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1、大直徑樁基礎(chǔ)氣舉反循環(huán)施工工藝xx 【摘 要】 本文以xx5號特大橋為例，介紹了大直徑樁基礎(chǔ)氣舉反循環(huán)施工工藝。實踐證明，在超厚卵石層復(fù)雜地質(zhì)條件下，該工藝具有較好的適用性，為類似工程提供借鑒。【關(guān)鍵詞】氣舉反循環(huán)；大直徑樁；復(fù)雜地質(zhì)；施工工藝1、工程概況xx5號特大橋橫跨沅江，主橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁連續(xù)剛構(gòu)體系，橋面總寬度為31.5米，橫向為左右分離的兩幅橋面，每半幅箱梁采用單箱單室直腹板斷面。水中墩臺8座，其中主橋墩6座，為群樁基礎(chǔ)，每墩位12根鉆孔灌注樁，直徑2.2m，樁長72m（基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)見圖1-1）。主墩間距為130m，主橋邊墩與引橋墩間距75m。xx為xx地區(qū)重要的2級航2、道，日夜通航。河水受季節(jié)變化影響較大，其中4月-7月為區(qū)域性暴雨頻發(fā)段，是98年特大洪水的主災(zāi)區(qū)。正常施工水位下，工區(qū)水深1217m。 圖1-1 主橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖2、地質(zhì)條件受長期洪水沖刷影響，該段流域河床起伏較大，河床覆蓋厚度為2025m厚的卵石，該卵石層主要特征為：灰褐黃褐色，稍密密實，飽和，卵石含量一般50-60母巖成分主要為石英及石英砂巖，粒徑一般20-60mm，大者300mm以上，泥、砂質(zhì)充填，顆粒級配較差。鉆孔樁范圍內(nèi)地質(zhì)土層自上而下主要由：（1）卵石：雜色，中密，飽和，卵石含量約70，顆粒級配一般，粒徑30-80mm，大者250mm以上，泥、砂質(zhì)充填，顆粒級配較差。分層厚度203、m25m。（2）粘土；灰黑色，可塑，稍濕，底部見0.06m原礫巖漂石。分層厚度約7m。（3）圓礫：灰褐色，稍密中密，飽和，礫石含量約60，母巖成分主要為弱風(fēng)化硅質(zhì)巖，石英巖，泥沙質(zhì)填充。顆粒級配差，粒徑一般20mm，分層厚度約14m。（4）泥巖：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，固結(jié)很差，節(jié)理裂隙不發(fā)育，易風(fēng)化，崩解，巖質(zhì)極軟，有滑膩感，巖體完整。分層厚度約34m。 3、施工準(zhǔn)備3.1“三通一平”成孔準(zhǔn)備（1）施工便道：伍家嘴村鄉(xiāng)村水泥路，大堤橫道路，攪拌站至鋼棧橋平臺自建便道形成循環(huán)，保證路線暢通，。（2）施工用水：武陵區(qū)xx江水用水泵就地引進使用，送檢合格。（3）施工用電：3154、KVA 變壓器2臺，400 KVA變壓器1臺，發(fā)電機另配備（每兩機1臺）。（4）鉆孔平臺：鋼棧橋鉆孔平臺下部鋼管樁進行加固處理，與所在平臺鋼護筒固結(jié)形成整體，保證鉆機平整、牢固，保證機械操作需要和安全。3.2泥漿池、沉淀池、循環(huán)池（1） 單幅6根鋼護筒用聯(lián)通管彼此連接，形成泥漿池與泥漿循環(huán)系統(tǒng)。(2) 選用簡易過濾箱進行渣漿分離。見圖3.2.（3）配制好開鉆前必需的泥漿，選用黃粘土、膨潤土、燒堿、水泥造漿（圖）。 圖 過濾箱 圖 膨潤土4、鉆孔機械。300型氣舉反循環(huán)鉆機（2200鉆孔灌注樁）。GF-300型鉆機性能參數(shù)表設(shè)備型號GF-300氣舉反循環(huán)最大鉆孔直徑(m)3最大鉆孔深度(m)125、0最大輸出扭矩(KN.m)130最大提升能力(t)65外形尺寸(長寬高)(m)8.75.512.552循環(huán)方式氣舉反循環(huán)鉆機總重量(t)主機 42鉆具 60鉆機總功率(kw)主機 90循環(huán)系統(tǒng) 132 5、氣舉反循環(huán)鉆機工作原理。氣舉反循環(huán)鉆機利用空壓機的壓縮空氣，通過安裝在導(dǎo)管內(nèi)的風(fēng)管送至樁孔內(nèi)，高壓氣與泥漿混合，在導(dǎo)管內(nèi)形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物，漿氣混合物因其比重小而上升，在導(dǎo)管內(nèi)氣鋌底端形成負(fù)壓，下面的泥漿在負(fù)壓的作用下上升，并在氣壓動量的聯(lián)合作用下，不斷補漿，上升至氣鋌混合器的泥漿與氣體形成氣漿混合物后繼續(xù)上升，從而形成流動，因為導(dǎo)管的內(nèi)斷面積大大小于導(dǎo)管外壁與樁壁間的環(huán)狀斷面6、積，便形成了流速、流量極大的反循環(huán)，攜帶沉渣從導(dǎo)管內(nèi)反出，排出導(dǎo)管以外（圖5.1）。圖5.1 氣舉反循環(huán)原理簡圖6、工藝流程6.1施工流程平臺驗收樁位放線埋設(shè)護筒鉆機就位鉆進清孔安放鋼筋籠二次清孔灌注水下砼樁位放樣按照設(shè)計圖紙所提供的坐標(biāo)，用全站儀測出鉆孔樁的準(zhǔn)確位置，進行標(biāo)定。把樁孔中心用“十”字交叉法引到鉆孔樁機下鋪設(shè)好的鋼軌墊木上固定，作為控制護筒及鉆機對位的依據(jù)，并把高程引到剛棧橋面上作為施工時測量樁基礎(chǔ)深度的依據(jù)。鋼護筒埋設(shè)為確保施工質(zhì)量及安全，主墩2.2m徑樁基護筒采用14mm厚的鋼板制成，直徑2.5m，為增強護筒鋼度在護筒頂口、底口以及中間部位每5.0m左右設(shè)置加強箍，加強箍采用7、厚14mm、寬500mm鋼板緊貼于護筒外壁焊牢。每根鋼護筒整節(jié)在后場加工制作，為避免鋼護筒在起吊運輸過程中變形，每節(jié)鋼護筒端頭用型鋼各焊接一道“米”字形內(nèi)撐，待起吊后割去內(nèi)撐。鋼護筒采用80T浮吊，DZ180吊振動錘整體沉樁，鋼護筒先用1000噸的方駁運入樁位附近，用80T浮吊進行施工。首先先定好定位框中心位置，然后用履帶吊將鋼護筒吊入定位框內(nèi)。然后用履帶吊換振動錘開始打入，振動錘中心線與護筒中心位置一致。 護筒下沉到位后，采用型鋼將頂口與平臺固定。鋼護筒下沉精度要求：平面位置偏差5cm，傾斜率1%。最小埋置深度計算如下：L=（h+H）ro Hrw/（rd -ro）式中L：護筒埋置深度；H：最8、高潮位至最低河床沖刷線深度為：29.5-12.85=16.65m；h：護筒內(nèi)外水頭差為：2mro：護筒內(nèi)泥漿比重：13kN/m3rw：水的比重：10kN/m3 rd：護筒外河床土層飽和容重19.6kN/m3rd=(+e)/(1+e)r：土層的相對密度，取平均值2.70kN/m3e：孔隙比0.737計算可得護筒埋置深度為10米，但考慮到鋼護筒埋在打入卵石層的最大打入深度，我們先打入5米，并采用丙炳酰胺即PHP泥漿調(diào)節(jié)泥漿和護筒跟進的方案進行試驗性施工，在水深14m左右的情況下，鋼護筒長度為18-21m，入土深度為4-7m，實踐證明，已基本能滿足施工要求。護筒埋設(shè)好后，進行垂直度驗收。驗收合格后，9、把樁孔中心及標(biāo)高用十字交叉法引到護筒壁，并在四周設(shè)控制點。圖 鋼護筒施工鉆機就位及孔位校正鉆機安裝就位時，底座支墊堅實平穩(wěn)，防止位移或沉陷。鉆機平穩(wěn)地就位于埋設(shè)好的護筒上方，安裝鉆機做到周正，水平，穩(wěn)固，機座梁全部承壓，鉆架設(shè)置風(fēng)纜固定，檢查鉆架頂部滑輪槽轉(zhuǎn)盤卡孔護筒中心，三者應(yīng)在一豎直線中，誤差小于8mm，以保證鉆孔豎向垂直度偏差1。鉆孔施工（1）鉆機就位前，對鉆機的各項準(zhǔn)備工作進行檢查，包括場地布置及鉆機座落處的平整與加固，主要機具的檢查及安裝，配套設(shè)備的就位及供電的接通等。經(jīng)過各項準(zhǔn)備后，xx5號特大橋于2010年1月27日07：00開鉆第一根樁，里程樁號K104+212，樁號主6墩右幅10、6號樁。 圖 氣舉反循環(huán)工藝鉆進 圖6.1.4（3）地質(zhì)取樣（2）根據(jù)鉆孔地質(zhì)剖面圖，按不同土層選用適當(dāng)?shù)你@進速度和泥漿，填寫鉆孔記錄，觀察地質(zhì)報告是否與實際符合。班組交接班時交待鉆進情況及下一班應(yīng)注意事項。（3）開鉆前配備一定數(shù)量的粘土泥漿，先往護筒內(nèi)倒黃黏土，攪漿，泥漿驗收合格后開始鉆進。增加泥漿泵量以保證良好的泥漿護壁效果。鉆孔作業(yè)兩班連續(xù)進行，并經(jīng)常對鉆孔泥漿進行試驗，不合要求時進行改正，注意地質(zhì)層層變化，根據(jù)不同地質(zhì)調(diào)節(jié)泥漿比重及各項性能指標(biāo)。在地質(zhì)層變化處選取渣樣，裝袋保存，作為依據(jù)，判明土層，并記入記錄表中，以便于地質(zhì)剖面圖核對 表泥漿性能參數(shù)表地質(zhì)情況泥漿性能指標(biāo)比重粘度（s）11、含砂率（）膠體率（）失水率（ml/30min）泥皮厚（mm/30min）酸堿度PH值砂層22-284952038-10卵石層1.21.252228496202.0810泥巖1.081.102326296202.0810清 孔1.031.102025199202.0810（4）鉆進時，經(jīng)常檢查鉆頭轉(zhuǎn)向裝置，使鉆頭在鉆進中能自由轉(zhuǎn)動。為預(yù)防卡鉆，經(jīng)常檢孔，保障各項指標(biāo)合格，順利鉆進。（5）升降鉆錐時平穩(wěn)，鉆錐提出井口時防止碰撞護筒孔壁和鉤掛護筒底部。拆裝鉆桿力求迅速。（6）慢速推進，待導(dǎo)向部位全部鉆進土層后全速鉆進。（7）在接長鉆桿時，注意使接頭緊密。 （8）連續(xù)補充泥漿維持護筒內(nèi)應(yīng)有水頭，防止孔12、壁坍塌，在鉆孔排提錐除土或因故停鉆時，保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位和要求的泥漿相對密度及粘度，以防坍孔。（9）根據(jù)土質(zhì)的類別，鉆孔速度及供漿量來確定相應(yīng)的鉆進速度，使其達到最佳進度，并確保成孔的垂直度。設(shè)專人檢查及作鉆進記錄，經(jīng)常測試泥漿比重，保持孔內(nèi)水面標(biāo)高，嚴(yán)防斜孔、坍孔現(xiàn)象的發(fā)生。鉆經(jīng)不同的土、巖層，采取不同比重的泥漿，確保成孔質(zhì)量。xx5號特大橋主6墩選用氣舉反循環(huán)工藝，成孔質(zhì)量好，無明顯漏漿現(xiàn)象。、鋼筋籠制作及吊放（1）鋼筋原材料檢測合格，嚴(yán)格按設(shè)計圖紙要求進行，鋼筋間距、焊接、搭接長度符合施工及驗收規(guī)范要求。（2）成型后的鋼筋籠保證平整，不坍腰，焊點牢固，每節(jié)鋼筋籠長度為89米，直徑符合13、設(shè)計圖紙要求，為了保證鋼筋籠成型強度，接頭處加置加勁箍筋。鋼筋的規(guī)格、數(shù)量準(zhǔn)確無誤，質(zhì)量合格。（3）檢查孔深、孔徑和垂直度，用探孔器，再核測樁位中心，以便在下鋼筋籠時適當(dāng)調(diào)整，使鋼筋籠中心與樁位中心偏差在1cm以內(nèi)，待符合要求后，即可吊放鋼筋籠。（4）鋼筋籠采用吊裝入孔（按設(shè)計要求100%樁預(yù)埋聲測管）。為了吊裝時有足夠的剛度，主筋采用直螺紋套筒連接，主筋與加強箍筋全部焊接。鋼筋籠采取分段入孔，接頭錯開，同一斷面的焊接頭數(shù)量和質(zhì)量符合施工規(guī)范。鋼筋籠垂直緩慢放入孔中，防止硬撞孔壁，并隨時校正，保證吊放位置準(zhǔn)確無誤。 圖（1） 鋼筋籠制作 圖（4） 鋼筋籠吊放（5）鋼筋籠吊放達到設(shè)計標(biāo)高后，固定14、牢固。以免在灌注砼過程中發(fā)生掉籠或浮籠現(xiàn)象。聲測管注滿清水，并密封。（6）灌注樁頂要留足與墩臺和柱的連接和錨固鋼筋，并將此高度作為破樁頭的范圍。6.1.6清孔氣舉反循環(huán)清孔由于返漿速度快，清渣效果較好，沉渣層較薄，而沉渣層厚度大小與單樁承載力高低密切相關(guān)，對工程質(zhì)量大有裨益。清孔有以下注意事項： （1）導(dǎo)管下放深度以出漿管底距沉淤面300400mm為宜，風(fēng)管下放深度一般以氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.50.65來確定。 （2）開始送風(fēng)時應(yīng)先孔內(nèi)送漿（補漿），停止清孔時應(yīng)先關(guān)氣后斷漿。清孔過程中，特別要注意補漿量，嚴(yán)防因補漿不足（水頭損失）而造成塌孔。 （3）送風(fēng)量應(yīng)從小到大，風(fēng)壓應(yīng)稍大15、于孔底水頭壓力，當(dāng)孔底沉渣較厚、塊度較大，或沉淀板結(jié)時，可適當(dāng)加大送風(fēng)量，并搖動出水管（導(dǎo)管），以利排渣。 （4）隨著鉆渣的排出，孔底沉淤厚度較小，出水管（導(dǎo)管）應(yīng)同步跟進，以保持管底口與沉淤面的距離。 （5）清孔后，孔內(nèi)泥漿比重應(yīng)小于1.10，粘度1820s，孔底沉渣厚度5cm。 xx5號橋主6墩為例，右幅6號樁于2010年2月8日09：00成孔，右幅4號樁于2月21日19：30成孔，均嚴(yán)格進行第一次清孔法，確保沉渣符合設(shè)計要求深度(不大于10)，將鉆頭提升1020cm，低速旋轉(zhuǎn)，用泥漿泵抽漿排渣，注入凈化泥漿，清孔后測定泥漿相對密度1.07，量測沉渣厚度（采用帶圓錐形測錘的標(biāo)準(zhǔn)水文繩測定。16、測錘重量1）為5cm，符合施工規(guī)范要求。第二次清孔時間2月10日6：508：35，右幅4號樁第二次清孔時間2月23日00：102：40，清孔后測定泥漿相對密度1.05，量測沉渣厚度（采用帶圓錐形測錘的標(biāo)準(zhǔn)水文繩測定。測錘重量1）為4cm，效果良好，符合施工規(guī)范要求。6.1.7灌注水下砼（1）拌和站自拌砼，外加劑選用高效聚羧酸SYW-3，每立方2.53Kg，首批砼初凝時間6-8h，其坍落度在18030范圍內(nèi)，細(xì)骨料采用級配良好的中粗砂，水灰比用0.45，適當(dāng)提高含砂率，以提高和易性。（2）灌注水下砼采用直徑300mm的游輪連接導(dǎo)管，導(dǎo)管事先拼裝，并經(jīng)過密封、壓力（1.3Mpa）試驗，符合要求。導(dǎo)17、管的安裝必須與孔深相對應(yīng)，管底距孔底30-50cm，導(dǎo)管居中固定于孔口架上，裝上漏斗，下裝隔水栓。初灌砼量為10m3，按計算結(jié)果保證埋管深度不小于1.0m的初灌量進行首灌。 （3）灌注過程中，實時測量砼面的深度，保證導(dǎo)管在砼面的合理埋入深度，控制在3-6m，現(xiàn)場嚴(yán)禁憑經(jīng)驗灌注而將導(dǎo)管提離砼面。（4）嚴(yán)格按照設(shè)計配合比攪拌砼然后運送至導(dǎo)管上的漏斗內(nèi)進行灌注。砼泵車的出料口應(yīng)緊接導(dǎo)管上口中，灌注時須進行測量砼面上升高度，填寫好灌注記錄，指導(dǎo)導(dǎo)管的提升和拆卸。（5）保證導(dǎo)管埋入砼內(nèi)有適當(dāng)?shù)纳疃龋乐箤?dǎo)管提升過猛而使管底提離砼面或埋入過淺而使導(dǎo)管內(nèi)斷樁夾泥，同時防止埋入過深，而導(dǎo)致管內(nèi)砼壓不出或?qū)Ч鼙?8、砼埋住不能提升，導(dǎo)致中止?jié)补喽鴶鄻丁＝?jīng)常檢查砼的坍落度，按規(guī)范制作砼試塊，進行養(yǎng)護試驗、檢驗砼的強度。（6）鄰孔樁開鉆滿足至少在該樁灌注砼36小時以后和4d（樁基直徑）距離。7、結(jié)束語鋼護筒垂直度極關(guān)鍵，若不把握好鉆進時可能導(dǎo)致卡鉆，以及鋼筋籠無法下放的問題，從xx5號特大橋施工的2.2m徑樁基來看，出現(xiàn)過鋼筋籠下放困難現(xiàn)象，一定程度上影響施工進度。鋼護筒埋設(shè)須備加注意，嚴(yán)格檢查，更換所有不符合要求的護筒。施工后期，鋼圍堰內(nèi)拔除護筒時發(fā)現(xiàn)，有些護筒上有明顯漏洞，這些很可能就是導(dǎo)致前期漏漿現(xiàn)象的主因，為前期鉆孔施工帶來一些誤導(dǎo)和困惑，增加了施工投入。氣舉反循環(huán)鉆與旋挖鉆孔工藝對比，具有護壁穩(wěn)定，不易塌孔，成孔風(fēng)險小，清孔效果好的優(yōu)點。從樁檢結(jié)果分析，氣舉反循環(huán)工藝比旋挖工藝成型的樁基，樁底砼質(zhì)量更密實更優(yōu)良，證實了氣舉反循環(huán)原理清孔的優(yōu)越性。參考文獻： 中華人民共和國行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)JTG/T F50-2001公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范2011年06月07日發(fā)布，2011年08月01日實施； 韓洪偉內(nèi)蒙赤峰翁牛特旗地區(qū)水井施工中多工藝空氣鉆進技術(shù)的應(yīng)用研究