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浅谈球阀在微型钢管桩施工中的应用

发布者:admin 时间:2017-3-9 13:50:03
引言
    在我国,尤其是在城市建设中,在软弱地基或者特定场所兴建大型、高耸、重型的结构物,如工业厂房、高层楼宇、码头涵闸、桥梁简仓等的情况越来越多,因此这类工程的基坑支护技术得到了全面的发展。微型钢管桩作为一种“小径高强”桩在一些特定场合以其独特的优势开始逐渐受到设计人员的重视。对微型钢管桩的施工研究,对现场施工具有一定的指导意义。
    1 工程概况
    山大二院外科病房楼基坑支护工程,地处济南市北园大街247号,拟建外科病房楼长80m宽40m高约95m,其中主楼长80m宽23m高约95m,地上二十三层,地下两层,裙楼长80m,宽17m,高约20m,地上五层,地下两层,地下车库两层,长80m宽20m;建筑面积约为56106平方米,其中地下室面积约为9543平方米。基坑平面开挖尺寸约99.1m×81.6m,基坑拟开挖深度12.0-15.1m。外科病房楼坡道支护工程,位于正在建设的外科病房楼东北侧,长31.2m,宽约10m。地下车库入口坡道从自然地坪到最深5.3m,成自然坡度。该工程建设单位为山东大学第二医院。
    2 工程地质条件
    该场地勘察单位为山东省深基础工程勘察院,场地地层主要以杂填土•淤泥•粉土•粉质粘土•卵石•粉质粘土混碎石及全-中风化辉长岩为主,上部为河流冲击和湖泊沉积,下部为山前冲洪积,下伏基岩为燕山晚期侵入辉长岩。各层如下:
    ①层杂填土:杂色,松散,稍湿-湿;主要又粘性土混碎砖块•碎砾石组成。场区普遍分布,厚度:1.60-2.50m,平均1.9m。
    ②层淤泥:灰黑色,流塑,干强度中等,韧性中等,富含有机质,有腥臭味,见贝壳碎片。场区普遍分布,厚度:0.50-3.40m,平均1.06m。
    ③层粉质粘土:灰黑色,可塑,富含有机质,有腥臭味,见贝壳碎片。场区普遍分布,厚度0.60-1.70m,平均1.04m。
    ③-1层粉土:黄褐色,湿,稍密;厚度:0.80m。
    ④层粉土:黄褐色,很湿,稍密;厚度:0.60-2.00m。平均1.16m。
    ⑤层粉质粘土:灰黑色,可塑,富含有机质,有腥臭味,见贝壳碎片。场区普遍分布,厚度0.30-1.80m,平均1.03m。
    ⑥层粉土夹粉质粘土:灰褐色,可塑,夹薄层粉土。场区普遍分布,厚度:0.80-2.90m,平均1.62m。
    ⑦层粉土:黄褐色,湿,稍密;场区普遍分布,厚度0.60-3.50m,平均1.48m。
    ⑦-1层粉质粘土:灰褐色,可塑,厚度:0.60m。
    ⑧层粉质粘土:灰黑色-灰绿色,可塑-硬塑,底部混少量姜石。场区普遍分布,厚度:1.70-4.00m,平均2.46m。
    ⑨层粉土:灰绿色,湿,稍密;厚度:0.50-1.10m,平均0.78m。
    ⑩层粉质粘土:灰绿色,可塑-硬塑,干强度高,含约10-20%的姜石,粒径0.2-3.0cm。场区普遍分布,厚度:1.80-4.40m,平均3.14m。
    ⑩-1层姜石:黄绿色,中密,很湿,含量70-80%,粒径0.5-4.0cm,最大8cm。厚度:0.60-2.00m,平均1.16m。
    ⑪层粉质粘土:褐黄色,可塑-硬塑,混少量小姜石。场区普遍分布,厚度4.2-7.00m,平均5.63m。
    ⑫层卵石:青灰色,中密,卵石成分灰质岩,粒径0.2-2.0cm,呈亚圆状,含量50-70%,粒间充填砾石,钙质胶结。厚度:0.40-2.20m,平均1.51m。
    ⑫-1层粉质粘土混碎石:褐黄色,硬塑,砾石成分灰质岩,粒径0.2-4cm,含量10-20%,铁锰质侵染。厚度:0.90m。
    ⑬层粉质粘土混碎石:褐黄色,硬塑,砾石成分灰质岩,粒径0.2-5cm,含量10-20%,铁锰质侵染。厚度:0.60-5.20m,平均2.65m。
    ⑭层卵石:青灰色,中密,卵石成分灰质岩,粒径0.2-3.0cm,呈亚圆状,含量50-70%,粒间充填砾石,钙质胶结。场区普遍分布,厚度:0.10-1.80m,平均0.87m。
    ⑭-1层粉质粘土混碎石:褐黄色,硬塑,砾石成分灰质岩,粒径0.2-3cm,含量10-20%,铁锰质侵染。厚度:1.30m。
    ⑮层全风化辉长岩:灰绿色,硬塑;原岩结构,构造不清,矿物成分已风化成土状•砂状,局部碎块状。场区普遍分布,厚度:1.60-4.70m,平均3.40m。
    ⑯层强风化辉长岩:灰绿色;中粗粒结构,块状构造,主要矿物成分为辉石•斜长石及角闪石,为硬质岩,场区普遍分布,厚度:1.40-11.40m,平均6.84m。
    层中风化辉长岩:灰绿色;细粒结构,块状构造,主要矿物成分为辉石•斜长石及角闪石,为硬质岩,该层未穿透。
    本区地下水类型为第四系孔隙潜水及基岩风化裂隙水,该处地下水埋深约1.8m。
    3 基坑设计方案
    (1)基坑南侧为原有支护桩支护。
    (2)东北侧施工微型钢管桩,桩径220mm,合计37棵,桩长分别为18棵12m,10棵9m,9棵6m,间距500mm,复合水泥注浆。冠梁截面高300mm,宽500mm,支护桩钢管进入冠梁深度不少于250mm。
    (3)工程桩及支护桩:工程桩为12棵,支护桩1棵,桩径800mm,配筋12Φ16(三级钢),长12.6m,预留筋600mm,加强筋Φ12@2000,环筋φ8@200,混凝土为C⒊0.
    (4)东北及东侧由于相对较浅,故采用自然放坡,只做帷幕用于截水。
    (5)止水帷幕采用高压旋喷桩,封闭除南侧以外的部分,桩径600mm,桩间距0.4m,桩顶标高为-1.5m,旋喷桩采用双重管法,每延米喷射水泥量不少于200Kg,水泥浆的水灰比为0.8-1.0(具体根据现场试验调整),水泥采用32.5复合水泥。
    (6)降水设计
    在基坑内开挖较深的部分布置1个降水井,用以疏干地下水。开挖后在基坑深处设置集水坑,用以排水施工。降水井,外径600mm,内径500mm,井深15m。
    4 微型钢管桩施工方法
    采用DPP-3B-100汽车钻机成孔,采用鱼尾合金钻头正循环全面钻进,施工工艺为注水泥浆。
    4.1 测量放线
    据甲方提供的基准点和高程点,利用全站仪测放所有桩位,并用水准仪测定所有标高,验收后,正式施工。
    4.2 钻机就位
    钻机就位时,钻头尖对准桩位,对位误差≤2.0cm通过调整液压支腿调整钻机平整稳定。保证主动钻杆垂直地面,既主动钻杆垂直度偏差<15%L。
    4.3 钻孔孔径控制
    微型桩是先成孔再在孔内成桩,成孔孔径的大小直接关系到成桩的直径。为避免施钻过程引起的动应力影响相邻孔壁的稳定,施工时采用跳孔分批实施的方案。钻孔过程中针对不同地层的稳定情况,主要采用调整钻进速度、泥浆比重控制、复核钻头直径等钻进工艺来保证成孔孔径满足设计要求。
    4.4 桩长控制
    设计微型桩作为一个复合受力结构,需要承受抗拉,抗压,抗剪等应力,桩长穿过软弱面深入下部稳定地层,如桩长不足将达不到预期的效果。为控制钻进深度,钻机就位后及时复核钻具的总长度并作好记录,以便在成孔后根据钻杆在钻机上的机上余尺来校验成孔达到的深度。如孔壁稳定情况较差,提钻过程中碰撞了孔壁,将发生塌孔现象,并在孔底形成沉渣,则在下钢管前应对钻孔进行清孔,以保证桩长。
    4.5 成桩质量的保证
    为确保成桩质量,除严格检查进场原材料的质量外,应控制孔内注浆的工艺。为了保证注浆质量,等待高喷施工完毕后再进行注浆,采用纯水泥浆,水灰比0.8:1.1。微型桩注浆采用孔底返浆法,每孔的注浆过程应连续一次完成。将注浆管钢管下放至孔底,在孔底进行注浆排水灌注,一般注浆压力不低于0.6-0.8MPa并应控制浆液的水灰比,以保证注浆饱满,密实。为防止发生断桩,夹泥,堵管等现象,要控制好灌注工艺及操作,有序的拔管和连续注浆是保证成桩质量的关键,灌浆速度应适宜,速度太快孔内水及灰浆不易排出,形成断桩;提拔注浆管时速度和力度均应适中,如注浆速度过快,提升幅度过大,水泥砂浆直接冲刷孔壁,形成孔壁土体塌落,导致桩身夹泥,这种现象在砂质地层尤其容易发生。经过两个孔的实验,效果不好如图1,水泥浆上返包浆不饱满,不充盈;此时工地现场将立即启动QC小组研究制定对策。
    4.6 技术措施
    4.6.1 钢管制作
    钢管使用直径Ø168*6的焊管,钢管之间的联接采用焊条焊接如图2,达到规范要求。钢管上端焊接法兰盘,便于连接送浆管如图3。上法兰盘上焊接短管连接球阀,球阀上再连接短管及弯头短管如图4,便于连接蓝水带排浆。送浆管长度接近钢管桩长度,用白塑料管连接到法兰盘铁管上。

    4.6.2 钢管安装
    当钻孔达到设计深度后,清孔,提钻,钻机移位,用吊车吊放钢管如图5。钢管下放必须居中,钢管通长,孔口按照设计标高安放,并固定。钢管入孔时按2m左右间隔在钢管外焊耳环定位器,保证钢管位于孔中央。固定钢管,露出垫层25cm如图6。

    4.6.3 注浆
    上法兰盘上焊接短管连接球阀,球阀上再连接短管及弯头短管,便于连接蓝水带排浆。送浆管长度接近钢管桩长度,用白塑料管连接到法兰盘铁管上。注浆前应先把送浆管送入钢管内如图7,用螺栓把上法兰和钢管法兰加胶垫连接,密封堵住如图8。球阀打开,开动往复式注浆泵,水泥浆从钢管底端向四周注浆,水泥浆从球阀及钢管壁出浆如图9,待钢管内的泥浆和水泥浆混合液通过球阀排出,有新鲜水泥浆流出时关闭球阀。水泥浆在压力的作用下从钢管外围大量出浆,把泥浆顶出。注浆终止标准为:当孔口钢管周边有溢出新鲜水泥浆浆液时,停止注浆如图10。若浆体硬化不能充满孔中时,应进行补浆。孔口部分回填石子至地面平以提高水泥浆的强度。(根据现场条件试验确定)持压,已达到浆液对周围土壤缝隙的充分渗透。卸下螺栓拔出送浆管,用水泥浆灌满送浆管处的空缺部分如图11。

    5 取得的效果
    通过改进球阀在注浆过程中起到排空钢管内泥浆,使水泥浆在压力作用下充满钢管,关闭球阀后,在压力作用下水泥浆通过管底向四周土壤缝隙进行充分渗透,返浆饱满如图12。微型钢管桩施工后冠梁浇筑,经过开挖,钢管桩的效果良如图13好通过验收。车库坡道顺利开挖。

    6 结语
    通过山大二院外科病房楼基坑支护工程的施工,及时启用QC小组,找出原因,研究制定对策,采用技术革新,因地制宜,达到优良施工的目的。