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河南地基工程——螺杆桩的实际工程应用

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河南地基工程——螺杆桩的实际工程应用

发布日期:2019-08-09 作者: 点击:

螺杆桩是近些年发展起来的一种新桩型,相比传统的长螺旋钻孔灌注桩与日本钢钎维全螺纹预制桩,螺杆桩更具有优势,主要体现在桩承载力高、造价低、施工快速以及环保性高等,目前已经被广泛应用于高层建筑以及高速铁路工程的施工中。尤其是近几年随着我国高速铁路建设工程的大力发展,螺杆桩技术获得了广泛的推广应用,并且取得了显著的效果。吴忠至中卫城际铁路施工过程中,某路段路基为软松土,粉土以及粉砂土,地下水位较深。在路基施工过程中为了满足后续沉降设计的要求,施工采取了螺杆桩技术来对地基进行加固处理。

1 工程概况


1.1 地质概况


吴忠至中卫城际高速铁路某标段路基长度为1497m,线路填土高度为8m,地面高程为1217~1225m,地表高度起伏较小,主要的地下水补给为大气降雨,此处的地下水对混凝土没有侵蚀作用。工点区地貌属于黄河冲积平原区,以耕地或荒地为主,地形平坦开阔,地层主要为砂质黄土、粉质黏土、粉砂、细圆粒土、粗圆粒土,承载能力相对较低,容易发生沉降变形。


1.2 水文条件


该区属于大陆性季风气候,年降雨量较少。地表径流主要是来自大气降雨所形成的水流,其水量大小主要受季风影响显著,没有常年的地表径流,地表水系不发达。施工过程中需要注意暴雨天气对施工的影响。相对来说该区地下水较贫乏,主要为第四系松散岩石空隙中的孔隙水和基岩裂隙中的裂隙水。基岩裂隙水主要分布于山前倾斜洪积平原区及低山丘陵区,主要赋存于第三系砂岩、砾岩,泥盆系、奥陶系砂岩、板岩及石灰岩中的风化层及裂隙中,地下水补给来源为大气降水,由于降雨量少,蒸发量大,补给来源有限,故地下水较贫乏,富水性较差。地下水排泄方式主要以泉水的形式排泄,水量较少。


螺杆桩

2 施工参数及施工工艺要点


2.1 施工参数


本次施工过程中设计螺杆桩桩径0.4m,桩长16m,桩间距1.8m,正三角形布置,处理宽度为路堤坡脚或路堑开挖坡脚处,桩顶顶面设0.6m碎砾石垫层,垫层内铺设一层土工格栅(高10cm),设计螺杆桩长总量为234848m。桩身下部螺纹段约占总桩长的三分之二,上部圆柱段占总桩长的三分之一,混凝土桩身强度设计为C25,混凝土桩帽设计为直径1m,高0.4m,强度C25。


2.2 施工准备


首先,螺杆桩施工之前需要具备各种相关资料,主要包括路基施工图、地质柱状图和补勘资料;工区范围内低下管线以及构筑物的调查资料;螺杆桩桩位平面位置图;工艺试验资料以及试桩资料;作业指导书以及施工方案等。


其次,螺杆桩施工前需要对地表土、腐殖土等进行清除,然后平整地表,将现场标高调整到设计标高,同时需要做好排水系统,保障现场施工过程中不会出现积水,然后采用压路机对地面进行压实。


由测量人员对所有的设计桩位进行复测定位,施工人员对各种原材料进行质量检查,确保没有认为疏忽和质量问题。在此基础上进行试桩工作,其主要是为了对施工所采用的各项设备、机具以及施工工艺等进行检验,看是否满足实际施工需求。在试桩的过程中应该注意检测相邻桩孔之间的影响,如果影响程度大则需要进行跳打施工。


2.3 施工方法


螺杆桩的施工主要包括确定施工顺序、测量定位放线、装机就位对中、钻杆垂直度调整、钻进成孔、混凝土泵送、钢筋笼制作及下放、桩头凿除和桩帽浇筑。其具体施工方法如下。


(1)确定施工顺序,在螺杆桩的施工过程中应本着从路基一侧向另一侧的顺序进行施工,严格按照施工编号进行,避免漏打桩位[1]。但是应具体考虑相邻桩孔之间的影响以及成桩的质量,如果相邻桩孔之间影响较大,成桩质量不能满足设计要求,此时应考虑是否采用跳打的方式避免因挤压导致邻近桩孔缩径,进而对桩体的完整性产生影响。


(2)测量定位放线,采用全站仪和钢尺严格按照施工设计图纸进行测量,对每个桩位逐个在现场进行施放,在桩位中点采用铁钎插入低下,在地表撒放白灰进行标记。


(3)桩机就位对中,本次施工采用JZU90F型号螺杆桩机和80型泵送混凝土机。在测量定位放线后,螺杆桩机应到位置进行对中。。


(4)钻杆垂直度调整,待装机就位对中之后,利用塔身前后左右的垂直标杆对钻杆的垂直度进行调整校对,确保垂直度误差不能超过1%的桩长。


(5)钻进成孔,钻杆垂直度调整完毕之后,关闭钻头阀门,将钻杆向下移动至地面,然后启动马达开始钻进。通常来说在刚开始钻进的时候要本着先慢后快的原则,避免钻杆出现晃动,能够准确对钻孔的位置偏差进行检查以及时纠正。本标段地层主要以粉砂岩为主,在钻井过程中设置钻进速度为1.5m/min,钻进电流为50~110A。在桩机操作过程中应操作自控系统的联动同步装置,确保钻杆的钻进速度和旋转速度完全匹配。在圆柱段形成时应每下降一个螺距钻杆旋转2周以上,在螺纹段形成时应每下降一个螺距钻杆旋转1周,直至设计深度[2]。如果在钻进过程中出现钻杆剧烈晃动现象应降低钻速或者停钻进行检查,避免剧烈晃动产生钻孔偏移而破坏螺纹结构。


(6)混凝土泵送,待钻杆钻至设计深度时,应停机继续钻进,然后泵送混凝土。在混凝土泵送之前应该首先检查泵管,确保泵管的密闭性和平顺性;然后应采用配合比砂浆泵送进行润管。在泵送混凝土时,应将混凝土的坍落度控制在18~22cm,混凝土的搅拌时间控制在60s以上,待钻杆的芯管中充满混凝土后,桩机应按照钻进参数来反向旋转以提升钻杆来使螺纹成型。同样跟钻杆钻进一样,要求钻杆的旋转速度和提升速度要匹配,同时钻杆每上升一个螺距钻杆应该旋转1周。要求混凝土浇筑要超过桩顶标高至少50cm。在混凝土泵送的过程中,应该注意该过程须为连续稳定进行,防止应后台混凝土料供应不足而导致停机。


(7)桩头凿除和桩帽浇筑,待所有桩位施工完毕后,按顺序进行桩头凿除和桩帽浇筑工作。在桩头凿除之前应首先检查所有的螺杆桩是否达到相应的强度,如果强度满足要求,采用风镐将桩头凿除至设计标高,然后进行桩帽浇筑,待桩帽强度达到设计强度的10%时进行桩帽模板的拆除,待桩帽强度达到设计强度时采用小型夯实机进行夯实回填。


3 施工质控


质控小组首先对同类工程螺杆桩施工质量进行调查分析,共调查了三个工程的总计5690根螺杆桩,其中合格的为5178根,不合格的为512根。通过对不合格的512根螺杆桩进行进一步分析,发现不合格主要包括以下几个情况,分别为:桩位偏差超标、桩身完整体不合格、桩顶标高超偏差、桩体垂直度超偏差以及桩顶混凝土密实度不够,如表1所示。


通过对这些问题进行分析,结合本标段的施工实际,分析认为该标段螺杆桩施工过程中可能存在的主要问题为施工人员责任心差、钻机移位破坏点位以及成桩土体未掩埋桩位。基于此,制定了相应的质控对策,如表2所示。首先,施工前对工人进行培训,同时制定严格的管理制度并实施。为加强技术人员与劳务人员的管理,岗前进行技术培训,做好技术交底工作,使其尽快熟工作流程和工作职责,熟练掌握和使用本职工作的设备,达到各岗位工作标准,满足施工质量要求。施工中做好自检、互检、交接检和工程隐检、预检的制度,检查评定工作质量;其次,确定合理的点位保持措施。技术人员复核施工图纸,依据设计图纸确定螺杆桩施工处理范围及设计参数画好布桩图,测量员根据桩位布桩图把图上数据放样到现场,放样完成后核对。劳务人员根据测量放样点位,采用钢钎对每个点位进行钢钎冲孔,冲孔深度为10~15cm,孔内用白灰填充,填充到与地面相平,用竹签对每个点位进行标记,以便施工时易于发现;及时清运旋出土。为减少旋出土对桩位控制点的影响,安排工人随钻机及时清土,并配备小型挖掘机及专人做到随钻随清,不积压、不掩埋。、

螺杆桩相比传统的长螺旋钻孔灌注桩以及混凝土灌注桩优势明显,主要体现在桩承载力高、造价低、施工快速以及环保性高等,目前已经被广泛应用于高层建筑以及高速铁路工程的施工中。但是在螺杆桩技术的施工过程中也存在些问题,导致部分螺杆桩质量达不到要求,在一定程度上限制了螺杆桩技术的优势。随着施工过程的不断改进和治疗对策的不断完善,螺杆桩技术一定能够更好的为高层以及高速铁路工程建设服务。


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