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      全護筒法施工鉆孔灌注樁技術方案

      瀏覽:     發表時間:2017-06-02 02:09:01

      一、工程概況
      某工程鉆孔樁基處于巖溶發育地帶,根據2004年10月22日設計院下發的**標段樁基參數一覽表(第一批),部分樁位存在大溶洞,須采用全護筒法施工。第一批樁基參數一覽表中采用全護筒法施工的地質情況如下:
      74#-D樁基:覆蓋層厚0~21.5m,-10.39 ~-12.09m微風化石灰巖,-12.09~-21.49m為溶洞,內充填軟塑狀亞粘土,夾微風化灰巖石牙,-21.49~-31.59m微風化石灰巖,樁長34.41m。
      92#-D樁基:覆蓋層厚0~14m,-10.62~-11.12m微風化石灰巖,-11.12~-13.52m溶洞,-13.52~-15.22m微風化石灰巖,-15.22~-20.92m溶洞,充填流塑狀亞粘土,-20.92~-25.82微風化石灰巖,-25.82~-31.34m溶洞,-31.34~-38.62m微風化石灰巖,樁長36.26m。
      93#-D樁基:覆蓋層厚0~14m,-10.65~-14.65m溶洞,3m無填充物,-14.65~-22.67m微風化石灰巖,樁長20.21m。
      95#-A樁基:覆蓋層厚0~13m,-9.48~-10.88m微風化石灰巖,-10.88~-18.68m溶洞,內充填中、細砂亞粘土,呈松散狀,軟塑狀,-18.68~-28.48m微風化石灰巖,樁長26.62m。
      95#-C樁基:覆蓋層厚0~15.4m,-12.20~-14.50m微風化石灰巖,-14.50~-22.20m溶洞,內充填軟塑狀亞粘土,-22.20~-30.50m微風化石灰巖,樁長28.12m。
      97#-A樁基:覆蓋層厚0~14m,-10.80~-11.50m微風化石灰巖,-11.50~-13.90m溶洞,-13.90~-15.00m微風化石灰巖,-15.00~-20.70m溶洞,內填充亞粘土,-20.70~-28.40m微風化石灰巖,-28.40~-30.50m溶洞,無填充物,-30.50~-33.10m微風化石巖,-33.10~-33.50m溶洞,無填充物,-33.50~-40.70m微風化石灰巖,樁長37.60m。
      97#-C樁基:覆蓋層厚0~15m,-11.20~-17.20m微風化石灰巖,-17.20~-26.10m溶洞,內填充軟塑狀亞粘土,-26.10~-33.50m微風化石灰巖,樁長32.60m。
      二、施工方案
      針對上述七根鉆孔灌注樁,根據D標段樁基參數一覽表(第1批)的要求,采用全護筒法進行施工。我部根據設計院提供的地質資料,對上述七根樁基分別采取以下施工方案:
      74#-D樁基:D=200cm,采用雙護筒方案進行施工,外護筒長22m,d=230cm,內護筒長33m,d=220m;
      92#-D樁基:D=140cm,采用雙護筒方案施工,外護筒長18m,d=180cm,內護筒長35.5m,d=160cm;
      93#-D樁基:D=140cm,采用單護筒方案施工,護筒長18m,d=160cm;
      95#-A樁基:D=140cm,采用雙護筒方案,外護筒長13.5m,d=180cm,內護筒長22.5m,d=160cm;
      95#-C樁基:D=140cm,采用雙護筒方案,外護筒長15.5m,d=180cm,內護筒長26m,d=160cm;
      97#-A樁基:D=140cm,采用雙護筒方案,外護筒長14.5m,d=180cm,內護筒長33m,d=160cm;
      97#-C樁基:D=140cm,采用雙護筒方案,外護筒長15m,d=180cm,內護筒長30m,d=160cm;
      1、鋼護筒設計及加工
      根據地質鉆勘資料,存在溶洞樁基覆蓋層厚度10~20m不等,地下水位為地面以下2m,覆蓋層主要為砂層。鋼護筒采用12mm鋼板卷制。
      (1)鋼護筒設計
      1)、工況分析:
      1、外鋼護筒:A、鋼護筒插打時,鋼護筒的承載力驗算;B、出現溶洞,漏漿時,鋼護筒在內外水頭差和側土壓力作用下的局部穩定驗算。若巖面不平,護筒與巖面存在間隙,在水壓力作用下,產生流砂,形成不均衡水壓力和土壓力時,鋼護筒的局部穩定驗算。
      2、內護筒:A、內嵌護筒須貫穿整個溶洞,下沉時,鋼護筒承載力驗算。B、由于鋼護筒下孔口的巖面不平整,漏漿時,鋼護筒在內外水頭差和側土壓力作用下的局部穩定驗算。
      2)鋼護筒承載力驗算
      1、護筒下沉時,承載力驗算
      荷載:鋼護筒下沉時,荷載為:護筒自重和150KW沉樁錘振動力90t。
      A、外套護筒
      外套護筒自重(內徑φ230cm):護筒外徑232.4cm,單位鋼護筒重:684kg/m3
      樁錘振動力作用下,護筒產生應力計算:σ=(6.84×20+900)kN/0.0871=1.19×104KN/ m3=11.9Mpa≤[σ]=196Mpa
      B、內嵌護筒(內徑φ220cm):單位鋼護筒重:654.3 kg/m3
      樁錘振動力作用下,護筒產生應力計算:σ=(6.54×40+900kN)/0.0834=1.39×104KN/ m3=13.9Mpa≤[σ]=196Mpa
      2、局部承載力驗算
      由于巖面不平及漏漿,鋼護筒內外將產生水頭差和不均衡土壓力,鋼護筒受水壓力和土壓力作用下,發生局部變形。
      根據地質資料,引橋覆蓋層厚度最大達20m左右,取最不利狀況,20m覆蓋層厚度計算,地表水取地面以下2m計算。
      護筒最底端所承受的土壓力及地下水的側壓力按下式計算:
      P=γhtg2(45°-φ/2)+(γ-γw)(H-h)htg2(45°-φ/2)+(H-h)γw
      P——土和地下水對鋼護筒的最大總壓力,KN/ m2
      γ——土的重度,KN/ m3;砂土γ=20 KN/ m3
      γw——水的重度,KN/ m3;γw=10KN/ m3
      H——鋼護筒護壁深度,m。H=20m
      h——地面至地下水位深度,m;h=2m
      φ——土的內摩擦角,粗砂取φ=32°
      p=20×2×tg2(45°-32°/2)+(20-10)(20-2)tg2(45°-32°/2)+(20-2)×10=247.6KN/ m2
        用MIDAS計算軟件進行計算分析(D=230cm鋼護筒),結果如下:
      A、當鋼護筒與巖面結合緊密,不漏漿狀況(即環形均布壓力247.6KN/ m2作用下):
      變形圖:
       
      應力圖:
       
      B、當鋼護筒受不均衡壓力作用時(即鋼筒底端局部不受水壓和土壓力)
      變形圖:
       
      應力圖:
       
      C、當鋼護筒受不均衡土壓力作用時,(即護筒底端局部只受水壓力而無土壓力工況)
      變形圖:
       
      應力圖:
       
      從以上三種工況計算結果分析,當出現B工況時,最不利,安全系數為1.232,采用δ=12mm的鋼護筒能滿足施工要求??紤]到地質情況復雜,各種不可預見因素,內外鋼護筒均采用12mm鋼板卷制。
      (2)、鋼護筒加工
       鋼護筒加工在鋼構件加工廠加工,采用厚度為12mm的鋼板卷制成護筒,護筒接縫焊接采用滿焊。護筒接縫、刃腳、護筒頂均用δ=12mm,寬20cm的鋼板進行包裹加勁焊接,確保在下沉過程中,鋼護筒的局部剛度。鋼護筒的長度根據設計院下發的地質鉆勘圖紙的溶洞的深度,覆蓋層厚度進行加工。上述七根樁鋼護筒數量如下:

      樁位 外護筒 內護筒
      直徑(cm) 長度(m) 重量(kg) 直徑(cm) 長度(m) 重量(kg)
      74#-D 230 22 15026 220 33 21556
      92#-D 180 18 9648 160 35.5 16934
      93#-D


      160 18 8586
      95#-A 180 13.5 7236 160 23.5 11210
      97#-A 180 14.5 7772 160 33 15741
      97#-C 180 15 8040 160 30 14310
      合計:136239kg

      2、施工工藝
      (1)單護筒施工工藝
      先沖孔接近溶洞位置,下沉鋼護筒穿過溶洞,沖孔成樁澆注砼。工藝流程:場地平整       測量放樣,埋護筒       鉆機就位,沖孔鉆進       接近溶洞,下沉鋼護筒直至溶洞底       沖孔鉆進,完成鉆孔灌注樁施工。施工現場圖:
       
      (2)雙護筒施工工藝  
      先沖孔鉆進至巖面,插入外護筒,沖孔鉆進、沖破溶洞,下沉內鋼護筒后,沖孔鉆進至設計終孔標高,完成鉆孔樁施工。施工流程如下:
         雙護筒鉆孔施工工藝流程: 場地平整      測量放樣、埋護筒
      鉆機就位,沖孔鉆進至巖面       插入外鋼護筒        沖孔鉆進至接近溶洞,小沖錘低沖程打穿溶洞       沉樁機下沉內鋼護筒貫穿整個溶洞        鉆機沖孔直至終孔標高        澆筑砼,回收外護筒。
      A、外鋼護筒插打施工
      測量工程師將樁位中心及軸線放樣后,先用埋入2m長,d=240cm或者190cm的護筒,鉆機就位,用直徑為230cm或者180cm的沖錘沖孔鉆進;當鉆進至巖面時,提起鉆頭,用25t吊車起吊外鋼護筒,插入外鋼護筒,并用150kw沉樁錘振動下沉直至巖面。在振動過程中,嚴格控制鋼護筒的垂直度容許誤差在1%L內。
      B、鉆機就位、沖孔
      外鋼護筒下沉到位后,開始沖孔,根據內嵌護筒的直徑,選用相應的沖錘(d=220cm或者160cm)進行沖孔。當孔鉆進接近溶洞時,換小沖錘,低沖程鉆進,以防卡錘。溶洞沖破后,若漏漿太快,需及時補充注入泥漿,確保水頭壓力,避免水壓力和土壓力不平衡,護筒局部擠壓變形。
      溶洞沖破后,換回正常沖錘,低沖程沖孔,將溶洞孔口直徑擴大至內鋼護筒直徑。
      C、內護筒下沉施工
      沖錘沖破溶洞后,將鉆錘提起,用25t汽車吊將內鋼護筒插入樁孔內,用150kw沉樁錘將鋼護筒振動下沉,穿過溶洞,直至洞底巖面。下沉過程中嚴格控制鋼護筒的垂直度在1%L內。
       
      D、繼續鉆孔施工
       內護筒下沉到位后,放入沖錘,進行沖孔,直至樁基終孔標高。由于溶洞底巖面不平,出現漏漿的現象,則采用投入優質黃泥加片石,沖錘反復沖擠,將黃泥片石擠入縫隙進行封堵。當采用黃泥和片石封堵不住時,則采用澆筑混凝土進行封堵。
      E、砼澆注及外護筒回收
      鉆機沖孔達到終孔標高后,進行清孔、下鋼筋籠、澆筑砼。待砼達到一定強度后,用150KW沉樁錘將外護筒拔出,回收利用。若沉樁錘無法拔除,則在外護筒上焊反力架,用千斤頂將護筒頂出,再輔于沉樁錘拔出。
         


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