第３２卷第５期２０１９年１０月
常州工学院学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ.３２㊀Ｎｏ.５
Ｏｃｔ.２０１９
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１￣０４３６.２０１９.０５.００６
收稿日期:２０１９￣０３￣１５
作者简介：芮俊雄(１９９２ ㊀)ꎬ男ꎬ助理工程师ꎬ１１５８６８４９１４＠ｑｑ.ｃｏｍꎬ主要研究方向为结构工程ꎮ
芮俊雄
(江苏雷威建设工程有限公司ꎬ江苏南京２１０００３)
摘要：以光华路东延段跨绕城公路立交工程中的２１＃￣４端承桩为案例进行研究ꎮ针对易塌孔土质ꎬ采用ＧＰＳ２０正循环钻机结合ＳＲ２８０Ｒ旋挖钻机二次开孔的施工工艺ꎬ利用Ｃ２０细石混凝土护壁保障成桩质量ꎮ桩基成孔后采用ＲＳＭ￣ＨＧＴ(Ｆ)超声波成孔质量检测仪检测成孔质量ꎬ采用ＡＮＹ￣１型泥浆３件套测试仪以及沉渣检测仪检测桩孔各项指标ꎮ结果表明：桩孔孔壁竖直光滑ꎬ孔径㊁孔深以及垂直度均满足设计要求ꎬ未出现塌孔和扩孔的现象ꎬ各项检测指标均在设计标准范围内ꎬ说明该钻孔灌注桩施工工艺可以用于易塌孔土质区域进行桩基施工ꎮ 关键词：易塌孔土质ꎻ正循环水钻ꎻ旋挖钻ꎻ混凝土护壁中图分类号:Ｕ４４５.５５㊀㊀㊀
文献标志码:Ａ㊀㊀
文章编号:１６７１￣０４３６(２０１９)０５￣００２８￣０４
ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＬａｒｇｅ￣ｄｉａｍｅｔｅｒＢｏｒｅｄ
Ｃａｓｔ￣ｉｎ￣ＰｌａｃｅＰｉｌｅｉｎＬｏｏｓｅＳｏｉｌＬａｙｅｒ
ＲＵＩＪｕｎｘｉｏｎｇ
(ＪｉａｎｇｓｕＬｅｉｗｅｉＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＮａｎｊｉｎｇ２１０００３)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅａｃｔｕａｌｃａｓｅｏｆ２１＃￣４ｅｎｄｂｅａｒｉｎｇｐｉｌｅｉｎｔｈｅｔｒａｎｓ￣ｒｉｎｇｈｉｇｈｗａｙｏｖｅｒｐａｓｓｐｒｏｊｅｃｔｏｆｔｈｅｅａｓｔｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎｏｆＧｕａｎｇｈｕａｒｏａｄｉｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅａｎｄｓｔｕｄｙｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＧＰＳ２０ｐｏｓｉｔｉｖｅｃｙｃｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅＳＲ２８０ＲｒｏｔａｒｙｄｒｉｌｌｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｆｏｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｉｌｏｆｅａｓｉｌｙｃｏｌｌａｐｓｅｄｈｏｌｅꎬａｎｄｔｈｅＣ２０ｆｉｎｅｓｔｏｎｅｃｏｎｃｒｅｔｅｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｉｓｕｓｅｄｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｉｌｅ.ＡｆｔｅｒｔｈｅｈｏｌｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎꎬＲＳＭ￣ＨＧＴ(Ｆ)ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｈｏｌｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｄｅｔｅｃｔｏｒｉｓｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｈｏｌｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙꎬａｎｄＡＮＹ￣１ｔｙｐｅｍｕｄ３￣ｐｉｅｃｅｓｅｔｔｅｓｔｅｒａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｔｅｃｔｏｒａｒｅｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｅｘｅｓｏｆｐｉｌｅｈｏｌｅ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｈｏｌｅｗａｌｌｏｆｔｈｅｂｏｒｅｄｐｉｌｅｉｓｖｅｒｔｉｃａｌａｎｄｓｍｏｏｔｈꎬｔｈｅｈｏｌｅｄｉａｍｅｔｅｒꎬｈｏｌｅｄｅｐｔｈａｎｄｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｉｔｙａｌｌｍｅｅｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓꎬａｎｄｔｈｅｒｅｉｓｎｏｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｈｏｌｅｃｏｌｌａｐｓｅａｎｄｒｅａｍ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｈｅｓｏｉｌｏｆｅａｓｉｌｙｃｏｌｌａｐｓｅｄｈｏｌｅꎻｐｏｓｉｔｉｖｅｃｙｃｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇꎻｒｏｔａｒｙｄｒｉｌｌｉｎｇꎻｃｏｎｃｒｅｔｅｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌ
㊀
０㊀引言
当前ꎬ在桥梁的桩基础施工过程中ꎬ钻孔灌注桩施工技术的应用越来越广泛ꎮ在土层松散㊁孔隙率较大且地下水源丰富的特殊地层中进行桩基施工时ꎬ容易遇到塌孔㊁局部地表下沉等状况ꎬ影
响桩基正常施工[１－３]ꎮ
目前应用较多的改善土层松散性状㊁阻断地
下水的方法是密排高压旋喷桩ꎬ该施工工艺可以确保加固后桩机钻进施工时ꎬ密排高压旋喷桩外侧的建筑物㊁底面均不受沉降影响[４]ꎮ正循环水钻钻进过程中对土层的扰动较小ꎬ但是存在进尺 常州工学院学报
２０１９年
慢㊁成孔周期长等问题ꎮ对孔隙率大㊁含水量高的松散土层㊁岩溶强发育区或者水中ꎬ可以采用钢护筒施工的方法ꎬ这不仅可以有效防止泥浆流失ꎬ确保成桩质量ꎬ而且对周围的土层扰动较小ꎮ但是ꎬ若桩基位于水位较深或者地质扰动较大的区域ꎬ钢护筒在施工过程中受冲击和干扰的影响较大ꎬ则钢护筒的定位以及对接坡口满焊的水密性都很难保证ꎬ影响成桩质量[５]ꎮ
因此ꎬ如何利用既有施工条件ꎬ经济高效地穿
越不良地层是广大施工技术人员共同探索的
方向[６]ꎮ
日本是亚洲之光
１㊀工程概况
大陆漂移假说
本工程１９＃ ２１＃桥墩主要位于仙宁铁路南侧ꎮ１９＃墩位于撇洪沟内ꎬ撇洪沟内淤泥深度为３ｍꎬ淤泥下的粉质黏土呈流塑性ꎬ深度为１３ ９ｍꎮ
２０＃墩位于泄洪沟东侧岸边ꎬ２１＃墩距离既有河沟７ｍꎮ此处原为麒麟科技创新园区弃土场ꎬ其周边及地下有大量的生活垃圾及建筑垃圾ꎬ具体地质情况见表１ꎮ
表１㊀地质特征表
层号地层
kmip状态
特征描述
１杂填土松散以黏性土为主ꎬ含大量建筑垃圾㊁碎石及碎砖等２粉质黏土可塑受铁锰质浸染ꎬ含粒径１~３ｍｍ铁锰质结核ꎮ间断分布ꎬ大多地段缺失３粉质黏土流塑局部见腐殖质
４粉质黏土流塑 硬塑受铁锰质浸染ꎬ含粒径１~３ｍｍ铁锰质结核ꎮ局部底部见碎石５粉质黏土硬塑 可塑受铁锰质侵染ꎬ含粒径１~３ｍｍ铁锰质结核
６全风化砂质泥岩泥状㊁层状以黏土矿物为主ꎬ风化严重ꎬ原岩结构被破坏ꎬ手掰易碎７强风化砂质泥岩泥状㊁层状裂隙发育
８强风化(泥质)砂岩砂状㊁层状矿物成分为石英㊁长石等
９
强风化(泥质)砂岩
砂状㊁层状
矿物成分为石英㊁长石等ꎮ裂隙稍发育
２㊀桩孔施工常规方法及存在问题
２１＃墩基础共４根桩ꎬ直径为１ ８ｍꎬ单根桩长为３０ｍꎬ桩基类型为端承桩ꎬ本工程桩基混凝土均采用Ｃ３０水下混凝土ꎮ２１＃墩处杂填土深度约１５.１ｍꎬ当钻进深度达到约１８ｍ后进入岩层
ꎮ图１㊀２１＃￣４钻进１１ ５ｍ时的孔口状况
最初采用ＳＲ２８０Ｒ旋挖钻机施工ꎬ２１＃￣４桩从护筒顶标高往下钻进７ ５ｍ仍然是回填土ꎮ继续钻进至１１ ５ｍ时ꎬ孔口开始下沉ꎬ局部地表出现开裂下陷(如图１所示)ꎬ并且孔内涌水过大ꎬ不
得不停止钻进ꎮ
由于入岩后ꎬ仍需钻进１５ｍ方可达到设计孔深ꎬ必须选择进尺速度快的施工机械ꎮ周边邻近撇洪沟ꎬ地下６ｍ处水源比较丰富ꎬ开挖过程中出现大量涌水现象且土质松散ꎬ孔隙率较大ꎬ泥浆流失较快ꎬ高压旋喷桩无法施工ꎮ若采用冲击钻施工ꎬ钻进过程中产生的震动会造成扩孔㊁塌孔等不利影响ꎮ由于该处存在大量的生活垃圾和建筑垃圾ꎬ钢护筒无法正常施工ꎬ施工成本增加[７]ꎮ因此排除了高压旋喷桩㊁冲击钻施工以及钢护筒施工的方案ꎮ为了确保钻进时震动较小㊁入岩后进尺速度快且经济高效ꎬ拟采用正循环水钻结合旋挖钻二次开孔的施工工艺ꎮ
３㊀正循环水钻与旋挖钻结合钻进施工工艺
㊀㊀２１＃￣４桩采用ＧＰＳ２０正循环钻机结合ＳＲ２８０Ｒ旋挖钻机施工的方法ꎮ先采用大直径钻
头的正循环钻机钻进施工ꎬ待钻头钻至岩层后ꎬ桩机停止钻进ꎬ灌入Ｃ２０细石混凝土ꎬ待混凝土初
０
６
第５期芮俊雄：松散土层大直径钻孔灌注桩施工技术
凝形成护壁后ꎬ重新复核桩位ꎬ改用旋挖钻机钻进施工ꎬ２１＃￣４桩基孔径平面图和立面图如图２所示ꎮ具体施工方法如下
ꎮ
图２㊀２１＃￣４桩基孔径平面图和立面图(单位:ｍ)
㊀
１)２１＃￣４桩施工时ꎬ先采用正循环水钻ꎬ用直
径为２ ４ｍ的钻头钻进施工ꎬ钻进过程中每小时测量进尺深度并冲洗检查渣样ꎬ做好记录ꎮ
２)在钻进过程中采用ＡＮＹ￣１型泥浆３件套
测试仪按时检测泥浆比重㊁含砂率和黏度ꎮ为了防止钻孔侧壁塌方ꎬ采用高塑性黏土制备泥浆护壁[８]ꎬ泥浆比重适当加大ꎬ相对密度控制在１ ２~
１ ４ꎬ含砂率不大于４％ꎬ黏度１６~２８Ｐａ ｓꎮ３)当正循环钻机钻进至砂岩层后ꎬ继续钻进
０ ３ｍꎬ确保钻头以下泥岩平顺ꎬ并满足地质报告要求的不小于１８ ７ｍ深度时停止钻进ꎬ冲洗的渣样如图３所示
ꎮ
图３㊀２１＃￣４桩钻进砂岩层后冲洗的渣样
㊀
４)及时清理孔底的沉渣ꎬ同时控制泥浆比重
不小于１ ２ꎮ清孔后ꎬ浇筑Ｃ２０细石混凝土ꎮ直径２ ４ｍ的桩首灌量按式(１)计算ꎬ计算得Ｃ２０
细石混凝土首灌方量为６ ２ｍ３ꎮ
Ｖ＝πＤ２４(Ｈ１＋Ｈ２)＋πｄ２４ｈ
１(１)ｈ１＝
Ｈｗγｗγｃ
(２)
式中:Ｖ为首灌方量ꎻＤ为桩孔直径ꎻＨ１为桩孔底至导管底端间距ꎻＨ２为导管初次埋置深度ꎻｄ为导管内径ꎻｈ１为桩孔内混凝土达到埋置深度Ｈ２时ꎬ导管内混凝土柱平衡导管外压力所需的高度ꎬ按式(２)计算ꎻＨｗ为桩孔内水或泥浆的深度ꎻγｗ为桩孔内水或泥浆的重度ꎻγｃ为混凝土的重度[９]ꎮ
５)浇筑完Ｃ２０细石混凝土ꎬ待混凝土初凝
生死千里
后ꎬ重新进行桩位复核ꎬ采用旋挖钻进行施工ꎬ钻头直径为１ ８ｍꎮ直至挖到桩底设计标高以下
０ ５ｍ处停止钻进
ꎮ
图４㊀２１＃￣４桩成孔波形图
６)桩基成孔后ꎬ采用ＲＳＭ￣ＨＧＴ(Ｆ)超声波成
孔质量检测仪检测桩孔的孔深㊁孔径㊁垂直度等参数ꎮ成孔波形图见图４ꎬ桩孔孔壁垂直㊁光滑ꎬ无明显缩孔㊁扩孔现象ꎬ成孔质量很好ꎮ桩孔相关参数见表２ꎬ实测孔深大于设计值ꎬ最大孔径与最小孔径的偏差均小于ʃ５ｃｍꎬ桩孔垂直度为０ １６％ꎬ
１
６
常州工学院学报２０１９年
各项参数均在设计标准范围内ꎬ可进行下一步
工序ꎮ
表２㊀桩孔参数
设计孔深/ｍ实测
孔深/
ｍ
设计
孔径/
ｍｍ
最大
gps监控
孔径/
ｍｍ
最小
孔径/
ｍｍ
平均
孔径/
ｍｍ
垂直度/
％
３２.３９３２.７１８００１８４７１７７９１８１４０.１６㊀㊀７)采用２５ｔ吊机下钢筋笼[１０]ꎬ钢筋笼底部控制在距离孔底０ ６ｍꎬ根据护筒标高至设计桩顶标高确定吊筋使用长度ꎮ
８)钢筋笼吊装结束后ꎬ进行二次清孔ꎬ测得泥浆比重为１ ０８㊁含砂率为１ ６％㊁黏度为１９ ６Ｐａ ｓꎬ采用沉渣仪测得沉渣厚度为３ ８ｃｍꎬ均满足设计要求[１１]ꎮ浇筑Ｃ３０水下混凝土前ꎬ测得混凝土坍落度为１９５ｍｍꎮ直径为１ ８ｍ的钻孔灌注桩混凝土首灌量按式(１)计算ꎬ计算得到首灌方量为３ ８ｍ３ꎬ灌注混凝土超过桩顶０ ５ｍꎮ４㊀结语
１)在土层松散㊁空隙率较大㊁地下水源丰富且含有大量生活垃圾和建筑垃圾的易塌孔土质下进行端承桩的桩基施工时ꎬ采用正循环水钻结合旋挖钻施工的方案ꎬ不仅节约成本ꎬ而且施工高效ꎮ２)在二次钻进过程中ꎬ初凝的Ｃ２０细石混凝土具有良好的孔壁支护效果ꎬ可以有效防止塌孔和局部地表下沉ꎮ
３)采用该工艺进行钻孔灌注桩施工ꎬ可以有效保障桩孔的孔径㊁垂直度满足设计要求ꎮ
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责任编辑：杨子立
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