机挖成孔矩形灌注桩的施工与质控（凌颂益）

2022-02-23 15:19:36| 来源：网友投稿

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：① 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)。② 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。③ 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。④ 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①一③层为灌注桩穿越层,④层为桩尖持力层。

1.2 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15.0m×12.0m, 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7.0m×8.0m, 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2.50m×1.00m。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3.50m×5.00m, 厚2.5m, 下置2桩, 桩长18.0m。公用墩承台尺寸为3.50×1.80m, 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2.50m×0.80m。

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。

2 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 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。

3.1 导墙修筑

3.1.1 导墙的作用

导墙的作用在于：①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。②防止孔口土体坍塌。③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。④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)。⑤防止泥浆漏失, 阻挡地面雨水及杂物进入槽内。

3.1.2 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280cm×100cm。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。

3.2 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。

3.2.1 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：①护壁—维持直立孔壁面的稳定性；②携土—在泥浆循环过程中携带部分挖掘土砂出孔；③悬浮土砂—防止成孔后残留于泥浆中的土石在孔底沉积。

3.2.2 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。

3.2.3 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。

3.3 机械冲抓造孔

3.3.1 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。

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。

3.4 钢筋笼制作与吊放

3.4.1 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。

3.4.2 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。

3.5 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。

3.5.1 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。

3.5.2 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。

3.5.3 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：① 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。② 导管内置充气排球内胆作为隔水栓,隔离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。③ 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。④ 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。⑤ 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。⑥ 桩身混凝土浇注超高800-1000mm。

4 挖孔灌注桩的质量检查

4.1 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。