第一序列桩为素混凝土桩时,则无5.5下放钢筋笼的工序。

    5.1 制作导墙

    5.1.1 导墙的作用

    导墙作为全套管钻机的地基支撑,能够保证钻机的水平度从而保证桩基的垂直度,且能够缓解桩孔顶端地表压强,防止塌孔,同时也能使得全套管钻机施工就位更加方便快捷。

    5.1.2 导墙的规格

    导墙材料一般为混凝土或者钢筋混凝土。导墙厚度为350mm(地表层土较好)或最小为450mm(地表层土为软土,需要回填后分层碾压)

    5.1.3 导墙施工工艺流程

    平整土地→测量放样→挖掘导墙沟槽→绑扎导墙两侧钢筋→模板施工→砼浇注施工→拆除模板定位放样

    5.1.4 具体步骤

    ①平整场地 

    清除地表杂物,填平碾压地凹面,使整个场地达到平整状态。

    ②测放桩位

    根据设计图纸提供的坐标按外放100mm计算排桩中心线坐标,(外放是为了抵消基坑开挖时外侧土因压力向内位移和变形造成的基坑结构净空间减小变化)采用全站仪根据地面导线控制点进行实地放样,并作好护桩,且报监理复核。

    ③导墙沟槽开挖

    在桩位放样线符合要求后即可进行沟槽的开挖,采用人工配合开挖施工。开挖结束后,立即将中心线引入沟槽下,保证导墙中心线的正确无误。

    ④钢筋绑扎

    导墙开挖一段后,绑扎钢筋骨架,骨架结构型式按照设计要求布置,经“三检”合格后并且报监理工程师检查通过后方可进行下道工序施工。

    ⑤模板施工

    内模采用自制整体钢模,导墙预留定位孔模板直径比桩径放大30mm,模板纵向加固依靠钢管支撑,支撑间距不大于1m,确保加固牢靠严防跑模,并保证轴线和净空的准确性,混凝土浇注前必须要先检查模板的垂直度、中线以及净距是否符合要求,经“三检”合格且报监理工程师检查通过后方可进行下道工序施工。

    ⑥砼浇注施工

    混凝土浇注采用C30商品混凝土,混凝土浇筑时两边对称交替进行,严防跑模。如发生跑模现象,应立即停止混凝土的浇注,将模板纠正到设计位置,重新加固模板之后方可继续进行浇注。振捣采用插入式B50振捣器,振捣间距为600mm左右,防止振捣不均,同时也要防止在一处过振而发生跑模现象。

    拆除模板

    当导墙混凝土凝固后(即导墙本身具有足够强度),将导墙两侧模板拆除,重新定位放样排桩中心位置,将点位在导墙顶面上标注,作为全套管钻机快速就位施工参考点,导墙养护期间,严禁重型设备在附近作业或停滞。

    5.1.5 质量要求

    序号

    检查项

    质量标准

    1

    导墙中轴线

    ±10mm

    2

    内外导墙间距

    ±10mm

    3

    导墙内墙面垂直度

    2

    4

    导墙内墙面平整度

    3mm

    5

    导墙顶面平整度

    5mm

    6

    钢筋间距

    ±10mm

    7

    外观要求

    无气泡及蜂窝团面,不露筋,连接处无错台

    8

    实体要求

    砼必须内实,具备承受设备施工时强度要求

    5.2 全套管钻机就位

    待导墙具有足够强度后,首先将基板吊至桩位并对中,随后起吊全套管钻机起吊移动至基板定位槽中,实现钻机对中。钻机配置的液压动力站放置在导墙外平整地基上。

    5.3 套管下放

    将第一节套管起吊至桩位,并开始运转全套管全回转钻机实现套管下放工序。其中,第一节套管的施工效果是影响桩基垂直度的主要因素,因此在第一节套管下放时,要不断从XY两个轴线方向,利用测锤配合经纬仪(全站仪)检测套管垂直度,如若出现轻微偏斜现象,可通过调整全套管全回转钻机支腿油缸来确保套管垂直(此时必须用经纬仪进行检测);当偏斜现象过于严重时,需将套管起拔至上步套管垂直处,进行基坑内回填后重新下放,第一节套管下放到底后,续接第二节套管,按以上方法继续进行下放,直至下放至设计深度。

    5.4 取土成孔

    取土工序一直伴随套管下放工序进行。砂土地层时采用预留抓土法,即套管先行入土2-3米时,再利用冲抓斗在套管内部进行取土,取土过程中钻机也同时带动套管下放,保证套管下放深度始终超前于抓土深度;套管入岩后根据岩石特性采用勤取土或重锤超前取土方式进行,直到完成设计孔底标高。

    5.5 下放钢筋笼

    成孔达到设计标高后,再次检查孔的深度、垂直度是否符合设计要求,同时清理孔底虚土,经三检合格后,吊车起吊第一节检验合格的钢筋笼下放至基坑中,于全套管全回转钻机顶部伸出1-2米用于对接拼焊第二节钢筋笼,焊接完成后继续下放钢筋笼,直至下放到设计标高位置。

    5.6 下放砼灌注导管

    钢筋笼下放到位后,在钢筋笼内部下放砼灌注导管,导管之间采用螺纹方式连接,导管下放深度要求导管底口距孔底面30cm左右,随后在混凝土灌注导管顶部安装漏斗。

    5.7 灌注混凝土

    孔内有水时,采用水下混凝土法灌注施工。孔内无水时,采用干孔灌注施工,此时需要振捣。为确保混凝土能一次性灌注到孔底,需先将导管与漏斗处封堵,待导管漏斗灌满混凝土后,在放行混凝土,混凝土灌注过程中确保混凝土高出套管底部端口不小于2-2.5米,防止起拔过快影响成桩质量。

    5.8 取出套管及导管,灌注成桩

    灌注混凝土的同时,利用全套管全回转钻机及履带吊相配合将套管及导管逐节起拔,过程中要求套管底口始终低于混凝土面2米以上,及导管始终埋设在混凝土中,直至灌注完成。

    5.9 检测桩基,全套管钻机移位

    灌注完成后,检测成桩的深度、垂直度等是否符合设计要求,经三检合格后,将全套管全回转钻机移动到下一施工桩位。

    6. 质量控制

    6.1 孔口定位控制

    桩位孔口的定位位置决定咬合桩的咬合量,孔口定位误差的允许值可按照下表进行参考:

    孔口定位误差允许值(单位mm

     

    咬合量

     

     

     

     

    咬合量

    桩深

    10m以下

    10m---15m

    15m以上

    100

    ±10

    ±10

    ±10

    150

    ±15

    ±10

    ±10

    200

    ±20

    ±15

    ±10

    在钻孔咬合桩桩顶上设置钢筋混凝土导墙,导墙上设有定位孔,且导墙定位圆孔直径比桩径大30-50mm,当全套管全回转钻机就位后,第一节套管施工时要经常监测调整,使套管与定位圆孔四周间隙保持均匀。

    6.2 桩垂直度控制

    根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》GB5029919993.1.5条规定,地下桩基工程中桩的垂直度允许误差为3‰。垂直度出现偏差会导致桩体上下咬合量不同,严重时会出现漏咬合现象,因此垂直度控制也是施工技术重点及难点,具体控制方法可从以下几方面进行:

    6.2.1 套管自身垂直度检测

    在平整的场地上测放出两条相互平行的直线,将套管放置在两条直线之间,然后用线锤和直尺进行检验,要求套管垂直度要控制在2‰以内;检测包含单节套管及按照桩深将套管配置连接到一起的整体套管。

    6.2.2 成孔过程中桩的垂直度检测

    在套管四周选取两个相互垂直的方向(XY两个轴线方向),采用测锤配合经纬仪不断校核套管的垂直度,发现偏斜现象立即处理,该检测工序需要贯穿整个成孔过程,同时在每一节套管对接前,需要用直尺及线锤进行孔内垂直度检查,检测合格后并做好记录方可进行下节套管对接。

    6.2.3 纠偏措施

    当套管起始入土时(5m左右),若出现轻微偏斜现象可通过升降全套管全回转钻机四个支腿油缸调整套管垂直度;当套管入土深度过深时,通过调节全套管全回转钻机支腿油缸已无法进行垂直度调节,此时应该进行回填,一边回填一边起拔套管,将套管起拔至上次检查垂直度合格地方,调整套管垂直后,重新下压施工。B序列桩孔纠偏方法与A序列桩孔基本相同,不同之处是不能向套管内回填土而应该填入与A桩相同的混凝土,否则有可能在桩间留下土夹层,从而影响排桩的防水效果。

    6.3 地下障碍物处理

    遇到较大的障碍物不能正常施工时可以先将冲抓斗换成十字重锤击碎障碍物将其清除。

    6.4 桩咬合厚度的确定

    相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取,桩越短咬合厚度越小(但最小不宜小于100mm),桩越长咬合厚度越大,可按照以下公式进行计算:

    d-2( kl + q ) 50mm (即保证桩底的最小设计咬合厚度不小于50mm

    式中:d——钻孔咬合桩的设计咬合厚度

          k——桩的垂直度

          l——桩长

          q——孔口定位误差容许值

    6.5 钢筋笼上浮现象处理

    钢筋笼上浮是指在混凝土灌注过程中,套管及导管起拔带动钢筋笼上升或砼顶托上升的现象,预防及处理措施如下:①严格控制混凝土质量,混凝土中骨粒大小应小于20mm;②灌注混凝土之前先起拔一段套管,查看钢筋笼是否上浮,并做相应处理;③钢筋笼焊接时安装钢筋笼导正器;④钢筋笼底部焊接一块比钢筋笼直径略小的薄钢板(或钢筋笼底部做成锥形),增加抗浮能力。

    6.6克服“管涌”现象

    混凝土管涌又可以成为混凝土绕流管涌,仅出现在B序列与A序列桩软咬合时,是指在B序列桩成孔过程中,由于A序列桩混凝土未凝固,还处于弱流塑状态,A序列桩混凝土可能从AB相交处涌入B桩孔内,称之为混凝土“管涌”现象。克服“管涌”现象的处理措施如下:

    1. A序列桩混凝土的坍落度应小一些,不宜超过18cm,便于降低混凝土的流动性,增加阻力克服管涌;

    2. 套管要始终超前于开挖面,以便形成一段屏障,阻止混凝土流动,套管超前不应小于2m

    3. 如果遇到地下障碍物,套管无法超前时,可采取向套管内部注入一定量的水,使其保持一定的反压力来平衡A桩混凝土的压力;

    4. B序列桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面,如发现A桩混凝土下陷应立即停止B桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向B桩内填混凝土或者注水,直到制止管涌现象;

    5. 掌握B桩施工的最佳时间,避免A桩刚灌注完不久就马上被切割的情况。

      6.7混凝土灌注控制

      1. 混凝土灌注前,要清理套管内壁上粘连的泥土,防止其影响成桩质量;

      2. 混凝土灌注过程中要经常根据灌注高度起拔套管及导管,既防止套管及导管凝固在混凝土中,也要严格控制防止套管及导管起拔过快露出混凝土面;

      3. 混凝土必须灌注到位,宁可多些灌注后期破除桩头,也要保证桩基质量。

      6.8分段施工接头的处理方法

      往往一台钻机施工无法满足工程进度,需要多台钻机分段施工,这就存在先施工段的接头问题。一般采用砂桩预置法。在施工段与段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满),待后期施工段到此接头时挖出砂灌注混凝土即可。

      6.9超缓凝混凝土的配制和施工

      钻孔咬合桩施工工艺所需要的特殊材料是超缓凝混凝土(因为其缓凝时间特别长,所以称为超缓凝砼),这种特殊砼主要适用于A序列桩,其作用是延长A桩混凝土的凝结时间,为B桩进行施工时创造软切割的条件,因此可以看出超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺成败的关键。

      A桩混凝土的缓凝时间可按下公式计算:T = 3t + K

      式中:T——A桩混凝土的缓凝时间

            t——单桩成桩所需时间(工程具体情况等确定)

            K——储备时间(一般选取1.0t

      一般情况下,T 60 h

      6.10 事故桩处理

      在钻孔咬合桩施工过程中,因A序列桩超缓混凝土的质量不稳定或机械设备故障等原因,造成钻孔咬合桩未能按照正常要求进行而形成的事故桩。对于事故桩应在桩的外侧进行补桩,并在补桩两外侧桩缝施工旋喷桩或者双液压浆进行封漏处理;若该处桩基强度要求较低时,采用在事故桩外部进行灌浆封堵即可。

      7. 应用实例

      南京扬子江大道大胜关桥220kv秦淮~滨南盾构井咬合桩施工

      该工程基坑开挖深度28.0m,采用Φ1.2m间距0.8m咬合桩支护,桩长44m,共设8道支撑。咬合桩经河海大学超声波垂直度检测,垂直度达到0.8‰。大胜关k5井周边邻近大胜关桥、长江,近有地下管网、河道。设计单位设计全回转套管护壁灌注桩,以避免传统工艺灌注桩在高水位施工,使周边地下管网产生变形,出现意外事故,在施工过程中加强对周边管网监测,施工采用冲抓取土及旋挖配合取土的成孔施工工艺,钢套管超前护壁,有利保护了周边土体的不变形,工程完工后地下管网几乎无任何变形。

      南京220kV青龙山~光华6#盾构井咬合桩施工

      K6盾构工作井(接收井)为内径12m的圆井,采用明挖法施工建设,最大开挖深度约31.75mK6盾构工作井基坑围护结构采用直径1.2m间距0.8m钻孔咬合桩加钢筋砼内支撑的形式,有效桩长40米,共62根。采用DTR系列全套管全回转钻机进行咬合桩施工,既保证了施工的质量同时也超前完成了项目的施工进度要求,得到了业主方及广大桩基同行的高度赞誉。