挤扩支盘桩在碳化塔工程中的应用

杨 蕾,康跃辉

(1.唐山三友化工工程设计有限公司,河北 丰南 063305;2.大连化工研究设计院,辽宁 大连 116023)

挤扩支盘桩在碳化塔工程中的应用

杨 蕾1,康跃辉2

(1.唐山三友化工工程设计有限公司,河北 丰南 063305;2.大连化工研究设计院,辽宁 大连 116023)

结合具体的工程实例,阐述了挤扩支盘桩的施工工艺流程及优点,并详细论述了挤扩支盘桩的施工要点。

挤扩支盘桩;碳化塔工程;施工要点

挤扩支盘桩,又称“多级扩盘桩”,是在普通等截面灌注桩基础上发展起来的一种桩型。在普通灌注桩成孔后,用液压支盘成型机,不同深度沿桩身挤扩成分支或承力盘。相对于普通灌注桩而言,挤扩支盘桩具有较高的承载力、良好的抗拔性能和较低的沉降量,具有良好的社会经济效益。

1 挤扩支盘桩施工工艺流程及优点

1.1 挤扩支盘桩施工工艺流程

桩定位放线→挖桩坑→埋设护筒→钻机就位→钻孔至设计深度→钻机移位至下一桩位钻孔,将分支器吊入已钻孔内,按设计位置挤压分支和承力盘→清孔→下钢筋笼→下导管→水中灌注混凝土→清理桩头。

1.2 挤扩支盘桩的优点

1)充分利用桩身上下各部位的硬土层。在相同土层条件下,它与相同桩径、、桩长的普通混凝土灌柱桩相比,承载力高,沉降量小;混凝土用量增加10 %～20%,承载力则可增加60%～100%。

2)操作简便。工作人员经短期培训可独立操作挤扩设备。

3)低噪声、低振动、泥浆排放量减少。

4)节约原材料、缩短工期、降低工程造价。

5)抗拔性能和稳定性好。由于桩身的支盘受土体的支撑作用,改善了桩身刚度、提高了桩的抗拔力,增加了桩的稳定性,提高了抵抗水平荷载的能力。

6)施工中技术含量高,机械化程度高。

7)成孔成桩工艺适用范围较广。

2 工程实例

近年来,挤扩支盘桩在三友集团的工程中得到了广泛应用。因为三友集团地处南堡开发区,靠近海边,地质情况很差,地耐力很低,有些工程地下情况复杂,管网密布,场地狭小,而且老厂区的改造项目较多,施工难度大,但使用挤扩支盘桩后效果都很好。

2.1 工程概况及地质条件

1)工程地点位于唐山三友集团化工股份有限公司厂区内,该项目为新增26#、27#碳化塔工程。因该工程属改造工程,施工场地狭小,周围管网较多,所以采用桩筏基础,筏板厚度1.5m,经技术论证、比较,桩采用挤扩支盘桩,桩径500mm,有效桩长28m,桩呈梅花型布置。

2)场地土自上而下可分为:①亚粘土层:软塑,厚1.50～3.00m;②亚粘土层:饱和,软塑～流塑状态,厚13.00～15.00m,;③轻亚粘土层:可塑,厚约8.00m;④亚粘土层:可塑,厚3.00～4.00m;⑤轻亚粘土层:可塑,厚4.00～6.00m;⑥亚粘土与轻亚粘土层:硬塑,厚约11.00m;⑦轻亚粘土与亚粘土层:硬塑,厚10.00～12.00mm;⑧粉、细砂层:厚约3.00m。以第⑤层作为持力层。

2.2 施工要点

1)泥浆制备:成孔采用泥浆护壁,可采用原土造浆或粘土制备泥浆。正常钻进时,泥浆密度应控制在1.1～1.3之间,泥浆密度是成孔质量的保证,制备泥浆的性能指标应符合规范要求。

2)成孔:钻机移动就位后,钻头准确对准桩位中心,同时再次核对钻机平台、钻杆的水平及垂直度无误,此时可以开机钻进;开孔时,采用慢进尺,保证开孔的钻孔垂直度,待钻进3～5m后,可恢复正常进尺速度;加接钻杆时,应先将钻具提离孔底,待泥浆循环1～3min后再加钻杆;孔深、孔径必须达到设计要求,垂直度允许偏差不大于1%。

3)清孔:清孔方法采用正循环法,并用2次清孔。第一次清孔是在终孔后进行。钻进至设计深度后,采用正循环清孔换浆,先将钻头提离孔底80～100mm,采用泵送方法向孔内输入密度1.1～1.2,含砂率<4%的新泥浆,把孔内密度在1.2～1.4之间的悬浮沉渣多的陈旧泥浆置换出来,再清洗孔底。换浆同时,将钻头低速转动,保证孔底沉渣符合规范要求。第二次清孔是在成盘后进行,以大泵量向导管内压入密度小于1.15的泥浆,将孔底部在下放钢筋笼和导管过程中再次沉淀的沉渣和仍然悬有沉渣密度较大的泥浆换出,孔底沉渣厚度和泥浆相对密度均达到清孔要求后,立即开始浇注砼。

4)挤扩盘腔:

①首扩压力值要与试桩吻合。试桩施工,底盘首扩压力值达到23MPa,工程桩施工,底盘首扩压力值不低于23MPa,其它盘位的首扩压力值亦参照试桩相应压力值执行。为提高工程桩的施工要求,保证施工质量,每盘的首扩压力值可提高1～2 MPa。挤扩时,挤扩装置下至底盘设计位置,当首扩压力值上升至23MPa,挤扩时间维持3s。连续3次油表压力值不下降,或油压表指针出现突然向上偏移,超过25MPa额定工作压力。表明该位置土层坚硬无法挤开。根据规程及经验,成盘遇到此种地质条件复杂变化时,应进行盘位调整。盘位调整由下往上试挤进行,根据试挤压力变化趋势,逐渐缩小调整幅度,直至首扩压力值达到要求,盘位确定。如试挤压力反映偏低,应相反往下微调,达到要求的盘位。首扩压力值(无论底盘与其它位置的盘位)应与试桩指标吻合,不小于试桩时的首扩压力值,这是保证工程桩施工质量的重要控制点。

挤扩过程中应及时补充护壁泥浆,保持水头压力,防止坍孔,因为本场地土性主要为砂性土,含砂率比较高,施工中要充分注意孔口坍塌的问题,所以在挤扩中,每完成1次挤扩,遇泥浆液面下降明显,就要及时补浆,始终保持孔口水头压力,防止塌孔。此时记录泥浆下降量反映盘腔体积为次要矛盾(泥浆下降量为参考指标),挤扩盘腔可通过盘径检测器测取。

挤扩过程中如遇坍方、流砂等情况,应立即停止操作,提出挤扩装置,进行妥善处理后,再继续挤扩进行成桩作业。

②设计持力层层位、盘位、盘间距、盘数检查:

a、查护筒标高,检查机身上各盘位标记尺寸是否准确。

b、当硬土持力层出现减薄或增厚层位变化时,盘位是否随之变更,查原设计盘位挤扩压力值记录,调整盘位的压力值记录及相关尺寸记录。

c、盘顶是否坍塌:查挤扩前后孔深记录,当沉渣厚度超过1m时,并检查泥浆密度、泥浆胶体率。

d、查盘腔,孔壁是否缩径,原因及处理措施。

e、查各盘位距下卧软弱层的距离是否符合要求。

③转角次序及角度控制:

a、查角度盘的设计及加工尺寸。

b、查转角次数及压力值。

c、查各次挤扩时间(与土层硬度成反比)。

④盘径检测:

用盘径检测器进行检查。利用该装置的三对测杆在盘腔处张开下滑时副绳零点(始点)的落差,与测杆张开角度的换算关系,从而测出盘腔直径。检测时,提紧主、副绳将盘径检测器缓慢放至孔内被测盘腔深度,松开副绳,三对测杆自重下落,主副绳稍作调整,测杆即张开位于挤扩盘腔内,此时观察记录主、副绳零点(始点)落差,并根据落差和盘径换算关系表(实际量测检测器获取),查得实际挤扩盘腔直径必须符合设计要求。

2.3 控制要点

1)挤扩装置施工前的检查,填写《液压装置性能现场检测记录》,确认挤扩设备正常后方可进行挤扩作业。

2)检查桩孔直径、垂直度、孔深合格后,将挤扩装置放入孔内,挤扩工序自下而上进行。

3)根据挤扩装置与多支盘挤扩装置的不同,分别确定成盘挤扩次数,达到设计要求。

4)挤扩过程中应认真观测挤扩压力值的变化及挤扩时间的有关数据,详细填写《挤扩施工记录》,此外应注意观察孔内泥浆的降落数值,以作为成盘效果的参考依据之一。

5)挤扩过程中应及时补充泥浆,维持泥浆面的标高。

6)当地质条件复杂多变,在取得监理、设计同意的情况下,可调整盘肢竖向位置,但需符合盘、肢间距要求。

7)因承载力或控制沉降的要求,需将底承力盘置于土层与岩层分界面上,此时应选择DX挤扩器,而不能采用多支盘挤扩器。

3 结 语

1)施工质量和施工方法对挤扩支盘桩的承载性质影响较大,因此,必须严格按照施工规程进行。

2)挤扩支盘桩在极限荷载作用下,支盘和承力盘承担大部分荷载。承力盘承担的荷载占总荷载的60%以上。

3)挤扩支盘桩是一种先进的分支或分盘技术,充分发挥桩身地基土的潜力,成倍提高单位桩身承载力,有效降低工程造价,值得在今后的工程中推广应用。但是,如何合理选择桩端持力层和具体支盘位置及支盘间距极为重要,需进一步探索、实践、总结。支盘质量是满足工程设计承载力的重要环节。

[1] 中国建筑工业出版社编.建筑施工手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社,1997

[2] 桩基工程手册编写委员会.桩基工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997

TQ114.1

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1005-8370(2011)05-31-03

2011-05-25

杨蕾(1976—),工程师,土建设计专业。现在唐山三友化工工程设计有限公司工作。