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沖抓成孔灌注樁施工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用成都建式路橋建設(shè)有限公司 鄧家勛 鄧江云【摘要】 在工程建設(shè)中推廣泛應(yīng)用“新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新材料”是黨和政府大力倡導(dǎo)的。實施“四新”技術(shù)，對于加快施工進度、保證工程質(zhì)量和安全文明施工、提高經(jīng)濟效益、社會效益、促進企業(yè)健康發(fā)展有很大幫助。本文對成（都）彭（州）高速入城段改造工程第七標段中應(yīng)用沖抓成孔灌注樁施工技術(shù)實踐進行總結(jié)，目的是為同行提供參考?！娟P(guān)鍵詞】 沖抓成孔 鋼護筒 樁基礎(chǔ) 一、引言隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，技術(shù)含量高、施工難度大、規(guī)模大的項目在工程建設(shè)項目中所占的比重越來越大。沖抓成孔施工技術(shù)以其進度快、質(zhì)量好、安全有保障、更利于環(huán)保等優(yōu)點迅速成為在橋梁樁基礎(chǔ)施工的主要方法之一二、工程概況1.樁基設(shè)計簡介成(都)彭(州)高速入城段改造工程，全線采用高架橋形式。我公司承建的第七標段，由主線高架橋和匝道橋兩部分組成。橋基礎(chǔ)為摩擦樁基礎(chǔ)，共有樁基162根，最大單根樁長28米，總長度3944m。樁直徑分150和180兩種規(guī)格，150樁基136根，總長3332m，180樁基26根，總長612m。樁基布置形型：主線高架橋為22群樁，匝道橋為12群樁。樁基礎(chǔ)需用C25砼7500m3。2.工程地質(zhì)橋址區(qū)各鉆孔深度范圍內(nèi)所揭露地層自上而下依次為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）和第四系上更新統(tǒng)冰水堆積層（Q3fgl+al），具體為填筑土層、粘土層、亞砂土層、中砂層、卵石層。3.水文地質(zhì)3.1場地內(nèi)地下水主要為賦存于第四系砂、卵石層中的孔隙潛水，補給來源為大氣降水、河渠水及區(qū)域地下水。具有隨季節(jié)變化的特點，地下水位為710m左右，其年變化幅度約為1.5-2.0m。3.2場地地下水含水層主要為砂卵石層，屬強透水性地層，厚度較大，本場地砂卵石層的平均滲透系數(shù)采用K=22m/d。3.3地表水及地下水對混凝土無結(jié)晶類、分解類及結(jié)晶分解類腐蝕，防護等級為常規(guī)防護。 三、樁基施工方案選擇目前，在成都地區(qū)樁基礎(chǔ)施工主要采用人工挖孔灌注樁和沖擊鉆成孔灌注樁兩種方法。人工挖孔樁施工方便，不需要大型機械設(shè)備，可同時進行多個樁基礎(chǔ)的施工。但需要大量的人力，井下作業(yè)條件差、環(huán)境惡劣、勞動強度大，安全和質(zhì)量隱患嚴重。沖擊鉆成孔灌注樁施工較好地克服了人工挖孔樁施工的不足，施工進度進一步加快。缺點是需要泥漿護壁，不利于環(huán)境保護和文明施工；如果工期緊張，同樣需要多臺鉆孔設(shè)備。和以上兩種施工方法相比，沖抓鉆成孔灌注樁施工更是一種先進的方法。它采用全鋼護筒跟進護壁，沖抓鉆鉆進速度更快，生產(chǎn)效率更高。不僅更有利于樁孔的成形、防止坍孔，而且安全文明施工和樁基質(zhì)量得到保證。它施工專業(yè)化，所需工作面少，便于施工管理和控制；樁基全部成型所需時間短，便于流水作業(yè)的組織，在工程量大、工期緊的情況更顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性。從本工程樁基礎(chǔ)的數(shù)量、工期要求、安全文明施工、工程質(zhì)量、施工技術(shù)、設(shè)備配套情況（只有150鋼護筒）等幾方面綜合比較結(jié)果，決定對150樁基礎(chǔ)采用沖抓成孔灌注樁施工方案，180樁基礎(chǔ)采用沖擊成孔灌注樁施工方案。四 、施工工藝流程沖抓成孔水下砼灌注樁施工工藝流程圖孔位放線導(dǎo) 管 制 作測砼表面高度密封承壓試驗平整場地、樁位放樣成 孔 檢 測安裝沖抓鉆機砼配合比選定鋼 筋 試 驗導(dǎo) 管 安 放下鋼筋籠鋼筋籠制作安聲測管管管截 樁 頭沖抓鉆機移位拆除護筒導(dǎo)管灌注水下砼砼拌和及運輸砼檢驗報檢自檢鉆機就位鉆 進、清 孔檢修鉆頭報檢自檢樁 基 檢 驗五、沖抓鉆機簡介1.沖抓鉆機設(shè)備構(gòu)成及工作原理該工程采用日本生產(chǎn)的全回轉(zhuǎn)沖抓鉆孔成套設(shè)備。它由RT-150型全回轉(zhuǎn)器、RTP180液壓動力單元、鋼護筒、履帶式式起重機、反力架和抓斗等組成。成孔原理為：用大噸位液壓機械將全鋼護筒旋轉(zhuǎn)向下壓入并切割土層，以鋼護筒作為鉆孔導(dǎo)向及護壁，用錘式抓斗對護筒內(nèi)的土、石進行挖掘，并在挖掘的同時旋轉(zhuǎn)護筒使之下沉，從而形成樁孔。鋼護筒在灌注水下砼過程中與砼導(dǎo)管一道拔除。2.沖抓鉆機組成和和基本參數(shù)組成技術(shù)參數(shù)名稱參 數(shù) 值旋轉(zhuǎn)器型號RT-150鏜孔直徑1000-1500mm套管抽取力度1636kN套管推進（壓下）力度170-490 kN可信的汽缸沖程500 mm扭矩1180 kN-m轉(zhuǎn)速1.4 min-1重量(未計鎖口盤)28500kg液壓動力單元型號RTP-180柴油機品牌/型號HINO/EP100TD輸出/速度185ps/2000spm136kw類型柴油、直接燃油噴射、渦輪增壓、水冷液壓泵用于旋轉(zhuǎn)的變量活塞泵:流量/壓力223Iit./min.2件270 kgf/cm26.5Mpa用于驅(qū)動/抽取和夾持的變量活塞泵:流量/壓力1733Iit./min245 kgf/cm24.0Mpa齒輪泵用于水準測量: 流量/壓力72.3 Iit./min210 kgf/cm20.5Mpa遙控箱外形尺寸363016002056 mm整機重量4500 kg履帶式起重機50000 kg以上園形抓斗D1000反力架3.沖抓鉆機的試運行 沖抓鉆機拼裝成型后，對行走部份、管路部份、旋轉(zhuǎn)部份、動力部份、臂架等各部份進行檢查，然后進行試運行。試運行的主要項目有：臂架提升、臂架旋轉(zhuǎn)、鋼護筒夾緊、鋼護筒回轉(zhuǎn)、鋼護筒推入、鋼護筒拔除、抓土、卸土等。4.鋼護筒概況該沖抓成孔鉆機配套設(shè)備為原廠定型配制，外徑D150規(guī)格。其內(nèi)徑為141，面板采用24厚鋼板。首節(jié)護筒下端設(shè)有刃口，便于護筒向下推入。護筒標準長度為6m，另設(shè)2m、3m等調(diào)節(jié)段。六、主要施工方法和注意事項沖抓成孔砼灌注樁施工與沖擊成孔砼灌注樁施工程序和方法類似。在沖擊成孔砼灌注樁施工過程中，鋼護筒和鋼筋籠吊裝需增加吊裝設(shè)備，而沖抓成孔配套設(shè)備有履帶式起重機，不再另增吊裝機械。本文重點敘述與沖擊成孔砼灌注樁施工方法的不同之處。1.埋設(shè)第一節(jié)護筒和沖抓鉆機就位對樁位置處整平壓實，用吊車（履帶式起重機）將旋轉(zhuǎn)器吊運到位并校準其中心位置，使其就位。用鉆機的護筒夾具夾住鋼護筒，啟動液壓系統(tǒng)將其緩慢推入土層內(nèi)。要注意在推入過程中隨時觀測鋼護筒的中心位置及豎直度。鋼護筒刃口與挖掘底面的關(guān)系應(yīng)遵循如下原則：若挖掘底面為一般土質(zhì)，刃口可先行壓進，刃口在與挖掘底面保持幾乎同等深度的情況下掘進；在不易坍塌的土質(zhì)中，若鋼護筒壓進困難，則可適當超挖；在漂石、卵石層中也應(yīng)先進超挖，但必須保證周圍土層的松弛程度最小。2.抓斗在鋼護筒內(nèi)的掘土操作操作桿使抓斗進入鋼護筒中即可進行挖掘。挖掘需柔和地進行，抓斗的擺幅需平穩(wěn)，以防對鋼護筒造成損害。在抓斗進行挖掘時，啟動鋼護筒回轉(zhuǎn)和液壓裝置，使鋼護筒勻速旋轉(zhuǎn)并勻速推進（壓下）。按挖掘與鋼護筒推進同步進行的程序連續(xù)進行，直至第一節(jié)鋼護筒推入完畢。3.鋼護筒的連接當上一節(jié)鋼護筒推入完畢后，需安裝下一節(jié)鋼護筒，其連接方法按如下進行：使臂架傾斜，便于護筒就位；使用起重機將鋼護筒吊起；檢查鋼護筒鉸接點位，將鋼護筒連接部位上的泥沙或其他污物清理干凈，涂上潤滑油；將鋼護筒吊起垂直放置于已推入土體中的一段鋼護筒上；插入鉸接點的鎖銷，用T型搬桿擰緊，完成連接。重復(fù)5.2、5.3步驟,直至掘進到樁底設(shè)計高程。4.在不同地層中的不同挖掘方法 根據(jù)不同的地質(zhì)狀況，選用不同的挖掘方法?；驹瓌t是確保在與周圍地層保持最小摩擦力的狀態(tài)下進行。以下是列出本工程中可能遇到的地層所對應(yīng)的挖掘方法。軟土層為防止坍塌，挖掘時鋼護筒要超前推入地層中11.5m，然后用抓斗在鋼護筒內(nèi)抓土。當由于地下水的壓力使樁孔底部砂土向外膨涌時，增加泥漿進行防護。普通稍硬土層和密實砂土層鋼護筒要超前推入地層中30左右,再進行挖掘，這是標準的挖掘方法。含有卵石的土層對此類地層，挖掘時鋼護筒不推入土層，但超前開挖的深度不能太深，一般采用20，若卵石直徑較小，則應(yīng)采用15。堅硬土層 挖掘十分堅硬的土層時，鋼護筒不提前推入土層，可提前挖掘深度以100為限。孤石 當遇較大的卵石或孤石時，采用如下方法處理：在錘式抓斗裝上破碎箍進行破碎、等其落到孔底時進行開挖、使用巖鉆、用鑿井機鉆鑿。5.沖孔施工注意事項鋼護筒回轉(zhuǎn)挖掘時鋼護筒要不停回轉(zhuǎn)，在澆筑樁基混凝土并拔除鋼護筒之前均不能停止。但在土體壓力很小時不需連續(xù)回轉(zhuǎn)。當遇沙層時需連續(xù)回轉(zhuǎn)使沙層密實。樁孔的垂直度控制沖抓鉆機控制樁孔垂直度主要通過以下兩方面實現(xiàn)：一是精確安裝鋼護筒套架；二是在推入第一節(jié)鋼護筒時用水平尺檢測確保其垂直推入。挖掘暫停當遇特殊情況需暫停挖掘工作時，需對鋼護筒周圍的土層進行仔細分析，以便準確掌握回轉(zhuǎn)停止時的土壓力，并每間隔一定時間回轉(zhuǎn)一次鋼護筒。樁孔深度的測量方法鉆進過程中，使用機體配置的測量錘進行測量，也可根據(jù)鋼護筒埋入的長度計算大致孔深。6.成孔檢查沖抓成孔施工過程中要根據(jù)抓斗出渣情況判斷樁孔地質(zhì)資料是否與設(shè)計提供資料一致。如果不相符，應(yīng)向監(jiān)理、設(shè)計及相關(guān)部門提出，按審核確定的方案及時處理。沖抓成孔施工采用全鋼護筒跟進鉆孔，鋼護筒外徑與設(shè)計孔徑一致，不需要檢查樁基直徑。因鋼護筒自身的質(zhì)量過硬，剛度較大，在確保首節(jié)鋼護筒精確就位和垂直推入的情況下可不進行樁孔垂直度的檢測，主要檢查樁孔的深度。檢測時，采用測量錘進行。在沖孔達到設(shè)計高程后，進行孔底處理和自檢；合格后，報請質(zhì)監(jiān)、建設(shè)、設(shè)計、勘察、監(jiān)理各方，共同驗收并填寫檢查驗收記錄。確認合格后進行下道工序施工。七、常見故障的原因與處理方法為了保證施工質(zhì)量、工程進度和機械設(shè)備安全，施工前應(yīng)對可能發(fā)生的各種情況進行預(yù)測，制定切實可行的應(yīng)緊預(yù)案。本工程采取的應(yīng)緊預(yù)案措施如下：常遇故障主要原因處理方法樁孔偏斜首節(jié)鋼護筒埋設(shè)后，挖掘不當。確保第一節(jié)、第二節(jié)鋼護筒豎直埋設(shè)。在軟土地基上安裝鉆機，因重心位置向樁位方向前移，使鉆機向前方下傾。挖掘開始后，應(yīng)隨挖掘隨測定鋼護筒是否豎直，若鋼護筒傾斜則需將其拔除并重新進行鉆機安裝及調(diào)平。鉆機滑動當旋轉(zhuǎn)鋼護筒的反力比鉆機自重和鉆機與地面之間的摩擦力大時，將使鉆機向后部產(chǎn)生滑動。特別是雨天發(fā)生此類故障的可能較大。1、減少鋼護筒表面摩擦力，如避免鋼護筒卷曲、反復(fù)上下轉(zhuǎn)動鋼護筒、向鋼護筒內(nèi)外注水、在鋼護筒外周灌注膨潤土泥漿。2、采取鉆機后部壓重的方法，如在鉆機后部打設(shè)防滑樁、在鉆機液壓支架上安設(shè)防滑體、加配重等。3、事先對安裝鉆機的地基進行加固處理。擴孔過大因地下水作用，鋼護筒外部土砂呈流動狀，流砂將沿鋼護筒外的縫隙下降，經(jīng)由鋼護筒刃口之間的間隙侵入護筒內(nèi)，導(dǎo)致土層松動并留有孔隙，造成孔徑過大。砼澆注時，護筒提升速度減緩，并隨時測量砼導(dǎo)管底部距砼頂面的高度，始終保持導(dǎo)管在砼里的埋深不小于6米。遇厚砂層時進尺緩慢鋼護筒在含有地下水的土層中旋轉(zhuǎn)時，周圍細砂被振實，進尺緩慢。當?shù)叵滤灰韵掠?米以上厚砂層時，鋼護筒不能向下推入。當遇5米以上厚砂層時，不適宜使用此方案，可改用反循環(huán)法施工。在漂石層中鉆進困難漂石粒徑較大，不易挖掘。采用先行挖掘施工法，即先超挖40左右，把漂石取出來，挖掘時將孔徑稍擴大一點，并向孔內(nèi)加入粘土，以阻止地下水的反涌。如此反復(fù)操作?；虿捎脹_擊錐將大漂石沖碎后再用沖抓鉆鉆進。鋼護筒難于拔除或拔不出來當鋼護筒周圍的摩擦力比鉆機的拔除能力大許多時1、使鋼護筒處于回轉(zhuǎn)狀態(tài)，利用操作轉(zhuǎn)向閥，保持行當?shù)幕剞D(zhuǎn)角度，隨著持續(xù)回轉(zhuǎn)使其阻力減小，待慢慢恢復(fù)正常狀態(tài)后再拔除。2、利用其他千斤頂方式進行頂升。鋼護筒刃腳磨損拔除后按規(guī)定堆焊刃口。成孔方式不當用錘式抓斗和鋼護筒刃口保持相同深度方法成孔。在成孔過程中，按規(guī)定回轉(zhuǎn)鋼護筒。澆筑砼方法不當，使套管內(nèi)的粘著力太大保持砼上升面和鋼護筒刃口之間的搭接長度不要太長，或在鋼護筒上端裝較短節(jié)段，使開始澆筑砼時鋼護筒就可向上拔除。鋼護筒傾斜，與拔除力方向不一致正確保持鋼護筒豎直度鉆機地基不良或鉆機安裝不當鉆機安裝地基必須結(jié)實，鉆機安裝必須豎直。錘式抓斗掉入孔底吊索磨損、鋼絲繩插扣連接不好、中心鏈條磨損勤檢查和及時維修或更換。八、沖抓成孔灌注樁孔施工要求1為了提高沖抓成孔機械設(shè)備工作效率，樁基礎(chǔ)鋼筋籠加工要在樁基成孔前進行，清孔后能馬上安裝。2 .要做好樁基礎(chǔ)掘進的地質(zhì)情況記錄。與地勘資料不符或出現(xiàn)其它情況要及時有關(guān)方面及時處理。 3.要提前做好商品砼供應(yīng)準備,