湖南大直徑樁基礎(chǔ)氣舉反循環(huán)施工工藝

大直徑樁基礎(chǔ)氣舉反循環(huán)施工工藝xx【摘要】本文以xx5號(hào)特大橋?yàn)槔榻B了大直徑樁基礎(chǔ)氣舉反循環(huán)施工工藝。實(shí)踐證明，在超厚卵石層復(fù)雜地質(zhì)條件下，該工藝具有較好的適用性，為類似工程提供借鑒?！娟P(guān)鍵詞】氣舉反循環(huán)；大直徑樁；復(fù)雜地質(zhì)；施工工藝1、工程概況xx5號(hào)特大橋橫跨沅江，主橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁——連續(xù)剛構(gòu)體系，橋面總寬度為31.5米，橫向?yàn)樽笥曳蛛x的兩幅橋面，每半幅箱梁采用單箱單室直腹板斷面。水中墩臺(tái)8座，其中主橋墩6座，為群樁基礎(chǔ)，每墩位12根鉆孔灌注樁，直徑2.2m，樁長(zhǎng)72m（基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-1）。主墩間距為130m，主橋邊墩與引橋墩間距75m。xx為xx地區(qū)重要的2級(jí)航道，日夜通航。河水受季節(jié)變化影響較大，其中4月-7月為區(qū)域性暴雨頻發(fā)段，是98年特大洪水的主災(zāi)區(qū)。正常施工水位下，工區(qū)水深12～17m。圖1-1主橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖2、地質(zhì)條件受長(zhǎng)期洪水沖刷影響，該段流域河床起伏較大，河床覆蓋厚度為20～25m厚的卵石，該卵石層主要特征為：灰褐～黃褐色，稍密～密實(shí)，飽和，卵石含量一般50-60％母巖成分主要為石英及石英砂巖，粒徑一般20-60mm，大者300mm以上，泥、砂質(zhì)充填，顆粒級(jí)配較差。鉆孔樁范圍內(nèi)地質(zhì)土層自上而下主要由：（1）卵石：雜色，中密，飽和，卵石含量約70％，顆粒級(jí)配一般，粒徑30-80mm，大者250mm以上，泥、砂質(zhì)充填，顆粒級(jí)配較差。分層厚度20m~25m。（2）粘土；灰黑色，可塑，稍濕，底部見(jiàn)0.06m原礫巖漂石。分層厚度約7m。（3）圓礫：灰褐色，稍密～中密，飽和，礫石含量約60％，母巖成分主要為弱風(fēng)化硅質(zhì)巖，石英巖，泥沙質(zhì)填充。顆粒級(jí)配差，粒徑一般20mm，分層厚度約14m。（4）泥巖：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，固結(jié)很差，節(jié)理裂隙不發(fā)育，易風(fēng)化，崩解，巖質(zhì)極軟，有滑膩感，巖體完整。分層厚度約34m。3、施工準(zhǔn)備3.1“三通一平”成孔準(zhǔn)備（1）施工便道：伍家嘴村鄉(xiāng)村水泥路，大堤橫道路，攪拌站至鋼棧橋平臺(tái)自建便道形成循環(huán)，保證路線暢通，。（2）施工用水：武陵區(qū)xx江水用水泵就地引進(jìn)使用，送檢合格。（3）施工用電：315KVA變壓器2臺(tái)，400KVA變壓器1臺(tái)，發(fā)電機(jī)另配備（每?jī)蓹C(jī)1臺(tái)）。（4）鉆孔平臺(tái)：鋼棧橋鉆孔平臺(tái)下部鋼管樁進(jìn)行加固處理，與所在平臺(tái)鋼護(hù)筒固結(jié)形成整體，保證鉆機(jī)平整、牢固，保證機(jī)械操作需要和安全。3.2泥漿池、沉淀池、循環(huán)池（1）單幅6根鋼護(hù)筒用聯(lián)通管彼此連接，形成泥漿池與泥漿循環(huán)系統(tǒng)。(2)選用簡(jiǎn)易過(guò)濾箱進(jìn)行渣漿分離。見(jiàn)圖3.2.（3）配制好開(kāi)鉆前必需的泥漿，選用黃粘土、膨潤(rùn)土、燒堿、水泥造漿（圖）。圖過(guò)濾箱圖膨潤(rùn)土4、鉆孔機(jī)械。300型氣舉反循環(huán)鉆機(jī)（2200㎜鉆孔灌注樁）。GF-300型鉆機(jī)性能參數(shù)表設(shè)備型號(hào)GF-300氣舉舉反循環(huán)最大鉆孔直徑(mm)3最大鉆孔深度(mm)120最大輸出扭矩(KKN.m)130最大提升能力(tt)65外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)(m)8.7×5.5××12.5552循環(huán)方式氣舉反循環(huán)鉆機(jī)總重量(t))主機(jī)42鉆具60鉆機(jī)總功率(kww)主機(jī)90循環(huán)系統(tǒng)13325、氣舉反循環(huán)鉆機(jī)工作原理。氣舉反循環(huán)鉆機(jī)利用空壓機(jī)的壓縮空氣，通過(guò)安裝在導(dǎo)管內(nèi)的風(fēng)管送至樁孔內(nèi)，高壓氣與泥漿混合，在導(dǎo)管內(nèi)形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物，漿氣混合物因其比重小而上升，在導(dǎo)管內(nèi)氣鋌底端形成負(fù)壓，下面的泥漿在負(fù)壓的作用下上升，并在氣壓動(dòng)量的聯(lián)合作用下，不斷補(bǔ)漿，上升至氣鋌混合器的泥漿與氣體形成氣漿混合物后繼續(xù)上升，從而形成流動(dòng)，因?yàn)閷?dǎo)管的內(nèi)斷面積大大小于導(dǎo)管外壁與樁壁間的環(huán)狀斷面積，便形成了流速、流量極大的反循環(huán)，攜帶沉渣從導(dǎo)管內(nèi)反出，排出導(dǎo)管以外（圖5.1）。圖5.1氣舉反循環(huán)原理簡(jiǎn)圖6、工藝流程6.1施工流程平臺(tái)驗(yàn)收→樁位放線→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)→清孔→安放鋼筋籠→二次清孔→灌注水下砼樁位放樣按照設(shè)計(jì)圖紙所提供的坐標(biāo)，用全站儀測(cè)出鉆孔樁的準(zhǔn)確位置，進(jìn)行標(biāo)定。把樁孔中心用“十”字交叉法引到鉆孔樁機(jī)下鋪設(shè)好的鋼軌墊木上固定，作為控制護(hù)筒及鉆機(jī)對(duì)位的依據(jù)，并把高程引到剛棧橋面上作為施工時(shí)測(cè)量樁基礎(chǔ)深度的依據(jù)。鋼護(hù)筒埋設(shè)為確保施工質(zhì)量及安全，主墩2.2m徑樁基護(hù)筒采用14mm厚的鋼板制成，直徑2.5m，為增強(qiáng)護(hù)筒鋼度在護(hù)筒頂口、底口以及中間部位每5.0m左右設(shè)置加強(qiáng)箍，加強(qiáng)箍采用厚14mm、寬500mm鋼板緊貼于護(hù)筒外壁焊牢。每根鋼護(hù)筒整節(jié)在后場(chǎng)加工制作，為避免鋼護(hù)筒在起吊運(yùn)輸過(guò)程中變形，每節(jié)鋼護(hù)筒端頭用型鋼各焊接一道“米”字形內(nèi)撐，待起吊后割去內(nèi)撐。鋼護(hù)筒采用80T浮吊，DZ180吊振動(dòng)錘整體沉樁，鋼護(hù)筒先用1000噸的方駁運(yùn)入樁位附近，用80T浮吊進(jìn)行施工。首先先定好定位框中心位置，然后用履帶吊將鋼護(hù)筒吊入定位框內(nèi)。然后用履帶吊換振動(dòng)錘開(kāi)始打入，振動(dòng)錘中心線與護(hù)筒中心位置一致。護(hù)筒下沉到位后，采用型鋼將頂口與平臺(tái)固定。鋼護(hù)筒下沉精度要求：平面位置偏差<5cm，傾斜率<1%。最小埋置深度計(jì)算如下： L=［（h+H）ro—Hrw］/（rd-ro） 式中L：護(hù)筒埋置深度； H：最高潮位至最低河床沖刷線深度為：29.5-12.85=16.65m； h：護(hù)筒內(nèi)外水頭差為：2m ro：護(hù)筒內(nèi)泥漿比重：13kN/m3 rw：水的比重：10kN/m3 rd：護(hù)筒外河床土層飽和容重19.6kN/m3 rd=(△+e)/(1+e)×r△：土層的相對(duì)密度，取平均值2.70kN/m3e：孔隙比0.737計(jì)算可得護(hù)筒埋置深度為10米，但考慮到鋼護(hù)筒埋在打入卵石層的最大打入深度，我們先打入5米，并采用丙炳酰胺即PHP泥漿調(diào)節(jié)泥漿和護(hù)筒跟進(jìn)的方案進(jìn)行試驗(yàn)性施工，在水深14m左右的情況下，鋼護(hù)筒長(zhǎng)度為18-21m，入土深度為4-7m，實(shí)踐證明，已基本能滿足施工要求。護(hù)筒埋設(shè)好后，進(jìn)行垂直度驗(yàn)收。驗(yàn)收合格后，把樁孔中心及標(biāo)高用十字交叉法引到護(hù)筒壁，并在四周設(shè)控制點(diǎn)。圖鋼護(hù)筒施工鉆機(jī)就位及孔位校正鉆機(jī)安裝就位時(shí)，底座支墊堅(jiān)實(shí)平穩(wěn)，防止位移或沉陷。鉆機(jī)平穩(wěn)地就位于埋設(shè)好的護(hù)筒上方，安裝鉆機(jī)做到周正，水平，穩(wěn)固，機(jī)座梁全部承壓，鉆架設(shè)置風(fēng)纜固定，檢查鉆架頂部滑輪槽→轉(zhuǎn)盤(pán)卡孔→護(hù)筒中心，三者應(yīng)在一豎直線中，誤差小于±8mm，以保證鉆孔豎向垂直度偏差≤1％。鉆孔施工（1）鉆機(jī)就位前，對(duì)鉆機(jī)的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢查，包括場(chǎng)地布置及鉆機(jī)座落處的平整與加固，主要機(jī)具的檢查及安裝，配套設(shè)備的就位及供電的接通等。經(jīng)過(guò)各項(xiàng)準(zhǔn)備后，xx5號(hào)特大橋于2010年1月27日07：00開(kāi)鉆第一根樁，里程樁號(hào)K104+212，樁號(hào)主6墩右幅6號(hào)樁。圖氣舉反循環(huán)工藝鉆進(jìn)圖6.1.4（3）地質(zhì)取樣（2）根據(jù)鉆孔地質(zhì)剖面圖，按不同土層選用適當(dāng)?shù)你@進(jìn)速度和泥漿，填寫(xiě)鉆孔記錄，觀察地質(zhì)報(bào)告是否與實(shí)際符合。班組交接班時(shí)交待鉆進(jìn)情況及下一班應(yīng)注意事項(xiàng)。（3）開(kāi)鉆前配備一定數(shù)量的粘土泥漿，先往護(hù)筒內(nèi)倒黃黏土，攪漿，泥漿驗(yàn)收合格后開(kāi)始鉆進(jìn)。增加泥漿泵量以保證良好的泥漿護(hù)壁效果。鉆孔作業(yè)兩班連續(xù)進(jìn)行，并經(jīng)常對(duì)鉆孔泥漿進(jìn)行試驗(yàn)，不合要求時(shí)進(jìn)行改正，注意地質(zhì)層層變化，根據(jù)不同地質(zhì)調(diào)節(jié)泥漿比重及各項(xiàng)性能指標(biāo)。在地質(zhì)層變化處選取渣樣，裝袋保存，作為依據(jù)，判明土層，并記入記錄表中，以便于地質(zhì)剖面圖核對(duì)表泥漿性能參數(shù)表地質(zhì)情況泥漿性能指標(biāo)比重粘度（s）含砂率（％）膠體率（％）失水率（ml/30minn）泥皮厚（mm/330min）酸堿度PH值砂層22-28≤4≥95≤20≤38-10卵石層1.2～1.25522～28≤4≥96≤20≤2.08～10泥巖1.08～1.11023～26≤2≥96≤20≤2.08～10清孔1.03～1.11020～25≤1≥99≤20≤2.08～10（4）鉆進(jìn)時(shí)，經(jīng)常檢查鉆頭轉(zhuǎn)向裝置，使鉆頭在鉆進(jìn)中能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。為預(yù)防卡鉆，經(jīng)常檢孔，保障各項(xiàng)指標(biāo)合格，順利鉆進(jìn)。（5）升降鉆錐時(shí)平穩(wěn)，鉆錐提出井口時(shí)防止碰撞護(hù)筒孔壁和鉤掛護(hù)筒底部。拆裝鉆桿力求迅速。（6）慢速推進(jìn)，待導(dǎo)向部位全部鉆進(jìn)土層后全速鉆進(jìn)。（7）在接長(zhǎng)鉆桿時(shí)，注意使接頭緊密。（8）連續(xù)補(bǔ)充泥漿維持護(hù)筒內(nèi)應(yīng)有水頭，防止孔壁坍塌，在鉆孔排提錐除土或因故停鉆時(shí)，保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位和要求的泥漿相對(duì)密度及粘度，以防坍孔。（9）根據(jù)土質(zhì)的類別，鉆孔速度及供漿量來(lái)確定相應(yīng)的鉆進(jìn)速度，使其達(dá)到最佳進(jìn)度，并確保成孔的垂直度。設(shè)專人檢查及作鉆進(jìn)記錄，經(jīng)常測(cè)試泥漿比重，保持孔內(nèi)水面標(biāo)高，嚴(yán)防斜孔、坍孔現(xiàn)象的發(fā)生。鉆經(jīng)不同的土、巖層，采取不同比重的泥漿，確保成孔質(zhì)量。xx5號(hào)特大橋主6墩選用氣舉反循環(huán)工藝，成孔質(zhì)量好，無(wú)明顯漏漿現(xiàn)象。、鋼筋籠制作及吊放（1）鋼筋原材料檢測(cè)合格，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行，鋼筋間距、焊接、搭接長(zhǎng)度符合施工及驗(yàn)收規(guī)范要求。（2）成型后的鋼筋籠保證平整，不坍腰，焊點(diǎn)牢固，每節(jié)鋼筋籠長(zhǎng)度為8～9米，直徑符合設(shè)計(jì)圖紙要求，為了保證鋼筋籠成型強(qiáng)度，接頭處加置加勁箍筋。鋼筋的規(guī)格、數(shù)量準(zhǔn)確無(wú)誤，質(zhì)量合格。（3）檢查孔深、孔徑和垂直度，用探孔器，再核測(cè)樁位中心，以便在下鋼筋籠時(shí)適當(dāng)調(diào)整，使鋼筋籠中心與樁位中心偏差在1cm以內(nèi)，待符合要求后，即可吊放鋼筋籠。（4）鋼筋籠采用吊裝入孔（按設(shè)計(jì)要求100%樁預(yù)埋聲測(cè)管）。為了吊裝時(shí)有足夠的剛度，主筋采用直螺紋套筒連接，主筋與加強(qiáng)箍筋全部焊接。鋼筋籠采取分段入孔，接頭錯(cuò)開(kāi)，同一斷面的焊接頭數(shù)量和質(zhì)量符合施工規(guī)范。鋼筋籠垂直緩慢放入孔中，防止硬撞孔壁，并隨時(shí)校正，保證吊放位置準(zhǔn)確無(wú)誤。圖（1）鋼筋籠制作圖（4）鋼筋籠吊放（5）鋼筋籠吊放達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，固定牢固。以免在灌注砼過(guò)程中發(fā)生掉籠或浮籠現(xiàn)象。聲測(cè)管注滿清水，并密封。（6）灌注樁頂要留足與墩臺(tái)和柱的連接和錨固鋼筋，并將此高度作為破樁頭的范圍。6.1.6清孔氣舉反循環(huán)清孔由于返漿速度快，清渣效果較好，沉渣層較薄，而沉渣層厚度大小與單樁承載力高低密切相關(guān)，對(duì)工程質(zhì)量大有裨益。清孔有以下注意事項(xiàng)：（1）導(dǎo)管下放深度以出漿管底距沉淤面300～400mm為宜，風(fēng)管下放深度一般以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.5～0.65來(lái)確定。

（2）開(kāi)始送風(fēng)時(shí)應(yīng)先孔內(nèi)送漿（補(bǔ)漿），停止清孔時(shí)應(yīng)先關(guān)氣后斷漿。清孔過(guò)程中，特別要注意補(bǔ)漿量，嚴(yán)防因補(bǔ)漿不足（水頭損失）而造成塌孔。（3）送風(fēng)量應(yīng)從小到大，風(fēng)壓應(yīng)稍大于孔底水頭壓力，當(dāng)孔底沉渣較厚、塊度較大，或沉淀板結(jié)時(shí)，可適當(dāng)加大送風(fēng)量，并搖動(dòng)出水管（導(dǎo)管），以利排渣。（4）隨著鉆渣的排出，孔底沉淤厚度較小，出水管（導(dǎo)管）應(yīng)同步跟進(jìn)，以保持管底口與沉淤面的距離。

（5）清孔后，孔內(nèi)泥漿比重應(yīng)小于1.10，粘度18～20s，孔底沉渣厚度≤5cm。

xx5號(hào)橋主6墩為例，右幅6號(hào)樁于2010年2月8日09：00成孔，右幅4號(hào)樁于2月21日19：30成孔，均嚴(yán)格進(jìn)行第一次清孔法，確保沉渣符合設(shè)計(jì)要求深度(不大于10㎝)，將鉆頭提升10－20cm，低速旋轉(zhuǎn)，用泥漿泵抽漿排渣，注入凈化泥漿，清孔后測(cè)定泥漿相對(duì)密度1.07，量測(cè)沉渣厚度（采用帶圓錐形測(cè)錘的標(biāo)準(zhǔn)水文繩測(cè)定。測(cè)錘重量＞1㎏）為5cm，符合施工規(guī)范要求。第二次清孔時(shí)間2月10日6：50～8：35，右幅4號(hào)樁第二次清孔時(shí)間2月23日00：10～2：40，清孔后測(cè)定泥漿相對(duì)密度1.05，量測(cè)沉渣厚度（采用帶圓錐形測(cè)錘的標(biāo)準(zhǔn)水文繩測(cè)定。測(cè)錘重量＞1㎏）為4cm，效果良好，符合施工規(guī)范要求。6.1.7灌注水下砼（1）拌和站自拌砼，外加劑選用高效聚羧酸SYW-3，每立方2.53Kg，首批砼初凝時(shí)間6-8h，其坍落度在180±30㎜范圍內(nèi)，細(xì)骨料采用級(jí)配良好的中粗砂，水灰比用0.45，適當(dāng)提高含砂率，以提高和易性。（2）灌注水下砼采用直徑300mm的游輪連接導(dǎo)管，導(dǎo)管事先拼裝，并經(jīng)過(guò)密封、壓力（1.3Mpa）試驗(yàn)，符合要求。導(dǎo)管的安裝必須與孔深相對(duì)應(yīng)，管底距孔底30-50cm，導(dǎo)管居中固定于孔口架上，裝上漏斗，下裝隔水栓。初灌砼量為10m3，按計(jì)算結(jié)果保證埋管深度不小于1.0m的初灌量進(jìn)行首灌。（3）灌注過(guò)程中，實(shí)時(shí)測(cè)量砼面的深度，保證導(dǎo)管在砼面的合理埋入深度，控制在3-6m，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁憑經(jīng)驗(yàn)灌注而將導(dǎo)管提離砼面。（4）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比攪拌砼然后運(yùn)送至導(dǎo)管上的漏斗內(nèi)進(jìn)行灌注。砼泵車的出料口應(yīng)緊接導(dǎo)管上口中，灌注時(shí)須進(jìn)行測(cè)量砼面上升高度，填寫(xiě)好灌注記錄，指導(dǎo)導(dǎo)管的提升和拆卸。（5）保證導(dǎo)管埋入砼內(nèi)有適當(dāng)?shù)纳疃?，防止?dǎo)管提升過(guò)猛而使管底提離砼面或埋入過(guò)淺而使導(dǎo)管內(nèi)斷樁夾泥，同時(shí)防止埋入過(guò)深，而導(dǎo)致管內(nèi)砼壓不出或?qū)Ч鼙豁怕褡〔荒芴嵘?，?dǎo)致中止?jié)补喽鴶鄻?。?jīng)常檢查砼的坍落度，按規(guī)范制作砼試塊，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)、檢驗(yàn)砼的強(qiáng)度。（6）鄰孔樁開(kāi)鉆滿足至少在該樁灌注砼36小時(shí)以后和4d（樁基直徑）距離。7、結(jié)束語(yǔ)鋼護(hù)筒垂直度極關(guān)鍵，若不把握好鉆進(jìn)時(shí)可能導(dǎo)致卡鉆，以及鋼筋籠無(wú)法下放的問(wèn)題，從xx5號(hào)特大橋施工的2.2m徑樁基來(lái)看，出現(xiàn)過(guò)鋼筋籠下放困難現(xiàn)象，一定程度上影響施工進(jìn)度。鋼護(hù)筒埋設(shè)須備加注意，嚴(yán)格檢查，更