鉆孔咬合樁施工中常見故障處理技術(shù)【摘 要】 天津地鐵3號線華苑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)全部采用鉆孔咬合樁,最大樁長深達(dá)32.8m,為國內(nèi)首創(chuàng)。由于鉆孔咬合樁施工技術(shù)還不十分完善,如何處理施工中常見的故障,成為廣大施工技術(shù)人員普遍關(guān)注的問題。文中介紹了鉆孔咬合樁的基本原理,并結(jié)合咬合樁的施工實際,分析總結(jié)了常見故障的處理方法,為鉆孔咬合樁施工提供了新的思路。 【關(guān)鍵詞】 鉆孔咬合樁; 超緩凝混凝土; 管涌1工程概況 天津地鐵3號線華苑站位于迎水道與桂苑路交口處,站北側(cè)為規(guī)劃中的天大天財科技園和麥迪遜商貿(mào)廣場,西側(cè)為鑫茂民營科技園,南側(cè)為日華里居住區(qū)。華苑站為地下島式車站,二柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),全長200m,標(biāo)準(zhǔn)段基坑凈寬20.54m,深17.9m,地下市政管線錯綜復(fù)雜,有電力、雨水、污水、煤氣等共14條管線穿越基坑。地下穩(wěn)定水位埋深約為2.9m。本基坑地層分布有第四系全新統(tǒng)人工填土層,第Ⅰ陸相層、第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層及第Ⅲ陸相層。巖性主要為粘性土、粉土及粉砂。各土層的性質(zhì)、層序、厚度及力學(xué)性質(zhì)見下表。
主體結(jié)構(gòu)深基坑開挖采用鉆孔咬合樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),樁徑為1000mm,相鄰兩樁咬合量為250mm,樁長為26.8m～32.8m,共有693根樁。咬合樁分為A樁和B樁,A樁為C15超緩凝水下素混凝土樁,B樁為C30水下鋼筋混凝土樁。2鉆孔咬合樁工藝原理 鉆孔咬合樁采用全套管鉆機(jī)鉆孔施工,在樁與樁之間形成相互咬合排列的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。樁的排列方式為A樁和B樁間隔布置,施工時先施工A樁后施工B樁,并要求A樁的超緩凝混凝土初凝之前必須完成B樁的施工。B樁施工時采用全套管鉆機(jī)切割掉相鄰A樁相交部分的素混凝土,從而實現(xiàn)咬合。 鉆孔咬合樁有支護(hù)、承重和止水三重功能。鉆孔咬合樁施工第一步是在樁頂上部施作混凝導(dǎo)墻,目的是為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率。導(dǎo)墻設(shè)計為每側(cè)寬50cm,厚30cm,強(qiáng)度等級為C20素混凝土。以B樁為例,單樁的施工工藝流程如:平整場地→測量樁位→施工混凝土導(dǎo)墻→套管鉆機(jī)就位對中→吊裝安放第一節(jié)套管→測控垂直度→壓入第一節(jié)套管→校對垂直度→抓斗取土,跟管鉆進(jìn)→測量孔深→清除虛土,檢查孔底→A樁吊放鋼筋籠→放入混凝土灌注導(dǎo)管→灌注混凝土逐次拔套→測定混凝土面→樁機(jī)移位。A型單樁施工工藝與B型樁基本相同,只是沒有吊放鋼筋籠這一工序。樁墻即排樁的施工工藝流程如圖1。3 施工中常見故障的處理方法3.1 樁孔偏斜 (1)發(fā)現(xiàn)鋼套管有傾斜趨勢時,立即通過反復(fù)搖動、微量扭、挪套管支座等方法將套管傾斜消除在初始狀態(tài)。 (2)如垂直度偏斜超過3‰,無法靠樁機(jī)本身調(diào)整時,采取向孔內(nèi)填砂,向上拔出套管,重新校正精度和成孔。 (3)無法利用套管鉆機(jī)重新成孔時,在待處理樁位的兩側(cè)注漿,形成隔滲帷幕攔截地下水。3.2 克服“管涌”的措施 發(fā)生管涌有兩種情況:隨著鉆孔深度增加和套管的搖動,淤泥質(zhì)粘土和礫質(zhì)粘土在飽和壓力水作用下,軟化呈流塑狀,引起管涌;在B樁成孔過程中,由于A樁混凝土尚未凝固,還處于流動狀態(tài),A樁混凝土有可能從A、B樁相交處涌入B樁孔內(nèi),也可能發(fā)生管涌(見圖2)。 克服“管涌”有以下幾個方法: (1)在成孔過程中緩沖輕抓,減小對孔底土層的擾動。 (2)A樁混凝土的坍落度應(yīng)盡量小一些,以便于降低混凝土的流動性。 (3)加長樁機(jī)套管,套管底口始終保持超前于開挖面一定距離,孔內(nèi)留足一定厚度的反壓土層,形成“瓶頸”達(dá)到瓶塞效果,阻止混凝土流動。如果鉆機(jī)能力許可,這個距離越大越好,但至少不應(yīng)小于1.0m。 (4)如果遇地下障礙物套管無法超前時,可向套管內(nèi)注入一定量的水,使其保持一定的反壓力來平衡A樁混凝土的壓力,以阻止“管涌”的發(fā)生。 (5)B樁成孔過程中應(yīng)注意觀察相鄰兩側(cè)A樁混凝土頂面,如發(fā)現(xiàn)A樁混凝土下陷,則應(yīng)立即停止B樁開挖,并一邊將套管盡量下壓,一邊向B樁內(nèi)填土或注水,直到完全制止住“管涌”為止。3.3 遇地下障礙物的處理 鉆孔咬合樁A樁超緩凝土要受到時間的限制,遇到地下障礙物處理起來比較困難,因此它一般適用于軟土地層的地質(zhì)環(huán)境中,而不宜在巖層中施工。施工前必須對地質(zhì)情況十分清楚,對一些比較小的障礙物,如卵石層,體積小的孤石等,可以先抽干套管內(nèi)積水,然后再吊放作業(yè)人員下去將其清除。當(dāng)需進(jìn)行樁端嵌巖時,可采用十字沖錘進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)至設(shè)計標(biāo)高處。3.4分段施工接頭的處理方法 本基坑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)全部采用鉆孔咬合樁,為保證工程進(jìn)度,現(xiàn)場配備4臺液壓搖動式全套管樁機(jī)(簡稱全套管鉆機(jī)),為處理好施工段的接頭,實現(xiàn)咬合樁的三重功效,在施工段的端頭設(shè)置一個砂樁(成孔后用砂灌滿),后施工段施工時挖出砂灌注混凝土即可,如圖3所示。3.5 事故樁的處理 在鉆孔咬合樁施工過程中,因A樁超緩凝混凝土的質(zhì)量不穩(wěn)定出現(xiàn)早凝現(xiàn)象或機(jī)械設(shè)備故障等原因,造成鉆孔咬合樁的施工未能按正常要求進(jìn)行而形成事故樁,處理辦法有以下3種: (1)平移樁位單側(cè)咬合:B樁成孔施工時,其一側(cè)A1樁的混凝土已經(jīng)凝固,使套管鉆機(jī)不能按正常要求切割咬合A1、A2樁,處理方法是向A2樁方向平移B樁位,使套管鉆機(jī)單側(cè)切割A(yù)2樁施工B樁,并在A1樁和B樁外側(cè)另增加一根旋噴樁作為防水處理,如圖4所示。 (2)背樁補(bǔ)強(qiáng):B1樁成孔施工時,其兩側(cè)A1、A2混凝土均已凝固,處理方法是放棄B樁的施工,調(diào)整樁序繼續(xù)后面咬合樁的施工,以后在B1樁外側(cè)增加3根咬合樁及兩根旋噴樁作為補(bǔ)強(qiáng)防水處理,并在基坑開挖過程中將A1和A2樁之間的夾土清除,噴上混凝土即可,如圖5所示。 (3)預(yù)留咬合鍥口。在B1樁成孔施工中發(fā)現(xiàn)A1樁混凝土已有早凝傾向但還未完全凝固時,此時為避免繼續(xù)按正常順序施工造成事故樁,可及時在A1樁右側(cè)施工一砂樁以預(yù)留出咬合鍥口,待調(diào)整完成后再繼續(xù)后面樁的施工,如圖6所示。4 結(jié)束語 (1)本工程地質(zhì)條件、工程環(huán)境復(fù)雜,整個基坑處于軟土地區(qū)中,且地下水豐富,水位較高,采用咬合樁有較強(qiáng)的針對性,加快了施工進(jìn)度,保證了施工質(zhì)量,效果明顯。 (2)采用全套管鉆機(jī)成孔,無須排放泥漿,施工現(xiàn)場文明;無縮孔、斷樁等常見的鉆孔灌注混凝土樁的通病。 (3)咬合樁的關(guān)鍵工序為全套管成孔和成樁的垂直度控制以及混凝土超緩凝技術(shù)。出現(xiàn)故障時,采用上述處理方法,能快速、有效地處理施工過程出現(xiàn)的常見事故,加快了施工進(jìn)度,保證了施工質(zhì)量,為鉆孔咬合樁施工提供了新的思路,對同類工程施工有參考和借鑒價值。
主體結(jié)構(gòu)深基坑開挖采用鉆孔咬合樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),樁徑為1000mm,相鄰兩樁咬合量為250mm,樁長為26.8m～32.8m,共有693根樁。咬合樁分為A樁和B樁,A樁為C15超緩凝水下素混凝土樁,B樁為C30水下鋼筋混凝土樁。2鉆孔咬合樁工藝原理 鉆孔咬合樁采用全套管鉆機(jī)鉆孔施工,在樁與樁之間形成相互咬合排列的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。樁的排列方式為A樁和B樁間隔布置,施工時先施工A樁后施工B樁,并要求A樁的超緩凝混凝土初凝之前必須完成B樁的施工。B樁施工時采用全套管鉆機(jī)切割掉相鄰A樁相交部分的素混凝土,從而實現(xiàn)咬合。 鉆孔咬合樁有支護(hù)、承重和止水三重功能。鉆孔咬合樁施工第一步是在樁頂上部施作混凝導(dǎo)墻,目的是為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率。導(dǎo)墻設(shè)計為每側(cè)寬50cm,厚30cm,強(qiáng)度等級為C20素混凝土。以B樁為例,單樁的施工工藝流程如:平整場地→測量樁位→施工混凝土導(dǎo)墻→套管鉆機(jī)就位對中→吊裝安放第一節(jié)套管→測控垂直度→壓入第一節(jié)套管→校對垂直度→抓斗取土,跟管鉆進(jìn)→測量孔深→清除虛土,檢查孔底→A樁吊放鋼筋籠→放入混凝土灌注導(dǎo)管→灌注混凝土逐次拔套→測定混凝土面→樁機(jī)移位。A型單樁施工工藝與B型樁基本相同,只是沒有吊放鋼筋籠這一工序。樁墻即排樁的施工工藝流程如圖1。3 施工中常見故障的處理方法3.1 樁孔偏斜 (1)發(fā)現(xiàn)鋼套管有傾斜趨勢時,立即通過反復(fù)搖動、微量扭、挪套管支座等方法將套管傾斜消除在初始狀態(tài)。 (2)如垂直度偏斜超過3‰,無法靠樁機(jī)本身調(diào)整時,采取向孔內(nèi)填砂,向上拔出套管,重新校正精度和成孔。 (3)無法利用套管鉆機(jī)重新成孔時,在待處理樁位的兩側(cè)注漿,形成隔滲帷幕攔截地下水。3.2 克服“管涌”的措施 發(fā)生管涌有兩種情況:隨著鉆孔深度增加和套管的搖動,淤泥質(zhì)粘土和礫質(zhì)粘土在飽和壓力水作用下,軟化呈流塑狀,引起管涌;在B樁成孔過程中,由于A樁混凝土尚未凝固,還處于流動狀態(tài),A樁混凝土有可能從A、B樁相交處涌入B樁孔內(nèi),也可能發(fā)生管涌(見圖2)。 克服“管涌”有以下幾個方法: (1)在成孔過程中緩沖輕抓,減小對孔底土層的擾動。 (2)A樁混凝土的坍落度應(yīng)盡量小一些,以便于降低混凝土的流動性。 (3)加長樁機(jī)套管,套管底口始終保持超前于開挖面一定距離,孔內(nèi)留足一定厚度的反壓土層,形成“瓶頸”達(dá)到瓶塞效果,阻止混凝土流動。如果鉆機(jī)能力許可,這個距離越大越好,但至少不應(yīng)小于1.0m。 (4)如果遇地下障礙物套管無法超前時,可向套管內(nèi)注入一定量的水,使其保持一定的反壓力來平衡A樁混凝土的壓力,以阻止“管涌”的發(fā)生。 (5)B樁成孔過程中應(yīng)注意觀察相鄰兩側(cè)A樁混凝土頂面,如發(fā)現(xiàn)A樁混凝土下陷,則應(yīng)立即停止B樁開挖,并一邊將套管盡量下壓,一邊向B樁內(nèi)填土或注水,直到完全制止住“管涌”為止。3.3 遇地下障礙物的處理 鉆孔咬合樁A樁超緩凝土要受到時間的限制,遇到地下障礙物處理起來比較困難,因此它一般適用于軟土地層的地質(zhì)環(huán)境中,而不宜在巖層中施工。施工前必須對地質(zhì)情況十分清楚,對一些比較小的障礙物,如卵石層,體積小的孤石等,可以先抽干套管內(nèi)積水,然后再吊放作業(yè)人員下去將其清除。當(dāng)需進(jìn)行樁端嵌巖時,可采用十字沖錘進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)至設(shè)計標(biāo)高處。3.4分段施工接頭的處理方法 本基坑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)全部采用鉆孔咬合樁,為保證工程進(jìn)度,現(xiàn)場配備4臺液壓搖動式全套管樁機(jī)(簡稱全套管鉆機(jī)),為處理好施工段的接頭,實現(xiàn)咬合樁的三重功效,在施工段的端頭設(shè)置一個砂樁(成孔后用砂灌滿),后施工段施工時挖出砂灌注混凝土即可,如圖3所示。3.5 事故樁的處理 在鉆孔咬合樁施工過程中,因A樁超緩凝混凝土的質(zhì)量不穩(wěn)定出現(xiàn)早凝現(xiàn)象或機(jī)械設(shè)備故障等原因,造成鉆孔咬合樁的施工未能按正常要求進(jìn)行而形成事故樁,處理辦法有以下3種: (1)平移樁位單側(cè)咬合:B樁成孔施工時,其一側(cè)A1樁的混凝土已經(jīng)凝固,使套管鉆機(jī)不能按正常要求切割咬合A1、A2樁,處理方法是向A2樁方向平移B樁位,使套管鉆機(jī)單側(cè)切割A(yù)2樁施工B樁,并在A1樁和B樁外側(cè)另增加一根旋噴樁作為防水處理,如圖4所示。 (2)背樁補(bǔ)強(qiáng):B1樁成孔施工時,其兩側(cè)A1、A2混凝土均已凝固,處理方法是放棄B樁的施工,調(diào)整樁序繼續(xù)后面咬合樁的施工,以后在B1樁外側(cè)增加3根咬合樁及兩根旋噴樁作為補(bǔ)強(qiáng)防水處理,并在基坑開挖過程中將A1和A2樁之間的夾土清除,噴上混凝土即可,如圖5所示。 (3)預(yù)留咬合鍥口。在B1樁成孔施工中發(fā)現(xiàn)A1樁混凝土已有早凝傾向但還未完全凝固時,此時為避免繼續(xù)按正常順序施工造成事故樁,可及時在A1樁右側(cè)施工一砂樁以預(yù)留出咬合鍥口,待調(diào)整完成后再繼續(xù)后面樁的施工,如圖6所示。4 結(jié)束語 (1)本工程地質(zhì)條件、工程環(huán)境復(fù)雜,整個基坑處于軟土地區(qū)中,且地下水豐富,水位較高,采用咬合樁有較強(qiáng)的針對性,加快了施工進(jìn)度,保證了施工質(zhì)量,效果明顯。 (2)采用全套管鉆機(jī)成孔,無須排放泥漿,施工現(xiàn)場文明;無縮孔、斷樁等常見的鉆孔灌注混凝土樁的通病。 (3)咬合樁的關(guān)鍵工序為全套管成孔和成樁的垂直度控制以及混凝土超緩凝技術(shù)。出現(xiàn)故障時,采用上述處理方法,能快速、有效地處理施工過程出現(xiàn)的常見事故,加快了施工進(jìn)度,保證了施工質(zhì)量,為鉆孔咬合樁施工提供了新的思路,對同類工程施工有參考和借鑒價值。
