基坑工程中的应用

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  摘要:本文介绍了一种旋喷桩、护坡桩成桩方法及锚杆的施工方法,包括施工工艺流程、施工要点及质量控制标准。在完成旋喷桩施工后,利用长螺旋钻具切割该搅拌桩成孔,压灌混凝土后插入钢筋笼施工护坡桩,形成整体帷幕,达到止水与支护合二为一的效果。
  关键词:旋喷桩护坡桩锚杆
  Abstract: This paper introduces a kind of rotary jet grouting pile, pile construction method of pile and anchor, including the construction process, construction points and quality control standard. At the completion of rotary jet grouting pile construction, use the long spiral drilling tool cutting the mixing pile, grouting concrete after insertion of reinforcement cage construction slope protection pile, form the whole curtain, achieve the sealing and supporting become effect.
  Keywords: rotary jet grouting pile revetment pile anchor
  中图分类号:TV551文献标识码:A
  
  一、工程概况:
  站前街住宅楼(配建廉租房)等2项工程,总建筑面积80402平方米,位于北京顺义区站前街2号西侧,地下三层,筏板基础。
  拟建场地基坑东南西三面地面高于基坑所处地面约1.5m,北侧高0.7m。东侧距高台地面约8.0m,甘家口百货顺义店距基坑西边线约35.0m,基础埋深基本与拟建建筑槽底平,高台与大楼之间是道路。南侧距高台地面约9.0m,在施大楼距基坑南边线大于35.0m,基础埋深基本与拟建建筑槽底平,高台与大楼之间是站前西街主干道。 道路下埋设有煤气、热力、自来水、电信和光缆等管线,埋深小于4.5mm,管线距槽边大于15.0m;南侧东段距结构约9.0m有一砖砌构筑物,基底埋深约5.0m;西侧分别埋有一条热力管线,最多进入结构约2.5m,该管线无法变换位置。
  (一)场地情况:
  拟建场地已整平,现场地地面标高36.00m。
  (二)工程地质条件
  根据本次勘察现场钻探、原位测试成果,按地层沉积年代、成因类型,将本次勘察深度范围的土层划分为人工堆积层和第四纪沉积层,并按地层岩性及其物理力学性质及数据指标进一步划分为5个大层,14个亚层。按照自上而下的顺序,依次是粉质粘土、砂质粘土、粘土层。(三)水文地质条件
  本次勘探测得二层地下水:第一层――地下水静止水位埋深2.30~3.40米,标高32.05~33.64米,属滞水;第二层――地下水静止水位埋深10.30~14.00米,标高21.57~24.75米,属承压水;含水层为细、粉砂④层。
  二、基坑设计
  基坑支护形式选用旋喷桩+护坡桩形成止水帷幕,在土方开挖时采用锚杆进行边坡支护。
  (一)止水帷幕设计
  由于本工程基础周围场地较小,不具备降水井施工条件,同时降水沉降对周围管线影响较大,因此采用止水帷幕封堵基坑外地下水进行控制,设计采用桩间旋喷,旋喷桩体进入下面隔水层,桩长15.0m。旋喷桩的参数设计如下表:
  双管旋喷桩设计参数表
  
  
  旋喷桩水泥采用P.S.A32.5普通矿渣水泥。
  三、主要施工方案及措施
  (一)旋喷桩施工方案
  1、施工工艺流程
  双重管旋喷施工工艺:
  
  
  
  
  (双重管)二重管高压旋喷注浆工艺流程图
  注浆材料的选择
  ①水泥浆液的水灰比为0.8~1.1
  浆液材料:采用P.S.A32.5普通矿渣水泥
  2)试喷技术参数取值范围。见下表
   技术参数取值范围
  
  
  2、施工要点及质量控制标准
  ⑴ 测量放线:根据已施工的护坡桩布孔。
  用钢尺按确立的桩中心,用细桩打入各桩中心点处,确保孔距偏差不超过2cm。
  ⑵ 钻机就位及钻导孔
  ① 将地质钻机安放在孔位上,用水平尺調整垫平机座,并使钻杆垂直对准孔中心位置,对位偏差≤5cm,现场质检人员复检合格后方可开钻。
  ②钻孔时为保证钻孔的垂直度,每钻进3~5m校正一次立轴的垂直度。保证钻孔施工的倾斜率不大于 1%。
  ③ 钻孔直径 130mm,钻孔深度不得小于设计深度。
  ④ 钻孔采用泥浆护壁,以便顺利成孔和保证孔壁稳定。泥浆选用膨润土,烧碱等材料组成高固相泥浆。PH 值为 8~10, 比重1.1左右。
  ⑤ 地质钻机采用带有上下卡盘的油压钻机,钻具采用Ф127规格。采用三翼、金刚石、合金等多种钻头,以适应地层钻进、孔口硬路面等不同需要。待喷孔的孔口要注意覆盖,以免掉进杂物。
  ⑶ 高喷台车就位
  预导孔完毕后,按要求将高喷台车就位,台车底部要垫实,塔架要调直,喷管要对准预导孔中心。两节喷管导向槽要对齐,接头要密封。
  ⑷ 制备水泥浆
  ① 浆液的主要材料为水泥,水泥采用P.S.A32.5矿渣硅酸盐水泥,水泥应新鲜无结块,在使用前作质量鉴定,不合格的严禁使用。制备浆液所用的水必须符合砼拌合用水标准。
  ② 喷入浆液的水灰比为1:1,根据工程需要加入适量的外加剂及掺合料构成复合浆液。当需要减缓水泥浆液沉淀速度及保持良好的可喷性时,可在其内加入3%水泥重量的膨润土,膨润土的细度为200目。
  ③ 采用1m3高速搅浆机,每罐浆液搅拌时间不少于30秒,配置储浆筒,筒内低速搅拌,以免沉淀。制备好的浆液至用完不应超过4小时,否则作弃浆处理。
  ⑸ 高喷注浆作业
  ① 钻孔经验收合格后,方可进行插管。首先检查各种介质管路、仪表及高喷参数正确无误,入孔前要试喷,并用薄胶带包裹喷嘴,以免堵塞,下管中如难以自落,可用管钳钮动下压或带水辅助下沉。下管至设计深度,按设计转速摆动喷浆管,并输入水泥浆液、待泵压升至设计值并孔口正常返浆后,即可从下至上进行高喷作业。
  ② 水泥浆液随配随用,并在高喷作业过程中连续不停地搅拌,一次搅拌量为1m3。
  ③ 水泥浆液严格过滤,并按喷嘴直径设置两道过滤装置,在制备水泥浆液搅拌罐和泥浆泵吸浆搅拌罐之间设一道过滤网,在泥浆吸浆管尾部设一过滤器。
  ④ 在高喷作业过程中,经常测试水泥浆液的进浆和回浆比重。当浆液比重与规定水灰比浆液比重值误差超过0.1时,立即暂停喷浆作业,并重新调整浆液水灰比。
  ⑤ 在高喷过程中,必须时刻注意检查注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求,如不符合立即调整。
  ⑥ 在高喷作业过程中,拆卸注浆管后,重新进行高喷作业的搭接长度不小于0.3m。若供水、电中断后,重新进行高喷作业的搭接长度不小于0.5m。当因故停机超过3小时,必须对泵体和输浆管进行清洗。
  ⑦ 当喷浆管提升接近桩顶时,从桩顶以下0.5m开始,应适当加快提升速度,为下步工序创造条件。
  ⑧ 高喷灌浆施工中保证足够的水泥浆进入量是休质量管理的关键,因此,每台注浆泵必须安装流量计、泵压表和泄流阀,随时观测流量、压力的情况,用泄流阀调整,保证进浆量。
  ⑨ 施工中及时做好各项记录。并有专人看管高压泵、浆泵、空压机等,确保施工质量。记录表格格式按甲方指示和有关规定填写,施工记录包括高喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常现象及处理情况等。
  ⑹ 浆液回灌
  高喷作业完成后,由于浆液的析水作用一般固结体均有不同程度的收缩,使固结体局部出现凹陷,为防止这种现象的出现,可将正在高喷的孔口合格返浆在地面引到已完的孔口处,使冒出的浆液不停地回灌到已完喷浆孔内,直到孔内浆液面不再下沉为止。
  ⑺ 器具清洗、移机就位
  每个喷浆孔施工完毕,用清水把泥浆泵和管路内的残留浆液全部喷射排出,钻具及其它设备,用低压水冲洗干净,并架起高喷管设备,然后便可移机至下一孔位。
  
  (二)护坡桩施工
  本项目护坡桩设计桩长15.0m,主要为粘质粉土、粉质粘土层,拟采用长螺旋中心压灌桩后插钢筋笼的施工工艺。长螺旋钻机成孔工艺具有适用地层广,成孔速度快、低噪音、无泥浆污染等优点。
  1.护坡桩施工工艺流程
  
  
  ⑴ 测放桩位
  ① 施工放线必须采用经过定期检验的全站仪进行施放,测量精度必须满足现行建筑施工规范要求。
  ② 桩位可采用钢尺拉距法,按照轴线进行施放。
  ③ 桩位放线结束后,立即由监理工程师进行施工验线,并及时填写施工放线报验单,经监理工程师签字确认后方可施工。
  ⑵ 长螺旋压灌桩施工
  ① 成孔
  施工放线定位经监理、业主验收合格后,移动钻机至施工孔位,调节钻机使底座水平,钻塔垂直。下放动力头钻具,使钻头对准施工桩位,如对位超过允许偏差,重新调整,使钻具、钻头与施工桩位保持在同一线上。
  对位后启动动力,待电流平稳后开启卷扬下放动力头,靠动力头回转带动钻具,钻头回转。靠动力头、钻具自重切削土体,钻入土中至设计深度成孔。
  ② 混凝土泵送压灌
  成孔至设计深度后,开启混凝土泵,放入混凝土,开始泵送,为了保证泵送压灌顺利,混凝土坍落度控制在200~220mm之间,当混凝土充满钻具后开始提钻,随着混凝土不断泵入,提钻至设计标高,完成混凝土泵送压灌。
  ③ 钢筋笼制作
  由于长螺旋钻孔灌注桩桩采用插入式下笼工艺,要求钢筋笼顺直,具有较好的刚度,钢筋笼直径不宜过大。本工程桩径600mm,根据设计要求采用的钢筋笼直径为500mm,钢筋笼保护层厚度为50mm。
  钢筋笼现场制作,主筋焊接采用对接焊。加强筋与主筋点焊牢固。在钢筋笼吊立处补强 ,避免在起吊时出现开焊,箍筋与主筋采用绑扎,每个绑点绑扎牢固。
  ④ 钢筋笼下放
  钢筋笼采用插入式下笼。用钻机副卷扬将钢筋笼吊起,人工扶稳、扶正,调整好方向,慢慢下放钢筋笼,插入混凝土中,用人工下至设计高度,如达不到设计标高,采用振动式送笼器将钢筋笼下至设计位置。
  2.技术质量保证措施
  ⑴ 测放桩位
  根据业主提供的控制点,全站仪测放轴线,钢尺测放桩位。桩位误差不大于2cm。在测量放线复核无误后,报监理工程师现场检查合格后,方可开钻。
  ⑵ 长螺旋钻机就位
  找出施工桩位,移动钻机,使钻头对准桩位,钻机底座水平,调节钻机支撑杆,用钎坠校正钻具垂直。钻头中心与桩位偏差不大于2cm,桩垂直度偏差小于1%。
  ⑶ 钻进成孔
  开钻前量好钻具长度,并在机架上划上明显的进尺深度标志,保证成孔深度和有效桩长。同时必须测量钻头直径,以保证设计桩径。
  启动动力头,待电流稳定后,开动主卷扬,下放锤头,在钻具自重和钻头旋转切削作用下钻入土中至设计深度。同时用水准仪严格控制桩顶与桩底标高。
  ⑷ 泵送混凝土压灌成桩
  混凝土采用超流态混凝土,强度等级为C25,坍落度为200~220mm。混凝土粗骨料最大粒径不大于1.5cm,砂料为中、粗砂,含泥量<5%,以保证混凝土具有良好的可泵性及钢筋笼顺利插入。
  开钻前调整提钻速度和泵送混凝土量之间的关系,使提钻速度和泵送混凝土速度相匹配。
  钻孔到达设计深度后,开启混凝土泵开始泵送混凝土,混凝土充入钻具2~3m后提升钻具开始灌桩。随混凝土不断泵入,提升钻具至地表成桩。
  桩头需灌至桩顶标高以上0.3m,以保证桩顶混凝土强度达到设计要求。
  如遇堵管或其它故障,应及时处理,若钻头提出原灌入混凝土面,应将钻头插入混凝土面下1.0~2.0m深度后再灌桩。
  提钻时注意灌入量及灌入高度。
  每台机组每天制作混凝土试块两组,送建筑工程质量检测中心标养,以检测混凝土抗压强度质量。
  ⑸ 钢筋笼制作
  钢筋笼制作严格按设计图纸及规范要求进行,制作质量要求为:
  ① 主筋间距偏差:±10mm;
  ② 钢筋笼直径偏差:±10mm;
  ③ 钢筋笼长度偏差: ±100mm;
  ④ 螺旋箍筋间距偏差:±20mm;
  ⑤ 主筋断面高度应错开,其间距≥35d,且同截面的主筋焊接接头不大于50%。
  ⑹ 插入钢筋笼
  将制作好的钢筋笼垂直下置桩体内。如人工压入困难,可用振动器振入。用水准仪测定笼顶标高达到设计要求。
  ⑺ 施工技术要求
  施工过程中主要控制指标如下:
  ① 軸线点定位偏差≤2cm,桩尖对位偏差≤2cm,
  ② 成桩后桩位偏差≤10cm;
  ③ 成孔垂直度偏差≤1%,桩径不小于设计桩径,桩长等于或长于设计长度0.20m;
  ④ 灌注充盈系数K>1.0;
  ⑤ 混凝土坍落度200~220mm。
  3.应注意的质量问题
  ⑴ 塌孔、缩孔:注意土质变化,遇有砂卵石或流塑淤泥、上层滞水层渗漏等情况,应会同有关单位研究处理。
  ⑵ 桩身混凝土质量差:有缩颈、空洞、夹土等,要严格按操作工艺边浇筑混凝土边振捣的规定执行。严禁把土和杂物混入混凝土中一起浇筑。
  ⑶ 钢筋笼变形:钢筋笼在堆放、运输、起吊、入孔等过程中,没有严格按操作规定执行。必须加强对操作工人的技术交底,严格执行加固的质量措施。
  ⑷ 当出现钻杆跳动、机架晃摇、钻不进尺等异常现象,应立即停机检查。
  ⑸ 混凝土浇到接近桩顶时,应随时测量顶部标高,以免过多截桩和补桩。
  ⑹ 桩基施工时,如遇到上部填土中的大块石而不能在设计桩位上施工时,应立即停钻,请示现场技术人员及监理工程师,进行移位处理。
  (三)锚杆施工方案
  1.施工工艺流程
  根据场区地层条件,锚杆成孔主要为砂质粘土层、粉质粘土层,使用锚杆钻机成孔,由于本工程未采取降水,锚杆施工应注意成孔质量,干作业成孔困难时,可采用带水泥浆护壁成孔工艺,工艺流程见下图:
  
  
  
  2.杆体制作
  按照设计要求制作锚杆体,保证杆体长度;注浆管与锚杆体绑扎牢固;锚索要顺直,自由段要套以聚乙烯防护套。锚索的表面应设置定位器,定位器的间距:自由段3.0m,锚固段2.0m。
  3.灌浆
  灌浆水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,水灰比0.4~0.5。采用二次灌浆法,注浆管端距孔底150mm,灌注时,管口要始终埋在浆中,待浆液灌满后,封堵孔口,以0.2MPa压力补浆,稳压数分钟。当采用带水泥浆护壁成孔工艺或干作业成孔后孔中含少量地下水时,采用劈裂注浆工艺,即每个锚杆孔下锚杆体(钢绞线)时同时下如两根管(一根为初次注浆管,一根为劈裂注浆管),劈裂注浆应在初次注浆后水泥浆达到初凝强度后进行。
  4.锚杆张拉
  ⑴ 加工异型支撑板,调整角度,使腰梁承压面在同一平面上,且承压面应平整并与锚杆轴线方向垂直。
  ⑵ 锚杆灌浆7天后待锚固体强度达到设计强度的80%时,即可进行预应力张拉试验,锚杆张拉试验荷载为锚杆设计最大轴向拉力的110%,锚杆张拉试验逐级加载进行,只有当本级荷载达到稳定后,方可进行下一级加载试验,张拉加荷分级及加荷速率按规范进行。
  ⑶ 锚杆张拉锁定:锚杆张拉试验合格后即可进行锚杆张拉锁定,根据设计图纸确定的锁定值锁定,分级加载,当锚索预应力没有明显衰减时,可锁定锚杆。锁定后如有明显应力损失时,应进行补偿张拉。
  三、结束语
  本工程从2011年9月开始打桩作业,2012年12年3月28日完成土方开挖及边坡支护。2012年6月底完成基础及地下结构施工,开始回填土施工作业共经历10个月。从土方开挖情况来看止水效果良好;在混凝土地下部分结构施工期间,护坡质量良好,保证了工程的顺利进行。
  
  作者:胡德永男 本科工程师 (1970.9)
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