湖南大直徑樁基礎(chǔ)氣舉反循環(huán)施工工藝

大直徑樁基礎(chǔ)氣舉反循環(huán)施工工藝xx【摘要】本文以xx5號特大橋為例，介紹了大直徑樁基礎(chǔ)氣舉反循環(huán)施工工藝。實踐證明，在超厚卵石層復(fù)雜地質(zhì)條件下，該工藝具有較好的適用性，為類似工程提供借鑒。【關(guān)鍵詞】氣舉反循環(huán)；大直徑樁；復(fù)雜地質(zhì)；施工工藝1、工程概況xx5號特大橋橫跨沅江，主橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁——連續(xù)剛構(gòu)體系，橋面總寬度為31.5米，橫向為左右分離的兩幅橋面，每半幅箱梁采用單箱單室直腹板斷面。水中墩臺8座，其中主橋墩6座，為群樁基礎(chǔ)，每墩位12根鉆孔灌注樁，直徑2.2m，樁長72m（基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)見圖1-1）。主墩間距為130m，主橋邊墩與引橋墩間距75m。xx為xx地區(qū)重要的2級航道，日夜通航。河水受季節(jié)變化影響較大，其中4月-7月為區(qū)域性暴雨頻發(fā)段，是98年特大洪水的主災(zāi)區(qū)。正常施工水位下，工區(qū)水深12～17m。圖1-1主橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖2、地質(zhì)條件受長期洪水沖刷影響，該段流域河床起伏較大，河床覆蓋厚度為20～25m厚的卵石，該卵石層主要特征為：灰褐～黃褐色，稍密～密實，飽和，卵石含量一般50-60％母巖成分主要為石英及石英砂巖，粒徑一般20-60mm，大者300mm以上，泥、砂質(zhì)充填，顆粒級配較差。鉆孔樁范圍內(nèi)地質(zhì)土層自上而下主要由：（1）卵石：雜色，中密，飽和，卵石含量約70％，顆粒級配一般，粒徑30-80mm，大者250mm以上，泥、砂質(zhì)充填，顆粒級配較差。分層厚度20m~25m。（2）粘土；灰黑色，可塑，稍濕，底部見0.06m原礫巖漂石。分層厚度約7m。（3）圓礫：灰褐色，稍密～中密，飽和，礫石含量約60％，母巖成分主要為弱風化硅質(zhì)巖，石英巖，泥沙質(zhì)填充。顆粒級配差，粒徑一般20mm，分層厚度約14m。（4）泥巖：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，固結(jié)很差，節(jié)理裂隙不發(fā)育，易風化，崩解，巖質(zhì)極軟，有滑膩感，巖體完整。分層厚度約34m。3、施工準備3.1“三通一平”成孔準備（1）施工便道：伍家嘴村鄉(xiāng)村水泥路，大堤橫道路，攪拌站至鋼棧橋平臺自建便道形成循環(huán)，保證路線暢通，。（2）施工用水：武陵區(qū)xx江水用水泵就地引進使用，送檢合格。（3）施工用電：315KVA變壓器2臺，400KVA變壓器1臺，發(fā)電機另配備（每兩機1臺）。（4）鉆孔平臺：鋼棧橋鉆孔平臺下部鋼管樁進行加固處理，與所在平臺鋼護筒固結(jié)形成整體，保證鉆機平整、牢固，保證機械操作需要和安全。3.2泥漿池、沉淀池、循環(huán)池（1）單幅6根鋼護筒用聯(lián)通管彼此連接，形成泥漿池與泥漿循環(huán)系統(tǒng)。(2)選用簡易過濾箱進行渣漿分離。見圖3.2.（3）配制好開鉆前必需的泥漿，選用黃粘土、膨潤土、燒堿、水泥造漿（圖）。圖過濾箱圖膨潤土4、鉆孔機械。300型氣舉反循環(huán)鉆機（2200㎜鉆孔灌注樁）。GF-300型鉆機性能參數(shù)表設(shè)備型號GF-300氣舉舉反循環(huán)最大鉆孔直徑(mm)3最大鉆孔深度(mm)120最大輸出扭矩(KKN.m)130最大提升能力(tt)65外形尺寸(長×寬×高)(m)8.7×5.5××12.5552循環(huán)方式氣舉反循環(huán)鉆機總重量(t))主機42鉆具60鉆機總功率(kww)主機90循環(huán)系統(tǒng)13325、氣舉反循環(huán)鉆機工作原理。氣舉反循環(huán)鉆機利用空壓機的壓縮空氣，通過安裝在導(dǎo)管內(nèi)的風管送至樁孔內(nèi)，高壓氣與泥漿混合，在導(dǎo)管內(nèi)形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物，漿氣混合物因其比重小而上升，在導(dǎo)管內(nèi)氣鋌底端形成負壓，下面的泥漿在負壓的作用下上升，并在氣壓動量的聯(lián)合作用下，不斷補漿，上升至氣鋌混合器的泥漿與氣體形成氣漿混合物后繼續(xù)上升，從而形成流動，因為導(dǎo)管的內(nèi)斷面積大大小于導(dǎo)管外壁與樁壁間的環(huán)狀斷面積，便形成了流速、流量極大的反循環(huán)，攜帶沉渣從導(dǎo)管內(nèi)反出，排出導(dǎo)管以外（圖5.1）。圖5.1氣舉反循環(huán)原理簡圖6、工藝流程6.1施工流程平臺驗收→樁位放線→埋設(shè)護筒→鉆機就位→鉆進→清孔→安放鋼筋籠→二次清孔→灌注水下砼樁位放樣按照設(shè)計圖紙所提供的坐標，用全站儀測出鉆孔樁的準確位置，進行標定。把樁孔中心用“十”字交叉法引到鉆孔樁機下鋪設(shè)好的鋼軌墊木上固定，作為控制護筒及鉆機對位的依據(jù)，并把高程引到剛棧橋面上作為施工時測量樁基礎(chǔ)深度的依據(jù)。鋼護筒埋設(shè)為確保施工質(zhì)量及安全，主墩2.2m徑樁基護筒采用14mm厚的鋼板制成，直徑2.5m，為增強護筒鋼度在護筒頂口、底口以及中間部位每5.0m左右設(shè)置加強箍，加強箍采用厚14mm、寬500mm鋼板緊貼于護筒外壁焊牢。每根鋼護筒整節(jié)在后場加工制作，為避免鋼護筒在起吊運輸過程中變形，每節(jié)鋼護筒端頭用型鋼各焊接一道“米”字形內(nèi)撐，待起吊后割去內(nèi)撐。鋼護筒采用80T浮吊，DZ180吊振動錘整體沉樁，鋼護筒先用1000噸的方駁運入樁位附近，用80T浮吊進行施工。首先先定好定位框中心位置，然后用履帶吊將鋼護筒吊入定位框內(nèi)。然后用履帶吊換振動錘開始打入，振動錘中心線與護筒中心位置一致。護筒下沉到位后，采用型鋼將頂口與平臺固定。鋼護筒下沉精度要求：平面位置偏差<5cm，傾斜率<1%。最小埋置深度計算如下： L=［（h+H）ro—Hrw］/（rd-ro） 式中L：護筒埋置深度； H：最高潮位至最低河床沖刷線深度為：29.5-12.85=16.65m； h：護筒內(nèi)外水頭差為：2m ro：護筒內(nèi)泥漿比重：13kN/m3 rw：水的比重：10kN/m3 rd：護筒外河床土層飽和容重19.6kN/m3 rd=(△+e)/(1+e)×r△：土層的相對密度，取平均值2.70kN/m3e：孔隙比0.737計算可得護筒埋置深度為10米，但考慮到鋼護筒埋在打入卵石層的最大打入深度，我們先打入5米，并采用丙炳酰胺即PHP泥漿調(diào)節(jié)泥漿和護筒跟進的方案進行試驗性施工，在水深14m左右的情況下，鋼護筒長度為18-21m，入土深度為4-7m，實踐證明，已基本能滿足施工要求。護筒埋設(shè)好后，進行垂直度驗收。驗收合格后，把樁孔中心及標高用十字交叉法引到護筒壁，并在四周設(shè)控制點。圖鋼護筒施工鉆機就位及孔位校正鉆機安裝就位時，底座支墊堅實平穩(wěn)，防止位移或沉陷。鉆機平穩(wěn)地就位于埋設(shè)好的護筒上方，安裝鉆機做到周正，水平，穩(wěn)固，機座梁全部承壓，鉆架設(shè)置風纜固定，檢查鉆架頂部滑輪槽→轉(zhuǎn)盤卡孔→護筒中心，三者應(yīng)在一豎直線中，誤差小于±8mm，以保證鉆孔豎向垂直度偏差≤1％。鉆孔施工（1）鉆機就位前，對鉆機的各項準備工作進行檢查，包括場地布置及鉆機座落處的平整與加固，主要機具的檢查及安裝，配套設(shè)備的就位及供電的接通等。經(jīng)過各項準備后，xx5號特大橋于2010年1月27日07：00開鉆第一根樁，里程樁號K104+212，樁號主6墩右幅6號樁。圖氣舉反循環(huán)工藝鉆進圖6.1.4（3）地質(zhì)取樣（2）根據(jù)鉆孔地質(zhì)剖面圖，按不同土層選用適當?shù)你@進速度和泥漿，填寫鉆孔記錄，觀察地質(zhì)報告是否與實際符合。班組交接班時交待鉆進情況及下一班應(yīng)注意事項。（3）開鉆前配備一定數(shù)量的粘土泥漿，先往護筒內(nèi)倒黃黏土，攪漿，泥漿驗收合格后開始鉆進。增加泥漿泵量以保證良好的泥漿護壁效果。鉆孔作業(yè)兩班連續(xù)進行，并經(jīng)常對鉆孔泥漿進行試驗，不合要求時進行改正，注意地質(zhì)層層變化，根據(jù)不同地質(zhì)調(diào)節(jié)泥漿比重及各項性能指標。在地質(zhì)層變化處選取渣樣，裝袋保存，作為依據(jù)，判明土層，并記入記錄表中，以便于地質(zhì)剖面圖核對表泥漿性能參數(shù)表地質(zhì)情況泥漿性能指標比重粘度（s）含砂率（％）膠體率（％）失水率（ml/30minn）泥皮厚（mm/330min）酸堿度PH值砂層22-28≤4≥95≤20≤38-10卵石層1.2～1.25522～28≤4≥96≤20≤2.08～10泥巖1.08～1.11023～26≤2≥96≤20≤2.08～10清孔1.03～1.11020～25≤1≥99≤20≤2.08～10（4）鉆進時，經(jīng)常檢查鉆頭轉(zhuǎn)向裝置，使鉆頭在鉆進中能自由轉(zhuǎn)動。為預(yù)防卡鉆，經(jīng)常檢孔，保障各項指標合格，順利鉆進。（5）升降鉆錐時平穩(wěn)，鉆錐提出井口時防止碰撞護筒孔壁和鉤掛護筒底部。拆裝鉆桿力求迅速。（6）慢速推進，待導(dǎo)向部位全部鉆進土層后全速鉆進。（7）在接長鉆桿時，注意使接頭緊密。（8）連續(xù)補充泥漿維持護筒內(nèi)應(yīng)有水頭，防止孔壁坍塌，在鉆孔排提錐除土或因故停鉆時，保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位和要求的泥漿相對密度及粘度，以防坍孔。（9）根據(jù)土質(zhì)的類別，鉆孔速度及供漿量來確定相應(yīng)的鉆進速度，使其達到最佳進度，并確保成孔的垂直度。設(shè)專人檢查及作鉆進記錄，經(jīng)常測試泥漿比重，保持孔內(nèi)水面標高，嚴防斜孔、坍孔現(xiàn)象的發(fā)生。鉆經(jīng)不同的土、巖層，采取不同比重的泥漿，確保成孔質(zhì)量。xx5號特大橋主6墩選用氣舉反循環(huán)工藝，成孔質(zhì)量好，無明顯漏漿現(xiàn)象。、鋼筋籠制作及吊放（1）鋼筋原材料檢測合格，嚴格按設(shè)計圖紙要求進行，鋼筋間距、焊接、搭接長度符合施工及驗收規(guī)范要求。（2）成型后的鋼筋籠保證平整，不坍腰，焊點牢固，每節(jié)鋼筋籠長度為8～9米，直徑符合設(shè)計圖紙要求，為了保證鋼筋籠成型強度，接頭處加置加勁箍筋。鋼筋的規(guī)格、數(shù)量準確無誤，質(zhì)量合格。（3）檢查孔深、孔徑和垂直度，用探孔器，再核測樁位中心，以便在下鋼筋籠時適當調(diào)整，使鋼筋籠中心與樁位中心偏差在1cm以內(nèi)，待符合要求后，即可吊放鋼筋籠。（4）鋼筋籠采用吊裝入孔（按設(shè)計要求100%樁預(yù)埋聲測管）。為了吊裝時有足夠的剛度，主筋采用直螺紋套筒連接，主筋與加強箍筋全部焊接。鋼筋籠采取分段入孔，接頭錯開，同一斷面的焊接頭數(shù)量和質(zhì)量符合施工規(guī)范。鋼筋籠垂直緩慢放入孔中，防止硬撞孔壁，并隨時校正，保證吊放位置準確無誤。圖（1）鋼筋籠制作圖（4）鋼筋籠吊放（5）鋼筋籠吊放達到設(shè)計標高后，固定牢固。以免在灌注砼過程中發(fā)生掉籠或浮籠現(xiàn)象。聲測管注滿清水，并密封。（6）灌注樁頂要留足與墩臺和柱的連接和錨固鋼筋，并將此高度作為破樁頭的范圍。6.1.6清孔氣舉反循環(huán)清孔由于返漿速度快，清渣效果較好，沉渣層較薄，而沉渣層厚度大小與單樁承載力高低密切相關(guān)，對工程質(zhì)量大有裨益。清孔有以下注意事項：（1）導(dǎo)管下放深度以出漿管底距沉淤面300～400mm為宜，風管下放深度一般以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.5～0.65來確定。

（2）開始送風時應(yīng)先孔內(nèi)送漿（補漿），停止清孔時應(yīng)先關(guān)氣后斷漿。清孔過程中，特別要注意補漿量，嚴防因補漿不足（水頭損失）而造成塌孔。（3）送風量應(yīng)從小到大，風壓應(yīng)稍大于孔底水頭壓力，當孔底沉渣較厚、塊度較大，或沉淀板結(jié)時，可適當加大送風量，并搖動出水管（導(dǎo)管），以利排渣。（4）隨著鉆渣的排出，孔底沉淤厚度較小，出水管（導(dǎo)管）應(yīng)同步跟進，以保持管底口與沉淤面的距離。

（5）清孔后，孔內(nèi)泥漿比重應(yīng)小于1.10，粘度18～20s，孔底沉渣厚度≤5cm。

xx5號橋主6墩為例，右幅6號樁于2010年2月8日09：00成孔，右幅4號樁于2月21日19：30成孔，均嚴格進行第一次清孔法，確保沉渣符合設(shè)計要求深度(不大于10㎝)，將鉆頭提升10－20cm，低速旋轉(zhuǎn)，用泥漿泵抽漿排渣，注入凈化泥漿，清孔后測定泥漿相對密度1.07，量測沉渣厚度（采用帶圓錐形測錘的標準水文繩測定。測錘重量＞1㎏）為5cm，符合施工規(guī)范要求。第二次清孔時間2月10日6：50～8：35，右幅4號樁第二次清孔時間2月23日00：10～2：40，清孔后測定泥漿相對密度1.05，量測沉渣厚度（采用帶圓錐形測錘的標準水文繩測定。測錘重量＞1㎏）為4cm，效果良好，符合施工規(guī)范要求。6.1.7灌注水下砼（1）拌和站自拌砼，外加劑選用高效聚羧酸SYW-3，每立方2.53Kg，首批砼初凝時間6-8h，其坍落度在180±30㎜范圍內(nèi)，細骨料采用級配良好的中粗砂，水灰比用0.45，適當提高含砂率，以提高和易性。（2）灌注水下砼采用直徑300mm的游輪連接導(dǎo)管，導(dǎo)管事先拼裝，并經(jīng)過密封、壓力（1.3Mpa）試驗，符合要求。導(dǎo)管的安裝必須與孔深相對應(yīng)，管底距孔底30-50cm，導(dǎo)管居中固定于孔口架上，裝上漏斗，下裝隔水栓。初灌砼量為10m3，按計算結(jié)果保證埋管深度不小于1.0m的初灌量進行首灌。（3）灌注過程中，實時測量砼面的深度，保證導(dǎo)管在砼面的合理埋入深度，控制在3-6m，現(xiàn)場嚴禁憑經(jīng)驗灌注而將導(dǎo)管提離砼面。（4）嚴格按照設(shè)計配合比攪拌砼然后運送至導(dǎo)管上的漏斗內(nèi)進行灌注。砼泵車的出料口應(yīng)緊接導(dǎo)管上口中，灌注時須進行測量砼面上升高度，填寫好灌注記錄，指導(dǎo)導(dǎo)管的提升和拆卸。（5）保證導(dǎo)管埋入砼內(nèi)有適當?shù)纳疃?，防止?dǎo)管提升過猛而使管底提離砼面或埋入過淺而使導(dǎo)管內(nèi)斷樁夾泥，同時防止埋入過深，而導(dǎo)致管內(nèi)砼壓不出或?qū)Ч鼙豁怕褡〔荒芴嵘?，?dǎo)致中止?jié)补喽鴶鄻?。?jīng)常檢查砼的坍落度，按規(guī)范制作砼試塊，進行養(yǎng)護試驗、檢驗砼的強度。（6）鄰孔樁開鉆滿足至少在該樁灌注砼36小時以后和4d（樁基直徑）距離。7、結(jié)束語鋼護筒垂直度極關(guān)鍵，若不把握好鉆進時可能導(dǎo)致卡鉆，以及鋼筋籠無法下放的問題，從xx5號特大橋施工的2.2m徑樁基來看，出現(xiàn)過鋼筋籠下放困難現(xiàn)象，一定程度上影響施工進度。鋼護筒埋設(shè)須備加注意，嚴格檢查，更