灰岩区挖孔桩水下混凝土浇灌及浇灌次序控制

2010-04-03张锦雄

采矿技术 2010年6期

关键词：灰岩人工导管

张锦雄

(玉溪新兴钢铁有限公司, 云南玉溪市 653111)

灰岩区挖孔桩水下混凝土浇灌及浇灌次序控制

张锦雄

(玉溪新兴钢铁有限公司, 云南玉溪市 653111)

在灰岩区的人工挖孔桩施工过程中,有时会遇到地下水位高并且地下水量很大的情况,这时为确保工程质量,需采用水下混凝土浇灌的方法浇筑砼。但通过施工顺序的控制,可有效地减少水下浇灌孔数量,节约成本、缩短工期。论述了人工挖孔桩水下混凝土的配制、施工设备、灌注方法等,以及灰岩区人工挖孔桩施工中如何减少水下浇灌孔数量的方法。

人工挖孔桩;水下混凝土浇灌;浇灌次序;灰岩区

0 前言

在钻孔桩施工中,混凝土的浇灌通常都采用导管水下浇注法。但在采用人工挖孔桩的工地,大多采用井口串筒等简单的非水下浇注法。根据作者长期的施工管理经验,有时虽然大面积施工时水量不是很大,但到收尾桩施工时,孔内水量成倍增长,甚至可能出现桩孔内的水难以抽干的情况,如果采用一般的井口串筒浇灌法,可能出现严重的桩身质量事故。混凝土的水下浇灌费时费事,会增加施工成本,但是在人工挖孔桩施工中,有目的地进行水下浇灌孔数量控制和做好水下浇灌都是同样的重要。本文结合玉钢中宽带工地桩基施工情况,对人工挖孔桩水下浇灌的有关问题及效果予以介绍。

1 水下混凝土浇灌

人工挖孔桩水下混凝土浇灌导管法的原理是,利用导管内混凝土柱和导管外水柱的比重和高度的不同所产生的压力差,使导管内的混凝土向下流动并托起导管外的初期灌注的混凝土向上运动,同时也顶托着初期灌注的混凝土上面的泥浆或水上升直至所需要的混凝土面标高 (或孔口),从而自下而上地形成连续密实的混凝土桩身。

1.1 水下混凝土的配制

水下混凝土的强度应满足桩身强度的要求,并符合《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2000)的规定。人工挖孔桩的混凝土为普通混凝土,无法进行水下浇注。为确保桩身质量并满足水下浇灌工艺的需要,水下混凝土的强度通常应比普通混凝土高一个等级。

水下混凝土的配合比一般根据实验室的试验结果确定。对于水下混凝土施工,应注意以下几个方面的问题。

(1)材料。水泥宜用 P.042.5普通硅酸盐水泥,并要求其初凝时间不早于 1.5 h。水泥的质量要达到规范规定的标准,有出厂合格证并经试验合格。砂子为中砂或粗砂,其含泥量不大于 3%,宜选用河砂。碎石的粒径 10～40 mm(不大于导管内径的1/6～1/8),含泥量不大于 2%,宜优先选用卵石,再选用碎石。

(2)水下灌注的混凝土必须具有良好的和易性,须适当提高水泥用量及砂率。其配合比应通过试验确定,水灰比宜采用 0.5～0.6,坍落度宜采用160～220 mm。另外,掺入合适掺合料 (如粉煤灰)和外加剂 (如减水剂、缓凝剂和早强剂等),改善调节混凝土的流动性和凝结时间。外加剂种类、掺入量和掺入程序都必须经过实验来确定。

总之,水下混凝土的配合比及其性能必须与导管水下灌注的工艺相适应。通过调整配合比,使混凝土具有足够的可塑性和粘聚性,易于在导管中和井孔的环状间隙内流动而又不易离析。要满足这一点,须对水泥标号、水灰比、骨料的种类和性质、外加剂的种类和性质等多方面进行周全的考虑。另外,搅拌要均匀,搅拌时间要适宜;在输送过程中,不得出现离析泌水现象。一般来说,水下混凝土的强度越高时,其耐久性也越好,因此,必须保证所配出来的混凝土强度等于或高于设计要求的强度。

1.2 水下混凝土灌注的设备

水下浇灌砼施工需要砼搅拌机、砼灌车、砼泵车、吊车、砼导管、水泵、漏斗、备用发电机等。

为保证水下灌注时不因设备故障的原因造成灌注质量问题,不仅要求施工设备完好配套,而且还要有应急备用的设备。重点做好以下几方面的保证。

(1)施工过程中可能发生断电情况,因此一般须备用 1台 120 kW的发电机;另外,搅拌机也可能出现故障,因此,搅拌机应不少于 2台,并保持完好。

(2)导管是灌注水下混凝土的重要工具,其直径大小要根据孔径、灌注强度、骨料尺寸等进行选择。导管应具有足够的强度和刚度、管壁光滑平直、且密封性良好不漏水。因此,对导管须进行密封、承压和接头抗拉的试验。

1.3 水下混凝土的浇灌

在混凝土浇灌前,所放钢筋笼和孔洞的中心要对应,定位要准确,钢筋笼安放到位后应立即安设砼导管。

(1)砼导管的制作及安装。导管壁厚不宜小于3 mm,直径宜为 200～273 mm,宜采用无缝钢管制作。导管的分节长度一般为 2～4 m,底管长度不宜小于 4 m,一般为 6 m,底部应焊设加强箍,两管之间可用法兰或丝扣连接。为避免提升导管时法兰挂住钢筋笼,可设置锥形护罩,或采用加焊三角形加劲板等有效措施。导管使用前应试压,试压压力一般为0.6～1 MPa,并要试验混凝土隔水滑阀是否能通过。使用丝扣连续的导管,应注意使用、运输和堆放中不得碰撞导管连接口的螺纹或压坏管口。在每次灌注混凝土使用完毕后,应立即冲冼干净导管,及时在导管连接口的螺纹涂油防绣。

(2)浇灌水下混凝土。在灌注混凝土之前先用水湿润导管,在向漏斗内放入混凝土之前,最好先配制与混凝土内砂浆相同配比的水泥砂浆约 0.2 m3,并放入滑阀以上的导管和漏斗中,然后再放入混凝土。向孔内灌注混凝土之前,必须确认储料斗内有足以将导管的底端一次性埋入水下混凝土中至少0.8 m以上深度的混凝土储存量后,方可剪断滑阀的铁丝,让滑阀和混凝土在排除导管内的水的同时,从导管内冲入孔底。灌入第一斗混凝土时,导管底端到孔底的距离应为 0.5 m,排塞后不得将导管插回孔底。

随着混凝土的上升,要适当提升和拆卸导管,一般宜保持导管底端埋入混凝土面以下 2～4 m,不宜大于 6 m和不得小于 1 m,严禁把导管底端提出混凝土面。导管埋入混凝土的深度,主要是根据人工挖孔桩的地下水的多少及是否有承压水来判断。在水下混凝土浇灌过程中,应有专人测量导管埋深,填写好水下混凝土浇灌记录表。提升导管时应避免碰挂钢筋笼。当混凝土面接近钢筋笼底时,应严格控制导管的埋管不要过深,当混凝土面上升到钢筋笼内 3～4 m再提升导管,使导管底高于钢筋笼底端,以防钢筋笼上浮。应控制最后一次混凝土的灌注量,一般应控制桩顶在设计桩顶标高以上约 0.8 m,并确保有效桩段内不含浮浆。灌注桩身混凝土时,每条桩的留置试块不得少于 1组 (3件)。

2 灰岩区孔桩灌注次序的控制

水下灌注次序的控制就是根据地下水的水文地质条件,通过孔桩成孔和浇注顺序的设计,利用挖孔施工中的抽排水作用,使 1个场地内的孔桩大部分或全部实现干孔或少水条件下浇注。

在灰岩区,通常基岩起伏较大,而且灰岩大多裂隙发育,水易向低凹的基岩面处汇集。所以,可将某个低点及其汇水区作为地下水排水控制单元来进行成孔浇注施工顺序设计。具体办法是:

(1)在 1个排水控制单元内,根据地下水的大小来确定一序开挖孔的数量,通过这些孔的开挖和抽水,能使地下水水位得到有效下降,并使每 1个孔的水量都在可抽排的范围内,让其开挖可以基本正常地进行;

(2)在岩面低凹处,选择 2个 (或以上)相邻较近的孔互为排水孔,实现各自的开挖成孔和护壁支护;

(3)在岩面低凹处孔的强力抽排水的降水作用下,实现整个场地 (或排水单元)相对较浅的大部分孔可在干孔或少水条件下浇灌;

(4)最后留下岩面地凹处的深孔,采用特殊的导管水下混凝土浇灌。

3 工程实例

玉钢中宽带主厂房的人工挖孔桩总 186棵,每棵桩深度均在 25～30 m。地质条件极为复杂,基本上每棵桩均有 2层硫砂层,总厚度为 4～9 m,桩端持力层为灰岩,裂隙发育,基岩面为凹槽形分布。地下水位在地表下 2 m,且地下水极为丰富,又处在雨季施工,造成了人工挖孔桩有大量的积水要用水泵抽水。整体上厂房南面靠炼钢区域相对岩层较浅,灰岩桩端持力层在地下 25 m左右,西面靠山坡边的区域岩层在地下 25 m左右,东面靠主公路区域的岩层在地下约 30 m,北面靠大门区域的岩层在地下约30 m,东北角上少数区域的岩层在地下 32 m左右。根据基岩面的空间展布和地下水流向分析,进行了合理的施工顺序设计,编排了系统的成孔浇注顺序,使绝大部分的孔(179个)实现了在干孔条件下用普通工艺简易浇灌。具体就是先施工主厂房南面靠炼钢区及西面靠山坡的人工挖孔桩,其次施工厂房中间的人工挖孔桩,再施工厂房东面及北面的人工挖孔桩,有目的在厂房东北角区域预留了后浇抽排水孔 7个。当大量的桩已浇灌了砼后,余下的预留人工挖孔桩水量就更大了,这 7棵人工挖孔桩用 2台Φ100 mm的水泵持续抽排,刚好能把人工挖孔桩内的积水抽干。根据实际情况及预先考虑的施工方案,对这 7棵人工挖孔桩采用了水下混凝土浇灌且施工完成后全部做了大、小应变的检测,检测结果均满足了设计及规范的要求。到现在为止,已有 5 a时间,中宽带的主厂房完好。