氣舉反循環成槽法在汾河二壩攔河閘改造項目板樁施工中的應用

李潤清

(山西省水利建筑工程局，太原 030006)

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氣舉反循環成槽法在汾河二壩攔河閘改造項目板樁施工中的應用

李潤清

推廣應用

(山西省水利建筑工程局，太原 030006)

地下混凝土板樁是一項質量要求嚴格,施工工序繁多,并且需要在較短的時間內不間斷完成一個墻段的地下隱蔽工程，文章結合汾河二壩攔河閘改造施工現場的實際情況，對成功運用氣舉反循環法成槽工藝施工地下混凝土板樁的經驗進行總結，發現不足，提高水平，改善工藝，以便指導今后類似工程的施工，提高工程質量，加快工程進度。

氣舉反循環；成槽；鋼筋混凝土板樁；工藝特點；施工方法

0 引 言

汾河二壩攔河閘是一座以灌溉為主的大(2)型水閘工程。該閘建于20世紀60年代末，目前工程整體老化、年久失修，損壞十分嚴重，防洪安全隱患問題突出。本次改造的主要內容由舊閘加固改造、新擴建4孔水閘等組成。新擴建水閘的地基處理是工程的關鍵任務，本工程新增4孔水閘地基處理設計為碎石樁。鑒于汾河河道地質條件的特殊性，鋼筋混凝土板樁施工成為了難點，而地下混凝土板樁的關鍵在于成槽，經過研究討論、現場試驗以及施工經驗，決定采用氣舉反循環法作為成槽工藝，該成槽工藝與以往抓斗成槽、沖擊鉆成槽、及回轉式成槽技術相比即保證了工程質量，又降低了施工成本，還縮短了工期[1]。

1 工藝特點及適用范圍

1.1 工藝特點

近幾年氣舉反循環法成槽工藝日漸普及，與以往抓斗成槽、沖擊鉆成槽及回轉式成槽技術相比，該施工工藝有以下特點：

1)集成槽、制漿、清渣、洗槽于一體，成槽工效高，成本低，效益較顯著。

2)設備簡單輕巧，行走靈活方便。能保證成槽的垂直度且設備對槽壁的擾動少，擴孔系數較小，完成的槽壁光滑而且穩定，可順利地吊放鋼筋籠，混凝土超量少[2]。

1.2 適用范圍

適用于軟黏土、粉質黏土、粉砂及小顆粒砂礫層等地質條件。特別在周邊建筑物密集、施工場地狹窄，或鄰近重要建筑物處皆能安全而高效率地進行施工，或在河道、山區、碼頭等地形比較險峻的地方更能體現出它的優點。本工程的地下混凝土板樁施工地處河道、地質條件復雜、緊鄰舊閘、施工場地狹小，采用氣舉反循環法成槽工藝不失為一種很好的選擇[3]。

2 主要施工方法

2.1 施工準備

1)根據施工需要，投入的成槽、灌注等機具設備必須經過調試且處于完好狀態。

2)工程開工前，施工技術人員必須認真熟悉圖紙，進行圖紙會審和工程技術交底，認真作好施工組織設計。

3)成槽前應先進行導墻施工，導墻開挖用機械開挖，人工修邊，導墻混凝土為C30。

4)廢棄泥漿需用污泥泵抽排到施工現場外，污泥泵抽排能力需滿足正常施工需要。

2.2 施工原理

1)工藝：采用導管氣舉反循環鉆機成槽工藝，該法又稱“氣舉反循環”法[4]。

2)工藝流程及現場施工圖如圖1～圖3所示：

圖1 地下混凝土板樁施工流程圖

圖2 成槽示意圖

圖3 成槽施工圖

2.3 施工順序

根據本工程的規模及進度要求，投入1臺成槽機進行施工，槽段劃分控制在5～6m，槽段過長對混凝土接頭連接不密實，易出現夾渣滲水現象。具體施工順序如圖4所示：

圖4 成槽施工順序圖

3 質量控制

3.1 關鍵過程質量控制

3.1.1 成槽控制

1)為了確保槽壁穩定，在成槽過程中槽內的泥漿液面距離槽口頂面高度<30cm。

2)軌道鋪設應平整，以確保成槽、成孔臺車的穩定性、垂直度。軌道用24/m輕軌，距地下混凝土板樁中心線兩邊1.25m鋪設兩道，軌道安裝質量標準見表1，導墻及軌道安裝如圖5所示。

表1 軌道安裝質量標準

圖5 導墻及軌道安裝示意圖

3)成槽、成孔結束后應進行清底置換泥漿工作，清底置換泥漿應認真徹底，必要時須進行二次清槽，置換后的泥漿比重應1.1～1.2。

4)槽底沉渣清除工作非常關鍵，在泥漿置換的同時，應利用噴導管沿槽底往返移動，將沉積在槽底的沉渣噴出，清槽工作結束后槽底沉渣應≤10cm。

3.1.2 鋼筋籠制作安放、檢驗控制

1)施工所用鋼材進場必須附有產品合格證及檢驗報告，鋼材進場后并需復檢，待試驗結果合格后方可使用該批鋼材[5]。

2)鋼筋籠水平筋采用閃光對焊接頭，主筋采用雙面搭接焊連接，當接頭數量達到規范送檢要求時，及時將連接件送試驗中心做抗拉、抗彎試驗，待試驗結果合格后，該批對焊及錐螺紋連接鋼筋方可用于鋼筋籠制作。

3)焊接接頭應進行外觀檢查，外觀檢查應符合相關規范的質量標準。

4)鋼筋骨架和網片的交叉部位采用點焊形式，焊接過程中不得出現咬肉現象，焊渣、焊瘤應清除干凈。

5)鋼筋籠制作完成驗收合格后開始安放，安放過程中必須豎直，下放速度要緩慢，以免擦傷已經成型的槽壁，并嚴禁沖放鋼筋籠，以免使鋼筋籠變形[6]。

3.1.3 混凝土灌注

1)混凝土所用水泥、砂、石，必須送檢，經試驗合格后方可使用。

2)和易性、流動性是澆注水下混凝土的關鍵，混凝土坍落度控制在18～22cm。

3)混凝土應具有良好的流動性、和易性，砂率≥40%，擴散度在36～42cm，混凝土初凝時間應控制在4h左右。

4)混凝土灌注過程中保持連續灌注且混凝土面均勻上升，混凝土灌注過程中工程技術人員應經常用測繩檢測灰面上升速度，通過計算(導管長度減混凝土面高度)確保埋管深度控制在1～6m。

3.1.4 鎖口管安放及拔出

1)鎖口管制作采用10mm壁厚、直徑800mm螺旋鋼管制作，長度14m。

2)鎖口管安放時應垂直，本工程的鎖口管分兩節安裝，采用插隼式連接[7]。

3)起拔鎖口管應嚴格控制時間，第一次拔動時間是在混凝土灌注兩小時后拔動，第一次拔出鎖口管的長度為10～20cm，第一次拔鎖口管時間過早，會使混凝土流到鎖口管內，時間過晚，鎖口管不宜撥出，鎖口管有可能被埋在混凝土內，第一次拔動鎖口管后，每各20分鐘拔動一次鎖口管，每次撥出鎖扣管長度不宜過長，應控制在20cm左右，直至鎖口管全部拔出。

3.2 特殊過程質量控制

3.2.1 施工泥漿

1)根據地質情況，該工程部位主要由粉土、砂土、粉質黏土組成，泥漿可用原土造漿法制造泥漿，所制泥漿質量標準如表2所示：

表2 泥漿質量標準

2)泥漿應滿足成槽施工需要，比重控制在1.1～1.2。

3)現場應準備紅土及水泥，配制高比重泥漿，防止在成槽過程中遇見流砂，如果出現流砂現象，應立即注入高比重泥漿，通過加大靜水壓力，防止因流砂塌槽現象。

3.2.2 地下混凝土板樁成槽

成槽施工是地下混凝土板樁施工的關鍵工序，成槽好壞將直接影響混凝土板樁的施工質量，所以，在施工過程中應嚴格控制各道工序。

1)軌道鋪設：軌道鋪設應嚴格控制，必須采用儀器定位、找平，只有保證軌道鋪設的平整度，才能滿足成槽臺車的穩定和槽壁的垂直度。

2)成槽后的槽深和槽寬等均應滿足規范要求，具體如表3所示。

表3 成槽質量標準

3)在施工過程中應當對鉆頭、鉆具磨損情況仔細復核，如磨損嚴重或損傷應及時更換。

4)成槽過程中泥漿應該回收利用，通過渣斗沉淀后泥漿重復使用，待渣斗內裝滿沉淀泥渣后，應運往指定地點傾倒。

5)成槽完成后要及時清底置換泥漿，利用氣舉反循環法將槽底漿渣混合物由噴導管噴出，清孔換漿結束后槽內泥漿比重1.2～1.3之間，槽底沉淀物厚度需滿足設計及規范要求。

6)如遇到局部塌槽現象，應將泥漿的比重調大，從而使得靜水壓力增加，防止塌槽現象擴大；如果嚴重塌槽應采取回填黏土或土拌水泥，靜置一段時間后再重新成槽。

3.2.3 鋼筋籠制作與安放

1)鋼筋籠現場制作。根據施工圖紙要求下料、成型，水平筋采用閃光對焊，主筋采用雙面搭接焊連接。制作前應先進行場地平整。

2)鋼筋籠上應焊有足量的保護板，保護板應采用5mm厚的鋼板,布設間距為水平0.8m，豎向1.8m。

3)鋼筋籠制作過程中主筋與箍筋的間距控制應滿足規范要求。

4)箍筋與主筋采用點焊連接，鋼筋焊接質量必須滿足施工規范要求。

5)本工程的鋼筋籠長約9m，在運輸及起吊過程易產生扭曲變形，所以鋼筋籠應有足夠的剛度，為避免在運輸和起吊過程中發生不可恢復變形，鋼筋籠采用吊車多點起吊，待鋼筋籠完全豎直后再緩緩安放入槽。

6)鋼筋籠安放入槽過程中為了避免擦傷槽壁，應徐徐下放，并保持鋼筋籠豎直向下，安放過程中嚴禁強行下放鋼筋籠。

3.2.4 混凝土拌制及灌注

1)灌注混凝土采用直升雙導管法，根據鋼筋籠的排間距，選擇導管內徑為φ250mm，為便于拆裝導管以及確保連接牢固，導管接口采用絲扣連接。

2)導管底部距孔底的距離應≤25cm，切記應向管內放入排水膽。

3)混凝土灌注必須連續均勻，槽內混凝土面上升速度不宜過快，應控制在≥2m/h。混凝土板樁灌注頂高程應比設計高出50cm以上，以保證鑿除混凝土板樁頂部浮漿后，墻頂混凝土質量仍然能夠達到設計要求[8]。

4 經驗與建議

1)在新回填區及易塌方地段，為確保槽壁穩定，泥漿比重適當增大，以防踏孔導致澆筑混凝土板樁的工程量加大。

2)由于每個水利工程都有它自身的特殊性，本工程位于河道上，砂層較厚，為防止砂子沉淀過快，導致槽壁塌方，混凝土澆注前應適當增大泥漿比重。

3)鎖口管起拔時為防止拔管過程中出現機械故障，在拔管架安放前應對其機械性能進行檢查。

5 結 論

氣舉反循環法成槽工藝澆筑混凝土板樁的工效高，在砂層較厚的河道上，具有質量有保障、施工成本低、墻體整體性能好等特點，槽段接頭無夾泥現象，防滲效果十分理想。經對比分析并結合以往的施工經驗，采用氣舉反循環法成槽比傳統抓斗成槽、沖擊鉆成槽等技術降低成本35%，工期縮短約20%，具有明顯的經濟效益和社會效益。

[1]徐琛琛.堤壩除險加固的整澆切割混凝土面板護坡研究[D].長沙：長沙理工大學,2012.

[2]晁新秀.擋土墻和抗滑樁在邊坡防護措施中的應用研究[D].濟南：山東大學,2013.

[3]范紅英.黃土邊坡剝落病害機理及防治技術研究[D].西安：長安大學,2012.

[4]秦衛星,劉劍鋒,徐琛琛.整澆切割混凝土面板堤壩護坡技術及應用[J].施工技術,2013(21):44-46.

[5]張志.淺談水利工程混凝土施工的質量控制[J].水利技術監督，2015(05)：25-27.

[6]楊洋.水利工程施工現場危險源管理研究[J].水利規劃與設計，2015(07):64-67.

[7]鄭長海，陳友山，張樣敏，關海龍.大壩混凝土護坡現澆施工新工藝[J].水利天地，2001(05)：39-40.

[8]曾國熙，等.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1996：66-68.

2016-09-02

李潤清(1975-)，男，山西大同人，助理工程師，從事水利水電工程施工、管理等工作。

1007-7596(2016)09-0090-04

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