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昆明滇池高速公路桩基施工技术
关键词:高速公路 钻孔灌注桩桩基 泥炭质土 施工工艺

  摘 要 穿越昆明滇池旅游渡假区某高速公路工程广泛分布着泥炭质土层。文章叙述了确保泥炭质土层中桥梁桩基施工质量的具体措施,通过施工工艺选择、试桩中发现的问题、原因分析,找出适合在泥炭质土层中的施工工艺,调整施工参数,既保证施工质量,又为以后类似地层中施工钻孔灌注桩提供借鉴。

  1  工程概况

  穿越昆明滇池旅游渡假区某高速公路工程2标段共有844根桩基,均为钻孔灌注桩,桩长49~65 m,桩径1.2 m。经勘探揭示:拟建场地地层均为第四纪冲、湖积地层。在桩基设计深度最深达65 m范围内,存在多层泥炭质土、黏土、粉土夹层,因泥炭质土具有高含水量、高压缩性、高孔隙比、高灵敏度、抗剪强度低、有机质含量高等特点。在钻孔灌注桩施工过程中,容易发生孔内严重漏浆、坍孔,以及混凝土坍方等不良现象,为保证钻孔灌注桩的施工质量和工期,必须选择合适的施工工艺。

  2  工程地质条件

  地基土分布见表1。

  表1   地基土分布表

  由表1可知:在地面下72.0 m深度范围内,地层除①层属近代堆积形成外,主要由黏性土、粉砂、泥炭质土与粉土组成。

  3  施工工艺选择

  目前,一般常用的钻孔灌注桩施工工艺有冲击钻成孔、回旋钻成孔、旋挖钻成孔等。

  1) 冲击成孔施工工艺,用冲击式钻孔架悬吊冲击钻头上下往复冲击,将土层或者岩层破碎成孔,部分碎渣和泥渣挤入孔壁中,大部分成为泥渣,用泥浆循环带出成孔,然后再灌注混凝土成桩。该工艺适用于黏性土、砂类土、砾石、卵石、漂石等复杂地质;其优点是孔直、沉渣少,缺点是不适合很长的桩基,钻进效率低,噪音、振动大,容易发生卡钻现象。

  2)回旋成孔施工工艺,按照泥浆的循环方式不同,分为正循环钻机和反循环钻机。正循环钻机适用于黏土、粉土、砂性土等各类土层;反循环钻机适用于黏性土、砂性土、卵石土和风化岩层,但卵石粒径需小于钻杆内径的2/3,且含量不大于20%。其优点是对周围土体扰动小、噪音小、振动小;缺点是施工中产生大量泥浆,工作效率较低。

  3)旋挖钻成孔施工工艺,是利用钻杆和钻斗的旋转,以钻斗自重并加液压作为钻进压力,使土屑装满钻斗,后提升钻斗出土,被誉为“绿色施工工艺”。一般适用于黏土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层施工,具有工作效率高、施工质量好、适应性强、废浆少、低噪音、污染少等优点;缺点是一次性投入费用较大。

  结合工程地质情况、工程进度等各方面情况,计划采用旋挖钻成孔施工工艺进行钻孔灌注桩的施工。

  4  钻孔灌注桩施工

  根据工程筹划,安排5台旋挖钻机进行钻孔灌注桩施工。

  4.1  初期施工出现的问题

  1号钻机施工范围的土层为河道及鱼塘回填形成,存在深厚未固结的泥炭质土。在2011年11月10日旋挖钻机进行第1根钻孔灌注桩成孔的过程中,泥浆中出现漂浮的大块泥炭质土,同时在距离钻孔区域较远处的地面冒出大量泥浆;在灌注混凝土的过程中,发现在距离地面约15 m时,泥浆不往外溢出,而出现泥浆回流现象,在连续浇筑2车(18 m3)混凝土后,一直未见混凝土面上升,至第3车(9 m3)混凝土浇筑后,混凝土面才上升了5 m。在混凝土最终浇筑完毕(共浇筑了107 m3),测得混凝土充盈系数为1.63。

  之后施工的2根钻孔灌注桩,也出现类似的现象,混凝土充盈系数分别为1.56和1.48,大大超出正常1.1的混凝土充盈系数。

  4.2  原因分析

  1) 旋挖钻机在施工过程中对周围土体扰动较大,而泥炭质土具有高灵敏度、高压缩性、高含水量等特性,尤其是在提钻过程中形成的对周围土体产生的负真空极易形成坍方,故旋挖钻机成孔施工工艺对于较厚的泥炭质土层不适用。

  2) 根据以往的施工经验及规范要求,钻斗的升降速度控制在0.75~0.8 m/s。而在泥炭质土层中施工,因其灵敏度极高,该钻进速度对土体扰动大,使土体向孔内移动,且受泥浆的冲击,导致土体的局部坍塌。通过井径仪检测发现,孔底出现颈缩。

  3) 为满足《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011对钻孔灌注桩清孔后的泥浆相对密度指标(1.03~1.1 g/cm3),在泥炭质土中清孔时间比较长,导致孔身暴露时间也较长,而随着土体的流动,孔径不能满足设计要求。

  4) 长60 m左右的钢筋笼下放时间近4h,一方面使孔身暴露时间过长;另一方面使泥浆出现沉淀,沉渣增加,孔身上部受到水的浸泡,会再次加剧孔身土体的坍塌。

  5) 混凝土浇筑时采用汽车吊拔除导管,而浇筑混凝土的料斗较小,导管的埋深高度不易控制,容易出现夹泥或断桩现象。

  4.3  改进措施

  为保证在泥炭质土中施工钻孔灌注桩的质量,必须实施以下的改进措施:

  1) 选用GPS-20型回旋钻机进行钻孔灌注桩施工,因其对土体扰动较小;采用正循环清孔方式,对孔底扰动较小;

  2) 为缩短清孔时间,减少孔身暴露时间,将清孔后泥浆相对密度由1.03~1.1 g/cm3调整为1.2~1.3 g/cm3

  3) 调整导管埋深深度。由于泥炭质土质量较轻,容易侵入混凝土,为了保证桩身质量,将导管埋深严格控制在3~5 m(规范要求2~6 m)。

  4) 为了减少桩身土体向孔内移动,在成孔后,立即进行清孔、钢筋笼安放、下放导管、混凝土浇筑,各施工工序要紧密配合,尽量缩短孔身暴露时间。

  5) 采用混凝土浇捣架进行混凝土浇筑。

  4.4  检测结果

  1) 总共施工844根桩基,其中173根采用旋挖钻机成孔,灌注桩最大充溢系数为1.63,最小充溢系数为1.23;其余均采用回旋钻机进行施工,最大充溢系数为1.22,最小充溢系数为1.07。

  2) 从超声波检测结果来看,采用回旋钻机进行施工的桩身质量能满足I类桩,而且比例达到95%以上。

  3) 旋挖钻孔灌注桩II类桩比例较回旋钻孔灌注桩高。

  5  结语

  在泥炭质土层中施工钻孔灌注,一方面需要高度重视机械设备选型;另一方面通过试桩,对规范中的有关指标进行相应的适用性调整,既保证了工程的施工质量,又为以后的类似工程提供借鉴。

编辑:沈达文

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