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四川成都破桩头基础施工

futao 拆除工程 2019-04-23 1017 0
川渝拆除17713551981

四川成都破桩头基础施工

一、就地灌注桩施工

(一)钻孔灌注桩施工

钻孔灌注桩是采用机械成孔的施工方法,具有造价低、无噪声、无冲击、无振动、无污染等优点,已被我国桥梁工程施工广泛采用。一般钻孔灌注桩成孔机械按其钻进过程中的泥浆护壁循环和排渣方式可分为正循环钻机和反循环钻机。其具体选用要根据土层性质、桩径大小、人土深度及已有施工机具设备而定(表4-3)。

泥浆护壁钻孔灌注桩成孔工艺方法及适用范围表4-3

泥浆护壁钻孔灌注桩成孔工艺方法及适用范围表4-3

注:清孔方法中的气举反循环清孔工艺将在“清孔工序”中专门介绍。

钻孔施工应符合下列规定:

(1)钻机的选型宜根据孔径、孔深、桩位处的水文和地质情况、施工环境条件等因素综合确定,所选用的钻机及钻孔方法应能满足施工质量和施工安全的要求。

(2)不论采用何种方法钻孔,开孔的孔位均必须准确;钻时应慢速钻进,待导向部位或钻头全部进入地层后,方可正常钻进。分级扩孔钻进施工时应保持桩轴线一致。

(3)采用冲击钻机冲击成孔时,初成孔的孔壁必须坚实、竖直、圆顺,能起到导向的作用,待钻进深度超过钻头全高加冲程后,方可进行正常的冲击。冲击钻进过程中,孔内水位应高于护筒底口500mm以上;掏取钻渣和停钻时,应及时向孔内补水,保持水头高度。

(4)钻孔开始后应随时检测护筒的水平位置和竖直线,如发现偏移,应将护筒拔出,调整后重新压入钻进。

(5)钻进过程中应保证泥浆顶面始终不低于护筒底部500mm以上,并应严格控制钻进速度,避免进尺过快造成坍孔埋钻事故。

(6)在钻孔排渣、提钻头除土或因故停钻时,应保持孔内具有规定的水位及要求的泥浆相对密度和黏度。处理孔内事故或因故停钻时,必须将钻头提出孔外。

钻孔灌注桩施工工序多,每个工序都有严格的技术要求,要连续不间断地施工,这样才能保证钻孔桩的施工质量。图4-17是钻孔灌注桩施工工艺流程图。

以下介绍主要工艺的技术要求。

1.埋设护筒

埋设护筒是钻孔灌注桩准备工作中的一个最主要的环节。护筒为圆形,可用木、钢板、钢筋混凝土制作(图4-18),要求坚实耐用、不变形不漏水,并应能重复使用,所以目前木制护筒已基本不用。

图4-17钻孔灌注桩施工工艺流程图

图4-17钻孔灌注桩施工工艺流程图

图4-18护筒示意图

图4-18护筒示意图

1-连接螺栓孔;2-连接钢板;3-纵向钢筋;4-连接钢板或刃脚

护筒的作用是:保护孔口不塌;固定桩位钻孔时起导向作用;隔离地面水并保持护筒内水位高度,保护孔壁不塌。护筒埋设方法有:挖埋式护筒,适用于旱地或岸滩,当地下水位在地面以下大于1.0m时,可采用挖埋法[图4-19a)];填筑式护筒,适用于桩位处地面浅水或地下水位在地面以下小于1.0m时,可填筑土岛埋设[图4-19b)];围堰筑岛护筒和深水平台架设护筒均适用深水中护筒埋设[图4-19c)、d)]。工作平台有支架平台、浮船工作平台、钢板桩围堰工作平台、浮运薄壳深井平台等。

图4-19护筒埋设方法(尺寸单位:cm)

图4-19护筒埋设方法(尺寸单位:cm)

1-护筒;2-夯实黏土;3-砂土;4-施工水位;5-工作平台;6-导向架;7-脚手架埋设护筒应满足以下要求:

(1)护筒内直径应比钻头直径大200~300mm,深水处可大于400mm,工作平台有支架平台、浮船工作平台、钢板桩围堰工作平台、浮运薄壳深井平台等。护筒直径也需根据成孔方式来定。

(2)护筒顶高程要高出地面或岛面300mm,高于地表水面或地下水面1.0~2.0m。

(3)护筒底应用黏土夯填,不得漏水跑浆。

(4)平面位置准确,偏差不宜大于50mm,护筒斜度的偏差应不大于1%,对深水基础中的护筒平面位置中的偏差可适当放宽,但不应大于80mm。

(5)护筒的埋置深度在早地或筑岛处宜为2~4m,在水中或特殊情况下应根据设计要求或桩位的水文、地质情况经计算确定。对有冲刷影响的河床,护筒宜沉入施工期局部冲刷线以下1.0~1.5m,且宜采取防止河床在施工期过度冲刷的防护措施

2.泥浆制备

泥浆是用作护壁用,由水、黏土(或膨润土)和添加剂组成。泥浆的作用:增大孔内向外的静水压力,并在孔壁形成一层泥皮,隔断孔内外水流起护壁作用;用作悬浮钻渣,润滑钻头,减少钻进阻力。

调制的泥浆应根据钻孔方法和地层情况采用合适的性能指标,一般可参照表4-4选用。

泥浆要备有足够的用量。

泥浆性能指标表4-4

泥浆性能指标表4-4

注:1.地下水位高或其流速大时,指标取高限,反之取低限。

2.地质状态较好时,孔径或孔深较小的取低限,反之取高限。

钻孔泥浆应符合下列规定:

(1)泥浆的配合比和配置方法宜通过试验确定,其性能应与钻孔方法、土层情况相适应。

泥浆各种性能指标的测定方法见表4-4。

(2)钻孔过程中,应随时对孔内泥浆的性能进行检测,不符合要求时应及时调整。

(3)钻孔泥浆宜进行循环处理后重复使用,减少排放量。对重要工程的钻孔法施工,宜采用泥浆处理器进行泥浆的循环。

(4)施工完成后废弃的泥浆应采取先集中沉淀再处理的措施,严禁随意排放,污染环境和水域。

3.钻孔

钻孔的方法主要根据地质条件,采用不同的成孔机械。一般现常用的成孔方法如下。

(1)旋转钻孔法用动力驱动钻头旋转切削地层,利用泥浆循环排渣成孔的旋转钻机钻孔。

钻渣可用泥浆正循环法或泥浆反循环法排出,用水排渣法只能采用反循环法。

正循环旋转钻进是泥浆由泥浆泵压进泥浆笼头,通过钻杆从底端钻头射出而输入孔底,泥浆挟钻渣上升,从护筒顶溢流口不断流出排至沉淀池内,钻渣沉淀,泥浆流入泥浆池循环使用(图4-20)。

正循环回转常用钻锥有以下几种。

①鱼尾锥:适用于各种土层,在砂卵石和风化岩中钻进效果较好,但它的导向性能差,应注意钻锥方向,以防出现梯级倾斜[图4-21a)]。

②双腰带笼式锥:适用于黏土、粉砂土、细、中、粗砂和含有少量砾石的土层。锥头上下各有一道导向圈,钻进平稳、导向性能好,是一般土层中采用较好的类型[图4-21b)]。③刺猬锥:钻锥是钻尖中心角约为40°,是周围焊有钢齿刃的圆锥体,锥头顶部直径等于钻孔直径[图4-21c)],锥头高度通常为钻孔直径的1.2倍,适用于黏性土、粉砂土、细、中、粗砂和夹有粒径在25mm以下砾石土层。

图4-20正循环旋转钻进示意图

图4-20正循环旋转钻进示意图

1-钻机;2-钻架;3-泥浆笼头;4-护筒;5-钻杆;6-钻头;7-沉淀池;8-泥浆池;9-泥浆泵

图4-21正循环回转常用钻锥

图4-21正循环回转常用钻锥

反循环旋转钻进是泥浆循环与正循环相反,泥浆先注入孔内,当钻头在孔底切削钻进时,钻渣和泥浆一起利用吸抽泵从钻头吸入经钻杆排出至沉淀池,钻渣沉淀而泥浆流入泥浆池循环使用。反循环回转常用钻锥如下。

①三翼空心单尖钻锥:简称三翼钻锥(图4-22),中间挖空作吸渣口,带齿的三个翼板是回转切上的主要部分,翼板上的齿片均镶焊合金钢提高耐磨性。它的切削能力比鱼尾锥大,特别在增加对孔底的压力情况下,它有较高的钻进效果,适用于较松软的黏性土、粉砂土和中、粗砂。

图4-22翼状钻锥构造图

图4-22翼状钻锥构造图

1-钻头芯管;2-法兰;3-刮刀;4-鱼尾形切削刀;5-合金钢刀头尖;6-吸渣口

②牙轮钻头:牙轮钻头是在直径为127mm的无缝钢管的不同位置设牙轮架,然后把直径为160mm的9个锥形牙轮(镍铬钢)分三层安装于牙轮架上,每层的3个牙轮在平面上的方位均相隔120°(图4-23)。牙轮钻锥亦可用于正循环回转钻机。用于砂卵石和风化岩效果较好,也可用于砂类土和黏性土。

(2)冲抓钻孔法利用冲抓锥的自重冲击破碎地层并抓取钻渣成孔的冲抓钻机成孔。冲抓锥具的形式很多,钻头抓土工作原理与一般抓土斗相同(图4-24),下落时,抓瓣上的刃口对土石有较强的冲击破碎作用。

(3)冲击钻孔法利用冲击钻机的钻头自重冲击破碎地层,用抓斗、取渣筒或用泥浆排渣成孔。冲击钻头一般用铸钢、锻钢或钢板铆焊制成,冲锥钻刃形式分为一字形、十字形和多刃形(图4-25),在反复的冲击中,钻头不断转动,最终形成圆形或近似圆形的孔。

实践证明,在钻孔过程中,会遇到各种不同类型的土层,成孔时就要采用不同的钻进方式。有时,即使在同一孔中钻进,也需要用不同的成孔方法。例如上面细粒土适用旋转成孔,但对下面卵砾石、硬岩地层又要用冲抓或冲击成孔。钻孔过程中,要注意以下几个问题:

图4-23牙轮钻头(尺寸单位:mm) 1-无缝钢管;2-牙轮架;3-牙轮

图4-23牙轮钻头(尺寸单位:mm)

1-无缝钢管;2-牙轮架;3-牙轮

图4-25冲击钻头

图4-25冲击钻头

①钻进过程中要随时检查进尺和土质情况,并做好记录。

②在钻进过程中要随时检查升.径和垂直度,当发生严重的斜孔、弯孔、缩孔时要进行必要的修孔。

③在钻进过程中,要注意护筒内水头高度的稳定性,以防坍孔。

④经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和连接装置,对卡钻、掉钻要及时处理。

⑤在钻进过程中常发生坍孔事故,要注意观察,当发现孔内水位骤降并有气泡上冒、出渣

量显著增加而不见进尺、钻机负荷显著增加或显出埋钻迹象时,都表明发生了坍孔,要马上停钻,查明坍孔位置及时处理。

4.清孔

钻孔达到设计高程后,应立即进行清孔。清孔的目的是减小孔底沉淀土层厚度,以达到设计要求,保证桩尖土的承载力;为灌注水下混凝土创造良好条件,保证水下混凝土灌注质量。

清孔方法应根据设计要求、钻孔方法、机具设备条件和土层情况决定。一般有如下方法:

(1)抽浆清孔法。直接用反循环钻机、空气吸泥机、水力吸泥机或离心吸泥泵等,在达到

设计高程后不进尺但也不停钻。孔底含钻渣泥浆吸出达到清孔目的。此法清孔较彻底,适用于各种方法钻孔的柱桩和摩擦桩。

(2)换浆清孔法。钻孔完成后,提升钻锥距孔底100~200mm空钻不进尺,以相对密度较低(1.1~1.2)的泥浆压入,把钻孔内的悬浮钻渣和相对密度较大的泥浆换出,此法适用于正循环钻孔的摩擦桩。

(3)掏渣清孔法。用掏渣筒(图4-26)、大锅锥或冲抓钻清掏孔底粗钻渣,仅适用于机动推钻、冲抓、冲击钻孔的各类土层摩擦桩的初步清孔。

(4)喷射清孔法。在灌注混凝土前对孔底进行高压射水或射风数分钟,使剩余少量沉淀物漂浮后立即灌注水下混凝土,可作为配合其他清孔方法使用。

清孔时应注意以下事项:

图4-26掏渣筒

图4-26掏渣筒

(尺寸单位:cm)

①不论采用何种清孔方法,在清孔排渣时,必须注意保持孔内水头稳定,防止坍孔。

②柱桩采用抽浆法清孔,清孔后将取样盒(即开口铁盒)吊到孔底,待灌注水下混凝土前取出检查沉淀在盒内的渣土厚度,不得超出设计要求。

③用换浆或掏渣法清孔后,孔口、孔中部和孔底提出的泥浆平均值应符合质量标准要求;灌注水下混凝土前,所测孔底沉淀土层厚度应不大于设计规定。

④不得以加深孔底深度的方法代替清孔。

在表4-3中清孔方法有气举反循环清孔,现简介如下。正循环钻进气举反循环清孔施工工艺,就是回旋钻机通过钻杆携带钻头顺时针方向旋转向下钻进成孔。第一次清孔通过钻杆采用正循环清孔,然后安放钢筋笼和导管;第二次清孔是在导管内放置一根风管,用空压机向导管内腔注入压缩空气形成气水混合钻渣产生导管内外的压力差,从而将第一次清孔余留下的及后来沉淀下的钻渣岩屑,经导管内喷出留到沉淀池中。岩屑的比重约为1.3,导管内气水混合物由于压力差作用排渣速度快、清孔时间短,一般为3~10min,清孔干净后必须立即灌注混凝土。

5.钢筋骨架组装和吊安

安装钢筋骨架时,应将其吊挂在孔口的钢护筒上,或在孔口地面上设置扩大受力面积的装置进行网挂,不得直接将钢筋骨架支承在孔底。

灌注桩钢筋骨架的制作、运输与安装应符合下列规定:

(1)制作时应采取必要措施,保证骨架的限度,主筋的接头应错开布置。大直径长桩的钢筋骨架1:1在胎架上分段制作,且宜编号,安装时应按编号顺序连接。

(2)应在骨架外侧设置控制混凝土保护层厚度的垫块,垫块的间距在竖向不应大于2m,在横向圆周不应少于4处。

(3)钢筋骨架在运输过程中,应采取适当的措施防止其变形。骨架的顶端应设置吊环。

(4)灌注桩钢筋骨架制作和安装质量应符合表4-5的规定。

灌注桩钢筋骨架制作和安装质量标准表4-5

灌注桩钢筋骨架制作和安装质量标准表4-5

6.灌注水下混凝土

水下混凝土一般采用刚性导管法灌注。刚性导管用钢管制作,导管内径一般为200~

350mm,导管使用前应进行水密、承压和接头抗拉试验,严禁采用压气试压。开始灌注混凝土时,应在漏斗底口处设置可靠的隔水设施。

首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度1.0m以上的需要,所需混凝土数量可按式(4-1)计算(图4-27):

v=D'(A3+Ab)+c,(41)

44h1=H.y/ye

式中:V——灌注首批混凝土所需数量(m3);D——桩孔直径(m);h:—桩孔内混凝土达到埋置深度时,导管内混凝土柱平衡导管外(泥浆)压力所需要的高度(m);h2——桩孔底至导管底端间距,一般为0.3~

0.4m;ha——导管初次埋置深度(m);d——导管内径(m);H.——桩孔内水或泥浆的深度(m);y。——桩孔内水或泥浆的重度(kN/m3);y.——混凝土拌和物的重度,取24kN/m3。

图4-27首批混凝土数量计算

图4-27首批混凝土数量计算

灌注水下混凝土要注意以下几点:

(1)开始灌注混凝土之前,应在漏斗底口处设置可靠的隔水设施。

(2)混凝土拌和物应具有良好的和易性,灌注时应能保持足够的流动性,其坍落度当桩孔直径D<1.5m时,宜为180~220mm;D≥1.5m时,宜为160~200mm,但应充分考虑气温、运距及施工时间的影响导致的坍落度损失。

(3)灌注工作开始后要连续作业不得间断,并尽可能缩短拆除导管的间隔时间。

(4)要随时量测孔内混凝土高程与导管埋入混凝土的深度(不小于2.0m或不大于6.0m)提升导管不可过猛,以防导管与混凝土脱离而发生断桩。

(5)要注意灌注中途故障处理,导管不得进水,导管堵塞要及时通导,处理无效时应拔出导管、钢筋笼,重新清孔灌注混凝土。

(6)灌注时应采取措施防止钢筋骨架上浮。当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左

右时,应降低灌注速度,以减小混凝土对钢筋笼的上冲力,避免上浮。混凝土顶面上升到骨架底部4m以上时,宜提升导管,使其底口高于骨架底部2m以上再恢复正常灌注速度。

(7)灌注混凝土控制桩顶高程应比设计高程预加一定高度,一般不小于0.5m,这部分混凝土是最先与孔底沉淀土混杂在一起的先浇部分,应予以凿除,确保桩顶混凝土质量。

(二)沉管灌注桩施工

沉管灌注桩实际上是一种全护筒工艺成孔,分下述两种成桩方法:

一种是对小直径桩(一般桩径不超过600mm),用重锤的冲击或是振动器的激振力,先将闭口的钢套管(闭口部分又称桩靴)冲击或振动沉入设计高程,然后下钢筋笼,边浇筑混凝土边拔出钢管成桩。对于较大直径桩采用直径为1.0~2.0m不等的常备式钢套管。施工的成孔工艺是:使套管边左右轮流反复旋转摇动的同时,边用左右的油压千斤顶将其压入地基中用锤式抓斗破碎套管内的土并抓出,而不断向下钻进。按此方法周而复始,一直将桩孔掘凿到设计规定的地基深度以后,放入钢筋笼,安放混凝土导管,灌注混凝土并抽拔钢套管,建成大孔径灌注桩(图4-28)。

图4-28套管法灌注桩施工

图4-28套管法灌注桩施工

①插入第1节套管;抓泥并晃管下沉;③安装第2节;④安装钢筋骨架;)插入导管;⑥灌筑混凝土并上拔套管;②基桩完成

1.沉管灌注桩的优点

(1)除含有大卵石、孤石等地质条件外,一切土层都适用,尤其对软地基,有承压水和流沙等不良地质土层,由于是全套管施工,可做到安全施工。

(2)由于套管都是超前于钻具(甚至不用钻具采用挤入沉管),所以不会引起桩周地基士松动,桩身混凝土混入泥渣的可能性小。

(3)能确保不坍孔,不断桩,适合进行斜桩施工。

2.沉管灌注桩施工注意事项

(1)钢筋混凝土预制桩尖或活瓣桩尖应设置在设计位置,桩管竖直套入预制桩尖,两者的轴线应竖向重合一致,如有移位或倾斜超过允许偏差,应即时纠正,必要时应拔出重新沉管。

(2)灌注的混凝土标号和坍落度要符合设计规定,每次向管内灌注混凝土时应尽量多灌,当管长大于桩长时,混凝土可一次灌足。

(3)在开始拔管时,对用活瓣桩尖振动沉入的管桩,应先振动片刻再拔管,在测得桩管尖活瓣确已张开,混凝土确已从桩管中流出以后,方可继续拔出桩管。

(4)对用混凝土桩尖锤击沉入的桩管,拔管时采用振动锤倒打法拔出,倒打的打击频率不宜小于70次/min,使在拔管时起到振动密实混凝土作用。

(5)拔管速度应均匀,应边振(打)边拔,用锤击倒打拔管时,拔管速度不宜大于0.8~

1.0m/min;用振动拔管时,不宜大于1.0~1.5m/min。每拔出0.5~1.0m要停拔并振动5~10次,如此反复直至桩管全部拔出。

(6)在淤泥及含水量饱和的软土层振动拔管时,应采用反插法施工,即每次拔管高度为0.5~1.0m,再往下反插深度0.3~0.5m,如此拔插,直至桩管全部拔出。

(三)挖孔桩施工

挖孔桩最早是在早地施工发展起来,后来用于城市跨线桥、立交桥。城市桥梁挖孔桩除了可以节省钻孔机具外,还可以避免钻机的噪声和泥浆对环境的污染。以后逐渐发展到水中也采用挖孔桩,桩的直径或边长也由最初的1.0~1.5m发展到4~6m,深度也发展到超过20m,并由小直径的挖孔实心桩发展到大直径的挖孔空心桩。

在无地下水或有少量地下水,且较密实的土层或风化岩层中,或无法采用机械成孔或机械成孔非常困难,水文、地质条件允许的地区,可采用人工挖孔施工。

1.小直径挖孔桩施工要点

(1)孔壁支护

挖孔桩的施工方法比较单一,所不同的是护壁方法的不同。一般孔壁支护现都采用预制混凝土护圈或钢护圈支护,也可采用现浇或喷射混凝土护壁。挖孔与支护孔壁交错进行,开挖一段,支护一段。

般采用护筒保护孔口,护筒宜高出地面300mm,除保护孔口不坍塌外,还可防止表面水或地面泥土、杂物等滑落孔中。

第一节护圈也可做成钢筋混凝土刃脚状,下面挖土后,使钢筋混凝土护圈及其上所加预制混凝土护圈下沉,直至设计桩底高程为止(图4-29)。

现浇钢筋混凝土护壁成孔是人工掘进一段深度(设计护壁的每段高度,一般为1.20~1.50m)后,进行支模板,现浇钢筋混凝土,当强度达到设计强度70%时,拆模完成第一阶段施工,如此循环,一直挖到基底设计高程。

护壁钢筋笼的制作如图4-30所示,一般在地面上成型,成型时留口,制作成不封闭的圆简形,下孔时卷缩成稍小的圆筒,孔下张开绑扎成型或电焊成型。

图4-29钢筋混凝土护圈(尺寸单位:mm)

图4-29钢筋混凝土护圈(尺寸单位:mm)

图4-30护壁钢筋笼(尺寸单位:mm)

图4-30护壁钢筋笼(尺寸单位:mm)

孔中井壁宜设置预埋钢筋做爬梯,每孔对称两排布置,以便一旦发生危险,孔中挖土的两人可同时离开。爬梯还有利于护壁和桩身混凝土的共同工作,增加桩的承载力。钢板护壁可用2~3mm厚的钢板卷制成护圈,每节高1.0m,竖向分成3块,每块四周边镶∠40mm×40mm的角钢焊接而成。角钢上钻孔,用螺栓或销钉连接成环形,每挖1.0m深的土方,组装一节护圈。

(2)挖土施工

挖孔桩开挖过程中,开挖和护壁两个工序必须连续作业。挖土应均匀、对称、同步进行。

挖孔时应注意施工安全,如有水渗入,应及时加强孔壁支护,防止水在井壁浸流造成坍孔。挖孔较深时应向孔内鼓风以保证工人施工所需的新鲜空气,同时采用矿工灯或其他照明方式,以方便施工。

挖孔达到设计深度后,应进行孔底处理。清底工作一定要按要求清出曲线底面,有可能将桩底扩孔呈大头桩,以提高桩的承载力。桩底要清到无松渣、淤泥、沉淀等虚土。

(3)灌注混凝土

清底工作经检查合格后,即可放入钢筋笼。钢筋笼制作、运输、安放入孔与钻孔灌注桩要求相同。孔内的混凝土灌注应连续快速进行,防止污水泥土杂物掉进孔内,造成人为断桩。若施工接缝不可避免时,应按施工缝处理要求办理。

采用在空气中灌注混凝土方法时,应注意掌握灌注速度,混凝土应分层灌注、分层振捣,每层最深不得超过400mm。空气中灌注的桩如为摩擦桩,且土质较好,短时期无支护不致引起孔壁坍塌时,可在灌注过程中逐步由下至上拆除支护。

2.大直径挖孔桩施工要点

大直径挖孔桩不仅施工工艺和设备比较简单,而且质量好,速度快,采用变截面桩身使桩的受力更加合理。由于桩的刚度增大,可取消承台,大大降低工程成本,实践证明,可比钻孔桩降低达30%~40%的造价。

(1)成孔技术

对于旱地上的大直径挖孔桩成孔过程的开挖支护,可以采用小直径挖孔桩的方法,采用全深护筒法(预制钢筋混凝土或钢护筒等)。目前,我国在水中进行大直径挖孔桩的施工技术获得很大成功,具体方法有如下3种。

①钢护筒法:沉入钢护筒在筒内开挖,护筒脚最好能进入不透水的黏土层或风化岩层中。

如在透水层中且在地下水位以下时,宜配备适当的排水设备如潜水泵等。

②钢筋混凝土套筒法:具体做法是在河床上先筑岛,在墩位处就地浇筑外径为320~520cm,厚10cm的钢筋混凝土套筒,用大功率抽水机在邻孔抽水来降低水位,人工在套筒内开挖。

③沉井内挖孔桩法:筑岛将圆形沉井下沉至6~8m的风化岩层面后,用水下混凝土和旋喷工艺封住刃脚,止水后人工在风化岩中完成大直径挖孔桩。

挖孔桩用钢筋混凝土与沉井刃脚固结,而沉井内不填混凝土,作为空心墩的组成部分,形成沉挖空心墩新结构。图4-31为湖南省桃源沅水大桥p750/d500(cm)沉挖空心墩(桩)5号主墩构造图。该桥主桥跨径为2×100m钢管混凝土中承拱桥,全桥19个中墩全部采用沉井(750~500)cm内挖孔桩新工艺,仅用一年时间完成全部下部结构施工,充分显示出沉挖空心墩(桩)的优越性。

(2)排水和止水方法

一般挖孔桩是在预估渗水量甚小时才采用,但在水中挖孔总难免遇到渗水,尤其是井底渗

水。除一般采用潜水泵抽水外,如果渗水量较大,尚需先采取止水措施再挖进。实践中采用如下几种止水措施。

图4-31湖南桃源沅水大桥中750cm沉挖空心墩(桩)(尺寸单位:cm)

图4-31湖南桃源沅水大桥中750cm沉挖空心墩(桩)(尺寸单位:cm)

①内套筒压浆止水

如果刃脚附近及以下皆为粗砂砾石层,则可放入直径比沉井或外套筒小1.0m左右的钢内套筒,使其与井壁之间有50cm的空隙,用空压机吹砂等方法沉至岩面,中间插1~2m间距压浆管(直径450mm),将空隙用砾石填满,顶面用纤维袋装混凝土封闭,然后从井上压注水泥浆,将砂砾石固结封水。沉放内套筒等工序可在抽水情况下进行,而压浆则宜在静水状态下进行,以免水泥浆流失。如果必须在抽水状态下进行时,水泥浆应加速凝剂(如盐类、水玻璃等)。

②内套筒填灌混凝土止水

当沉井或外套筒在下沉过程因抽水而有大量粉细流沙涌入刃脚,或刃脚尚难下到风化层,其间的地层尚夹杂粉细颗粒,既不宜抽水,又不宜压浆时,则应采用静水沉放内套筒,向井内灌水使水位高于井外,由潜水员下到刃脚,将刃脚与内套筒之间的流沙等清除干净,从井上用套管将不分散混凝土(或砂浆)灌下封闭止水。这个作业需潜水员三班连续进行,进度较慢但止水效果较好,一次即可成功。

③井壁预凿钻孔旋喷止水

沉井较大时,事先在沉井壁中预留钻孔(300mm)通过刃脚,当沉井抽水不干时,用地质

钻机从井面向下钻孔,并旋喷水泥浆,将刃脚以下砂砾、黏性土等与水泥浆通过水力搅拌形成混凝土,强度可达5MPa左右。旋喷有效范围视土质而异,一般为60~100cm,因而预留孔间距不宜过大。如果一次旋喷完成后抽水时还有较大漏水情况,还可在沉井之外进行补钻旋喷。

(四)大直径钻埋空心桩的成桩工艺

当前世界桥梁深桩基础工程的发展趋势是大直径和预拼工艺。显然在大直径桩中唯有采用空心结构才有实际经济价值。经过多年探讨实践,一种将预制桩和钻孔桩相结合的新型大直径钻埋空心桩研制成功。通过实践总结出钻埋空心桩具有如下一些优点:

(1)直径大,可达4.0~5.0m,采用分级扩孔钻成,无需振动下沉管柱那样的繁重设备。

(2)水下混凝土的用量可减少40%,同时又可以减轻自重。

(3)通过桩周和桩底二次压注水泥浆来加固地基,使承载力比一般钻孔桩提高达30%~40%。

(4)孔内采用预制空心桩壳,增加预制工作,加快工程进度。

(5)采用碎石压浆易于确保质量,不会发生灌注水下混凝土的断桩事故。

(6)应用大直径空心桩结构,可取消小直径群桩基础的承台结构,大幅度降低工程造价。图4-32为钻埋空心桩成桩工序示意图,主要工序为在已成孔内沉放桩壳、桩侧压浆、桩底压浆,现分述如下。

图4-32钻埋空心桩成桩工序(尺寸单位:cm)

图4-32钻埋空心桩成桩工序(尺寸单位:cm)

(1)桩壳预制

桩壳预制是采用拆一留一的方法,即当l层空心桩壳A浇筑后,其模板不拆,接着装Ⅱ层模板,Ⅱ层模板浇筑桩壳B后,又随着B吊放到下层,在上又装I层模板浇筑桩壳C(图4-33),以确保桩壳外形竖直,接缝平顺无错缝。

图4-33预制桩壳顺序

图4-33预制桩壳顺序

桩壳的底节与其他各节不同,带有底板,底板上要留孔,以便安插桩底压浆管。下沉时底板要承受相当大的浮力,因此底节的底板要加设钢板和斜撑加强(图4-34)。

由于每根桩壳都是对接预制,因此要编号堆码存放。

(2)成桩工艺

钻埋空心桩成桩工序参见图4-32。

①桩底抛石:当钻孔到达设计高程,并经检查成孔质量符合要求进行清孔后,就可进行桩底抛石。抛入的卵石粒径要求大于40mm,对粒径小于40mm的砂砾要筛除。卵石要求清洗干净,从孔口的四周均匀抛入。桩底抛石的厚度按设计要求确定,一般不小于1.0m,如桩底土为卵砾石时则可减至0.5m。

②桩壳拼接:在孔口设置钢井字架作定位用,在吊桩壳时可使用专用抱箍。先将底节吊

起,套上连接器再吊入二节,在预制桩壳拼接前要把上下端面用丙酮清洗干净,涂刷一层环氧树脂砂浆,桩壳按设计要求布置带锥形螺纹粗钢筋,根数由结构计算决定,可采用多次张拉、多次拧紧方法来扭紧螺母,按不同高度相错张拉锚固和接长。

图4-34桩壳底节构造(尺寸单位;cm)

图4-34桩壳底节构造(尺寸单位;cm)

③灌水下沉落床:两节桩壳通过环氧树脂和竖向粗钢筋的预应力张拉后形成整体。如此拼接至一定高度后,便可灌水下沉。由于吊入孔内的空心桩柱是有底的,而且连接面均密封不漏水,这样形成一个柱形容器状而产生浮力,要向空心桩灌水才能克服浮力下沉,以便继续拼接,直至下沉落床。

④浇筑隔离层:桩节拼接到井底并对中定位后,在桩的四周抛投0.5~1.0m厚的细砂和细碎石,然后浇筑0.5~1.0m厚的隔离层混凝土。其目的是要把桩周与桩底隔开,防止桩周压浆时水泥砂浆渗入桩底。

⑤空心桩周设置压浆管:桩周压浆管可根据桩径的大小确定根数,分层均匀地分布在桩身四周。压浆管径的大小可根据压浆机的排量

和压力来定,一般用p50mm钢管即可。压浆管的连接要做到外表面平顺无突变、拔管较容易、可重复使用。

⑥桩周抛石:压浆管设置定位后,就可向桩周15~20cm空隙内均匀抛下粒径大于40mm的卵石,直至护筒内桩顶设计接高处。

(3)桩侧压浆

空心桩壳周边填石后要通过压注水泥浆形成水下填石压浆混凝土,将土壤与预制桩壳紧密地黏结起来形成侧摩阻力,这是保证空心桩承载力的重要环节,其工序如下。

①桩周清孔:先从压浆管中压入清水来检查压浆机械设备的完备程度。在管道通畅后通过压浆机压入优质泥浆,直到排浆管流出新鲜泥浆为止。清孔工作结束后用尼龙袋装好黏性土压在护筒中填石上面,以起封闭作用。

②桩侧压浆:桩周清孔符合要求后,由压浆机将按一定比例配制的水泥浆通过压浆管压入桩侧填石空隙中。在压浆过程中,可采用类似水下混凝土浇筑的方法,用4根管道交替压浆和抽拔直至排浆管孔口流出纯水泥浆为止。

③操作要求:在开始桩侧压浆工作前要做好各种准备工作,要连续作业一气呵成;及时做好拔管和摘管工作;为了防止意外,桩侧压浆管按10m高度放一层备用。

(4)桩底压浆

通过桩底压浆,在桩底形成蒜头状的固化区,从而可极大地提高桩尖部分的承载力。另外,桩底压浆的反作用力使桩身上抬,这相当于给桩底施加了一个反方向的预应力,减小了空心桩沉降的绝对值。

①接桩底压浆管:一般预制桩底节下面的钢板加工有管孔,3根压浆管和1根回流管,压浆管比回流管长一些,约伸出桩底0.5~1.0m。在底节的压浆管和回流管上要各接一闸阀与法兰,用来封闭管道以避免杂物堵塞。在接上部压浆管时,压浆管和回流管的闸阀先关闭,使桩底泥浆水不会冒出。在压浆管的顶部装有压力表,压浆管和压浆机相连通,这样就可测量压浆的压力。

②桩底清孔:通过压浆机的压浆管和回流管来清理孔底,其方法与桩侧清孔方法相同。一般采用正循环,其步骤是:由压浆机压注的优质泥浆,通过3根压浆管先后注入孔底,使含淤泥粉砂的浑水通过回流管排出,为使清孔更彻底可靠,也可用3根压浆管中的1根,通过压缩空气来搅动桩底淤泥粉砂沉淀,从而提高清孔质量和效率。

③装百分表:在桩孔口周围搭好独立支架,安装8个百分表来测量桩底压浆时空心桩的上抬量。如施工中个别表动了,要及时重新安装、读数。有条件时,要用精密水准仪测量,最后校核上抬量。

④桩底压浆:当上述工序完成并检查合格后,才能进行桩底压浆,其方法和要求与桩侧压浆基本相同。当回流管流出新鲜灰浆后,再关闭回流管继续压浆使空心桩发生上抬,此时应特别注意测量上抬量的百分表读数。

⑤操作要点:要注意观测压力表数据,若数据急剧增长,原因可能是管道被堵,要及时停机换管以免引起爆管;如压力上不去,桩身未上抬,水泥浆可能流入流沙和软弱层中,此时要停机将水泥浆加浓后再压入;进行桩底二次压浆可将桩侧原来不密实的地方给予补浆,从而提高桩侧摩阻力,为确保二次压浆成功,要有备用压浆设备;桩底压浆待混凝土初凝后可取出护筒内的桩侧黏土袋,及早将表层松散浮渣凿除,再以干硬性混凝土封闭抛石压浆混凝土的顶部。


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