嵌岩情况

嵌岩情况（共7篇）

嵌岩情况 篇1

1 概述

进入十二五期间,随着经济、科技的高速发展,我国的建筑业进入蓬勃发展期,工业建筑也随着新工艺的不断涌现进入更新换代、改扩建时期,而随着国家加大环保力度及土地价格的节节攀升,工业建筑选址都集中向远离城市的偏远地带发展,而在偏远山区的桩基工程一直是个难点,如何高效、保质、按期完成桩基工程是一个亟待解决的课题。

山区进行人工挖孔灌注桩是一种常见的桩基施工方法,而人工挖孔灌注桩的一个缺点就是效率低下,遇到复杂的地质情况更是难上加难,现阶段很多工业建筑,如焦化厂、钢厂等大部分选址在山区,桩基常坐落于山坡位置,这种情况下的桩基大部分采用人工挖孔灌注桩,并且是嵌岩型桩,嵌岩深度不小于500mm,施工难度大,由于工业建筑施工过程中一个显著特点就是工期偏紧,而桩基工程又是保工期的第一个重要节点,鉴于此,我国的建筑单位就应研究出一套行之有效的施工方法来满足施工要求,我公司在经过多个工程的施工后,经过仔细研究总结出一套施工经验与同行切磋讨论。

2 主要施工方法

2.1 施工场地平整

1)基槽开挖。采用全站仪测放开挖轴线,严格控制开挖尺寸,采用若干挖掘机同时开挖,水准仪控制挖土标高,并按照方案设计清理出运土小道,场地平整一次完成。

2)弃土坑。结合施工图纸在基坑两侧深挖四个不影响其他建筑施工的弃土坑,尺寸3m×3m×5m,若弃土坑填满则用挖掘机在基坑边直接挖除装车运走。

2.2 自制挖孔工具、预制钢模

1)制作挖孔机具材料准备。此机具的原材料需求比较简单,只需普通的角钢、方钢、钢板等,并从市场上购买滑轮、滚轴、变速箱、电机、钢丝绳。

2)底座制作。为了便于移动应尽量减轻机具重量,因此机具底座采用◆50制作,由于机具需经常性移动,因此方钢与方钢之间的连接全部采用满焊连接,保证其稳定性。底座详图见图1。

3)立架制作。立架采用∠50制作,满焊连接。通过吊线坠等措施确保其垂直度偏差小于3mm,保证旋转臂旋转的稳定性,立架斜支撑同样采用∠50制作,两支斜撑的倾斜角度误差在0.5°之内。立架详图见图2。

4)旋转臂的制作安装。旋转臂通过可旋转滚轴穿透上下两层钢板连接在立架上下部位6mm厚钢板上(见图3),旋转臂采用◆50制作,滑轮通过螺栓固定在旋转臂上。定期在滚轴处滴入润滑油防止滚轴锈死。

5)安装动力设备。动力设备由电机、滚轴、变速箱、配电箱构成配电箱焊接于立架中部电机滚轴变速箱通过螺栓固定在底座尾部方钢上,然后从滚轴上引出钢丝绳,穿过滑轮后拴上铁桶。整个机具由两个三角稳定结构固定在一起,并且电机、滚轴、变速箱也充当着配重的作用,与旋转臂上的装土铁桶形成受力的平衡,防止施工过程中发生倾覆事故。

6)制作桩头钢模。桩径800mm,桩头翻浆高度一般为650mm,该段采取钢模制作(见图4)。

2.3 挖孔、钻炮眼

1)挖孔。由于河北山区土质较硬,普通挖孔工具满足不了施工,采取风镐破土,铁锹挖土的办法。地面上机具操作人员时刻注意孔底挖土人员施工情况,不得随意降桶、升桶防止误伤孔底作业人员。

2)钻炮眼。孔底施工至中风化岩层后停止挖孔作业,结合爆破公司采用专业钻炮眼机具钻眼,钻眼施工中作业人员必须佩戴防毒面具,防止石尘弥漫引起肺部疾病。炮眼钻完后用塑料布塞孔,防止杂物进入。钻眼深度由专业爆破公司确定。

2.4 孔底定向爆破

1)装药。装药作业必须由爆破公司专业人员操作。

2)爆破。爆破作业由爆破公司指挥,爆破前进行清场,闲杂人等不得进入施工现场。如果一次爆破后仍未满足入岩深度要求,则采取第二次爆破,直至满足入岩深度。

2.5 浇筑混凝土

1)安装钢模。钢筋笼子吊入孔内后支上制作好的桩头钢模,浇筑前技术员进行桩头钢模的安装检查,如有偏移、底部漏缝、固定不牢等现象及时纠正。2)浇筑。混凝土浇筑采用汽车泵浇筑,采用12m长振动棒振捣,严格要求工人逐个振捣,禁止漏振,一次性浇筑至顶不留施工缝。

2.6 破桩头

1)拆模。混凝土浇筑7d后方可进行拆模作业,拆模时取下钢模一侧的卡扣栓钉,轻敲钢模便可拆下,拆下的钢模用于下一批的桩头施工,如此循环。2)控制桩顶标高。技术员通过水准仪把桩顶设计标高线弹到桩头侧壁上,防止破桩后过高或者过低。3)破桩头。破桩头作业由专业队伍施工,采取风镐破碎桩头,作业时人员不得集中在一个区域,防止飞石伤人。

2.7 质量控制

1)机具焊接焊缝满足规范设计要求。2)立架垂直度偏差不大于斜撑夹角误差不大于电机变速箱空压机等必须具备合格证等相关手续。5)爆破作业满足规范GBJ201-83。6)人工挖孔桩作业满足规范GB 50202-2002。

2.8 安全措施

1)孔下作业时可采取拔掉风镐上的气管,利用空气压缩机进行通风换气,保证孔底内空气的流通顺畅。2)桩孔口应严格管理。桩孔口应设置高于地面200mm的护板,防止地面石子或其他杂物等被蹋入桩孔中。地面孔口四周必须有护栏,高度不低于800mm。无关人员不得靠近桩孔口,桩孔口机械操作人员不准离开岗位。口袋内不得放置物品(如钥匙、钢笔、怀表、打火机、小型工具、玩物等),以防坠入桩孔中。3)桩孔下作业人员必须戴好安全帽、穿好绝缘胶鞋、桩孔口与下部作业人员应有可靠的联络设施。4)桩孔洞口上应设置悬挂软梯,并随桩孔深度放长,以备意外情况时有关人员能顺利上下。正常情况下,操作人员上下应乘坐吊篮或专用吊桶。开机人员应专机专人,并持证上岗,集中思想认真注意桩孔内一切动态,电器开关不得离手。5)挖孔机具要做好接地保护。6)爆破前进行预警响报,及时通知厂区内其他施工单位及时远离爆破现场。

2.9 环保措施

1)现场派专人指挥工人将土运至弃土坑内,不得随地弃土,及时关注天气情况,下雨前将孔口用模板盖好,并铺上塑料布,四周用土封盖防止雨水流入孔内。2)桩孔下爆破后,必须向桩孔内送风,或向桩孔内均匀喷水,使炮烟全部排除或凝聚沉落后,才能下桩孔内作业。当桩孔内土层中含有害气体及有机物质较多时除加强通风外,还应对有害气体加强监测。

3 结语

对于复杂地质情况下嵌岩型人工挖孔桩的施工方法较多,上述方法相对简单、高效,并且自制的机具及钢模可循环使用(若要长时间保存或者使用,在制作过程中应进行除锈刷防腐漆等工序),机具倒运方便,免去了大型打桩机移动缓慢,故障多,操作难度大,占用场地大的麻烦,对于施工场地狭小的桩基工程尤其适用。孔底定向爆破技术相对于建筑施工单位是难点,并且缺少相应资质,所以应配合拥有正规资质的爆破公司进行施工,爆破工程的安全控制是重点。本套施工方法尽量不要用于市区内的桩基施工,爆破所产生的噪声、灰尘影响市区环境。

在施工场地桩位分布较密时,相邻机具应保持一定的安全距离,防止旋转臂旋转过程中发生安全事故,机具的电缆尽量归拢在基坑边侧,机具挪动前必须把电缆拆下,待机具就位后重新接好电缆,电缆也尽量避开运土便道防止磨损发生漏电事故,这种人工挖孔桩的施工方法相对于传统施工方法在安全方面主要是防止施工用电产生安全事故。

摘要：结合山区复杂地质情况下嵌岩型人工挖孔桩施工难点,采取了自制挖孔机具结合孔底定向爆破施工方法,详细论述了其施工工艺及操作要点,从而积累了类似地质条件下桩基施工经验。

关键词：复杂地质,人工挖孔桩,孔底定向爆破,施工

参考文献

[1]GB 50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[2]GB 50202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

嵌岩情况 篇2

1 工程实例

泉州北迎宾大道拓改工程位于泉州东北部、洛阳江南岸。工程北起洛阳江,南至华侨大学。沿线跨越多条横向道路及河道,需要建设桥梁。地质勘察报告显示,沿线钻孔揭露的地层中广泛分布有中、微风化花岗岩,岩层坚硬程度为较硬岩。中风化花岗岩的岩体完整程度为较破碎,基本质量等级为Ⅴ级;微风化花岗岩的岩体完整程度为较完整,岩体基本质量等级为Ⅲ级。场地中地质条件复杂,多孤石,岩面起伏较大。中、微风化花岗岩强度较高,岩石饱和单轴抗压强度标准值frk普遍在30～65 MPa之间。根据泉州地区的工程实践,该工程桥梁基础采用大直径的嵌岩桩是合适的,嵌岩桩混凝土强度等级为C30。

2 嵌岩桩嵌岩深度的确定

2.1 根据竖向承载力确定嵌岩深度

嵌岩桩在受到竖向力的作用下,桩身产生的压缩变形导致了桩身与桩侧土(岩)体之间的相对位移,而桩侧土(岩)体给桩身提供了向上的摩阻力。随着桩顶竖向力的增加,桩内竖向力零点逐渐下移,当到达桩底基岩时,桩底基岩产生桩端阻力参与抵抗竖向力。这一结果,已经被国内外很多有限元分析和实测研究成果所证实[2,3]。因此嵌岩桩的竖向承载力,由桩端阻力和桩侧土(岩)体摩阻力决定。由此得到桩基承载允许值[Ra]计算公式为

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式中:3项分别为桩端阻力、岩体产生的桩侧摩阻力和土体产生的桩侧阻力。c1、c2为根据清孔情况、岩石破碎程度确定的系数;Ap为桩端截面积,m2;frk为桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值,kPa;u为桩身周长,m;hr为桩基嵌岩深度,m;ζs为覆盖层土的侧阻力发挥系数;li为各土层的厚度,m;qik为桩侧第i层土的侧阻力标准值,kPa;n是土层的层数。

设计中,根据计算得到的[Ra],得到桩基嵌岩深度hr为

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作为受压构件,桩身内轴力N、桩基承载允许值[Ra]及桩身抗压承载能力设计值Nd的关系式为

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式中:γ0为结构重要性系数;Nd为轴向力组合设计值,kN;ϕ为≤1的稳定系数,fcd为混凝土的抗压强度设计值,kPa(C30混凝土fcd = 20.1×103 kPa)。

式(3)未考虑桩基内受压钢筋的影响。

当undefined时,则式(2)中hr≤0,该公式结果无实际工程意义。本工程中,中、微风化花岗岩饱和抗压强度frk普遍较高,即便不考虑桩侧土体摩阻力,当frk≥32 MPa时,代入式(2)得hr≤0,则无法获得合理的桩基嵌岩深度hr。

2.2 根据桩身稳定确定嵌岩深度

该方法[3]的思路为,嵌岩桩在基岩顶面处受到的弯矩不能导致桩身在基岩中发生转动倾覆。为简化桩身稳定的计算,将桩身所受水平力和岩层提供的桩侧摩阻力忽略不计;在嵌固深度范围内桩的应力呈三角形分布;对于圆形桩,桩侧压力最大值等于平均压力的1.27倍。其基本力学模型见图1。

由此得到圆形桩嵌岩深度hr为

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式中:MH为基岩顶面处的弯矩,kN·m;β为水平抗压强度的折减系数;d为桩径,m。

该工程中,基岩的埋置深度变化较大,地质条件复杂,同时受外荷载(如地震作用、土压力)、桩-土效应等因素的影响,合理的MH有时难于确定,这给计算嵌岩深度带来一定难度。

除此之外,还有一种考虑了桩端处抗力对嵌岩桩稳定有所帮助的修正方法。该方法将桩端断面与基岩接触面上产生的反力矩计入公式,从而得到的嵌岩深度小于修正前。但在嵌岩桩桩底沉渣厚度对桩基影响的研究表明,当嵌岩深度比hr/d≤3.0时,沉渣厚度对嵌岩桩的承载力影响非常显著。在实际工程中,桩底沉渣厚度的控制较难检测,按此方法确定嵌岩深度hr,工程的安全冗余较小。

2.3 根据桩顶沉降控制确定嵌岩深度[4]

一般设计荷载作用下,嵌岩桩的位移较小,桩侧摩阻力处于弹性阶段。该方法基于剪胀效应的嵌岩桩桩侧摩阻力公式,推导出嵌岩深度关于桩顶荷载、沉降值、桩身的弹性模量和面积,以及桩侧综合影响系数的迭代公式,通过假设沉降量,得到嵌岩深度。

该方法计算前须确定沉降控制值。根据泉州地区既有桥梁工程经验,在基岩埋置深度较浅、且基岩弹性模量较大的情况下,嵌岩桩的沉降量通常较小,往往可以满足工程需要。因此,在该地区嵌岩桩设计中,桩顶沉降通常不作为控制目标。

3 基于桩身能力的嵌岩桩嵌岩深度确定方法

在该工程设计中,上述方法在解决高强度基岩中嵌岩桩嵌入深度问题上有一定局限性,本文通过引入桩身能力概念对2.2节中方法进行改进,以确定常规桩基在高强度基岩中嵌岩深度的控制最大值。对于高强度基岩内的嵌岩桩,往往采用冲孔灌注桩形式,其断面为圆形。下文为讨论方便,均以圆形断面为例。

该工程属地震基本烈度7度区,抗震构造措施按8度设计,桩身内往往通长布置钢筋。嵌岩桩在压弯作用下,其M-N曲线见图2。图2中曲线上的点表示桩身在受到某特定轴向力时,其所能承受的最大弯矩值。若桩身的弯矩、轴力对应的点在曲线所包围的范围内,则达不到破坏状态。

由式(4)可知,嵌岩深度hr与基岩所能提供的最大抗倾覆稳定弯矩MH满足的关系式为

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可见,嵌岩深度hr为基岩所能提供的稳定弯矩MH的单调递增函数。在稳定弯矩MH小于桩身的抗弯能力Mr时,破坏呈桩身稳定破坏;在稳定弯矩MH大于桩身的抗弯能力Mr时,破坏呈桩身强度破坏。即在桩身抗弯能力Mr一定的情况下,当桩身稳定弯矩MH与Mr相等时,再增加嵌岩深度,虽然稳定弯矩增加,但桩基已经是桩身强度破坏控制,因此从桩基的总体可靠性上来讲是没有帮助的。所以,对于桩径d、桩身配筋率μ一定的情况下,嵌岩桩的嵌岩深度hr有最大值,该值为当MH=Mr时所对应的嵌岩深度:

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该工程设计中,为方便比较,在如下约定内进行分析。

1)桩基采用圆形桩,桩径分别取为1.2 m、1.5 m和1.8 m。

2)桩基嵌岩深度hr是系数β的单调递减函数,β值分别取0.5和1.0。

3)桩基嵌岩深度hr是岩石饱和单轴抗压强度标准值frk的单调递减函数,frk分别取30 MPa和65 MPa。

4)除了桩径d和桩身配筋率μ外,桩身抗弯能力Mr的值主要由作用在桩身的轴向力N决定。实际工程中,N值因上部结构作用、桩-土效应、桩基设计等不同而不同,因此Mr值也难于确定。为讨论方便,假设N值可以使桩基抗弯能力达到极大值Mrmax,虽然实际可能达到的Mr值小于该极大值。

5)计算混凝土、钢筋中采用材料强度的标准值。表1列出了直径分别为1.2 m、1.5 m和1.8 m的桩基,常规配筋率情况下,β分别取0.5和1.0,frk分别取30 MPa和65 MPa,采用式(6)计算得到的嵌岩深度hr与桩径d之间的比值。

从表1可以看出,在常规配筋率的情况下,嵌岩桩嵌入高强度基岩内的嵌岩深度的最大值通常为1.0～1.6 d。这与实际工程设计情况是比较吻合的。

4 结语

1)对于嵌岩桩来讲,桩身嵌入基岩的深度对桥梁基础的承载力、稳定性等至关重要。

2)嵌入高强度基岩的嵌岩桩设计中,在JTG D63—2007 《公路桥涵地基与基础设计规范》关于桩身稳定计算公式的基础上,引入桩身能力概念,确定MH,从而得到桩基嵌岩深度的大致合理范围。需要说明的是,本文为方便讨论,桩身的抗弯能力未考虑其所受的轴力,而直接取为Mrmax。实际工程中,桩身的抗弯能力往往达不到该值,因此用Mrmax代入公式,其所取得的嵌岩深度为可能的最大值。

3)在桥梁工程设计中,考虑到现场的复杂性,某些嵌岩桩嵌岩深度往往取得比较保守,甚至达到2倍以上桩径。从本文的分析可以看到,对常规配筋的桩基,通常在高强度基岩中嵌岩深度的最大值在1.6倍左右,过大的嵌岩深度既延长了工程工期,又增加了工程造价,且不会带来更多的基础可靠度,因此是不可取的。

参考文献

[1]陈和中,王文龙,黄培基,等.钻孔灌注桩嵌岩深度处理[J].浙江水利科技,2004(5):59-60.

[2]陈斌,卓家寿,吴天寿.承载性状的有限元分析[J].岩土工程学报,2002,24(1):51-55.

[3]赵明华,张玲,刘建华.公路桥梁嵌岩桩嵌岩深度计算[J].中南公路工程,2007,32(1):1-4.

对嵌岩设计深度的探讨 篇3

1 设计理论

在嵌岩桩的设计过程中,现行规范《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ 024-85)给出了岩桩单桩轴向容许承载力的计算式为:[P]=(C1A+C2Uh)Ra,计算式及其有关基岩的定义,是嵌岩桩设计的基础。式中,Ra 为天然湿度的岩石单轴极限抗压强度,kPa; 试件直径为7～10cm,试件高度与试件直径相等;U为桩嵌入基岩部分的横截面周长m,按设计直径计算;A为桩底截面面积m2;h为嵌岩桩嵌入基岩深度m,不包括风化层;C1和C2为根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的系数。但此计算式其轴向受压容许承载力取决于桩底处岩石的强度和嵌入基岩的深度,未考虑基岩上覆土层与桩的摩阻作用 ,且关于基岩的定义局限于未风化层 ,这样将造成桩的长度主要由基岩的埋置深度所决定。嵌岩桩的工作原理与桩的长细比、桩底岩土与桩周土的刚性比以及桩的成孔工艺都有很大关系。该式的计算中采用的桩的受力模式仅适合支承于基岩表面或嵌入基岩的短粗桩,并不符合一般桥梁桩基的实际工作原理。从这些年的一些嵌岩桩的试验研究报告来看,按规范计算嵌岩桩的极限承载力远远小于实际情况。因此,在实际设计中,设计人员通常忽视了桩周覆盖土层的作用而不管基岩(未风化层) 埋置深度,过分保守地将桩尖伸入基岩一至数倍桩径,仅有效桩长(地面或局部冲刷线以下的桩长) 就20m以上。在很大程度上造成了材料的浪费,提高了桥梁工程的造价。

根据嵌岩桩的作用机理,由于桩侧阻力是客观存在的,因此桩顶轴力向下传递过程中必须不断地克服桩侧阻力,从而使桩身轴力随深度增加而逐渐减小,传至桩底的轴力等于桩顶荷载减去全部桩侧摩阻力。因此,嵌岩桩无论是嵌入风化岩还是嵌入完整的基岩中,其荷载传递都具有摩擦桩的特征,即桩侧摩阻力先于桩底阻力发挥作用,桩底分担的荷载并不大。近年来,国内外大量的嵌岩桩试验结果也验证了这一观点。有资料显示,当嵌岩桩的长径比 L/d>15～20时,泥浆护壁钻(挖)孔嵌岩桩的桩侧阻力分担的荷载都超过总荷载的60%;当长径比 L/d>35时,在覆盖层不太软弱的情况下,其侧阻力分担的荷载将超过95%,桩底阻力分担的荷载不足 5%,由此可见,在嵌岩桩设计中如不考虑桩的长径比,忽视嵌岩桩的桩侧阻力的做法是不经济的。基于上述分析。在进行桥梁单桩轴向受压容许承载力计算时,应充分考虑桩周土的摩阻作用。

2 实际设计中嵌岩桩的设计原则

在桥梁嵌岩桩计算中,充分考虑桩基的长径比、桩底岩石的岩性、风化程度和岩石的单轴极限强度等因素影响,于桩的长径比、覆盖土层性质、嵌岩段岩性、成桩工艺等有关。从这一观点出发,当基岩顶面上覆盖一定厚度的土层、砂砾层和风化岩层时,全面的考虑覆盖层、嵌岩段岩层对桩周的摩阻力和桩底岩层对桩端的部分阻力,从桩基的内力计算的结果知,长径比越大时,在桩入土越深的区段,其弯矩和剪力值越小。桩基础弯矩的最大值区段一般在桩基础的上部(绝大多数情况下在上1/3 区段内)。当微(弱)风化岩层以上覆盖土的层厚能达到10m 以上时,桩基础的弯矩值最大区段一般落在覆盖土层内,由覆盖土层承担大部分弯矩和剪力的作用。故由墩柱传递到桩基的弯矩和剪力也大部分在覆盖土层中得到“消化”,相对而言对嵌岩桩的握裹作用的要求就降低了很多。总之,覆盖土层越浅,覆盖土承受弯矩和剪力的能力越弱,嵌岩层的握裹作用就越显著。覆盖土层越厚,情况则越是相反。

根据以上论述可知,嵌岩桩设计嵌岩深度的原则必须应保证竖向承载力足够;满足桥梁纵向变形要求;充分发挥覆盖土层的力学性能和桩端阻力。

(1)当L/d≤10时,桩尖嵌入中、微风化的硬质岩层中,桩底岩石单轴极限抗压强度Ra≥15MPa时,按端承桩考虑,不考虑上覆盖层的侧阻力及嵌岩段侧阻力。

(2)当L/d>10时,桩尖嵌入中、微风化的硬质岩层中,桩底岩石单轴极限抗压强度Ra≥15MPa时,按嵌岩桩考虑,不考虑上覆盖层的侧阻力,但需考虑嵌岩段侧阻力。

(3)当L/d≤15时,桩尖嵌入弱、微风化的软质岩层中,桩底岩石单轴极限抗压强度Ra<15MPa时,按摩擦性嵌岩桩考虑。

(4)当L/d>15时,桩尖嵌入软质岩层中,桩底岩石单轴极限抗压强度Ra<15MPa时,按摩擦桩考虑。

3 嵌岩桩施工方法的选择

由于不同的施工方法对嵌岩桩的成桩效应影响不同,因此施工方法的选取是很重要的。由于人工挖孔桩与钻孔桩相比,具有施工方便、造价低廉、成孔后孔壁粗糙、摩擦性能较好等特点,其扩孔效应还能提高桩基承载力,因此桩基施工在有条件的情况下推荐采用人工挖孔桩,但当桩基处于水中或填方地段,桩长大于15m时,出于施工安全角度的考虑,优先选用钻孔桩。

4 设计中应注意的问题

(1)由于岩性差别的影响,部分强风化岩石和软质岩石的单轴极限抗压强度可能大于15MPa, 可以满足一般中小桥桩基承载力的要求,但对于大跨径或特大跨径桥的嵌岩桩应避免将桩底置于软质岩层或强风化岩层上,嵌岩深度不应小于1倍桩径。

(2)由于构造要求,当桩基嵌岩深度达到5倍的桩径时,传递到桩底的应力接近于零,因此设计时可不考虑桩底的阻力作用。

(3) 对于存在冲刷的桥梁桩基,桩长应从最大冲刷线以下计算。

5 结 论

(1)现行规范存在诸多问题,在使用规范时应结合当地具体的地质条件和当地的设计经验。

(2)嵌岩桩的成桩方式不同,其承载性状有较大差异,为尽可能充分发挥桩侧、桩端阻力,应按不同方式设计。

(3)桩端阻力及桩身设计参数的取值,要考虑桩的荷载传递规律,使桩端阻力、桩侧阻力能最大限度地得到发挥。

(4)嵌岩桩应用不同的方法设计,可满足桩沉降和承载力的要求,并使桩工程造价大大降低。

(5)嵌岩桩的设计涉及到许多理论问题,其理论性质也有待进一步深入研究,随着理论研究的进一步深入,嵌岩桩的设计将会更明确更规范。

摘要：许多设计单位对嵌岩桩的设计偏于安全,使得设计嵌岩值过深,大大增加了桩基施工的难度和工程造价。对嵌岩桩的理论特性及其设计作了一些探讨。

嵌岩桩技术问题与对策 篇4

随着我国建筑工程的发展, 嵌岩桩字公路桥梁的建设中得到普遍的应用, 尤其是针对西部建设发展而言, 嵌岩桩技术具有重要的工程价值。建造在风化岩地基上的桥梁工程、公路工程、码头工程等, 因为其中的基岩隐藏较深, 所以采用常规的桩体技术, 不能够满足桩的最前入土深度的要求, 从而不能够满足工程的承载需求, 对于建筑工程的结构稳定性具有影响。采用嵌岩桩技术, 能够有效的增强岩基工程的地基承载能力, 从而为工程建设打下良好的基础。当前许多工程已经采用嵌岩桩技术, 而且对其承载特性、冲孔原理研究较多, 理论以及实践证明嵌岩桩技术能够有效的增强地基承载能力, 从而满足工程建设的需求。本文对于嵌岩桩的施工技术进行研究, 并且就其施工过程中存在的问题与对策进行分析。

二、嵌岩桩施工技术

1. 嵌岩桩设计原则

嵌岩桩施工需要按照国家行业标准《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79--2002) 进行施工, 在施工过程中, 需要对桩体的地基承载力进行计算, 保证桩基满足工程建设的需要, 同时在嵌岩桩设计中, 需要对工程的荷载、地基变形以及渗透问题进行分析, 保障工程的稳定性与实用性。

2. 嵌岩桩施工流程

为了做好桩基施工, 应该对地质进行勘察, 了解地质情况, 由专家会审得到桩基施工方案, 嵌岩桩适用于风化岩地基上的大型工程。嵌岩桩施工需要做好以下工作: (1) 设备准备:钻孔机具及工艺的选择应根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放及处理等条件综合确定。 (2) 调试准备:在正式开工之前, 应进行试成桩, 试成桩数量不得少于两个, 用以核对地质资料, 检验所选设备、机具、施工工艺及技术要求是否适宜。 (3) 护筒:施工前应定出施工所用护筒的规格数量并运到现场。护筒埋设应准确、稳定, 护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒埋设深度应超过杂填土埋藏深度0.2m。护筒周围应用粘性土分层回填夯实, 并在开钻之前复核一次护筒的位置。 (4) 泥浆护壁:施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上, 在受水位涨落影响时, 泥浆面应高出最高水位1.5m以上。在清孔过程中, 应不断置换泥浆, 直至浇注水下混凝土。浇注混凝土前, 孔底500mm以内的泥浆比重应小于1.25, 含砂率小于等于8%。 (5) 清孔:浇灌混凝土前, 孔底沉碴厚度应小于等于50mm。 (6) 钢筋笼制作安装:主筋接头错开50%, 螺旋箍筋每隔1。0m~1。5m与主筋按梅花形用点焊固定, 每隔2m加设一道加设一道加劲箍。对于长度大于15m的钢筋笼可分段制作, 现场吊装就位时焊接, 应采取措施将钢筋笼悬固在孔内正确位置及标高上。 (7) 混凝土浇筑, A。浇筑前必须对成孔进行复测, 不符合设计要求的及时处理, 合格后尽快浇筑混凝土。B。水下混凝土坍落度控制在180mm-220mm。泌水率应控制在4%之内。C。浇注混凝土时应采用导管, 导管定长偏差不超过O.5%, 连接部位内径偏差不大于2mm。内壁光滑平整, 混凝土浇筑完毕后, 应对桩项混凝土进行养护。

三、嵌岩桩技术问题

1. 成孔工艺

在嵌岩桩充孔工艺中, 护筒主要起到保护孔口以及施工钻进过程的导向圈的作用, 因为嵌岩桩的桩基具有桩长而且直径较大的特点, 所有嵌岩深, 颜面倾角大;采用嵌岩桩的地质环境多为不良底层, 而且工程对于施工工艺的要求严格, 所以对于桩基送的配套设备的要求较高。但是在嵌岩桩的施工过程中, 存在着成孔工艺不够严谨、护筒固定不足等问题, 影响了桩基工程的进度与施工质量。对于淤泥中、基岩的钻孔, 需要采用顶置式钻机, 将钢管桩桩顶有效固定柱, 并且设置导向稳定器, 保证钻头能够沿着桩的轴线进行钻进, 但是由于地质环境的影响, 在淤泥中钻进时容易因为钻头水口堵塞, 造成出水不畅;基岩中钻进需要严格控制参数, 避免钻进跳动, 避免安全事故。

2. 钢筋笼吊装

钢筋笼吊装是嵌岩桩技术中的关键技术, 为了保证钢筋笼吊装的质量, 应该根据技术选择合适的钢筋材料, 而且钢筋不得有锈蚀。在制作好的钢筋笼外侧设置有效的混凝土保护块, 并且采用与桩身同等强度的水泥砂浆进行制作, 保证保护层能够满足工程的需求。采用双吊点进行吊装设计, 并且选择加强箍筋作为吊装点, 避免吊装过程影响钢筋笼的质量。吊装过程需要严格对准孔位, 避免因为孔壁与钢筋笼碰撞产生的质量问题, 因此在施工过程中, 必须严格按照施工工艺进行施工, 并且采用多次施工, 能够有效的钢筋孔的施工质量。

3. 混凝土灌装

在水下混凝土灌装, 需要采用直升导管法水下灌注, 并且在导管上口接漏斗, 保证混凝土与导管内水接触, 在漏斗中留存较多的混凝土后, 将导管的水全部压出, 指导孔内灌注的混凝土与泥浆被托出, 保证导管的深度不超过2m。

四、嵌岩桩技术质量控制原则

1. 护筒埋设

护筒埋设需要根据工艺需求, 严格控制护筒的深度与装置方式, 为了确保斜桩的施工, 需要钻机就位时, 转盘中心对准桩位中心标志, 偏差应小于15mm, 用水平尺对转盘水平, 并做到天车中心、转盘中心与桩位中心 (三心) 成一垂线。成孔的关键为有效的控制和调节泥浆参数。施工单位根据不同的地质情况, 选用不同的泥浆性能参数, 来平衡地层的侧压力, 以抑制孔壁的缩颈、坍塌。本工程的桩长以标高控制为主结合贯入度控制。

2. 成孔检验方法

为了保证嵌岩桩的孔洞满足工程的需要, 需要对孔深、沉渣厚度以及斜桩倾斜度进行检验, 在检验的过程中, 应该对钻机钻杆进行编号, 并且对钻杆的长度以及钻头长度进行检查, 采用细钢丝绳底部吊铅球测量沉渣的厚度, 保证孔洞参数满足工程的需要。

3. 桩身质量检查

在灌装施工28d之后, 需要对桩身的完整度、骨料等进行检查, 保证桩身质量满足设计要求。

五、结语

当前的桥梁、基岩工程施工中, 嵌岩桩具有广泛的用途, 因为嵌岩桩的施工特点, 需要对其中的程控作业、钢筋笼安防、混凝土工艺进行质量控制, 以保障嵌岩桩基的施工质量。

摘要：随着我国建筑工程的发展, 建筑工程需要面对不同的地质条件, 采用嵌岩桩能够有效的提升地基的承载能力, 提升地基的施工寿命, 对于桥梁工程、公路工程的发展具有重要的意义。本文对于嵌岩桩的施工进行探讨, 并且对嵌岩桩施工中存在的问题进行分析, 提出解决嵌岩桩技术问题的措施, 期望为相关工程提供参考。

关键词：嵌岩桩,问题,对策

参考文献

[1]李述宝, 赵鸱鹏.海中球状风化地层大直径超长钻孔桩施工技术[J].桥梁建设, 2011, (3) :85-88.

嵌岩桩施工质量控制措施分析 篇5

和其他类型的桩基相比较, 嵌岩桩具有三方面的优势。首先, 嵌岩部分能够对基岩的承载性能给予充分的利用, 具有高度的桩端阻力和侧阻力。其次, 建筑物以嵌岩桩为基底, 在地震发生的过程中能够起到抗震的效果。最后, 受基岩压缩性小和单桩沉降小的影响, 群桩在处于沉降状态时, 不会受群桩效应的影响而出现增大的情况, 承载力也不会降低。虽然嵌岩桩具有多方面的优势, 但是在施工的过程中依旧存在着很多的问题。因此, 从施工的安全性分析, 对嵌岩桩每根桩的严格检查、施工人员对每个要点的把控是非常重要的。

一、嵌岩桩施工中所存在的质量问题

一般情况下, 嵌岩桩的施工只要严格的执行施工质量要求, 对桩位、桩身、桩径、直度、沉渣等严格控制, 工程施工的质量就能满足设计和规范上的要求。但是受各方因素的影响, 嵌岩桩在施工中存在着桩底沉渣、桩端持力层判断失误和钢筋笼安装与制作三个主要方面的问题。

首先, 从桩底沉渣这一因素分析。在嵌岩桩施工的过程中, 嵌岩的钻进会导致桩底沉渣粒径较大的情况, 而此时若采取常规性的清孔工艺是无法将大粒径沉渣全部清除的。在清孔的过程中, 首次对泥浆性能没有做好维护所造成的孔壁坍塌。二次清孔在验收合格后, 孔壁坍塌物沉积到孔底。施工中的弄虚作假和施工的不严谨, 也是造成沉渣超标的重要因素。其次, 从桩端持力层判断失误层面分析, 工程人员在地质勘查中工作的不深入。在地层条件比较复杂的情况下没有采取有效的判断措施, 以此就造成了判断的失误。同, 施工中, 采取循环泥浆携带上来的沉渣进行持力层的判断。在经验不足的情况下, 很容易将强风化岩中的残渣作为中风化和微风化岩的渣样。而在强风化岩度大和钻进难度大的情况下, 以返钻渣对持力层进行判断, 以及人为伪造持力层渣样的情况, 不仅会造成钻孔的失误, 还会造成钻孔的中断。而在钢筋笼在制作的过程中, 其会出现外形尺寸偏大、焊接质量不合格和安放位置不准确的情况。

二、嵌岩桩施工质量控制措施

1. 嵌岩桩孔底砖渣的彻底清除

嵌岩桩孔底的清除需要从两次清孔开始, 在第一次清孔时, 若出现桩孔深和桩径大的情况, 受泥浆上返流速比较慢与难以将大颗粒砖渣携带出的影响, 一次清孔时可采取嵌岩钻进钻具, 以低压满转或低提慢冲的方法将比较难以上返的砖渣进行细化与破碎。在必要的情况下, 可以采取捞渣筒等辅助性的工具或手段对大颗粒砖渣进行捞取。二次清孔的实施需要从孔深、成孔工艺、桩径等多个方面进行, 以将一次清孔时残留的岩渣进行彻底的清除。受嵌岩桩桩径和沉渣粒径比较大的影响, 此时可以采取反循环式的清孔方法将孔底的沉渣尽快清除。在受条件限制而无法采取反循环方式时, 也可采取大泵量正循环的方式进行。在清孔的过程中, 为了促进砖渣的彻底清除, 可先将导管底端提高到孔底的1~3 m, 再进行开泵, 然后将导管逐步的放到孔底, 并缓慢的对导管进行上下的活动。而在清孔合格后, 为了进一步保证砼的初灌量, 可立即实施水下砼的灌注。同时, 砼灌注的实施和清孔合格检查的时间需控制在15 min之内。

2. 嵌岩桩桩位的控制

嵌岩桩桩位的控制关系到嵌岩桩整体实施的效果。在桩位的控制上, 为保证桩机对位的准确性和保护筒的埋设, 可在桩位周边不易受施工破坏和干扰的地方按照十字交叉的方法, 在周边设置4个牢固控制点。桩机的安装需要按照水平、稳固和固正的性能实施, 正桩位的开钻需在3~5 m的范围内实施, 同时还需要对冲击钻钢丝绳的中心线和转盘实施二次桩位的修正。根据修正的效果, 在必要的需要下, 为了及时的发现偏差并给予调整, 可采取全站仪等测量仪器实施二次测试。

3. 嵌岩深度和持力层岩面的控制

嵌岩深度和持力层岩面的控制, 首先需要对实施场地的工程地质条件进行充分的了解和掌握。根据工程地质勘查报告, 对施工场地持力层岩面的分布情况和特征进行认真的分析, 然后再对各桩持力层岩面的深度和终孔深度进行初步确定, 在确定的基础上再进行嵌岩桩的施工。其次, 根据工程的概况采取有效的方式对持力层岩面的可靠度进行初次的判断。在工程地质条件比较复杂和勘查深度不足的情况下, 为确保桩基的承载能力, 是非常有必要对工程地质进行补充勘查的。最后, 在施工的过程中, 需要根据可靠的取样对持力层岩面进行准确的判定。施工中, 转机转进的速度如果出现明显下降的情况, 持力层岩面特征可根据捞取的砖渣进行判定, 并清孔、清理取样筒。在继续转进5~10 cm后, 由勘查施工单位的技术人员和工程监理人员对新捞取的砖渣进行识别与判定。若砖渣具备了持力层岩面特征, 由此可以初步判断此孔深度为持力层岩面。同时在个别桩的持力层岩面出现难以判定的情况时, 必须要采取取心的方法进行确定, 而取心、取样的判断需要在严格的监控下进行。

4. 钢筋笼制作与安放工序的质量控制

对于钢筋笼制作与安放工序的质量控制, 首先, 施工中所采用的钢筋一定要有出厂合格证。使用的前提一定要在检验合格下进行, 并严格的按照设计图样进行制作。焊条的应用也需要具备出厂合格证, 焊接点要饱满, 长度要符合规范要求, 保证焊接接头的质量可以在每300个接头中抽样进行力学性能试验。钢筋笼的连接和主筋接头需错开焊接, 同一断面接头的数量不能多于主筋总根数的一半。为防止钢筋笼在搬运和吊安中出现变形的情况, 可利用制作平台分节制作。钢筋笼的安放需要对准孔位, 这样才能避免孔壁的碰撞。

三、结语

综上所述, 嵌岩桩施工作为承载量大和地质复杂等重要工程建筑物的承重基础, 其施工质量的有效性对整个工程质量乃至安全至关重要。基于此, 嵌岩桩施工质量的控制不仅要从容易出现问题的部位出发, 还需要从工程实施的各个细节进行分析与控制。这样才能从根本上保证嵌岩桩施工质量, 以此保证整个工程的质量安全。

参考文献

[1]黄馨.大体积混凝土裂缝施工控制措施[J].山西建筑, 2011 (19) .

[2]张双龙, 史彦峰.试析钢筋混凝土结构“间接裂缝”的控制措施[J].黑龙江科技信息, 2011 (15) .

[3]卢美艳.钢筋混凝土保护层的认识与技术控制措施[J].商业文化 (上半月) , 2011 (09) .

大孔径嵌岩桩的施工 篇6

1 钻机的选用

根据施工图提供地质资料, 地质层为砂岩弱风化, 漂石层, 这样的地质层普通钻机根本无法施工, 为此我们采用了冲击反循环钻机进行施工, 由于施工的钻孔桩直径为1.8m, 需采用较大型的的冲击钻, 所以选用YKc-31型冲击钻, 这种钻机卷扬能力达五吨, 钻锤可补焊配重达到3.5吨, 加大了冲击能量。所谓冲击反循环, 即在钻孔桩施工中采用冲击钻进行施工, 同时通过真空泵与吸泥泵配合所产生的抽吸力将渣泥混合物吸入钻锥进渣口, 由钻杆内腔吸上, 再从出水控制阀经胶管排泄到沉淀池, 净化后到储浆池循环使用。

2 钻头的形式及处理方法

钻头的型式, 质量是影响进尺的关键, 我们采用整体铸钢铸造的实体钻锥, 钻刃为十字型, 底刃不完全垂直。为保证钻头有足够的冲击力, 通过焊接配重使钻头重量达到3.5吨。

钻头底刃是钻头的关键部位, 它直接影响进尺的速度, 成孔的质量, 刃角受冲压力比较大, 所以材料要选择钢性, 韧性比较好的钢材, 我们选用钢轨 (43kg/m) 的顶面做刃角, 用风割切下钢轨顶面板, 然后再切割成要求长度的小块, 立焊在钻头底部。

钻头的四个角 (即翼缘底角) 在钻进岩层时会磨损很大, 在岩层中钻头外径越磨越小, 成孔直径就会越来越小, 达不到设计要求的孔径, 而又无法在扩孔, 所以对这个部位用耐磨焊条进行包焊, 确保成孔质量。

3 护筒的埋设

由于桩位位于水中, 上层地质为流砂层, 因而需进行筑岛围堰施工, 填筑必须密实, 围堰堰顶高度高出地面50cm, 用以防御施工期可能出现的最高水位, 围堰外形采用弧形, 以减少筑堰期间河流断面被压缩, 流速增大引起水流对围堰, 河床的集中冲刷。护筒埋设除按常规埋设外, 还应注意以下几点:

3.1 护筒采用10mm的钢板卷制而成, 护

筒外四周一定要夯填密粘性土, 必要时护筒外围加一些木桩或块石把护筒挤嵌牢固, 由于冲击钻冲孔时震动力很大, 容易使护筒下沉跟进, 故护筒的埋设必须使其稳固。

3.2 由于河底地质为流沙层, 因此需下设

长护筒, 以保证桩位准确, 避免塌孔, 护筒长4米, 共2节, 采用振动的方法将护筒沉入河底土层中, 第一节下完后再下第二节。

4 开孔

护筒埋设好, 钻机就位后就可进行开孔, 开孔对于成孔很关键具体做法是:首先向孔内灌注稠泥浆, 由于上层为流砂层, 开钻时必须采用低速 (1-2速) , 小冲程 (1.5-2.5m) 钻进, 并按1:1比例投入粘土和小片石, 用冲击锥反复冲击, 使泥膏, 片石挤入孔壁, 保证孔壁坚实不塌不漏。开始时, 泥浆不可循环, 边开孔, 边孔内造浆, 当泥浆很浓时加少量水继续冲孔, 待钻进尺寸达1米左右时方可进行泥浆循环。

5 钻进

开孔正常后, 适当提高速度加大冲程, 从而使进尺速度加快, 但要特别注意以下问题:

5.1 泥浆比重:

泥浆在钻孔中的作用是在孔内产生较大的静水压力, 防止坍孔;在钻进过程中在孔壁表面形成一层胶泥具有护壁作用;另外能稳定孔内水位并通过泥浆循环把钻渣排出孔外。可见在钻进过程中泥浆比重是影响钻进速度的关键, 通过施工总结我们认为在钻进中泥浆比重控制在1.35-1.45比较适宜 (因泥浆中含有钻渣, 故泥浆比重偏高) , 粘度在30S左右, 泥浆比重和粘度不能满足要求时, 可按常规制备泥浆, 如不能及时造浆可投入一定量的水泥, 一般可参照4kg/m3泥浆, 这样在短期内会有效, 其缺点是比重加大, 粘度不足, 不能使大粒径渣子及时排出, 只是对小颗粒钻渣或砂砾有效, 由于我们使用反循环钻机, 也可以克服这个缺点。

5.2 在通过漂石层时, 应先投入粘土, 小片

石, 将表面垫平, 再用十字形钻锥进行冲击钻进, 防止发生坍孔, 斜孔事故。

5.3 要均匀的松放钢丝绳的长度, 如松绳

过少, 形成“打空锤”, 使钻机, 钻架及钢丝绳受到过大的意外荷载, 遭受损坏。松绳过多, 则会减少冲程, 降低钻进速度, 严重时使钢丝绳纠缠发生事故。

5.4 任何情况下, 最大冲程不得超过6m,

防止卡钻, 冲坏孔壁或使孔壁不圆, 为正确提升钻锥的冲程, 应在钢丝绳上油漆长度标志

5.5 检孔:

钻进中必须用检孔器检孔。检孔器用钢筋笼做成, 其外径等于设计孔径, 长度等于孔径的4-6倍, 每次更换钻锥前, 都必须检孔。

当检孔器不能沉到原来钻达的深度, 或大绳 (拉紧时) 的位置偏移护筒中心时, 应考率可能发生了弯孔, 斜孔或缩孔等情况。不得用钻锥修孔, 以防卡钻。

5.6 钻孔安全要求:

冲击锥起吊应平稳, 防止冲撞护筒和孔壁, 进出口时, 严禁孔口附近站人, 防止发生钻锥撞击人身事故;因故停钻时, 孔口应加盖保护, 严禁钻锥留在孔内, 以防埋钻。

6 特殊情况处理

6.1 倒钻:

即钻头落到孔底后, 立即就倒向一侧, 其表现现象是钢丝绳贴近孔壁, 主要原因是孔底出现了斜坡或阶梯。这种情况如不及时处理, 则孔位就会偏向了钻头倒向了一侧, 并且越偏越远, 所以必须及时处理, 处理方法有A.根据钻头倒下的程度和方向, 向其相反的方向移动一定的距离一般不小于15cm, 然后减速小冲程冲孔, 观察钻头的倒下程度和方向, 待钻头不倒或程度明显减弱, 则可逐渐将钻头向孔中心正确位置靠拢冲击, 直至到达孔中心, 钻头不再倒下, 方可加速, 提高冲程冲孔。B.向孔内回填碎石或砼, 其量要填至孔深0.5~1m, 然后减速小冲程, 直至超过原先孔深, 钻头不再倾斜, 方可加速, 提高冲程冲速。

6.2 跳钻:

是指钻头在上提过程中, 钻头被没有冲击掉的钢筋从侧面阻碍, 表现为钢丝绳前后左右来回摆动, 一旦遇到这种情况, 要确定没有冲击掉的钢筋的位置及方向, 然后把钻头从孔头中心位置移动5cm左右, 靠近没被冲击掉的钢筋试着冲击几分钟, 感觉的确冲击掉了, 方可将钻头移到孔中心继续冲孔, 如若还是跳钻, 则应查找原因, 采取同样办法, 切不可留下后患, 以免影响以后工序的进行。

另外在钻进过程中应及时提钻检查吊杆、绳卡、鸡心圈及钢丝绳, 以免钻头在孔内出现问题难以处理, 钻进过程中由于钻机受振动力较大, 钻机容易走位, 要经常校正孔位, 以防偏孔。

7 钻孔进尺情况总结

总的来看, 去除人为因素和修机理机器的时间, 钻进速度为8~14cm/h, 平均为10cm/h, 可见在嵌岩桩施工中, 采用冲击反循环钻机施工还是比较适合的, 比起其他钻机有许多优势, 具体表现为护壁好, 不易坍孔;缩短工期, 比较经济。建议在以后坚硬地质层施工时很好利用。

摘要：阐述了采用冲击反循环钻机对直径为1.8m的嵌岩桩的施工工艺。从钻机的选用, 钻头的形式和处理方法, 护筒的埋设到钻进过程中的注意事项, 各项措施以及特殊情况的处理都作了详细论述。

码头钢管桩嵌岩工法比选 篇7

广州港黄埔港区新港油码头位于广州经济技术开发区新港卸油站内, 是广州石化厂油品接卸而建造的专用码头。目前新港油码头的泊位总长度为378.3 m, 包括2个系缆墩和289.2 m长的码头平台, 已有岸线长度满足5万吨级油船的靠泊要求。考虑到船舶大型化的趋势, 实际到港的大型船舶日益增多的情况。因此, 对本码头进行加固改造, 以满足5万吨船舶的靠泊需求。主要在现有码头结构排架前沿布置φ1 000 mm钢管桩并嵌岩, 加宽、加长已有横梁, 浇筑上部梁板结构后平台加宽3.8 m, 其中嵌岩桩总共76根, 其中直桩42根, 斜桩34根, 嵌岩长度3~6 m不等, 嵌岩段灌注和钢管桩内灌注段长度比为1:1.5。

二、嵌岩施工工法特点

目前, 码头桩基嵌岩桩成孔主要有冲击式钻机成孔和回转式钻机成孔二种。针对成孔深度、岩层性质、平台承载力和施工工期等施工条件的不同, 各有优点。

1. 嵌岩施工流程

嵌岩桩的施工工艺流程:钢管桩打设→施工平台架设→钻机就位→钻孔、清渣→钢筋笼安放→清孔检查下导管→水下混凝土浇筑。

2. 嵌岩桩机概况

国内嵌岩桩机主要有两种:冲击式和回转式。

3. 回旋钻机嵌岩施工特点

日本产IH1-L3型钻机、德国产的WIRTH-B6是斜桩、直桩两用钻机, 其特点: (1) 顶置式, 即钻机安装在管桩桩顶, 重量由管桩承担, 通过液压系统抱紧管桩, 钻杆与桩孔易保证同心, 对位精度较高; (2) 主机重量较大, 即使采用液压传动, 动力部分以软油管联系主机分离, 主机重量也在14~28 t之间; (3) 钢管桩桩顶需高出施工作业平台面1.5 m左右; (4) 钻机具有较大的扭矩, 能有效切割和破碎岩石层; (5) 可用油缸对钻头加压, 提高钻进效率。

采用顶置式回转钻机施工时, 作业平台是采用组合式平台搁置于焊接在钢管桩直桩的钢牛腿而成。桩机安装在斜桩桩顶时, 因其重量较大, 钻孔时离心力大, 为防止斜桩偏位, 在斜桩与直桩之间需加焊支撑槽钢, 以保证钻机成孔时的稳定性和桩位置准确。

码头斜桩钻孔嵌岩施工中, 钻具的自重将造成钻具下垂弯曲, 使管桩轴线与钻机钻头轴线不在一条直线上, 造成成孔质量不满足设计要求。同时, 在自重的作用下, 回转钻机钻斜孔易发生钻头连接螺纹折断和断钻杆的事故, 给施工带来一系列的问题。为防止这种现象发生需用设置钻头导正器。对于嵌岩斜桩钻孔, 钻头导正器起着导向和纠偏的作用, 因它不能与管桩内壁产生太大的摩擦, 一般在钻杆上每隔一段距离设置一个。另外, 斜桩嵌岩桩因钻机重量较大, 且桩机不能自移, 上平台就位时需要起重船或起重机进行吊装就位。

顶置式回转钻机施工时, 用常规的反循环法清碴。

清孔后, 安放钢筋笼和水下混凝土灌注需要起重船或汽车吊协助。

4. 冲击桩机嵌岩施工分析

国内用于斜桩工程的冲击式钻机有国产CK1500/2000/2500系列钻机, 重量在8~10 t, 由施工平台承担, 钻架高度约7 m, 主卷扬机额定拉力50~100 kN, 冲锤重量3~8 t。工程实践中通过将冲击钻机的扒杆顶前移, 使扒杆顶滑轮前边缘到钢管桩顶口中心连线的倾斜度与桩的倾斜度一致, 来保证斜桩施工的要求。

采用冲击式钻机施工时, 因钻机的重量均由施工平台承担, 作业平台相对简单, 除斜桩与直桩进行夹桩加固外, 可将施工组合式平台搁置于焊接在钢管桩上的钢牛腿上, 再将承重钢牛腿焊在钢抱箍上面。

冲击钻机斜桩施工, 则是利用较长的钢管桩作为嵌岩桩护筒, 适当对冲锤进行改装, 使外护筒在冲锤运动中起到导向的作用。

因冲击钻机可在施工平台上自行小范围移动, 只需要小型汽车吊辅助就可在施工平台上自行定位。成孔速度与冲锤锤重和冲程有关, 当成孔速度较慢时可采取增加锤重和延长冲程等方法提高成孔速度。

孔深达到设计标高时, 将冲锤提起再安装射流泵进行清渣, 水射流反循环法清渣具有速度快、清渣干净的优点。

因为冲击桩机本身具有起吊功能和自移性, 可以辅助安放钢筋笼和水下混凝土灌注。本工法具有施工方便, 辅助机械少和施工流程简单, 工程质量易于保证等优点。

5. 适用情况分析

本工程的嵌岩桩只有76根, 数量较少, 可利用已打好的钢管桩搭设的施工平台工作面较窄, 且原码头已有栈桥限载8 t。如采用回旋钻机, 不但自身重量大, 而且对施工平台承载能力和抗扭要求高。现场高吨位机载设备无法通过栈桥到达施工平台, 另外回旋钻机进场和定位均要起重船协助配合。冲击钻机主机较轻和拆装方便, 可以把钻头和钻机主机中的起重电机折开用低吨位汽车分次通过原有栈桥进场, 占用施工作业面较少, 对施工平台要求较低, 利用已打好钢管桩和原码头面搭设3.8 m宽的工作钢平台已满足施工需要。定位时可以自行移动定位, 不需要起重船配合, 有效减少现场施工船机设备, 经济效益明显优于回旋式钻机。冲击钻机在下放钢筋笼时可直接利用钻机的吊架安放, 同时冲击钻机进场台班费用比回旋钻机低, 可进多台钻机加快进度。通过综合考虑, 选用冲击钻机比采用回旋钻机费用要低, 施工工序简单, 工期有保证, 所以项目部采用冲击式钻机进行成孔嵌岩施工。

三、应用实例

本工程嵌岩灌注桩经超声波和抽芯检测全部合格, 施工工期满足业主要求。

1. 钻头的选择

针对直桩和斜桩的成孔特点, 根据现场实际情况, 分别采取不同的冲锤。直桩成孔采用结构简单安装方便的十字锥形冲击锤。而针对斜桩成孔冲锤易偏位, 孔深超过钢管桩后容易卡锤, 成孔冲击能较小, 冲冶时间长等特点, 采用圆筒型冲击锤。制作圆筒导向冲锤最大长度的依据是桩机机架高度及起重能力的限制, 同时考虑导向的正确性和防止卡钻, 导向冲锤须有不小于1.5 m的长度留设在护筒内。采用导向筒锤时, 应在导向筒外侧加焊螺旋形的钢筋, 以减少冲击时摩擦力的作用和使冲锤在施工过程中有一定的旋转, 保证成孔质量, 并可起到配重的作用, 从而加大冲锤的重量。如果成孔速度较慢, 冲力不足时可在钢管桩内加焊槽钢增加桩锤锤重。

2. 钻机定位

直桩冲孔时, 把冲孔桩机横摆在施工平台上, 定好桩位将桩锤对准钢管桩中心线即可进行冲孔。斜桩冲孔时, 把桩机机位和斜桩的斜度方向成一条直线, 调整桩锤和钢管桩中心线成一直线即可开始冲孔。

3. 清渣

因为钢管桩底深入到强风化岩层, 所以不需要泥浆护壁, 并用射流泵反循环法进行清渣, 质量高, 速度快。

4. 吊放钢筋笼

本工程钢筋笼一般在10 m左右, 重量约2 t, 钢筋笼在加工场制作完成后通过人力手推车转运至码头施工区, 并直接利用桩机的桩架和起吊能力进行安放。

5. 水下灌注土浇筑

嵌岩灌注斜桩浇注水下混凝土时, 不同于直桩, 浇注混凝土导管因自重作用而会偏向下方, 故灌注时需用导管锥鼓形导向定位器, 以保证浇注导管下放到桩底, 防止导管卡在钢筋笼上, 以保证顺利地进行施工。

四、效益分析

广州港黄埔港区新港油码头结构加固改造工程的钢管桩嵌岩施工, 结合岩层为页岩的实际情况采用冲击式钻机进行施工, 与采用回转式钻机相比, 回转式钻机成孔主要增加费用如下: (1) 为抵消钻孔工作平台水平扭矩影响需在每一跨平台4根桩对角增加4根25槽钢, 导致搭拆施工平台综合单价增加45.70元; (2) 回转式钻机移桩定位要利用50 t起重船配合, 导致嵌岩直桩钻孔综合单价增加963.77元, 斜桩综合单价增加1 204.86元; (3) 由于回转式钻机自身无法配合水下灌注混凝土, 导致灌注混凝土时要额外增加人工、8 t起重机等零散费用。经项目对二种成孔方式综合比较分析, 采用冲击式钻机要比回转式钻机节省约30%施工成本, 经济效益明显。同时为提高施工速度, 减少误工, 项目部按照冲孔桩的数量和工期要求同时进场4台冲孔桩机施工, 保证流水节拍施工, 有效提高经济效益同时减少了施工作业时间, 保证了施工工期。

摘要：本文通过广州港黄埔港区新港油码头结构加固改造工程钢管桩嵌岩施工的成功实例, 全面介绍该工程的施工方法、施工工艺等, 为码头钢管桩嵌岩施工技术提供借鉴。