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摘要:本文结合渝湘复线高速公路抗滑桩一种冲击成孔工艺的施工情况,介绍了抗滑桩方桩机械冲击成孔的施工条件、施工主要工艺和工艺优缺点,并通过施工过程统计分析,对抗滑桩冲击成孔的效率、成本等进行了探讨。
关键词:抗滑桩 方桩 冲击成孔 施工工艺 分析
1 前言
在我国山区高速公路施工中,抗滑桩防护是一种有效防止边坡滑移的结构,一般抗滑桩均设计为矩形桩,现有机械设备对矩形桩施工较为困难,常规施工采用人工开挖、水磨钻作业,施工过程中作业空间小,地质环境复杂,人员下孔作业,安全风险大。针对抗滑桩施工安全风险大、施工速度慢等问题,有必要提出一种抗滑桩方桩机械冲击成孔技术。
2 工程概况
刘家屋基1号/2号大桥右侧位于崩坡积体上,崩坡积体在久雨暴或强烈震动情况下有可能滑动,影响桥墩安全使用。边坡表面主要为崩坡积碎石土,土质松散,孔隙率较大,不宜采用锚固方式对滑坡进行处置,且厚度较大,不适宜大面积开挖,下伏基岩为泥岩,在桥墩外侧5米位置修建一排抗滑桩对桥墩进行防护。抗滑桩截面尺寸1.5×2米,桩中心间距5米,共74根桩,桩长根据现场地质情况设置,最大桩长23米。
3 抗滑桩冲击成孔施工工艺
3.1 冲击成孔施工条件
抗滑桩冲击成孔的施工条件:
1.黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土、漂石卵石层及强弱风化岩层;
2.适用于平坦地形、坡度小于45度陡峭山地,施工场地较大,需要在现场开挖泥浆池、沉渣池等基坑;现场水源充足;
3.桥位处施工便道可满足大型机械设备通行,冲击成孔后需汽车吊配合吊装钢筋笼。
3.2 冲击成孔施工工艺
抗滑桩冲击成孔施工工艺流程:钻头定制→桩位放样→锁口施工→冲击钻机就位→冲击钻机成孔施工→钢筋笼制作、安装→导管安装→二次清孔→混凝土灌注。
1.钻头定制
抗滑桩方桩机械冲击成孔,采用常规冲击钻机。冲击钻头市面常规为圆形,需联系专业厂家定定制方形钻头,不同孔径抗滑桩需定制不同尺寸方形钻头。冲击钻头本体的顶部钻尾设置与卷扬机钢丝绳连接的吊环装置,中部沿钻身四边设置四个吊耳,底部设置与桩孔孔径等长度的矩形体钻头,矩形钻头内部布有四个通透的空心矩形体,矩形钻头底部间隔布满半椭圆形冲击齿。
2.桩位放样
施工测量放线时按设计坐标放线,测量放出抗滑桩角点,用白灰洒出边线。在桩外设置龙门桩,以便随时校正桩位。
3.锁口施工
锁口开挖采用挖机配合人工的方法施工,根据桩孔孔口段将井口挖至1.5m深,锁口尺寸比设计加大30cm,使钻头与锁口壁有充足的施工空间,采用C25钢筋混凝土浇筑锁口,锁口高出地面不小于0.3m。
4.冲击钻机就位
冲击钻机利用吊车安装就位,并通过枕木或垫梁调平钻机,使钻杆垂直,钻头中心与桩中心重合,要求偏差不大于±20mm。
5.冲击钻机成孔施工
施工时通过冲击钻卷扬机钢丝绳卡扣与方形钻头吊环连接,吊起后再释放进行钻头的自由落体运动,向下对土体进行冲击,钻头底部的冲击齿可以强化冲击效果,将冲击范围内的硬质土体或岩体冲击碾碎成细小颗粒,伴随泥浆通过钻头上的空心方体排出桩孔。冲孔至持力层设计标高时,立即对桩孔组织验收,验收合格后,进行第一次清孔,清孔采用换浆法。
7.钢筋笼制作、安装
钻孔桩的钢筋笼在钢筋加工厂加工成半成品,用平板车运至施工现场,在桩孔旁绑扎成9m一节的钢筋笼,钢筋笼增加横向加强钢筋,防止钢筋笼变形,用吊车分节吊入桩孔进行接长和下放。
8.导管安装
导管采用无缝钢管,安装时竖直下放、并使导管位于孔位中心,控制导管口距孔底0.3~0.4m。
9.二次清孔
由于安装钢筋笼及导管时间较长,为确保孔底沉淀厚度满足设计及规范要求,待钢筋笼、导管安装完成后,再次进行孔深检测,若沉渣厚度不满足要求,立即进行二次清孔。
10.混凝土灌注
抗滑桩采用水下灌注混凝土,首批混凝土采用拔塞法,灌注砼数量保证导管首次埋深≮1.0m,正常灌注导管埋深控制在2~6m。为保证桩身质量,需灌注至设计桩顶以上0.5~1m,现场做好有关试验并记录全部灌注过程。
3.3 冲击成孔工艺优缺点
根据实践经验对抗滑桩冲击成孔的优点总结如下:
1.抗滑桩冲击成孔工艺通过机械替代人工挖孔,从根本上杜绝了人工挖孔存在的高处坠落、物体打击、中毒窒息等安全风险。
2.改变了最原始的人工挖孔方式,提高工作效率,有效保证工期进度。
3.极大的减少了人员的投入量与时长,减少了人工成本。
4.施工过程中不受地下水及破碎岩层、土夹石等不良地质影响。
抗滑桩冲击成孔缺点:
1.人工挖孔桩人员可下至孔内清渣,基本无虚渣。抗滑桩冲击成孔全部为泥浆护壁成孔,孔内情况不明,沉渣厚度不易控制。
2.水下混凝土灌注易发生断桩、夹渣等问题。
3.施工污染较严重,泥浆需要沉淀处理,占用场地较大。
4.抗滑桩设计截面尺寸不一时,需定制不同尺寸方形钻头,冲击成孔机械费用投入较大。
4 抗滑桩冲击成孔技术分析
4.1 工期分析
通过对74根抗滑桩冲击成孔时间进行统计分析,抗滑桩平均桩长为15米,排除设备损坏、现场阻工等外部因素影响,平均冲击成孔时间4.8天,平均工效3.2m/d。对项目人工挖孔桩成孔时间进行统计分析,平均工效为0.6~1m/d。
图1 抗滑桩冲击成孔时间统计图
4.2 扩孔率分析
通过对74根抗滑桩冲击成孔扩孔率进行统计分析,通过抗滑桩砼超方量换算扩孔率,砼设计总方量2703m³,超方量502.5m³,平均扩孔率18.6%。对项目圆桩冲击钻施工扩孔率进行统计分析,平均扩孔率为10%。
抗滑桩采用人工挖孔施工基本无扩孔,人工开挖过程中需施工护壁防护,增加护壁砼工程量。该段74根抗滑桩若采用人工挖孔施工,护壁按照最低标准20cm厚度计算,需增加护壁砼945.5m³,护壁砼工程量占桩孔砼设计总方量的35%。
图2 抗滑桩冲击成孔扩孔率统计图
4.3 结论
根据以上分析结果可以得知:
1.抗滑桩采用冲击成孔对比人工挖孔施工成孔进度优势明显,可大幅加快抗滑桩成孔速度。
2.方形钻头对比圆形钻头冲击成孔扩孔率稍大,方形结构在下落过程中偏移会比圆形结构大,从而增大扩孔率。
3.抗滑桩采用冲击成孔砼超方量对比人工挖孔护壁砼方量,减少砼用量16.4%,可节省混凝土用量及护壁钢筋用量。
5 结束语
渝湘复线高速公路抗滑桩成功应用冲击成孔施工技术,节省2个月施工工期,并取得了较好的经济效益,施工完成的抗滑桩经检测均符合设计要求。相信随着方桩冲击成孔施工技术的进一步成熟,对抗滑桩施工工期紧的工程建设中会有更多的应用。
参考文献
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