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旋挖钻机在嵌岩咬合桩中的应用

咬合桩目前在地铁工程及民用建筑工程深基坑支护中使用较广,咬合桩由钢筋混凝土灌注桩及素混凝土灌注桩组成,间隔排列,相互咬合,钢筋混凝土灌注桩为受力桩,素混凝土灌注桩为止水桩,先施工素混凝土桩,然后施工钢筋混凝土灌注桩,施工钢筋混凝土灌注桩的同时,需破除相邻两侧素混凝土桩与钢筋混凝土桩咬合部分桩身混凝土,咬合桩施工关键是保证钢筋混凝土桩及素混凝土桩的咬合处的止水效果。

1 工程概况

深圳市时代广场基坑位于南山区西丽留仙大道与丽山路相交的西北侧,场地占地面积约为20000m2,基坑深约16.0~16.4m,周长约614m,面积约17957m2。基坑采用内支撑体系,基坑南侧靠近地铁出口段采用咬合桩+三道支撑的支护形式,咬合桩直径1.2m,间距1m,入基坑底以下6米或嵌入基坑底以下中风化层1米。

2 施工方案比选

方案一:

采用全套管施工法(贝诺特(benoto)灌注桩施工法),利用摇动装置使钢套管切入土层及在素混凝土桩桩身混凝土终凝前切除素混凝土桩咬合部分混凝土。该工法特点是素混凝土桩采用超缓凝混凝土,并在至素混凝土桩混凝土终凝前施工钢筋混凝土桩,素混凝土桩及钢筋混凝土桩施工安排要求紧凑连续,缺点是针对该工程咬合桩要求入基底以下中风化花岗岩层1米,国产设备入岩较为困难,入岩速度较慢,而进口设备入岩能力较强,但施工成本较高,且市场上进口设备数量较紧张。

方案二:

采用旋挖钻机成孔,先施工素混凝土桩,在素混凝土桩混凝土终凝后,强度达到1.2~3mpa时,采用旋挖钻机配备的土层短螺旋钻头,环向切割素混凝土桩咬合部分桩身,对于基底以下中风化花岗岩部分,目前,国产多个型号的旋挖钻机都有入岩能力,比如:徐工xc360型、三一重工sr280r型等。

经过方案比较,确定采用方案二进行施工,方案二优点是施工钢筋混凝土桩是在素混凝土桩混凝土终凝后,且具有一定强度后进行,避免在切割素混凝土桩时破坏素混凝土桩咬合处桩身混凝土完整性,影响素混凝土桩止水效果,且旋挖桩机入中风化花岗岩能力有保证,国产钻机可选择型号较多,可有效降低施工成本。

3、施工方案

3.1 施工导墙

为了保证支护桩桩位准确及素混凝土桩及钢筋混凝土咬合厚度,先施工导墙,导墙面层标高比桩顶标高高出0.8~1.0米,导墙宽度4m,厚度0.3m,采用c25混凝土,底配直径14mm二级钢筋网,间距200m×200m。

3.2 施工安排

根据旋挖钻机成孔进度安排咬合桩每天施工数量,本工程素混凝土咬合桩要求入强风化即可,成孔容易;而钢筋混凝土咬合桩要求入基底以下中风化花岗岩,由于有入岩要求,成孔比素混凝土稍慢,素混凝土桩与钢筋混凝土桩隔日施工,间隔时间为一至二天,以保证素混凝土桩混凝土强度达到1.2mpa~3mpa之间,素混凝土桩一天施工数量约为6~7根,钢筋混凝土桩一天施工数量约5~6根。施工顺序见图3。每一循环先施工a1~a7,然后施工b1~b6。

3.3 成孔

(1)素混凝土桩成孔

素混凝土桩成孔在施工导墙达到设计强度后进行,根据本工程地质条件,素混凝土桩采用静态泥浆护壁成孔作业施工。

(2)钢筋混凝土桩成孔

钢筋混凝土桩成孔有两种方式:

方式一:

相邻素混凝土桩桩身混凝土采用超缓存凝混凝土,缓凝时间超过48时间,钢筋混凝土桩成孔在相邻素混凝土桩桩身混凝土终凝前进行,利用旋挖机自身动力将钢护筒压下土层及切割咬合部分混凝土,该方法缺点是下钢护筒时对桩身混凝土完整性有一定的影响,且桩较长时,拔钢护筒需另配设备,增加工程成本。

方式二:

钢筋混凝土桩成孔在相邻两根素混凝土桩混凝土强度达到1.2mpa~3mpa后进行,利用旋挖钻机配备的土层短螺旋钻头进行钻进成孔,并控制进尺速度,采用中低速钻进,避免破坏素混凝土桩完整性。

(3)嵌岩段成孔

咬合桩钢筋混凝土桩要求入基底以下中风化花岗岩1米,中风化花岗岩岩石单轴抗压强度标准值为15~20mpa,成孔采用旋挖钻机嵌岩筒钻配合嵌岩短螺旋钻头和双底板捞砂钻斗钻进,嵌岩筒钻主要对孔内岩芯的圆周进行松动掏空,嵌岩短螺旋钻头对岩层进一步破碎后,用双底板捞砂钻斗钻进。

3.4 钢筋笼制安

钢筋混凝土咬合桩的钢筋笼制作按传统工艺,由于桩长不长,钢筋笼一次焊接到位,在验孔完后,采用25吨汽车起重机将钢筋笼放入孔内,并将钢筋笼固定到位。

3.5 桩芯混凝土灌注

素混凝土桩桩芯混凝土标号为c15,在成孔后进行混凝土施工。

钢筋混凝土桩桩芯混凝土标号为c25,安装钢筋笼后进行混凝土施工。

桩芯混凝土采用导管法灌注,采用水下灌注方法,水下混凝土灌注用导管根据孔深进行配管,采用25吨汽车起重机吊装导管,导管的接长时加垫圈,防止灌注混凝土时出现漏气漏水,影响桩身混凝土的质量。

灌注混凝土时,边灌注边拔导管,并控制导管的提升速度,保证导管埋置深度在2~6m。

4 施工质量保证技术措施

为了保证咬合桩施工质量,确保素混凝土桩及钢筋混凝土之间咬合效果,采取以下技术措施:

(1)咬合桩桩位准确性及桩垂直度是保证咬合桩咬合效果的关键,桩位准确性通过施工导墙来控制,桩垂直度通过旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度,通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度,从而保证成孔的垂直度。

(2)钢筋混凝土桩成孔必须在素混凝土桩混凝土终凝后,且具有一定强度后进行,强度宜控制在1.2MPa~3MPa之间,强度太高将造成咬合部分混凝土与周边土软硬程度相差太大,影响钻进速度。

(3)对于不同地质情况,旋挖进尺采取不同的进尺速度,对于切割素混凝土桩咬合部分混凝土时,钻速宜控制在中低速,有利于保护素混凝土桩的完整性,对嵌岩成孔,采用中快速进尺,提高成孔效率。

5 结束语

本工程咬合桩总数量为120根,平均每天施工咬合桩5~7根,经过对已完咬合桩咬合质量、桩身完整度、桩身垂直度等进行检查,采用旋挖钻机施工嵌岩咬合桩,工程质量及进度都能满足要求。随着旋挖钻机大量推广以及咬合桩在基坑工程中应用,采用旋挖钻机施工嵌岩咬合桩在技术是可行的,且能有效降低工程成本。

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