氣舉和泵吸反循環(huán)施工黏土層大直徑長(zhǎng)樁工藝

李志強(qiáng)

1 工程概況

橋址區(qū)位于古淮河沖積平原上,地勢(shì)平坦開(kāi)闊。橋址處以運(yùn)河為界,整體東高西低,地面標(biāo)高5.00 m～7.40 m。橋址區(qū)地層均為第四系松散堆積物,即為全新統(tǒng)Qal+14和上更新統(tǒng)Qa+13地層。中部地層自標(biāo)高-12.4～-39.4巖性主要為灰色～深灰色亞黏土,夾黏土及亞砂土,局部含貝殼,軟塑～硬塑。下部主要為亞砂土和砂層,灰色,飽水,混粘粒,夾黏性土,局部砂層膠結(jié)良好,堅(jiān)硬呈巖石狀,密實(shí)～極密實(shí),又稱(chēng)“砂礓石”。

橋址區(qū)地下潛水不發(fā)育,主要分布于上部,含水層以古淮河沖積物粉砂薄層的亞黏土為主,地下水水位在5.20 m～6.40 m。京杭運(yùn)河為區(qū)內(nèi)重要通航航道,河道順直,西岸最高處(河堤)標(biāo)高12.11 m,最低處(河底)標(biāo)高0.71 m,最大高差11.4 m。

2 施工過(guò)程

2.1 鉆孔平臺(tái)設(shè)置

墩位于京杭運(yùn)河西側(cè)河堤邊坡上,最低處標(biāo)高7.6 m,最高處標(biāo)高12.11 m,13號(hào)墩樁頂標(biāo)高+1.806 m,樁底標(biāo)高:-78.194 m,樁長(zhǎng)80 m。將河堤高處開(kāi)挖降低,把開(kāi)挖的土方填向邊坡的低洼處,采用挖掘機(jī)逐層碾壓,在臨水側(cè)打鋼板樁擋土,形成鉆孔平臺(tái),平臺(tái)標(biāo)高9.0 m。13號(hào)主墩投入2臺(tái)HY-500型鉆機(jī)。

鉆孔平臺(tái)平面用水準(zhǔn)儀整平。在鉆孔施工中,隨時(shí)用平尺檢查鉆機(jī)平臺(tái)的水平度,發(fā)現(xiàn)平臺(tái)不平,及時(shí)操墊。

2.2 護(hù)筒制作與埋設(shè)

1)鋼護(hù)筒制作。鋼護(hù)筒采用A3鋼板卷制,壁厚14 mm,內(nèi)徑2.80 m。共制作12只,13號(hào)墩與14號(hào)墩各6只,輪流周轉(zhuǎn)使用。鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為 6 m,分 2節(jié)制作,上節(jié)為1 m,下節(jié)為5 m,1.0 m節(jié)可周轉(zhuǎn)使用。護(hù)筒在工廠內(nèi)制作,鋼板拼接縫采用剖口焊,用煤油涂白粉的方法檢查焊縫質(zhì)量。制作中對(duì)其圓度和端面平整度、法蘭平行度進(jìn)行了嚴(yán)格控制。

2)鋼護(hù)筒埋設(shè)。根據(jù)土質(zhì)的分布情況確定護(hù)筒的埋深為5 m,施工時(shí),鋼護(hù)筒的實(shí)際埋入深度根據(jù)具體情況進(jìn)行了調(diào)整,原則上要求鋼護(hù)筒埋深必須穿過(guò)軟弱土層并沉入黏土層1.0 m～1.5 m。埋入后的鋼護(hù)筒高出地面約1.0 m,并高于施工期運(yùn)河水位約1.5 m。

2.3 泥漿循環(huán)系統(tǒng)及泥漿制備調(diào)整

泥漿池就近布置在運(yùn)河西岸鉆孔平臺(tái)南側(cè),將原地面整平壓實(shí),泥漿池墻體用紅磚砌筑、砂漿抹面,池底用碎石鋪墊后澆筑6 cm厚混凝土,容積450 m3。泥漿池分為3個(gè)池,即造漿池、回漿池、沉淀池,各池隔墻開(kāi)缺口連通,泥漿池頂高于護(hù)筒口以便形成反循環(huán)。由于鉆孔平臺(tái)較高,泥漿槽采用在地面挖溝布置,溝底及側(cè)壁用土袋堆碼,上面用彩條布覆蓋。泥漿槽兩端與泥漿池、護(hù)筒相接,形成泥漿回流通道。泥漿池的開(kāi)口處裝有閘門(mén),以控制流量。

1)泥漿制備。主墩各準(zhǔn)備一臺(tái)泥漿容積不小于1 m3的泥漿攪拌桶適時(shí)拌制新漿,優(yōu)質(zhì)的泥漿可使孔壁形成一層粘性好、密度大、抗?jié)B性高的泥皮,這層泥皮可阻止孔內(nèi)泥漿外滲,大大減緩孔內(nèi)水頭降低的速度,是保證孔壁穩(wěn)定的有效措施。本工程配制泥漿的主要原料為膨潤(rùn)土和水,摻加了適量的純堿和CMC,其配合比為:水∶膨潤(rùn)土粉∶碳酸鈉∶CMC=100∶12∶0.22∶0.17。 配制的新漿指標(biāo)為:比重 1.06～1.07,稠度18 s～22 s,含砂率小于1%,膠體率大于95%,失水量小于15 mL,pH值為8～10;泥漿配制的加料順序?yàn)?先加水再加膨潤(rùn)土和堿,攪拌3 min后,加CMC再攪拌1 min,總攪拌時(shí)間控制為5 min。新漿制備好以后泵入新漿儲(chǔ)備池,待泥漿與堿作用24 h后投入使用。針對(duì)各地層的地質(zhì)特點(diǎn),制定了各地層鉆孔時(shí)的進(jìn)漿控制指標(biāo),具體如表1所示。

表1 鉆孔地層與泥漿指標(biāo)表

2)調(diào)整。及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)有利于提高鉆孔效率,在施工過(guò)程中我們對(duì)泥漿指標(biāo)實(shí)施了24 h監(jiān)控,每2 h監(jiān)測(cè)一次。當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿指標(biāo)不合格時(shí),及時(shí)調(diào)整,如泥漿粘度小于17 s時(shí),由儲(chǔ)漿池向孔內(nèi)補(bǔ)充部分粘度為19 s～22 s的新漿加以中和調(diào)整。

2.4 鉆孔、清孔及檢孔

2.4.1 鉆孔中主要注意事項(xiàng)

1)鉆機(jī)護(hù)筒要準(zhǔn)確定位。2)鉆機(jī)具安裝牢固及時(shí)檢查。3)采取措施防止鐵件落入孔內(nèi)。

2.4.2 成孔

1)鉆機(jī)就位后,試機(jī)檢查。a.將鉆頭下降到離孔內(nèi)土面約30 cm處,把供漿管接至鉆機(jī)水龍頭上,開(kāi)啟供漿泵使新制泥漿自鉆桿壓入孔內(nèi)。b.接通供風(fēng)、供漿管路,檢查各管路不得有漏風(fēng)、漏漿現(xiàn)象。c.開(kāi)啟供風(fēng)閥供風(fēng),在鉆孔護(hù)筒范圍內(nèi)用氣舉法使泥漿開(kāi)始循環(huán),觀察鉆桿、供風(fēng)、供漿、排漿管路、水龍頭等有無(wú)漏氣、漏水現(xiàn)象,持續(xù) 5 min,無(wú)故障即可開(kāi)始鉆進(jìn)。2)鉆進(jìn)。a.表層的黏土層采取正循環(huán)施工法鉆進(jìn),先啟動(dòng)泥漿泵,通過(guò)鉆桿、鉆頭將泥漿壓入孔底,待泥漿輸入孔中一定數(shù)量后,即泥漿正常循環(huán)后,開(kāi)始鉆進(jìn)。b.當(dāng)鉆頭在鉆離護(hù)筒底口上下各1 m時(shí),采取低轉(zhuǎn)速(4 r/min)、低鉆壓(3 t)、低進(jìn)尺鉆進(jìn)。c.當(dāng)正循環(huán)鉆孔至鉆頭在泥漿中深達(dá)到12 m以后,更換為氣舉反循環(huán)鉆孔。為了保證成孔的垂直度,采用減壓鉆進(jìn),在鉆頭上增加配重。鉆壓由公式推算,鉆壓 P=7.6×(P0-P1),其中,P1為鉆進(jìn)泵鉆進(jìn)時(shí)的讀數(shù);P0為鉆進(jìn)泵懸空靜止時(shí)的讀數(shù)。鉆進(jìn)時(shí)按換算后的油表壓力進(jìn)行控制。

2.4.3 清孔

至終孔標(biāo)高前15 cm開(kāi)始調(diào)整泥漿指標(biāo),終孔后提起鉆頭30 cm～50 cm采取換漿法清孔。

新漿要在靜置24 h以后,重新攪拌均勻后再用于清孔,第一次清孔對(duì)保證沉淀層厚度不超標(biāo)是相當(dāng)重要的,必須認(rèn)真對(duì)待。

2.4.4 檢孔

成孔后需對(duì)孔深、鉆孔的垂直度、孔徑、沉淀厚度等進(jìn)行檢測(cè),以檢驗(yàn)成孔質(zhì)量。對(duì)孔底高程的檢測(cè),先以鉆桿長(zhǎng)度測(cè)量計(jì)算,待鉆機(jī)移位后,再用鋼絲測(cè)繩進(jìn)行復(fù)測(cè),要求兩者結(jié)果相符合;對(duì)孔徑和鉆孔傾斜率的檢測(cè),采用專(zhuān)用鉆井灌注樁檢測(cè)系統(tǒng);對(duì)孔底沉淀層厚度的檢測(cè)采用鋼絲測(cè)繩。

3 成孔及成樁質(zhì)量

由于前期指定了質(zhì)量保證措施,在整個(gè)鉆孔過(guò)程中,嚴(yán)格控制各個(gè)施工工序,成孔后的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期目的,檢測(cè)結(jié)果如下:36根樁孔的孔斜率全部小于1%,泥漿三項(xiàng)指標(biāo)全部在:比重1.08～1.10、粘度大于22 s、含砂率小于4%;孔內(nèi)沉淀土厚度不大于50 cm;成樁后使用超聲波檢測(cè)樁體質(zhì)量,36根樁全部為A類(lèi)樁,主墩樁基質(zhì)量?jī)?yōu)良。

4 結(jié)語(yǔ)

1)在黏土地層,采用回轉(zhuǎn)鉆泵吸反循環(huán)和回轉(zhuǎn)鉆氣舉反循環(huán)兩種工藝,鉆直徑2.5 m、深90 m(鉆孔深度)的孔,成孔及成樁質(zhì)量均優(yōu)良,說(shuō)明以上兩種工藝成熟、可靠。2)對(duì)采用以上兩種工藝鉆孔的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)得出:a.在黏土地層,采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),泵吸反循環(huán)工藝成孔質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)上相對(duì)要稍劣于氣舉反循環(huán),表現(xiàn)在孔彎曲超限,需進(jìn)行二次掃孔;另充盈系數(shù)也較大,達(dá)到了1.123。b.泵吸反循環(huán)工藝無(wú)論從單位時(shí)間進(jìn)尺還是總工期,均明顯優(yōu)于氣舉反循環(huán)。c.鉆黏土地層時(shí)鉆機(jī)所用鉆頭刀齒間距不宜過(guò)小,刀齒不宜過(guò)短,這樣有利于切土鉆進(jìn),不易糊鉆。

14號(hào)主墩采用洛陽(yáng)九久技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的雙腰帶四翼梳齒刮刀鉆頭2只,刀齒安排較密,翼板上刀齒間距10 cm左右,刀齒長(zhǎng)15 cm,伸出翼板8 cm。

13號(hào)主墩自制2只單腰帶3翼梳齒鉆頭,腰帶為2 cm鋼板卷制,翼板采用4 cm鋼板焊制,均為A3鋼板;刀齒采用汽車(chē)彈簧鋼板焊制,刀齒間距15 cm,刀齒長(zhǎng) 22 cm,伸出翼板12 cm。

從黏土層鉆孔施工效率看,13號(hào)墩所用鉆頭優(yōu)勢(shì)明顯。

所以,黏土地層大直徑長(zhǎng)樁應(yīng)優(yōu)先選用泵吸反循環(huán)工藝,選用適當(dāng)?shù)你@機(jī)、鉆頭和鉆進(jìn)工藝,有利于提高鉆進(jìn)效率。

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