旋挖成孔灌注桩气举反循环清孔施工技术论文_曹准,张青华

(中建二局第二建筑工程有限公司 河南 郑州 450000)

【摘 要】清孔是钻孔灌注桩施工工艺中至关重要的一环,钻孔灌注桩清孔效果直接影响桩基砼的质量,孔底沉渣厚度的控制是旋挖钻孔灌注桩成孔质量的重要指标之一,其质量的优劣将直接影响灌注桩的承载力。对于大直径深桩来说,如何快速有效的清除孔底沉渣,保证孔壁稳定性,为混凝土的灌注创造良好的条件,是施工的控制成败的关键。本文介绍气举反循环在旋挖成孔灌注桩清孔工艺的应用,气举反循环法清孔设备简单,操作方便,返浆速度快,大幅度缩短清孔时间,降低孔底沉渣厚度,提高单桩承载力,减少泥浆排放量,值得推广应用。

【关键词】旋挖钻;灌注桩;气举反循环;清孔;沉渣

【中图分类号】U445.55 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544(2017)12-0066-03

1.工程概况

本工程位于郑州市,为陇海路跨南水北调总干渠桥,桥梁工程结构型式采用单箱单室(主线)、单箱双室(辅道)变截面预应力砼连续梁,下部结构采用柱式墩台,钻孔灌注桩基础。

GJNP2、GJNP3、GJBP2、GJBP3号墩为主线主桥主墩基础,每个承台下设10根直径1.8m钻孔灌注桩,GJNP1、GJNP4、GJBP1、GJBP4号墩为主线主桥边墩基础,每个承台下设4根直径1.8m钻孔灌注桩,主线主桥共设56根直径1.8m钻孔灌注桩。

NFP3、NFP4、BFP3、BFP4号墩为辅道桥主墩基础,每个承台下设14根直径1.8m钻孔灌注桩,桩长为85m。NFP2、NFA5、BFP2、BFP5号墩为辅道桥边墩基础,每个承台下设5根直径1.8m钻孔灌注桩(NFA5墩除外,其为1.2m桩径的9根),辅道桥共设71根直径1.8m钻孔灌注桩,53根直径1.2m钻孔灌注桩。

全桥共计有180根钻孔灌注桩,混凝土总方量为22384.3m3。其中桩径分成直径1.8m、直径1.2m两种,直径1.2m的钻孔灌注桩用于辅桥引桥基础及桥台基础。根据设计文件要求:直径1.8m的桩沉渣厚度为≤18cm,直径1.2m的桩沉渣厚度为≤12cm。

我单位承建的陇海路跨南水北调总干渠桥梁工程,工期紧,桩基直孔径大,桩长长,沉渣指标要求严格。经综合经济技术分析,采用旋挖钻机。旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备,其自动化程度和钻进效率高,可以实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计量。因其施工方便、尘土泥浆污染少,机动灵活的特点,能满足现场施工的要求。

旋挖钻钻进成孔后,只能采用掏渣法进行清孔,即利用掏渣钻斗进行掏渣,这样很难保证桩底沉淀层厚度符合设计要求,再加上由于安放钢筋笼及下导管准备浇注水下混凝土,这段时间的间隙较长,孔底产生新渣,旋挖灌注桩往往存在因为孔底沉渣过厚导致承载力折减的现象。

为保证桩基混凝土质量,在水下砼浇筑前,需进行二次清孔。二次清孔可采用高压风或高压泥浆喷射法,即在混凝土灌注前,对孔底进行高压射风或射泥浆数分钟,使沉淀物漂浮满足沉渣厚度要求后,立即灌注水下混凝土。此方法清孔不彻底,不能满足沉渣要求。对于超长桩来说操作难度大,容易造成混凝土夹渣等病害。

2.气举反循环清孔的原理

气举反循环清孔是利用气压原理,通过向导管中送入压缩空气,使得导管内泥浆比重变小,压强减小,形成流量流速大的反循环,携带沉渣从导管内排出。

3.气举反循环的设备

气举反循环的设备非常简单,直接利用灌浆导管作为排渣管,操作简便、工序转换速度快,现场仅需配备空压机1台,提供压缩气体就可完成整套施工工艺。其他部件均为辅助机具,都可以现场制作。

风管用来输送压缩空气。风管有2种,连接气浆混合器下入灌浆导管内的风管采用D20mm镀锌铁管,所需长度视混合器沉没深度而定;为移动方便,在空压机储气罐和孔口镀锌铁管之间采用D25mm橡胶高压软管连接,其长度宜小于80mm为宜,以减少风压损失。

气浆混合器使压缩空气与导管内泥浆混合,产生气浆混合浆液。混合器采用D20mm镀锌铁管,长1200mm,其上端用螺纹与风管连接,管周钻φ10mm排气孔,孔距30mm~40mm的梅花孔,下端用薄钢板封堵,同样钻φ10mm排气孔3个,使排浆量比较稳定,避免出现“暴气”现象,即大气泡上涌,影响泥浆循环。

接头可以用灌浆导管改制,其下端连接导管,上端焊接钢板,钢板上开两个孔,一个孔直径大于20mm,以便下入混合器并支承风管,另一个孔焊接镀锌铁管,以便排渣,根据现场泥浆池的位置,也可在接头的侧边开孔焊接排渣铁管,排渣铁管可以连接排渣软管。

4.气举反循环清孔工艺技术参数的选择

(1)风压、风量、混合器安放深度

风压、风量、混合器安放深度是气举反循环清孔工艺的三个主要技术参数。气举反循环配备的空压机应根据清孔时所需的风压(P)和风量(Q)来选择。根据有关技术资料,空压机的压力(P)可按下式计算:

式中,Q为所需风量(m3/min);β为经验系数,一般取2.0~2.4;d为导管内直径(m);ν为导管内混合浆液上返流速(m/s);一般取1.5~2.0,此时泥浆排渣效果最好。

如果现场空压机不能满足清孔要求,可在导管内增加了一根排渣管,排渣管安放深度与气浆混合器位置相同,排渣管的直径根据现场情况选取,这样现场仅需一个较小的空压机就可实现气举反循环。

5.气举反循环清孔工艺操作要领

导管下放深度以出浆管底距沉渣面300~500mm为宜,风管下放深度一般以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比的0.55~0.65来确定。为防止孔内沉淀物堵塞出浆管,在气举反循环前,要把导管提离孔底一段距离,待反循环形成后,视出浆情况逐步下沉。

开始送风时应先孔内送浆(补浆),停止清孔时应先关气后断浆。气举反循环为防止孔中泥浆水头过小,及时用泥浆泵将优质(含砂率低)泥浆补充到孔内,清孔时应维持孔内的泥浆液面的稳定,严防因补浆不足(水头损失)而造成塌孔。若施工现场自然条件难以做到孔口自流补浆的情况下,可采取泥浆泵泵送孔口补浆措施,但应注意保持泵送泥浆能力与反循环排浆能力的动态平衡。

送风量应从小到大,风压应稍大于孔底水头压力,当孔底沉渣较厚、块度较大,或沉淀板结时,可适当加大送风量,并摇动出导管,以利排渣。

随着钻渣的排出,孔底沉淤厚度较小,导管应同步跟进,以保持管底口与沉淤面的距离。

由于桩孔较大,要左、右移动导管及前后移动平台,使清孔比较彻底。

清孔时,及时检查孔内泥浆比重、粘度、含沙量、PH值等指标,孔底沉渣厚度满足要求时,停止清孔,及时浇筑混凝土。

6.气举反循环清孔效果

6.1 清孔速度

气举反循环泥浆携带钻渣后迅速进入过水断面较小的导管内腔,可以获得比正循环高出数倍的上返速度。相比泵吸反循环,可以清出大粒径的石子,并且避免了砂石泵故障多等问题造成的延误。

对于本工程直径1.2m钻孔灌注桩,清孔40min左右即可达到浇筑状态,直径1.8m钻孔灌注桩,清孔时间为1.5h左右,可提高清渣速度3~5倍,且沉渣清除更彻底。气举反循环法清孔转换迅速,可以在10分钟内,由清孔状态转换到混凝土灌注状态。

6.2 清孔质量

本工程实际采用气举反循环进行清孔的桩有172根,经现场检测,孔底沉渣厚度全部符合设计要求,直径1.8m的桩沉渣厚度平均为12.5cm,直径1.2m的桩沉渣厚度为为8cm。待基坑开挖后,桩顶混凝土质量好,桩径、标高符合设计要求,无桩基混凝土质量通病存在。

另外,相对其它反循环清孔工艺,气举反循环工艺的送风管安装在导管内,不像其它反循环清孔工艺在导管外安装风管,减少拔出风管时与钢筋笼牵挂的危险,更为有效的保护孔壁,保证施工安全和施工质量。

6.3 桩基检测

气举反循环清孔由于返浆速度快,清渣效果较好,孔壁泥皮、沉渣层厚度较薄,故该法清孔可提高桩周摩阻力和桩端承力,提高桩基承载力。

桩基施工完成后,业主委托了第三方对所有桩基进行了完整性检测,其中Ⅰ类桩176根,Ⅱ类桩桩4根,无Ⅲ、Ⅳ类桩。

故从质量角度来看,气举反循环清孔工艺满足工程实体要求。

7.经济效益分析

由于沉渣厚度减小,提高了桩基承载力,确保了工程质量;清渣速度加快,采用气举反循环法清孔后,平均每根桩减少5个小时的清孔时间,从而缩短工期,降低了施工成本。泥浆排放量减少,有利于环境保护,也降低了工地工清运处理成本。全桥180根钻孔灌注桩,泥浆排放成本相比以前下降约10%。

8.结语

通过以上论述,从工期、质量、环保、经济等多角度分析,钻孔灌注桩气举反循环清孔施工工艺值得推广,特别是对于大直径超长桩钻孔灌注桩的施工,优势更加明显。

我单位在该工程建设过程中的周密、审慎和科学,为大桥的顺利施工打下坚实根基。

参考文献

[1]《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011).

[2]《公路工程质量检验评定标准》(第一册 土建工程)(JTG F80/1-2004).

论文作者:曹准,张青华

论文发表刊物:《建筑知识》2017年12期

论文发表时间:2017/7/12

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