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基坑支护工程中旋挖钻孔灌注桩的应用

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[摘要]旋挖钻孔灌注桩施工速度快、工程造价低,可减轻对周围环境、建筑的影响,且可保障基坑施工的稳定性。本文主要针对深基坑旋挖钻孔灌注桩支护施工工艺进行阐述,以促进建筑工程施工的可持续发展。

[关键词]深基坑;旋挖钻孔灌注桩;稳定性;施工质量

钻孔灌注桩是典型的基坑围护结构,适用性强,应用范围广,随着工程建设的迅速发展钻孔灌注桩被广泛的应用于各类工程的基坑支护中。钻孔灌注桩具有垂直度高、施工便捷等,且在钻孔施工时,可无泥浆作业,减少泥浆制作成本。同时,提高了钻孔施工质量,避免钻孔施工中的塌方事故,对周围建筑的影响程度较轻,广泛应用于深基坑支护工程施工中。

1旋挖钻孔灌注桩

1.1成桩工艺原理

旋挖钻机灌注桩施工作业可在干作业成孔或泥浆护壁旋挖成孔,其主要是利用钻机回旋挖斗或短螺旋钻头而旋挖取土成孔,应用钻机的大扭矩而对土进行旋挖取土,再将旋挖土提出孔外。旋挖钻孔与传统钻机相比,减少了泥浆置换排渣成孔,减少了对周围环境的污染,加快钻孔施工进度。根据工程施工经验可知,旋挖钻机作业按照以下施工工艺:钻机定位→钻进取土→提钻出孔→回转置土→回转下钻→钻进取土……循环工作……验收钻孔→下钢筋笼→清孔→水下混凝土浇注→成桩。

1.2旋挖钻机施工排桩的优势

深基坑排桩布置的特点是数量多,桩距小,一般桩距在0.8~1.5m范围内,且该类型的桩基底部不打入岩层。同时,还具有以下特点:(1)机械化施工程度高、效率快。根据工程施工经验可知,旋挖钻机是一种新型的钻桩施工机械,且施工效率高。旋挖施工与传统的正反循环钻机相比,其钻孔施工速度和效率为传统钻机的4倍。由于排桩多数不深入岩层内部,在土层施工中可表现出更高的施工效率,可一定程度上提高旋挖钻孔施工效率,确保施工进度。(2)旋挖钻孔施工要求辅助配套设施相对较为简单,适用于土方基坑施工的初始阶段。同时,旋挖桩钻机自身配备大功率柴油发动机,在野外施工作业对水电要求较为简单。(3)安全性高,对环境影响较低,旋挖钻孔施工中无需进行降水施工,减少施工的危险性。同时,旋挖钻孔施工对周围建筑、场地、地下管线的影响较小,且旋挖钻孔时产生的泥浆相对较少,不需要进行场外运输。(4)旋挖钻孔桩成桩质量好,旋挖钻机具有完善的自测自检功能,可以确保桩基钻孔的孔径、深度、垂直度满足要求。且机械自动化施工程度高,钻孔作业需要用到的人员相对较少。

2工程概况

某建筑工程项目位于市中心区域,建筑结构地下3层局部4层,基坑深度达16m,开挖面积近3万m2,基坑开挖区域周长共240m。为了确保基坑支护的稳定性,采用支护排桩加多排预应力锚索的支护方式,北面、东面距离基坑10m外紧邻学校,西段3m外为机关幼儿园和8层住宅楼,同时,在基坑的北侧和西侧局部区域有地下管线,且管线埋置深度较浅。基坑周围对地面不均匀沉降和降水要求较高,经对该基坑安全性综合考虑为一级基坑。

2.1工程地质、水文地质概况

经对基坑地质水文勘察,各地层岩性从上向下如下所示:①杂填土:土质呈杂色,主要为由黏性土和砂土夹石块、砼块、砖块组成,呈稍密状态;②淤泥质黏土:土质呈灰、灰黑色,并含有一股腥臭味,且局部土质中含有少量粉细砂、炭化木、贝壳与砾砂;③淤泥质粗砂:土质呈灰、灰黑色,土质为石英质,含10%~20%淤泥质黏土及贝壳;④砾砂:土质呈浅黄色,土质为石英质,并混有少量黏土,且局部土质中掺有薄层黏性土;⑤砂质黏性土:土质呈灰白、褐黄色,主要由燕山期粗粒花岗岩风化残积而成。

3深基坑支护方案的选择

由于该基坑开挖面积小、深度深,且四周紧邻重要建筑物,支护结构距离地下管线的距离较近,一般选用的支护形式为桩撑或墙撑。根据施工经验可知,桩支撑支护形式主要包括钻孔桩+止水帷幕(桩间旋喷止水桩)+内支撑、钻孔咬合桩+内支撑两种形式。第一种支护方式施工相对简单,支护施工相对较快,但由于基坑周边临近重要建筑物,且地质中含有较厚砾砂层,因此,选用桩间旋喷止水支护方式存在一定塌方危险;第二种支护方式,选用钢筋混凝土桩与素桩相互咬合的方式,从而形成连续支护“桩墙”,并可以有效地提高支护方式的止水效果,且支护结构具有较大的刚度,对基坑周围的环境污染程度较小。而采用墙支撑的支护方式,主要是地下连续墙+内支撑,且地下连续墙施工成本较高。且在墙撑施工中,若选用的施工方法不合理或者地质条件较差时,可能出现槽段无法准确对齐或者出现严重漏水现象,同时,施工中的泥浆会对周围环境产生一定的影响。此外,施工槽段较长,同样会对周围环境产生一定的影响。综上,通过对基坑开挖深度、周围环境影响、不同支护方式对比分析,最终选用旋挖桩加两道内支撑的支护方式。基坑围护桩选用1200@1000旋挖桩,相邻两根桩之间咬合200mm,素桩(简称A桩)桩长19.6~22.5m,荤桩(简称B桩)桩长24~32m,A桩选用C20超缓凝混凝土,B桩选用C30混凝土。在基坑支护方案确定后,需要对支护桩施工机械设备进行选择。由于该基坑支护边线两边紧邻学校和重要建筑物,对地面沉降要求较高,若选用传统的全套管钻机,其不仅施工占地面积较大,且基坑支护的边线将会向内移动约1m。综合考虑后选用旋挖咬合灌注桩施工工艺,可以较好的避免以上难题。

4旋挖咬合灌注桩施工工艺

旋挖咬合灌注桩是采用旋挖钻机进行钻孔,且相邻桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。为了方便桩基咬合切割,一般将桩的排列方式设计成一个素混凝土桩(A桩)和一个钢筋混凝土桩(B桩)相互间接布置。旋挖桩机钻孔施工主要是利用转动液压装置,减少钢套管与土层之间的摩阻力,并钢套管转动与压入同时进行。

4.1导墙施工

为了确保咬合桩孔口的定位精度符合设计要求,且提高旋挖钻孔桩机的就位准确率,可以在桩顶部位浇筑混凝土导墙(图2),根据设计要求,本工程导墙设计宽度800mm,厚度600mm,且导墙内部配置有14@200钢筋。

4.2单根旋挖咬合桩施工工艺流程

(1)旋挖钻机就位在导墙施工完毕,且混凝土强度符合设计要求后,需要在导墙表面准确定位咬合桩中心点位,以保障旋挖钻机定位的准确性,提高旋挖旋挖钻孔桩的施工质量。(2)导孔施工在旋挖机准确就位后,需要预先钻一个2~3m的导孔,再放下第一节护筒,在此过程中需要防止旋挖斗触碰导墙。同时,为了确保旋挖桩施工质量,在使用钻机的动力头旋转压入护筒前,需要用测斜仪测量钻孔的倾斜度,并微调护筒,确保其保持垂直。(3)压入护筒并取土成孔为了确保护筒课题快速的压入密实的底层和混凝土中,需要在第一节护筒端部布置环状的切割齿,且护筒与旋挖钻机的花管驱动器稳固连接。为了确保第一节护筒压入桩位预孔内保持垂直,需要先将第一节护筒压入1.5~2.5m,然后用旋挖斗从套管内取土,并一边进行卸土一边继续下压护筒,直至没入土中,待第一节套管按施工要求压入土中时,需要在地面预留1m,从而方便第二节护筒压入施工,后续护筒需重复上述操作。(4)吊放钢筋笼对于B桩,在成孔后,需要检查成孔质量,待检查满足要求后,再进行吊放钢筋笼。在吊放钢筋笼时,需要避免钢筋笼触碰孔壁,且保持钢筋笼的垂直度满足设计要求。(5)灌注桩芯混凝土在灌注混凝土施工时,若孔内有水,则需要采取水下灌注混凝土的方法;若孔内无水,则可以采用干孔灌注混凝土,且在浇筑混凝土时注意均匀振捣,保障成桩的完整性。(6)拔筒成桩在灌注混凝土时,需要同时向上拔管,并需要在向上拔护筒时,护筒底部埋入混凝土面下2.5m,从而可以有效地避免成桩中夹渣。4.3排桩施工工艺流程在咬合桩施工流程如下:如图3所示,旋挖咬合桩先施工被切割的A桩,紧跟着施工B桩,其施工流程按照A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3,依次类推。

5施工技术要点及事故处理措施

(1)导墙施工导墙上预留定位孔的直径需要大于钻机护筒外壁直径20~40mm,且孔口定位误差应控制在±10mm以内,内墙面平整度误差小于3mm,垂直度偏差小于3%。导槽开挖施工中,应避免导墙发生较大的变形。且导墙混凝土强度未达到设计要求时,禁止在导墙附近停放重型机械或进行作业。(2)旋挖咬合桩桩位与桩垂直度的控制为保证咬合桩底部的止水效果,需要在桩底部设有足够厚度的咬合。同时,严格控制桩位定位误差,并根据设计要求严格的控制桩的垂直度。待钻机就位后需要使钻机钻杆中心、护筒中心与桩心保持在同一轴线上,并应用钻机的调平系统调整水平,对于SR系列钻机,其钻机自身垂直度可保持在3‰范围内。第一节护筒压入过程中,需要用两台测斜仪附贴在套管外壁上,且相互保持垂直方向进行校核护筒的垂直度。在套管切压施工中,随时采用两台经纬仪检查桩孔与套管的垂直度,若测出护筒或套管出现偏差时,需及时进行纠偏。(3)下压护筒及拔筒目前,现有的大型旋挖钻机具有较大的压力、功率及扭矩。可以保障护筒顺利进行下压和拔出施工。若对于特殊地质情况,可以采用电动或液压振动锤下压和拔出护筒。(4)超缓凝混凝土缓凝时间要求及管涌控制对于A桩的超缓凝混凝土时间,可以在测定出A、B桩单桩成桩时间tA、tB后,应用下式分析出A桩超缓凝混凝土缓凝时间T:T=k(2tA+tB)。上式中,T为超缓凝混凝土缓凝时,tA、tB分别是A、B桩单桩成桩时间,k为其他施工因素影响系数,根据施工经验,一般取1.2。在B桩成孔施工中,因A桩混凝土未完全凝固,其混凝土处于流动状态,则混凝土可能从A、B桩相交处进入B桩孔内,从而形成“管涌”现象。一般在实际工程施工中,可采取以下措施:①浇筑混凝土时,需要控制A桩的混凝土坍落度<14cm;②应确保护筒插入孔底以下,且埋入深度大于1.5m;③在A桩凝固过程中,需要观察A桩混凝土顶面是否发生下陷现象,若出现下陷现象时,需要及时停止B桩的开挖施工,采取下压护筒,并向B桩内填土或注水,以保障A桩混凝土具有一定的压力。(5)分段施工时节点处理措施为确保支护桩施工进度,需要采用多台钻机分段配合施工,这就存在多段施工之间的节点连接问题。一般对于节点连接可采用砂桩过渡施工的方式,在施工段的端头设置一根砂桩,即在钻孔成孔后采用灌砂的方式,以为相邻的A桩预留出咬合企口。当施工到砂桩段时,可采用下压套管挖出内部填砂,并及时进行回灌混凝土。(6)其他质量保障措施基坑支护施工质量应从人员、材料、设备、施工工艺等方面落实。对于原料管理,应加强建材市场的原料筛选工作,严控注浆材料质量,按标准检测做到入场百分百合格。过程质量管控的重点在于加强基坑支护施工过程的监管力度,确保按照施工设计进行施工,分步骤进行及时检测,确保过程质量监督效力。基坑支护相关人员可大体分为管理人员和作业人员两大部分。管理人员的能力素质是一个项目顺利落实的保证,良好的管理能力和素质对项目目标的落实至关重要;施工作业人员能力素质直接影响施工质量与施工进度。

6结论

通过工程实践表明,旋挖咬合灌注桩对基坑支护,可提高基坑支护的稳定性,加快施工进度,降低工程施工成本,且旋挖钻孔施工过程占地面积小,对周围建筑的影响程度较轻,并可避免对环境的污染。此外,旋挖钻孔咬合桩可有效地阻挡地下水,实现对基坑施工的安全保障。参考文献[1]何俊颉,赖叶.旋挖钻孔灌注桩在基坑支护工程中的应用[J].江西建材,2018(04):95+98.

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[3]陈旺.旋挖钻孔灌注桩在基坑支护工程中的应用[J].建筑技术开发,2016,43(01):82-83.

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[5]邱华林.旋挖桩在深圳深基坑支护工程中的应用[J].广东土木与建筑,2011,18(12):7-9+6.

作者:程雅梦 单位:广东省地质工程公司

基坑支护工程中旋挖钻孔灌注桩的应用责任编辑:张雨    阅读:人次