2014年(第43卷)第10期 建筑设计 旋挖桩后注浆中部砂土互层遇洞穴施工技术 周 坚,周友芳,巴玮琦 (甘肃第七建设集团股份有限公司三公司,甘肃兰州 730000) 摘要:通过兰石集团装备制造工业园区建设项目旋挖桩后注浆中部砂土互层遇洞穴处理施工技术应用,旋挖后注浆施工 技术对桩基础的承载要求高,传统的处理方式是扩大桩径、桩端进入基岩,但是在寒冷地区,又是砂土交替,砂土层非常厚, 桩体中部地基砂土层出现大小不一的洞穴,基岩很深的地区再按传统的方法处理不经济,本工程在后注浆施工的基础上抛 开传统的工艺标准,在旋挖桩中部基础遇洞穴,采用钢筋笼外笼护筒技术很好的解决了桩基混凝土的流失,该护筒技术通 过本工程的实践,综合效益明显,具有操作容易,所用设备材料简单,施工速度快、费用低、效果好等优点,所以钢筋笼外笼 护简技术是处理后注浆旋挖桩中部遇洞穴处理地基的首选方法。 关键词:旋挖桩;砂土互层;后注浆;灌注桩;护筒 钻孔灌注桩自20世纪80年代开始,已被广泛应 目施工场地大,原地基采用强夯,桩多;地质条件复杂, 砂土互层,层间又有洞穴,砂土互层中成孔难度大;后 注浆桩头虚铺20~30cm碎石或鹅卵石解决注浆管堵管 及无法注浆;灌注桩后注浆桩底复式注浆,注浆管注浆 头具有逆止阀的功能;该技术在兰州新区首次应用等 特点。 用于沿海地区的高层建筑、道路、桥梁等基础中,适用 的地基形式也越来越广泛。砂土互层寒冷旋挖桩中部 洞穴后注浆施工技术通过该工程应用,对桩基础的承 载要求不断提高,传统的处理方式是扩大桩径、桩端进 入基岩,但是在严寒地区,又是砂土交替,砂土层非常 厚,桩体中部地基砂土层出现大小不一的洞穴,兰石集 团装备制造工业园区建设项目工程在后注浆施工的基 难点:机械成孔砂土互层洞穴高度难确定,笼外护 筒的制作长度难保证;桩壁与洞穴壁相邻桩的护筒难 确认,浇筑洞穴处砼上下口的高度和流量控制措施难 确定;洞穴的走向、高度变化对施工护筒的影响程度难 以控制;后注浆采用单向截流阀作出浆口,进行砼桩身 础上抛开传统的工艺标准,在旋挖桩中部基础遇洞穴, 采用增加护筒施工技术,很好的解决了桩基混凝土的 流失,既保证工程质量安全,又达到工程成本的盈利。 1 工程概况 兰石集团装备制造工业园区建设项目工程,位于 浇筑时不会灌人阀内,注浆时浆液不会回流;注浆工艺 中压水试验和注浆量难确定。 兰州新区水秦路口,南侧为纬一路,西侧为经十三路, 建筑面积63 173m2,地上一层,全钢排架结构,房屋高度 为16.3m,±O.000标高为1924.800。原地基采用强夯处 理,处理深度5m。独立承台下桩基基础形式为后注浆 泥浆钻孔灌注桩。工程桩直径为600mm,676根桩,桩 长为32 ̄38m,入持力层不小于1m,成孔方量为 10230m ,灌注方量为6867m。。 3施工方案确定 根据工程地勘情况确定该工程土质为砂土交替, 素填土松散,较薄,均匀性差;黄土状粉土较厚,以中压 缩性为主,绝大部分区域为自重湿陷性,不宜直接作为 建筑物的基础持力层;粉砂层多呈透镜状分布;圆砾层 厚较均匀,力学性能好,可考虑作为建筑物桩基础持力 层,局部桩遇到砂土夹层时中部有洞穴;强风化泥岩层 2施工特点和难点 特点:拟建的兰石集团装备制造工业园区建设项 厚较大,埋深较为稳定,工程力学性能好,埋藏较深,是 桩基础良好的持力层或下卧层,兰石集团装备制造工 业园区建设项目工程桩端落在圆砾层中但是个别桩中 作者简介:周坚(1976一),男,汉族,甘肃兰州人,大学本科,工程师,主要从事工程项目管理工作。 7l 建筑设"it 2014年(第43卷)第1O期 遇见洞穴。施工前根据现场查看和图纸设计分析确定, 针对工程的特点和难点并考核施工工艺及设备的适应 性,选择最优施工方案。 根据先易后难的施工顺序,即先施工地质较好处 的桩,后施工地质条件复杂且难以施工的桩体。机械 投入旋挖钻机3台,注浆机1台;地质好无洞穴的桩, 采用机械旋挖桩后灌注桩施工技术,成孔后立即安装 钢筋笼浇筑,最后注浆;地质差有洞穴的桩,成孔时发 现有洞穴的桩,根据机械旋挖钻孑L机械的转速推算洞 穴的孔径,概算出洞穴高度大小,立即加工笼外护筒, 使其连接为一体,然后再安装钢筋笼进行浇筑,最后 注浆。 4基本原理 旋挖钻孔灌注桩施工是在螺旋钻孔、正反循环钻工 艺基础上发展起来的一种新型成孔工艺,该工艺是非 水介质取土成孔,钻孔出土由钻头直接带出,不依靠泥 浆输送。旋挖式钻孔机械动力头采用内燃、电动、液压 马达,当动力头为液压马达时,动力来自悬挂主机发动 机。旋挖式钻机的钻杆采用多节连接式钻杆时,钻具和 钻杆连接为穿入式,钻具可沿着钻杆滚动和爬行,提高 了机械化程度,这种连接方式,钻具的拆卸和更换都非 常方便,钻具的形式可根据土层和钻进的需要随时更 换。制作钢筋笼同时制作压浆管。压浆管规格采用 ‘p30、壁厚3.0ram的管材,接头采用丝扣连接,两端采用 丝堵封严。压浆管长度根据现场实际确定,在桩底部长 出钢筋笼30~50cm,上部高出自然地坪10cm,并采取 保护措施。压浆管在最下部30cm制作成压浆喷头(俗 称花管),在该部分采用钻头均匀钻出5排(每排4 个)、间距5cm、直径8mm的压浆孔作为压浆喷头,先用 胶带缠紧,再用图钉将压浆孔堵严,外面套上同直径的 自行车内胎并用胶带封严,这样压浆喷头就形成了一 个简易的单向装置。当注浆时压浆管中压力将车胎进 裂、图钉弹出,水泥浆通过注浆孔和图钉的孔隙压入碎 石层中;当钻孔中部发现洞穴时,制作外径略小于灌注 桩孔径的钢丝网套筒并用彩条布在外围进行包裹,待 钻机成孔后,自洞穴顶2m处沿孔壁吊装至灌注桩底 部,而后将制作完成的钢筋笼按规范要求进行吊装,使 其既满足钢筋笼保护层的要求又避免了因钻孔中部的 洞穴影响桩基完整性及混凝土、水泥浆流失带来的经 72 济损失。 5施工工艺 施工准备一测量放线定桩位一钻机就位一成孔一 钢筋笼制作、安放导浆管(有洞穴位置的做笼外笼护 筒)一吊放钢筋笼就位一灌注混凝土一成桩一注浆。 6操作要点 据已测放的建筑物控制线或轴线,测放每根桩位 的中心线,用冲击钻钻人约300mm深的孔,里面灌入 白灰,再用 ̄p12的钢筋插入。钻机就位后,对机架平整 校正,垂直钻孔,桩位偏差小于20mm,成孑L垂直度不大 于桩长的1%。 成孑L技术措施:采用正反循环钻工艺施工。钻进压 力及转速开孔时要慢转速,防止扩径过大,少提动钻 具。换钻杆要轻提,防止坍孑L,一般开孔及钻进淤泥层 时开一挡。钻进过程中计算好钻杆和钻具长度,便于丈 量杆上余尺,正确计算孔深;当钻至设计标高后,应停 止钻进,并及时进行一次清孔,清孑L时先将钻头提离孔 底10—20cm,转盘回转冲孔,时常串动钻具,提高一次 清孔效果;开孔时,钻机轻压慢转,待钻头全部进入孑L内 再正常钻进,钻进过程中随时观察孑L内情况,防止塌孔 与缩径;砂层中施工,换用单向阀式钻头,以便快速通过 不稳定层;清孔在钻孔达到设计孑L深时,根据地层情 况,用单向钻头反复清理孔底,把孔底的沉渣清理干净, 达到设计要求;下导浆管前准确量好导管总长度,并检 查导浆管安装的密封性;导管安放完毕后,在导管上口 设漏斗和储料斗,下口离孔底约30cm。 成孑L检测指标:成孔主要检测成孔中心位置、孔 深、孑L径、垂直度、孑L底沉渣厚度等;采用测绳测孔深和 沉渣厚度,用钻头直径控制桩径,孔斜采用控制钻机水 平度、垂直度来控制。成孔质量由检测单位检测验收; 桩孔质量标准:孔径偏差≤一50mm,孔斜<1%L;沉渣厚 度 ̄<50mm;孔深≥设计计算孔深,桩位偏差≤100mm。 成孔质量的预防保证措施:在测量放线中,严把质 量关,严格执行计算精度,放线准确,复核认真,坚决不 允许桩位偏差超标准;钻机安装就位做到准确、水平、 稳固,钻机天轮、转盘中心和桩位在同一铅垂线上;钻 机具有自动调平功能,钻机在钻进过程中,随时保证调 整水平,防止孔斜、孔位偏差过大;开钻前,由施工员复 2014年(第43卷)第lO期 建筑设计 核桩位、检查钻头直径及安装对位质量,并经建设或监 理工程师复核合格后方可开钻;钻机钻进过程中,要运 转平稳,随时注意测量钻机的水平度和垂直度,防止孔 斜、孔位偏差过大;成孔施工采用24h连续施工,无故不 得停钻,施工过程中作好原始记录;终孔后,采取机组自 检、质检员检查、监理工程师验收三级质量检查体系,严 禁不合格品进入下道工序;检查合格的桩孔及时进入下 道工序施工,终孔后停置时间不得过长,不超过lh。 7成桩工艺 钢筋笼:钢筋笼预先按设计图纸制作成型,制作长 度30m,内径比导管连接处外径大lOOmm以上。钢筋 笼具有一定刚度和整体性,保证在运输、吊装过程中不 致发生变形。箍筋采用螺旋,每隔2m增设一道加强箍 筋。为方便吊入井桩钢筋笼下口弯折成倒锥台状,汽车 吊入井孔,为防止钢筋散架钢筋笼段与段之间绑扎搭 接两头点焊,监理工程师验收分段验收,直到井桩底; 钻孔有洞穴时,立即加工钢筋护筒,护筒高度根据地质 报告及现场实际情况提前在原有钢筋笼外再加钢筋护 筒,现场在22~25m处发现洞穴,高度一般为2.5~5m, 护筒加工5.5~8m,用钢丝网外缠绕聚酯纤维布双层;钢 筋笼人孔时,不得碰撞孔壁,在护筒上端预先均匀挂放 四根导向钢筋或小钢管,防止钢筋笼下放时碰撞孔壁, 控制钢筋笼保护层。钢筋笼制作、吊放应及时填写施工 记录、隐蔽记录、质量验收记录等;并经监理方、业主方 等有关部门签字认可。 混凝土:桩采商品砼。采用高抗硫酸盐水泥,水泥中 铝酸三钙含量不大于3%,掺人适当的矿物掺合料、抗硫 酸盐、钢筋阻锈剂等外加剂,水泥种类和掺合料用量应 进行专门试验研究确定,不应使用高钙粉煤灰掺料,不 得加人石灰石粉,混凝土氯离子含量不大于0.06%,最 大含碱量不大于3kg/m ,最大三氧化硫含量4%;采用砼 强度等级为C40,抗渗等级为PIO,水胶比不大于O.35, 钢筋保护层lOOmm;为确保砼质量,所用原材料必须合 格,进入现场混凝土必须见证取样。并在施工现场按规 范取样制作试块,进行标准养护,按时提供试块抗压报 告,砼的坍落度应经检测合格后,由监理工程师签发砼 浇筑令后进行浇灌,并做好坍落度检查记录。 注浆管:沿钢筋笼外侧对称布设2根钢管作为注 浆管,与钢筋主筋平行,并用l0 12 铁丝每隔2 ̄3m与 钢筋笼主筋牢固地绑扎在一起,并固定于孔口,做好标 记,最后对桩端进行注浆;压浆管随钢筋笼下人孔内, 下笼前必须测定孔深。管路的安装时技术人员必须在 现场检查监督安装质量。管路连接时螺丝处缠止水胶 带,并牢固拧紧。每下完一节注浆管,必须在管内注清 水检查管路的密封性能,当压浆管路注满清水后,并保 持稳定不下降为准,如发现有漏水现象,必须提起钢筋 笼检查,排除故障后方可继续下笼。 混凝土灌注:灌注质量是确保成桩的关键工序,开 灌前应做好一切准备工作,保证灌注能连续紧凑地进 行;导管使用后应及时清除管壁内外黏附的混凝土残 浆。导管的壁厚、连接部位丝扣应定期检查、测定,不符 要求的要及时处理;混凝土导管应全部安装入孔,安装 位置应居中。导管底口距孔底高度以能放出隔水塞和 混凝土为宜,一般控制在30~50em;隔水塞(球旦加铁 板)应牢固并悬挂于导管内;}昆凝土灌入前应先在灌斗 内灌入0.1-0.2m 的1:1.5水泥砂浆或先用自来水湿润 料斗四周,以免料斗吸收混凝土水分,使混凝土坍落度 降低,然后灌人混凝土;混凝土灌注前安放好隔水塞 (球旦)后,导管提离孔底50em,混凝土初灌量必须符 合规范要求,第一斗混凝土灌人后导管埋人混凝土面 大于1.5m以上;第一斗混凝土灌注后不得提升导管, 待第二斗混凝土灌注后,经过计算确认混凝土面埋入 导管1.5m以上,方可小幅度提升;混凝土施工中应按 要求进行坍落度测定。测定次数,单桩混凝土量小于 50m。的,每根桩测定2次,灌注中前后各一次;在灌注 混凝土期间必须做试块,试块数量一根桩为一组(三 块)。试块取样应取要实际灌入的混凝土,应有代表性, 同组试块应取同拌或同车混凝土;混凝土灌注中应经 常测定和控制混凝土面上升情况,当混凝土灌注达到 规定标高时,应经测定确认符合要求方可停止灌注。混 凝土灌注高度应高出设计桩顶标高,凿除浮浆后的桩 顶混凝土标号必须满足设计要求;成桩过程中容易出 现钢筋笼上浮、砼质量差、堵管、断桩、夹泥等质量问 题,主要采取的预防措施有:砼搅拌好后,专人检查坍 落度,若超出20 ̄2em,坚决不能使用;钢筋笼安放采用 吊筋,保证钢筋笼安放在设计高度,同时钢筋笼上安设 保护层,使钢筋笼位于桩中心;孑L内预先吊装好钢丝网 套筒时,需保证钢筋笼上口高于洞穴上口2m,且套筒 吊装至钻孔底部,套筒外侧紧贴孔壁;砼灌注选用责任 73 建筑设计 2014年(第43卷)第1O期 心强的熟练工人,设备要随时检修,充分保证设备能良 好运行。 后注浆:注浆前压水实验是桩底注浆一道重要工 序。除起到一般注浆工程的三个作用外(即检查设备及 系统的密封性与完好率,确定注浆初压及确定注浆起 始浓度和注浆配合比,)在桩底注浆中还有三个重要作 用:疏通注浆通道;将沉渣及泥层中的细粒部分压至加 固范围内;压水量一般控制在0.2m 以内,压水时间1~ 2min,以压通为准(即压通后泵压明显下降)。桩底注浆 选用合适的注浆泵,注浆压力最大>IOMPa;桩钢筋混凝 土施工时,应确保后压浆管不被堵塞,后压浆水灰比宜 为0.5—0.7,且先稀浆后浓浆要求单桩注浆量不少于 900kg,对于注浆量未达到预定要求的桩,采取从临桩进 行加大压浆量的措施处理,灌浆控制标准:(1)注浆总 量和压力值均达到设计要求;(2)单桩注浆量达到 75%。开裂及注浆时间:混凝土浇筑24h后做清水劈通; 浇筑7一lOd后进行注浆;桩端注浆应对同一根桩的各 注浆管依次实施等量注浆;注浆作业与成孔作业点的 距离不宜小于8 lOm;对于群桩注浆宜先外围后内部。 8质量保证 桩位放样在进行场地整平后组织有资格的测量放 样人员,将所有桩位放出,钉好十字保护桩,做好测量 复核,并记录放样数据备案。用拉线法做桩位偏差检 查,桩位偏差应满足规范要求;埋设套筒,套筒采用吊装 法,套筒用钢丝网片制作外围用彩条布包裹,外径略小 于桩径,不得使用变形的套筒。套筒中心垂线应与桩中 心线重合,平面允许误差为20mm,竖直倾斜不大于 l%;钻成孔时,根据不同层次的土质结构,选择不同的 转盘转速和进尺进行控制。在砂层钻进和进入泥岩层 后,因土层太硬会引起钻锥跳动及钻锥偏斜,加大钻杆 摆动,因此选择低档慢速,优质泥浆大泵量方法钻进。转 盘转速参数取值1 3—40v/min,成孔深度按设计要求进行 控制;技术负责人负责技术交底,按设计方案施工,处理 施工时发生的变更情况,及时与设计单位、建设单位联 系;资料员及时整理技术资料;质量员负责监督质量,并 做好质量记录,发现问题及时与技术人员联系解决。 后注浆质量保证关键在于注浆头制作及绑扎焊接 入孔及各道工序成品保护和水泥浆压人操控等全过程 控制和及时的监测信息反馈。要点为:注浆管采用丝扣 74 连接,孔口安装时用管箍连接注浆管,并在孔口连接时 在注浆管上口用堵头封堵,经质检人员检查确认无误 后进入下道工序,注浆管与钢筋笼固定采用l2 铅丝绑 扎,桩端注浆管绑扎箍外侧,靠紧钢筋笼主筋绑扎固定, 每道加箍处设绑扎点,纵筋底部应齐平;钢筋笼人沉放 过程中不宜反复向下冲撞和扭动;下部注浆导管应沉 放到底,严禁悬吊;每次注浆施工前应及时通报监理工 程师旁站,在监理工程师允许注浆时方可施工;经常检 查巡视待注浆桩导管留口的保护情况;后注浆施工操 作应严格按后注浆施工工艺要求实施,遇特殊情况及 时上报并如实记录。 质量检验:旋挖钻孔灌注桩施工所用原材料(水 泥、砂石、钢筋等)的质量要求必须符合现行国家标准 的规定;钢筋笼制作所用的钢筋规格、焊条规格、焊接 质量、主筋及箍筋的制作偏差等均应符合设计及有关 规范的规定;成孔前应进行桩位复核,桩位的放样允许 偏差lOmm;成孔深度必须达到设计要求,孔深允许偏 差为+30mm;桩身砼强度应符合设计要求,施工过程中 按有关要求留取试件,由具有相应资质的检测试验单 位出具试验报告。 施工监测、桩位移的检测:地表开裂状态的检测; 附近建筑物和重要管线设施的变形测量和裂缝观察。 质量验收:成孔后,由建设单位、监理单位和施工 单位共同按设计要求进行工程质量验收,认定合格后, 予以签字,验收时施工单位应做好相关资料。 9结论 通过兰石集团装备制造工业园区建设项目兰州兰 石石油装备工程有限公司加工车间工程实例,目前该 工程后灌注钻孔灌注桩已经全部施工完毕。在砂土互 层(高寒地区)旋挖桩中部洞穴底部砂层的复杂地质条 件下,井桩采用后注浆钻孔灌注桩笼外笼护筒工艺,在 确保质量的前提下可大大降低工程投资,在严寒地区 桩端进入基岩,桩体中部地基砂土层出现大小不一的 洞穴,又是砂土交替,采用钢筋笼外笼护筒技术很好的 解决了桩基混凝土的流失,既保证工程质量安全,又达 到工程成本的盈利,该护筒技术通过本工程的实践,综 合效益明显,可运用到地质条件复杂,施工环节多,施 工进度快的工程中。此工艺可在最短的时间内保质保 量的完成桩基,兰石集团装备制造工业(下转36页) 工业科技 速度的改变,但是并没有影响总体油流效果。 根据流体及热力学的相关内容,液体流速越快,其 2014年(第43卷)第10期 该产品温升试验实测值比计算值低,比以往正常 情况低2K左右。当然仅有这一台产品还不能下定论进 行调整。等积累一些经验之后,就可以在进行类似产品 的设计中,考虑该部分带来的影响,根据油流速修正温 升计算结果。 带走的热量的也就越多,热循环效率越高。虽然进出口 油温差必然降低,但是被加热的空气与被冷却的油的 对数平均温差不变,可以预见其散热效果比散热器平 放时要好。 即从计算结果来看,如果采用等效的温升试验方 案,所得的试验数据符合要求,那么与实际运行情况相 同的试验方案必然也可以满足要求。 6结束语 综上所述,在对散热器组位置特殊的产品做温升 计算时,可以先进行传统的温升计算,管路布置结束后 建立三维模型进行油流速的计算,并根据油流速度修 5试验结果分析 由于该产品进行的是等效温升试验,所以温升实测 值与计算值与常规试验基本相当。 此后,在对同类产品的设计中,按照这一台的经 验,在温升计算后进行了油流速计算,油流速度约为平 放时的值的2.8倍,但是由于经验值不足,并未对温升 计算值进行修正。而是按照传统计算的结果选定散热 器组。并进行了的散热器组架高的温升试验,试验时按 照实际运行的高度在试验大厅搭建平台,将散热器组 架高6米。如图8所示 正温升计算结果。 根据目前的经验,这种方法是可行的,在总结适量 产品的油流速计算结果和温升试验实测值的经验之后, 就可以形成经验值常数,对温升计算结果进行修正。 该部分的研究与分析具有很好的实用性与经济 性,可以在今后的产品上参考使用,并随着计算软件的 不断研发,将进一步细化与完整并更加直观与准确。 参考文献: [1]谢毓城.电力变压器手册[M].北京:机械工业出版社,2003. 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