任立涛

北京首都机场扩建交通工程项目部所承包的桥梁工程全长5 km多,是为新建T3航站楼配套的交通项目。我部施工的桩基有546根,桩径为1.5 m,平均桩长40 m,为端承摩擦桩,水下灌注桩。地表平坦,土质为砂质黏土,下部基本为细砂层与黏土层间布,无卵石层,地下水位在-9 m。施工采用旋挖成孔,泥浆护壁,混凝土采用商品混凝土,加缓凝剂。

1 场地准备

由于施工场地为旱地,主施工场地位于北京城建与中建八局之间,相互干扰较大;场地狭小,地下管线多而复杂,位置不明,埋深多在0.7 m～2.5 m;表层土多为回填土,松散不密实。对此,我们采取以下措施:1)专人负责协调,提前协调,把协调放在首位。2)在每个桩基位置,用人工挖深坑2 m～3 m,确定下无管线,方可开钻施工。3)桩基施工采用泥浆护壁,必须提前做好排水,防止现场泥浆乱流。4)挖出泥渣,及时清理,保证施工场地的整洁。但是,由于场地狭小,使得有几个泥浆池不得不放在桥区范围内,为以后的路基及现浇箱梁的“满堂红”支架法施工埋下隐患,后期施工又花人力物力对泥浆池进行换填处理。

2 放线及下护筒

旋挖成孔泥浆护壁的施工方法要求,施工时必须采取先低后高,先里后外的施工顺序。桩位放线定位以后,引“十字”护桩,为下护筒做好准备。

护筒有固定桩位,引导钻头方向,隔离地面水免其流入桩孔,保护孔口不坍塌,并保证孔内泥浆水位高出地下水位一定高度,形成静水压力,保证孔壁免于坍塌等作用。

护筒采用钢板,用6 mm厚钢板卷制。采用筒内除土,辅以压重,锤击方式入土。护筒顶端必须高出地下水位1.5 m～2 m,保证有足够的静水压力,才能保护孔壁。由于实际地下水位较低,而且地表为砂质黏土,我们只要求护筒长度不小于2 m,以保护孔口不坍塌;护筒顶高出地面30 cm,防止杂物及地面水进入孔内。护筒内径应比桩径稍大20 cm～30 cm为宜,过小,埋设不方便;过大,使钻孔桩更容易偏位。

护筒埋置完毕后,利用所引“十字”护桩,检查护筒偏位,若偏位在50 mm范围内为合格,否则,必须重新埋置(见图1)。

3 钻进

护筒埋置完毕后,注入泥浆,即可开始钻进。钻孔泥浆由水、黏土(或膨润土)和添加剂组成。在钻孔中,由于泥浆相对密度大于水的相对密度,故护筒内同样高的水头,泥浆的静水压力比水大。由于静水压力的作用,泥浆可作用在桩孔壁形成一层泥皮,阻隔孔内外渗流,保护孔壁免于坍塌。

对于泥浆,施工主要控制其相对密度及含砂率。泥浆相对密度增大时,在钻进中对孔壁的侧压力也相应增大,孔壁也趋稳定,然而,相对密度过大的泥浆,失水量亦加大,孔壁的泥皮也会增厚,这样,就增加了泥浆原料的消耗,而且会给清孔及混凝土的灌注造成困难。含砂率是指泥浆内所含砂和黏土颗粒的百分比。根据机场工地砂土层厚的地质情况,采用高质量泥浆液。

泥浆配制时水和膨润土通常按照100∶8的比例,纯碱在0.2%～0.4%,CMC在0.1%以下。

采用旋挖钻机一次性成孔,钻杆为伸缩式钻头,钻头直径为桩位直径,钻头为筒式活门掏渣筒,钻进时钻头对准桩位中心,液压装置加压,旋转钻进,操作室内显示进尺深度及钻头位置,掏渣筒掏满后提出卸渣,如此反复钻进、卸渣,直至成孔。

钻进是在护壁泥浆的保护下钻进;另外,因旋挖钻机结构及性能决定,钻斗钻进时,每个孔要上下往复作业。这两个特点决定如何保证护壁泥浆的管理,是施工作业的关键。我们在实际施工中特别注意两点:1)确保水头能产生足够的静水压力。2)严格控制钻斗在孔内的升降速度。

4 清孔、终孔检查及钢筋笼就位

钻进到位后,清孔采用平底筒钻正转并下放至孔底,反转关闭钻头斗门并静置6 min,缓慢提出钻头,反复操作2次～3次,可达到设计沉渣标准。

成孔后,立即使用测绳锤球测孔深h1,垂直度与孔径检查采用与桩径相同的钢筋笼孔规,孔规长度为桩径的3倍～4倍,以孔规能顺利下至孔底为合格,即可起吊就位钢筋笼。钢筋笼就位完毕后,再用测绳锤球测量孔深 h2,若(h1-h2)＞50 cm,表示沉渣已经超过要求,可把旋挖钻斗换成小孔径掏渣钻斗进行掏渣,然后安装水下混凝土浇筑的导管。注意不得用加深孔深来代替清孔。导管安装完毕后,再次测孔深 h3,若(h1-h3)＜50 cm,即可进行水下混凝土的灌注;若(h1-h3)＞50 cm,可用大功率的水泵,利用导管进行循环,把沉渣悬浮于泥浆中,然后进行水下混凝土的浇筑,但是这种情况,在浇筑过程中一定要注意埋管长度,以免把沉渣当成混凝土,拔脱导管,造成断桩。

钢筋笼骨架在加工场分成上下两节制作,每节长度不超过 24 m(受起吊能力限制)。钢筋连接时,采用机械直螺纹连接,对下节钢筋的端头(与上节钢筋连接的那一端)多滚压一个丝头长度,两节骨架连接时,先把套筒向下拧,待钢筋笼对齐后再向上拧紧。为确保钢筋笼能上下对齐,要求在加工场要整体加工焊接成型,再分成两节,并做好匹配和对正标记(见图2)。

钢筋笼进入孔口后,应将其扶正徐徐下降,严禁摆动碰撞孔壁。钢筋笼骨架上端定位,是由测定的孔口标高来计算定位筋长度,并核对无误后再焊接定位,然后在定位钢筋的顶吊圈下插入两根平行工字钢将定位筋支托于护筒顶端,两根工字钢的净距应大于导管外径30 cm。

5 灌注水下混凝土

混凝土采用商品混凝土,混凝土输送车运送,吊车配合灌注混凝土。对首批混凝土的最小储量进行验证。

商品混凝土罐车每车最小容量为8 m3,完全满足水下灌注桩对首批混凝土的容量要求。

水下混凝土的灌注,关键是探测及导管埋深的控制。

探测采用测深锤法深探测及取样盒法浅探测。测深锤法即为用质轻,遇水不伸缩的测绳或尼龙皮尺系一圆锥形重锤,吊入孔中,使其通过泥浆沉淀层而停留在混凝土表面,根据测绳所系重锤的沉入深度作为混凝土的灌注深度。灌注接近结束时,泥渣沉淀增厚,泥浆的相对密度、粘度、静切力增加,仅靠测深锤不易测准,可用取样盒探测。

埋管深度控制,应根据混凝土具体情况而定。施工中,我们使用的混凝土为商品混凝土,灌注速度较快,并且混凝土中加有缓凝剂,我们控制埋管深度一般为3 m～8 m,并且拔管前有两个人进行换手测深,有专人进行记录计算,防止了人为失误拔错导管。

6 桩基检测

桩基检测的目的:1)了解其承载力;2)检验桩本身混凝土质量是否符合要求。我们实际应用两种检测方法,通过锤击桩顶施压,使桩身产生1.5 mm～2.5 mm下沉,这为大应变检测;声波在正常混凝土中的传播,当传播路径上遇到混凝土有裂缝、夹泥和密实度差等缺陷时,声波发生衰减,部分声波绕过缺陷前进,传播时间延长,产生漫射,这种利用声波在有缺陷混凝土中传播会导致振幅减小,波速降低,波形畸变的原理进行检测的为小应变检测。大应变对了解桩的承载力效果好,小应变对检测桩身混凝土的匀质性效果比较好。业主要求对桩基100%进行小应变检测,5%进行大应变检测。

[1]郭慧芝.钻孔灌注桩中泥浆的净化和利用[J].山西建筑,2008,34(5):158-159.