机挖成孔矩形灌注桩的施工与质控-论文

1 / 9 机挖成孔矩形灌注桩的施工与质控（凌颂益） 摘要：介绍了在桥梁桩基工程中，采用液压抓斗机机挖成孔，桩身横截面呈矩形的混凝土灌注桩的主要施工工艺及质量控制方法 包括导墙修筑、护壁泥浆制备与处理，机挖孔身、钢筋笼制作与吊装、桩身混凝土浇注等，以及相应的质量检测方法及质量控制标准。 关健词：机挖成孔 矩形灌注桩 施工与质控 1 工程概况 1.1 场区工程地质条件 工程位于京郊潮白河河床及两侧河堤。河床地面起伏 ,高程 29.60 33.77m 。 河 堤 上 基 本 平 坦 , 高程40.60 41.75m。钻孔揭薄地层自上而 下依次为： 人工填土 层 。 层 底 高 程 为 29.37-33.37m( 河 床 区 ) 和39.91-41.21m(河堤区 )。 新近沉积层。以卵石层为主间有圆砾和亚黏土层分布 ,前者一般粒径 40-60mm。层底高程23.12-34.79m。 全新世洪积冲积层。为卵石层 , 间有圆砾分布。前者粒径大于 20mm 者占总质量的 68.5%, 层底高程20.86-25.60m。 晚更新世洪积 冲积层。主要为卵石层 , 间有亚黏土层分布。钻孔至高程 -8.79m 仍居层中。勘探期内潜水层地下水位 19.20-23.53m, 水面埋身 17.80-20.10(河堤区 )和 8.80-14.00m(河床区 )。上述 一 层为灌注桩穿越2 / 9 层 , 层为桩尖持力层。 1.工程设计要点 京承高速公路潮白河大桥全长 919.18m, 宽 29.50m,双向 6 车道 , 设计荷载为汽 超 20 级 , 全桥为主桥和引桥组成。主桥为三塔斜拉桥 , 长 384m, 共有 3个索塔和 2个边墩。中塔墩柱直径 8.0m, 壁厚 1.50m, 边塔墩柱直径 6.0m, 壁厚1.20m；边墩直径 4.0m, 壁厚 1.0m。中塔和边塔墩柱承台尺寸为 15.0m12.0m, 厚 4.0m, 下置 3 排矩形桩 , 每排 4 桩 , 桩 长 26.0m。边墩承台尺寸为 7.0m8.0m, 厚 3.0m, 下置 2排矩形桩 , 每排 2 桩 , 桩长 18.0m。主桥区矩 形桩截面积尺寸为 2.50m1.00m 。两侧引桥为 3 跨和 4 跨预应力混凝土连续梁桥 , 单侧引桥长 267.59m。河道内 4 跨连续梁的中墩直径 2.20m,河堤上 3 跨连续梁的中墩直径 1.80m, 公用墩直径1.20m。中墩承台尺寸为 3.50m5.00m, 厚 2.5m, 下置 2 桩 , 桩长 18.0m。公用墩承台尺寸为 3.501.80m, 厚 2.50m,下置 1 桩 , 桩长 18.0m。肋板式桥台 , 每个肋 板下接 1 桩 ,桩长22.0m。引桥区矩形桩截面尺寸为 2.50m0.80m 。 主桥、引桥地基共置桩 100 根。主桥区单桩承载力设计值为 12000kN, 引桥区单桩承载力设计值为 5000kN。 机挖成孔矩形灌注桩的施工程序 机械挖孔灌注混凝土矩形桩的主要施工程序如图 1 所示。 3 / 9 机挖成孔矩形灌注桩的主要施工工艺 机挖成孔矩形灌注桩的主要施工工序包括导墙修筑、固壁泥浆制备、机械冲抓造孔、钢筋笼制作与吊置及桩身混凝土浇注等 , 各工序的主要工艺如下所述。 .1 导墙修筑 .1.1 导墙的作用 导墙的作用在于：为机械造孔提 供准确的孔位 , 且在施工过程中作为测控孔深、垂直度的基准。 防止孔口土体坍塌。 支承重物 承受施工设备荷载和作为钢筋笼吊放中搁置的支点。 存蓄泥浆 , 稳定槽内泥浆液面 (通常控制泥浆液面在导墙顶面以下 200mm 左右 )。 防止泥浆漏失 , 阻挡地面雨水及杂物进入槽内。 .1.导墙结构 根据现场地质条件 , 采用砖混结构导墙。墙高 1.50m,上、下均为宽 800mm、厚 200mm 的 C15 钢筋混凝土圈梁 , 中间砌筑厚 370mm 的砖墙。单桩导墙内缘净空尺寸为280cm100cm 。导墙施工程序为：导墙沟开挖 浇筑下圈梁 砌筑竖墙 墙外侧填土夯实 浇筑上圈梁。 .护壁泥浆制备 机挖成孔矩形灌注桩施工方法最基本的特点除机械冲抓外 , 就是利用泥浆护壁进行成孔。泥浆技术是整个施工技术中十分重要的一环。 4 / 9 .2.1 泥浆的作用 护壁泥浆是由特定材料构成、具有所要求性能的液体 ,其在施工中的主要作用有： 护壁 维持直立孔壁面的稳定性； 携土 在泥浆循环过程中携带部分挖掘土砂出孔； 悬浮土砂 防止成孔后残留于泥浆中的土石在孔底沉积。 .2.泥桨制备 泥浆池由制备池 (搅制、储存池 )和沉淀池组成 , 容积约120m3。为防止池内浆液漏失和便于清渣 , 对池底、池壁均作防渗处理。采用膨润土泥浆 , 其主要成分为水、膨润土和纯碱 (每立方米泥浆使用量依次为 970kg、 85kg和 4-6kg), 按水 土 碱的顺序加料后 , 经 BZ-10型立轴泥浆搅拌机搅制成浆。为了应对挖孔过程中可能出现浆液渗漏量过大的情况 , 备有相应数量的钻土、木质素等 ,以应急需。 .2.泥浆性能指标控制 本工程施工中 , 采用的是机械冲抓造孔 , 且桩身穿越地层主要为砂卵石层 , 根据公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000), 综合确定泥浆性能控制指标如表 1 所列。 .机械冲抓造孔 .3.1 机械冲抓造孔施工 采用 BH-12 型液压抓斗成槽机造孔。液压抓斗靠其自身重量和液压油缸推动斗体在孔内切土闭斗 , 抓取土体后直接卸入装载机 , 继而由装载机转人自卸汽车外运。 5 / 9 挖孔过程中 , 随着孔内土体被抓出 , 及时向孔内补入泥浆 , 保持浆液面位置不变 , 以防止孔壁坍塌。抓斗每提升2-3 次后 , 将抓斗在水平面上作 180 度旋转 , 以确保孔壁的平整和垂直度。 在挖孔作业结束 (达到设计深度 )后 , 部分悬浮在孔内泥浆中的土渣可能沉积到孔底形成沉渣 , 必要时再次置入抓斗予以抓取 , 直至最终沉渣厚度达到设计允许值。 成孔 质量控制标准 依照公路桥涵施工技术规范 (JTJ041-2000)要求 , 结合本工程特点 , 成孔质量控制指标如表 2 所列。 .钢筋笼制作与吊放 .4.1 钢筋笼制作 对应桥基矩形桩长度为 18m、 22m、 26m 的钢筋笼长度分别为 16.1m、 17.0m 和 21.0m。 钢筋笼的制作严格按设计要求和金属结构加工的相关规定进行。为防止吊放时底端摩擦孔壁 , 将其底端做成略微闭合状。在笼身内预留导管通道 , 并在导管通道周围设置相应的箍筋或拉筋。为防止钢筋笼在制成后起吊时产生变形 , 除确保笼身刚度外 , 对处于笼身两端、受力 最大部位和起重吊点部位的节点 , 全部采用焊接。在钢筋笼的外侧面上设置保护层垫块 , 垫块排距 3-5m, 每排上安设 2-3个混凝土弧形垫块。钢筋笼制作的控制允许偏差如表 3 所列。 6 / 9 .4.钢筋笼吊放 本工程中加工的钢筋笼重约 5t, 采用 16t和 40t的吊车各 1 台 , 以双绳起吊、单绳入孔法吊装。在笼身下端系绳人力辅助操作 , 以防止吊起后笼体摆动或在吊入孔口时碰撞孔壁。钢筋笼平顺入孔后及时按设计位置悬挂于导墙顶面。 .桩身混凝土浇筑 采用 C30 商品混凝土 , 以导管法浇注桩身混凝土。 .5.1 混凝土配合比 经试验确定混 凝土的最佳配合比如下：骨料为中砂 (细度模数 2.4)及粒径小于 25mm 的卵石 , 含砂率 40%-50%, 水灰比 0.50-0.60。掺适量粉煤灰和 UNF-5AS1 减水剂。要求塌落度 18-22cm, 每立方米混凝土的材料使用量如表 4 所列。 .5.导管 导管内径 300mm, 节长分别为 1.0m、 2.0m 和 3.0m,节间用双螺纹方扣快速接头连接。导管顶端设漏斗以进料。导管内置排球内胆作为隔水栓。使用前及灌注 4-6 根桩后 , 对其进行水密承压检验。 .5.混凝土浇筑 桩身混凝土的浇筑除严格依照水下混凝土浇注的相关规定执行 外 , 本工程施工的特点尚有： 采用双导管浇注 ,确保混凝土能顺畅地灌注到矩形桩四角部位。初始导管底端距孔底 250mm。 导管内置充气排球内胆作为隔水栓 ,隔离7 / 9 管内混凝土与孔内泥浆。浇注混凝土之初 , 用大于导管容积的混凝土量 , 将其压至管底后 , 旋即将导管提升 200-300mm,使管中混凝土将其推挤出管 , 再行连续浇注。 连续浇注混凝土 , 确保孔内混凝土面上升速度不小于 2.0m/h。导管埋入混凝土的深度在 2.0-6.0m, 浇注过程中对导管作 300mm左右的上下提动 , 以加速混凝土从导管内流出 , 缩短单桩总浇注时间。 当孔内混凝土面接近钢筋笼底端时 , 确保导管底口至钢筋笼底端间距不大于 3.0m, 并适当降低灌注速度 , 以减小导管底口混凝土出流时形成地对钢筋笼的顶托力 , 有效防止钢筋骨架受顶托上升。 孔内混凝土面上升至孔口一定距离后 , 随着管内外压差的减小 , 浇注工作相应变得困难时 , 用加水稀释孔内泥浆和掏出部分沉渣的办法 , 增加管内外压差 , 使浇注顺利进展。 桩身混凝土浇注超高 800-1000mm。 挖孔灌注桩的质量检查 .1 成孔质量检浏 机挖终孔和清孔后 , 对孔位、孔深、截面尺寸 (矩形桩横截面的长度 和宽度 )、垂直度、泥浆密度、孔底沉渣厚度等进行检测 , 质量标准及实测结果如表 5-表 8 所列。 .桩身混凝土质童检测 桩身混凝土质量包括混凝土强度符合设计要求、桩身无断层或夹层。 8 / 9 设计要求桩身混凝土强度等级为 C30。在每根桩的浇注过程中 , 随机取样制模经标准养护后进行试块强度试验。试验结果说明混凝土的实际强度值均高于设计要求 , 试验值介于 34.5-42.0Mpa, 详见表 9 所列。 基于工程的特殊重要性 , 对成桩逐一进行无破损法检测。检测结果证实桩体混凝土均匀密实 , 桩身内无断层和夹层 , 全部成桩质量达到并优于设 计要求。 结语 工程施工中 , 采用液压抓斗机机挖成孔、桩身截面为矩形的混凝土灌注桩取得的良好效果说明 , 在设计科学合理、施工措施严谨周密条件下 , 不但能确保工程质量和施工安全 , 而且施工速度快 (