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论人工挖孔桩施工水患处理的技术
来源: | 作者: | 发布时间: 2021-02-04 | 3141 次浏览 | 分享到:

  1前言

  水患:地下水(含地表水,尤以潜水层承压水为突出)对人工挖孔桩施工安全、质量的危害。主要表现为坍孔、井涌、淹井等安全问题;护壁裂缝、混凝土胶结不良、离析等质量问题。长期以来,桩基中的“水患”问题从很大程度上影响着人工挖孔灌注桩的安全生产和施工质量,“水患”给人工挖孔灌注桩造成的安全质量事故和经济损失是屡见不鲜。

  如何解决人工挖孔灌注桩的成孔、护壁、混凝土浇灌等施工过程中的截水、排水,堵水和水下灌注施工等技术问题,是确保桩基施工安全和质量的关键。本人在长期从事建筑技术和施工管理工作实践中,不断思索、研究、创新并总结出“人工挖孔桩施工的水患处理技术”,并在工作实践中解决了人工挖孔桩施工过程中“水患”等一些特殊问题,取得了良好的效果。其工程案例如下:

  2工程概况

  某教育学院综合楼工程:该工程13953m,地下一层,地上十层,基础设计为人工挖孔灌注桩,混凝土设计强度等级:护壁为C15,桩芯为C30,基础持力层距地表面18m左右,地质资料表明:地下水丰富,水位在3.5-6.5m。桩基工程的施工期为2006年4月1日至5月31日,正值雨水季节,为此设计建议施工方法:桩芯混凝土施工采用水下混凝土浇灌方法。

  3防治水患技术措施

  3.1施工方案

  工程开工前,笔者根据地质勘探资料、设计文件和施工现场的实际情况,认真进行分析论证,并借鉴有关类似工程质量事故的教训,制定了如下施工方案:

  3.1.1做好“水患”的事前控制。在施工前组织有关工程技术人员深入现场,对工程的地理位置、自然环境并结合施工季节等因素进行详细的调查了解,对施工期地表水采取截流控制措施,从而达到减小桩孔涌水量的目的。

  3.1.2重点做好事中控制。首先,根据设计规范和施工技术要求,积极配合工程设计方面做好图纸会审和设计方案的修改工作,根据现场实际情况将原护壁混凝土标号C15提升为与桩身同强度等级的C30,增加首节护壁和流沙层护壁厚度,有效地增强桩护壁的刚度,从而控制护壁裂缝的产生,减少护壁的渗水量:对桩护壁渗水较严重的桩孔,采取了强制堵漏措施,把“水患”有效地控制在桩芯混凝土浇灌前。

  3.1.3特殊对待特殊桩孔(最后两个降水桩孔)。由于地下涌水相对集中,混凝土施工时无法将孔内积水排干,故决定将孔内积水控制在2m深以内,采取水下灌注不分散混凝土施工技术进行浇灌,确保施工质量符合设计要求。

  3.2排水方法

  3.2.1砌筑截水沟:桩孔放线定位后,首先在离建筑物轴线外侧3m处开挖和砌筑500mm×700mm的环行截水沟(排水纵坡5‰),然后在桩基施工区域内砌筑250am×350mm的井字排水沟(排水纵坡3‰),并与截水沟贯通。各桩孔中的水通过排水沟汇入截水沟,有效地截断和减少了地表水对桩孔的水患。

  3.2.2利用井点法降低地下水位:选择建筑物四周渗水量大的桩孔和迎水面的桩孔先开挖,起到降水井点的作用。降水井用水泵抽水时,将桩孔和附近的地下水降至井底下,使其它开挖桩孔底部免除在水下状态下施工的弊端。

  3.2.3排干桩孔底积水:人工挖孔过程中采取50mm高扬程潜水泵,设置逆流阀(防止抽水机停止工作时,使管内积水返回到桩孔底部)和安全电压,满足孔底排水的要求。

  3.2.4与排水工作相关的注意事情:

  3.2.4.1施工排水过程中,一旦发现大量抽出地下水而影响邻近原有建(构)筑物,造成基础、地台下沉时,务必立即在抽水井附近设立灌水点或利用已开挖但未完成的桩位灌水,以保持水压平衡、土的稳定。

  3.2.4.2在桩孔内抽水后,先将抽水的专用电源切断后,作业人员才下桩孔作业,禁止带电源作业,规定孔口配合孔内的作业人员密切注视孔内情况,不得擅离岗位。

  3.2.4.3施工场内的一切电源、电线路的安装和拆除,由持证电工专管,电器做到严格接地、接零和使用漏电保护器。各桩孔用电分闸、杜绝一闸多孔和一闸多用。

  3.3孔壁支护

  3.3 .1修改护壁设计:根据工程地质资料和现场实际情况,按设计和施工规范要求,一方面经过原设计人员同意将原护壁混凝土强度C15等级改为与桩芯混凝土同标号的C30,增加护壁接头处构造钢筋,在流砂层区域增设水压抗剪钢筋并将原护壁厚度增加50mm厚,有效提高了护壁混凝土的密实度,增强了护壁的刚度。另一方面:第一节孔圉护壁比下面的孔壁厚100mm,并高出现场地面200-300mm,有效地阻挡了地表水的渗入。

  3.3.2护壁技术措施

  3.3.2.1无流砂且渗水量较小地段:采取每开挖1m,用活动钢模组装后,浇混凝土护壁成孔。

  3.3.2.2对待桩孔局部地段(小孔流砂或流砂层100-300mm厚):采取编织袋装粘土堆堵形成桩孔外壁(控制好内壁设计尺寸)然后入模灌注混凝土成孔。浇筑混凝土护壁时,严格控制水位变化,确保模板不被桩孔积水淹没。流沙层区域的护壁混凝土内添增速凝剂,使混凝土尽快达到设计强度。对较易塌方施工段则采取即挖、即校对、即验收、即灌注护壁混凝土。经综合控制,从而确保护壁混凝土密实不渗漏,满足混凝土强度,达到安全可靠。

  3.3.2.3对待深流砂层(层厚大于300mm以上)并渗水量特别大的地段:采取下钢护筒,每节开挖深度控制在300-500mm深,钢护筒与护壁用的钢模相似,采用厚2mm并沿圆弧向设置加劲肋三条(保证模板不变形)直径略小于护壁的内径,高为500~700ram,利用混凝土支护作支点,用小型油压千斤顶将钢护筒逐渐压入砂中,阻挡流砂,钢护筒一个接一个下沉,压人一段,开挖一段,直至穿过流砂层0.5m-1.0m后再转入正常挖土和混凝土支护。

  3.3.2.4与护壁工作相关的注意事情:使施工人员熟悉所挖孔的地质情况,并随时进行检查,密切注意土层土质的变化,当遇到流沙,大量地下水等影响挖土或护壁安全时,立即采取有效防护措施后,再继续深挖护壁。

  3.3.3护壁混凝土的质量保证措施

  严格按设计配合比计量,控制水灰比、坍落度,砂石的含泥量控制在2%以内,混凝土随拌随用,浇灌后振捣均匀且密实,每开挖一段,在人模浇注前校核桩中轴线,确定无误后,入模浇混凝土,对护壁的厚度和护壁内钢筋的位置准确性严格控制。为了解决护壁节头易渗水的问题,在施工中采取下一节护壁混凝土的上口高出上一节护壁混凝土下口100mm的控制措施,很大程度上提高了护壁的挡水功能,确保孔外水不渗入到桩孔内。

  3.4堵水措施

  按混凝土护壁渗水的不同程度,分别采取不同的堵水措施;

  3.4.1当护壁表面只呈现湿润状态(手摸有湿润感)但无流水状况时,不作处理;

  3.4.2当护壁局部渗水(有流水且流量较大)时,将渗水部位(流水集中处)凿成中50~80mm的小孔,用木楔打人,周围用快硬防水砂浆(砂浆内渗速凝剂和防水粉)封堵好。数分钟后,木楔遇水而膨胀,起到堵水作用:

  3.4.3当护壁成片成段或从裂缝中渗水且渗水量较大时,在渗水地段的下方凿开一个或多个m50mm的小孔,清理干净后,装上止水阀门,打开阀门引水泄压,随即将阀门周边用快硬混凝土或防水砂浆堵密实,再抹“首云”速凝型水不漏三遍,使面漏变成线漏,线漏变成点漏,最后将点漏封堵,再大面积(裂缝部位沿缝挂上500mm宽细密钢丝网片)抹氯化铁防水砂浆(水泥:水:中沙:防水剂=1:0.55:2.5:0.03)10-20mm厚,待防水层达到80%强度后,关闭阀门,起到堵水作用。

  3.5特殊桩孔混凝土的施工技术

  少数桩孔因护壁混凝土接缝或密实度不能满足防水要求,涌水量较大(大于1m3/n)且桩孔在浇灌混凝土前不能排干的桩孔(桩孔积水不超过2m),按照水下混凝土操作规程灌注不分散混凝土。其施工技术如下:

  3.5.1水下不分散混凝土的浇筑技术

  人工挖孔桩桩芯混凝土的浇筑采用导管法和泵送法,本工程的桩芯混凝土浇筑除二个特殊桩孔采用泵送(商品不分散混凝土)法外,其余均采用导管(自制普通混凝土)法施工。

  水下不分散混凝土导管法施工与普通混凝土导管法施工基本相同。由于水下不分散混凝土的自流平和抗分散性,很少出现水下流动带来的混凝土质量下降,其流动直径可达4~6m。故在导管配置时,对水下不分散混凝土的特性应进行综合考虑。另外,浇筑时除控制连续将混凝土供给料斗外,并将料斗的容积加大,从而保证混凝土能连续浇筑。

  泵送法施工与普通混凝土基本相同。但考虑到泵送水下不分散混凝土的管内压力损失为普通混凝土的2N3倍,有时会达到4倍,因此在泵送距离较长时,将管径扩大,降低输送速度,减少弯头,加大输送泵压,确保泵送时不堵管。

  3.5.2导管法和泵送法施工的关键技术措施

  首批灌注混凝土数量的控制是导管法和泵送法施工过程技术措施的关键,首批灌注混凝土数量应满足导管埋人混凝土中0.8m以上,所需混凝土数量可根据V≥∏R2进行计算式中V-灌注首批混凝土所需数量(m3):R-孔桩半径(m2);H桩孔底至导管底端间距,一般为0.3-0.5m;H2导管初次埋置深度,不小于0.8m导管半径(m);h1桩孔内混凝土达到埋置深度H2时,导管内混凝土柱平衡导管外泥浆压力所需的高度(m)。另外在浇筑前应充分考虑运输与浇筑机具的配套与衔接,并对其机具进行认真检查,防止出现故障。

  3.5.3水下不分散混凝土的施工要点

  3.5.3.1目前市场上絮凝剂是水下不分散混凝土的专用外加剂,它能使水下不分散混凝土的凝结时间延长,粘度加大,抗冻融性降低。其掺量对水下不分散混凝土性能有很大影响。采用泵送法施工时,其掺量为胶结料重量的2%。

  3.5.3.2水下不分散混凝土搅拌时,絮凝剂采用同渗法,与胶结料、骨料同时加入。先干拌30S左右,然后加水搅拌,采用强制式搅拌机,加水后搅拌2~3min即可。

  3.5.3.3不分散混凝土在水中浇筑很难进行振捣,靠自流平、自密实,施工时,必须控制好流动性,坍落控制在45cm以上。

  3.5.3.4水下不分散混凝土原材料中的胶结料不少于400kg/m3,细骨料采用中砂,粗骨料石子最大粒为20~40mm,砂率为35%~45%,保证混凝土有良好的自流平性和自密实性。

  3.5.3.5在水下不分散混凝土在浇筑前,认真对桩孔进行检查,清除浮泥、冲刷基底。

  3.5.3.6水下不分散混凝土的施工必须做到组织紧凑,从供料、搅拌、运输到浇筑要做到程序化,不得混乱。

  4该项处理技术的工程效应

  该工程在桩基施工过程中有效地运用了“水患”处理的技术,其处理效果得到参加工程建设的各方领导及专家的高度评价:第一,施工安全可靠。由于安全技术措施过硬,在施工中注重事前预防,事中排查,把事故隐患控制在萌发前,施工期内未发生任何安全事故。第二,保证了质量。解决了施工中的水患,确保了桩芯混凝土不受地下水的侵袭而造成胶结不良,采用导管法和泵送法施工,解决了桩芯混凝土离析的问题,严格的操作规程,精细的施工工艺,保证了混凝土的强度,工程92根桩经超声波检测法、动测法和钻孔抽芯法检测Ⅰ类桩占89.13%,Ⅱ类桩占1087%,全部符合设计和工程质量规范要求。第三,续短了工期。由于施工组织措施严密,事前控制赢得了先机,事中控制争取了主动,事后处理杜绝了隐患,简化了施工程序,避免了重复施工,提前15天完成任务,赢得了工期。第四,节约了工程成本。在工程施工过程中,由于实施了截水、排水、堵水等技术措施,成功地控制了地表水、地下水对桩孔的侵袭和渗透,工程92根桩除2根(降水桩)采用泵送商品水下不分散混凝土外,其余均采用导管法灌注普通混凝土,仅此一项节约工程成本12万元。使工程到达了优质、高效、节约、安全的整体目标。

  5结语

  通过工程实践证明,该项处理技术是成熟的。它不仅能保证人工挖孔桩的施工安全,确保工程质量,同时又能续短工期,降低造价。为此,笔者认为该项处理技术可以广泛应用在人工挖孔桩的基础施工中。

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