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1.工程概况
京杭运河浙江段三级航道整治工程建设内容主要为新建护岸、加固护岸工程,河道疏浚等。灌注桩加固护岸施工根据灌注桩直径分为E3A和E3B型护岸施工,E3A型护岸的灌注桩直径为800mm,E3B型护岸的灌注桩直径为1200mm,本工程灌注桩均属于水上灌注桩施工。
2.施工工艺
钻孔灌注桩施工工艺主要分为平台搭建、埋设护筒、钻机起钻、成孔验收、下放钢筋笼、浇筑混凝土、拔出护筒七个部分。
2.1平台搭建
灌注桩施工区域位于水上沿岸,采用回填土的方式构建平台。根据灌注桩中心线到老护岸的距离确定作业平台宽度,然后在平台近水边界处打6m长钢管桩作为平台的侧向支撑。钢管桩打完之后铺土工布及土工格栅,最后回填土方至2.4m标高。
2.2埋设护筒
护筒的规范埋设能够有效控制灌注桩桩身垂直度以及桩头完整性。埋设护筒时首先需要利用RTK放样确定桩位中心点并做好标记,然后将护筒以桩位中心为中心进行埋设,护筒长度≥2.5m。
2.3钻机就位
本工程所用钻机为GPS-10系列工程钻机,该系列钻机操作方便、性能可靠,在基础施工中被广泛采用。护筒埋设之后,立好钻架并调整和安设好起吊系统,将钻机调平并对准钻孔,钻杆偏差<50mm。开始钻进时,在护筒刃脚处,应慢速钻进,使刃脚处有坚固的泥皮护壁。钻进护筒1m后,可按土质以正常速度钻进。开钻前应调制足够数量的泥浆(相对密度:1.05~1.2;粘度:16~22s;含砂率:4%~8%),钻进过程中如泥浆损耗、漏出,应予补充,并按时检查泥浆指标,遇土层变化应增加检查次数,并适当调整泥浆指标。
2.4成孔验收
桩机钻孔达到设计深度之后,利用换浆法进行首次清孔。采用泥浆泵,通过钻杆以中速向孔底压入相对密度1.15左右,含砂率<4%的泥浆,把孔内悬浮钻碴多的泥浆替换出来。清孔后提出钻杆,分节拆除,最后用测绳测试成孔深度。
2.5下放钢筋笼
钢筋笼采用浮吊船放入孔内,采用锤球检查,保证吊装时笼节垂直。吊装的过程要慢吊、轻放。钢筋笼连接方式采取单面焊接连接方式,搭接长度为10d(250mm)。钢筋笼安放时通过护桩控制笼心,保证钢筋笼中心与桩位偏差在规范要求的范围内(50mm)。钢筋笼下放过程中遇阻要查明原因,不得强行插入,可反正旋转,慢起慢落,逐步下放。
2.6二次清孔及浇筑混凝土
浇筑混凝土之前,需要利用导管对桩孔进行二次清孔。利用导管注入清泥浆,使孔底沉淀物及稠泥浆托出孔外,同时使孔内泥浆指标、沉渣厚度(≤300mm)等各项指标均达到规范标准,确保钢筋与砼的粘结强度。砼灌注采用直升导管法施工,在孔口逐段拼装,吊入下沉时,应保持位置居中,防止卡入钢筋笼碰撞孔壁。各项指标检查合格后方可灌注水下砼,砼必须连续浇筑,不得中断。灌注过程中注意观察管内砼下降和孔内泥浆液面的升降情况,及时测量孔内砼高程,正确指导导管提升和拆除,保证导管埋入砼深度≥2m。
2.7拔出护筒
灌注桩砼浇筑完成之后,要经过12h之后,利用挖机拔出护筒。
3.灌注桩验收标准及检测方法
成品灌注桩检测内容包括4个方面:钢筋焊接件检测、灌注桩砼试压块检测、桩身低应变检测、灌注桩钻芯取样检测
3.1钢筋焊接件检测
在灌注桩施工过程中,钢筋笼焊接规格为电弧单面搭接焊HRB400(φ25)。焊接件检测数目为钢筋笼整体焊接缝数量的10%,利用液压万能试验机进行焊接件拉伸性能检测,检测依据为《钢筋焊接接头试验方法标准》(JGJ/T27-2014)。本工程灌注桩主筋直径为25mm,用静拉伸力对试样轴向拉伸时至断裂(或出现缩颈),观察断裂位置离焊缝口的距离、断口特征,从拉伸曲线图(如图1所示)上确定试验过程中的最大力。
3.2灌注桩砼试压块检测
在灌注桩浇筑砼过程中,现场取材制作规格为150×150×150mm的砼试压块,将试压块放到标准养护室养护28d,利用YE-2000C液压式压力试验机进行抗压试验,根据相关规范对试压块施加荷载直至试件破坏,通过分析抗压试验曲线,确定试件抗压强度。每根桩取三组试压块,平均强度值≥30MPa,则满足强度要求。
3.3桩身低应变检测
桩身低应变检测的主要目的是检验桩身结构的完整性,如桩身缺陷位置判断、施工桩长校对和混凝土强度等级定性估计等。检测仪器为ZBL-P810基桩动测仪RL009,以《水运工程地基基础试验检测技术规程》(JTS237-2017)为依据。用手锤敲击桩顶产生应力波,根据仪器中接收反射波信号得到应力波加速度时程曲线,从曲线形态可以判断桩长、砼强度、桩身缺陷深度等。
3.4灌注桩钻芯取样检测
为了更进一步了解灌注桩施工质量,需要对已经施工完成的灌注桩抽取总量的1%进行钻芯取样,检测桩长、不同深度处的混凝土强度、骨料均匀性、胶结状态等。
4.灌注桩施工过程常见问题分析及解决措施
4.1施工过程中塌孔、泥浆不循环
当遇到流沙土地质环境时,由于流沙土颗粒间粘结力较小,孔内泥浆对孔壁的支撑力不够,导致孔壁土体塌落,从而孔径增大,造成塌孔、泥浆不循环等现象。解决措施:增大泥浆浓度,降低泥浆含砂率,适当添加膨润土进行调节,保证泥浆对孔壁的支撑力。
4.2施工后方灌注桩沉降
当两根灌注桩桩芯距较近时,一根灌注桩浇筑砼完成以后,立刻进行下一根灌注桩的施工,当土质结构松散时,在下一根桩钻孔过程中引起土体震动,由于上一根桩砼未达到初凝,可能引起穿孔,从而导致后方灌注桩沉降。解决措施:调整灌注桩施工顺序,在一根灌注桩完成以后跳过一根灌注桩进行施工,通过拉大相邻施工桩的间距控制桩位沉降。等已施工灌注桩砼凝固之后再进行临近施工。
4.3桩身夹泥、断桩
桩身夹泥、断桩的原因有两方面:(1)首灌量不足,未将孔底泥浆全部顶出,导致混凝土在水下浇筑过程掺杂泥浆等杂物;(2)灌注桩在水下浇筑砼过程中振捣充分,砼密实度未达到规范要求,从而导致夹泥甚至断桩现象。解决措施:在水下砼浇筑之前根据导管埋深计算出储料斗内混凝土的初存量,保证泥浆全部顶出;在浇筑桩过程中每浇5min一斗利用导管上下移动进行振捣,确保砼的密实度。
4.4钢筋笼下放困难
在下放钢筋笼前需要利用钻杆进行清空,当清空不充分是导致孔内下部泥浆浓度过大,使钢筋笼下放困难;其次如果在钻孔过程中基础下放存在块石等障碍物时,钻孔速度过快导致障碍物未被完全粉粹,下放钢筋笼时可能存在阻碍使期下放困难。解决措施:在成孔之后利用钻杆进行首次清空,控制注入泥浆浓度,保证孔内泥浆均匀。在钻孔过程中到桩机钻到块石或者其他障碍物时减缓钻进速率,确保孔身规范。下放钢筋笼过程困难时通过旋转以及上下抖动缓缓下放。
5.结束语
经过长时间的实践及经验总结,京杭运河浙江段三级航道整治工程杭州段(四改三)工程项目灌注桩质量得到明显提高,在施工过程中严格控制施工工艺,希望今后为类似工程建设提供参考。
参考文献:
[1]JGJ/T27-2014,钢筋焊接接头试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2014.
[2]JTS237-2017,水运工程地基基础试验检测技术规程[S].北京:人民交通出版社,2017.
作者:杨科俊 王饶 单位:中交华南交通建设有限公司