浅谈球阀在微型钢管桩施工中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com) 山东省物化探勘查院 作者:史勇

  随着我国工程建设的不断发展,基坑支护在工程项目中大量出现,并且成为工程中必须解决的重大问题,微型钢管桩在特定的条件下的设计和施工得到了越来越多的重视。采用改造球阀排出钢管桩内的泥浆,防止淤泥沉淀,充分使水泥浆充盈提高桩身质量,对微型钢管桩的施工工艺进行了改进措施,效果明显,成功地解决了钢管桩水泥浆包桩不饱满的现状。

  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。

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。

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