船坞工程基坑支护钻孔排桩施工

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  【摘 要】 船坞施工关键工序是基坑支护钻孔桩的施工,其进度和质量直接影响基坑开挖乃至整个工程。本文结合江门南洋船坞工程基坑支护钻孔桩的实际情况,阐述基坑支护钻孔桩的施工组织安排,以满足基坑开挖要求,为船坞主体施工创造必要条件。
  【关键词】 基坑支护;钻孔桩;施工
  1 工程概况
  1.1工程概述
  江门南洋船坞工程位于广东省江门市新会区古井镇以西约500米的烟嘴村所在地,有效长度为240.0m,有效宽度为41.8m,深度为10.8m,坞墙顶标高为+2.80米,坞底板顶标高为-8.00m,该工程属软基上大型船坞,结构型式为减压排水式,桩基基础。坞口为现浇钢筋混凝土“U”形整体式结构;坞室采用分离式结构,坞墙为钻孔灌注排桩加衬砌轻型结构。坞口围堰桩基为φ950钻孔灌注桩,坞墙排桩为φ900钻孔灌注桩。坞墙与坞口止水采用高喷水泥止水帷幕,与坞口围堰桩坞墙排桩形成全封闭的止水墙。
  1.2工程地质构造
  根据区域地质资料显示:场地内区域地质构造以断裂控制为主。区域地质构造为新华夏系紫金――博罗断裂带向南西延伸部位,该断裂构造在新会南部海岸山脉花岗岩隆起区有明显的构造迹象,此断裂构造对山脊、谷地、海岸线等起着控制性作用,但影响甚微。场地土层可分为五个主层:素填土和耕土;淤泥及细砂层;粉质粘土、粗砂层、砂砾层;砂质粘土;全、中、微风化花岗岩层。
  1.3钻孔桩特点
  本工程基坑支护钻孔桩分两部分:坞口支护桩和坞室支护排桩。坞口支护桩为φ950mm钻孔灌注桩,间距1.10m,数量为145根;坞室支护排桩为φ900钻孔灌注桩,间距1.05m,数量为436根(因坞室东南角基岩埋深较浅,设计修改为扶壁式坞墙结构,所以取消48根钻孔桩)。坞口支护桩和坞室支护排桩均采用的单排钻孔桩作为坞室、口的支护桩基,在本工程中,由于场内地质原因,坞室排桩中即有摩擦桩又有端承桩,坞口支护桩均为摩擦桩。在基岩面较高的区域采用端承桩并根据基岩面的高度确定嵌岩深度,但最少不得小于2.0m,同时控制桩底标高在底板标高以下2.0m,其中在坞尾位置最深嵌岩深度达到5.0m,嵌入的基岩面均为中风化岩。坞室采用单排钻孔灌注桩其主要是起到坞室基坑的支护及防渗水作用。由于坞室属于深基坑,在基坑的开挖施工过程中为防止坞墙结构安全和地下水渗透影响开挖施工,塢墙钻孔灌注桩具有抗剪能力强,结合高压摆喷灌浆达到封闭防渗的效果。同样,坞口支护桩的作用也是起到此作用,唯一不同的是,坞室支护桩为永久性支护桩,而坞口支护桩只为临时支护桩基,待坞口底板、泵房及边墩完成,坞门安放到位,坞室土方开挖到坞口位置后船坞宽度范围内的坞口支护桩基均要破除到底板以下标高。
  2 钻孔灌注桩施工
  2.1场地平整
  根据总体施工顺序安排,开工前首先对场地范围内的原地面土层进行清淤、换填处理,同时进行场地整平和施工便道的铺设,并根据施工需求,在钻孔排桩范围内进行机械整平,形成良好的施工工作面。
  2.2施工顺序及流程
  总的施工顺序由东向西分段施工,16台钻机分坞口、坞墙两个施工区全面施工,钻孔时嵌岩桩隔2桩跳跃式钻孔,摩擦装间隔1根桩钻孔成桩。
  2.3设备选型
  根据桩位处的地质情况,桩基分入岩和不入岩两种情况,故在选用设备时考虑回旋钻加冲击钻形式。嵌岩桩204根,摩擦桩377根,钻孔桩选用16台SPJ-300型钻机,同时配备10台冲击钻头进行钻孔施工。
  2.4护筒及泥浆池布置
  桩基采用单护筒形式,钢护筒用8mm钢板制成,长2000mm,直径1100mm,比桩径略大。护筒顶部应开设溢浆口,为保证桩基质量,护筒埋设深度等应符合规范及设计要求,一般高出地面10~15cm左右。护筒埋设或沉没位置偏差不得大于5cm,垂直度偏差不大于1%。
  泥浆池布置:泥浆池布置有利于施工及避免对后续结构土方开挖产生不利影响。泥浆泵通过钻杆输送泥浆至孔中,再回抽泥浆至沉淀池,沉淀后的泥浆回流形成泥浆循环。泥浆排放做到文明施工,泥浆排放由泥浆池沉淀后外运。
  2.5桩位控制
  根据设计要求,综合考虑施工过程中偏位、施工时成桩时垂直度偏差、成桩后坞室开挖时侧向土压力而产生的结构位移、坞室结构墙后回填和坞室在使用期的结构位移因素,在桩位放样时离设计轴线向外侧20cm。
  2.6钻孔桩成孔
  坞室支护桩基采用φ900钻孔灌注桩436根,分布于坞墙结构四周,单排直线布置,钻孔灌注桩成孔须跳跃隔桩成孔,相邻两桩中后一根成孔时间须在前一根灌注桩砼浇筑12小时以后开始,即混凝土初凝后实施,隔桩数视成孔进度定。坞口支护桩采用φ950钻孔灌注桩145根,其均为摩擦桩。摩擦桩一般隔一桩位置为宜,嵌岩桩一般隔2桩为宜。同时灌注桩与PHC管桩施工间隔一段(约20米)距离,以消除打桩振动对灌注桩的影响。
  2.7试钻试验
  为确保桩基嵌入岩面符合设计深度,准确判别岩石类别,首先进行试桩试验,以求取得准确的钻进速度、成孔时间、岩石类别鉴定,便于桩基节点工期控制。
  2.7.1钢护筒
  场地破除后,工作面较为平坦,约在+1.5m(珠基高程),确定护筒长2米,直径1100mm。
  钢护筒埋设:护筒埋设采用人工挖埋法,护筒长度2m,考虑护筒的稳定性,确保不漏浆,在护筒周圈原地面50cm范围用粘土密实。桩位定点时,首先挖出比护筒外径大80-100mm的圆坑,平整坑底并夯实,通位定位的控制桩,将钻孔的中心引于坑底。护筒吊放在坑内,在护筒顶上采用“十”字带线法,使护筒中心与桩位中心重合,保证护筒垂直。在护筒周围对称地均匀地回填粘土并人工夯实。
  2.7.2泥浆制备   泥浆性能指标要求:根据钻孔方法和地层情况采用不同性能指标,以保持孔壁在钻进过程中不坍塌,钻孔泥浆始终高出孔外水位或地下水位1.0-1.5m。
  泥浆制备原材料的选择:根据桩基地质构造以及相关资料,选用粘土,适时加入Na2CO3和澎润土等作钻孔造浆材料。
  泥浆调制:在泥浆池内注满清水慢慢加进与水量相适应的碎粘土,人工搅拌至粘土初步溶解分散后,然后启动泥浆泵,泵的出水口仍接入泥浆池。充分循环以后,关闭泥浆泵3分钟后,测定泥浆的各项性能指标,及时调整直至达到各项指标要求。
  2.7.3钻进
  初钻时,先在护筒内注入一定数量的泥浆后方可钻进,或在护筒内放入一定数量的粘土并经水泡软后,开动钻机使钻头空转,并从钻杆中压入清水,利用钻头转动将粘土搅拌成浆。
  根据不同土层,掌握钻机卷扬机钢丝绳的松紧程度,使钻头保持合适的速度,均匀钻进。钢丝绳要略带紧以减少晃动,防止扩孔和卡钻。起落钻头要均匀,避免撞击孔壁。
  在硬土层钻进时,应用低速,自由进尺,在普通粘性土中,应用中高速钻进,自由进尺,在砂土或含少量砾石中应用低中速钻进,并且不可钻进大快以免塌孔并防止排渣速度跟不上。在粉砂层中,因含地下水较多,采用低速钻进,减少钻头对粉砂土的搅动,但钻进在适当条件下可稍快,以期较快通过粉砂层。
  钻进中注意保持孔内具有规定的水位,孔内水位始终高出孔外水位或地下水位1.0~1.5m,不足时要及时补足,以免发生塌孔,当钻机钻进速度和机身跳动与前明显不同时,说明可能进入基岩面,此时对照勘察地质资料,捞渣取样,判别岩土类别,以便准确分析岩性,保证设计嵌岩要求。
  2.7.4清孔
  钻孔是否到位可根据护筒标高及钻杆总长度初步确定,待用测绳测量后,如孔深不足可续钻直至到位。钻孔到位后用钻杆正循环进行一次清孔,检测沉渣及泥浆指标是否符合要求,符合要求后方可提钻,沉渣厚度不大于100(50)mm。
  一次清孔:钻进至设计桩底高程时不急于提钻,通过适当提高泥浆浓度,钻机空钻循环,使孔内主要钻渣及泥砂沉淀物排出,清孔遵循原则“一次清孔为主,二次清孔为辅”。
  二次清孔:在灌注砼之前提钻下导管进行循环清孔,在循环清孔过程中,根据清渣情况逐渐降低泥浆浓度,便于砼浇注。清孔后孔底沉淀物厚度符合设计要求,小于100mm。
  2.7.5钢筋笼制作与安装
  钢筋笼在现场钢筋场地加工,钢筋笼采取现場整体制作,其接头采用闪光对焊,同一截面接头数量不大于总数的50%,同时接头错开1m。
  钢筋笼入孔。钢筋笼由50t履带吊直接起吊下放,四点吊装。下放钢筋笼时对准孔位轻放,若遇到阻碍,经徐起徐落使之下放。若无效果,立即停止下放,查明原因进行处理。严禁高起猛落,强行下放,以免碰撞孔壁而引起塌孔。钢筋笼入孔后至设计标高将吊筋牢固定位在护筒或钻机上,防止水平移位和浇注砼时浮笼现象的出现。钢筋笼起吊点直接吊住端部加强筋,顶部加强筋焊接时要求加焊,防止起吊时脱落。钢筋笼下放时为防止钢筋笼变形,必须采用四点吊。
  2.7.6浇注水下混凝土
  经监理工程师验孔检查合格后,方可进行浇注水下混凝土施工。浇注水下砼采用刚性导管,导管内径300mm,壁厚3mm,接头采用丝口连接,丝口内侧须垫密封圈以防止漏水。导管全部下放完毕后,须检测孔深,若沉淀层较厚,超出规范要求,须进行二次清孔,二次清孔用导管进行,直至沉渣厚度小于100mm要求后,方可进行砼浇注。现场设置两台JS750C型搅拌机,每小时可生产砼70立方米,砼在现场搅拌站生产,单桩砼最大方量约17立方米,满足浇注水下砼对初凝时间的要求。
  砼运输采用输送车输送,直接输送至孔口倒入料斗内。首盘砼方量经计算不小于2.17立方米,首盘必须使用大料斗一次性装满2立方米砼,再开启阀门。首盘浇注完毕,应检查导管初埋深是否大于1m。取下大料斗,换小料斗进行浇注,在浇注持续过程中,应保持导管埋深在2~6m之间。砼浇注高度应超过设计标高50~100cm,以确保桩顶砼质量。
  3 施工中出现的问题及解决方法
  由于地质及施工的原因,在灌注过程中出现串孔现象,从而导致邻桩无法施工。出现这种情况后,应首先将正在灌注的桩浇筑完成,邻桩桩机同时保持钻进速度,可在串孔砼达到初凝前钻到设计孔底标高,其次,应控制好泥浆的比重,充分将孔内的砼浆置换出来。若在邻桩钻进前串孔砼已达到初凝强度甚至更高时,在到达砼层时采用冲击锤冲孔,将砼冲碎至设计孔底标高。在冲锤无法冲碎砼时可考虑调整桩位,重新钻孔成桩。
  受到地质的影响,在钻孔桩施工过程中要严格控制钻孔桩的塌孔、扩孔、缩径等现象的出现。这就要在钻进的过程中严格把关,对泥浆的比重、钻进的速度、清孔的时间等因素进行控制。
  在浇注砼时出现等料情况时,根据等料时间的长短来处理,同时也根据砼的初凝时间。在等料过程中,应间断的将料斗提上放下来回循环几次,以使导管内砼松动不易凝固结块导致堵管。
  当首罐料下落到孔底时,钢筋笼出现上浮现象。此现象的出现是由于首罐料的下料速度很快,到达孔底的冲力非常大,从而使钢筋笼在砼冲力的作用下出现上浮。为防止钢筋笼上浮,可在钻机的机架位置焊接钢筋起到固定钢筋笼的作用,从而有效的控制了钢筋笼上浮现象的产生。最易产生钢筋笼上浮的是孔深较浅的嵌岩桩。
  放置钢筋笼时出现放不到孔底设计标高。在本工程中出现较为频繁,原因是在本工程中的嵌岩桩较多。在桩机冲岩时由于遇到较硬的岩石层或孤石时,很容易发生偏位,导致孔径不垂直,故而在放置钢筋笼时在发生偏位的位置受阻放不下去。出现此现象时可将钢筋笼的端部截面变小,使钢筋笼形成一个锥形,减少在偏位位置的摩擦和阻力。
  4 结束语
  本工程中的钻孔桩施工特点是地质条件比较复杂,桩间距较小。在施工过程中结合地质实际情况,积极采取有效方法措施,保证了桩基工程的质量和结构物施工的顺利进行。然而,诸如钢筋笼上浮、扩孔缩径等问题也偶有发生,这一点在以后的施工过程中应加强措施,不断完善、优化方案,确保支护桩质量。
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