钻孔嵌岩灌注桩护筒埋设施工新工艺

张德山 王岩 周巍 李雪飞

中国石油天然气管道第二工程公司 221008

钻孔嵌岩灌注桩护筒埋设施工新工艺

张德山 王岩 周巍 李雪飞

中国石油天然气管道第二工程公司 221008

我国东部沿海地区部分大型储罐基础设计建于较厚塘渣层之上,传统大开挖、强夯和钻孔灌注桩工艺均无法达到地基处理要求。针对特殊地质条件,中国石油天然气管道局在国内首创双模管+钻孔嵌岩灌注桩护筒埋设施工工艺,解决了长久以来大厚度塘渣层灌注桩施工难题,为国内同行业施工提供了又一施工范例。

大型储罐基础塘渣层双模管灌注桩护筒埋设

近年来,随着国家能源储备库的兴建,沿海部分大型油库施工场区均采取开山塘渣回填,如浙江舟山外钓岛光汇公司油库大型油罐工程,其基础地基地面以下均为开山塘渣回填层,厚约12～17m；设计拟采用DN800～1000mm钻孔灌注桩,桩长22～80m。如何安全、高质量、高效地穿越大厚度塘渣层是罐基础、乃至整个工程施工工期、质量、成本管控关键所在。中国石油天然气管道局连续承建国内外大型储罐工程,施工经验丰富。在此类地质条件下,如采取传统钻孔灌注桩工艺施工难度大、工效低、安全风险高且无法保证施工质量。

为确保工程质量、降低成本、缩减工期,针对本工程塘碴层特点,桩长小于20m的,现场直接采用冲击成孔工艺；对于桩长大于20m桩,管道局创新大型储罐地基处理新工艺,在国内首次采取钻孔嵌岩灌注桩护筒埋设工艺,即采用自制双模管、多功能桩机配合柴油锤锤击击穿塘碴层,再整层埋设水泥护筒,然后进行钻孔嵌岩灌注桩的施工,此方法工效高、工期短、成本低,操作简单。

1 工艺原理及施工工艺要点

本工艺选用多功能桩机配合DD160型导杆式柴油锤,自制冲锤(内模管)和外模管(合称“双模管”),柴油锤通过锤击冲锤及外模管击穿塘碴层；然后采用大型吊车吊出内模管,将预制水泥护筒吊入外模管内,然后吊出外模管,完成水泥护筒的埋设。

2 工艺流程与操作要点：

2.1 钻孔嵌岩灌注桩护筒埋设施工工艺流程

图1 双模管制作及施工示意图

如图2所示。

图2 钻孔嵌岩灌注桩护筒埋设施工工艺流程

2.2 施工要点

采用本工艺进行大型储罐基础地基处理施工,应注意以下施工要点：

2.2.1 测量定位、埋设桩位

根据图纸桩位要求,采用全站仪定出桩位位置,作为桩中心点,埋设误差不大于1cm。

2.2.2 双模管和桩机就位、测量双模管垂直度

自制双模管、多功能桩机移到桩位,外模管底部为开口式,内模管采用比外模管内径略小的钢管,端部为锥形封闭式。模管长度根据地质勘探孔确定,一般加长2m。内模管锥尖对准已埋设好的桩位,采用二台经纬仪90。方向设置校正双模管的垂直度,并控制在1%范围内。

图3 双模管和桩机就位

2.2.3 穿越塘碴层

内外模管上口相平,内模管底部伸出外模管一定长度,桩帽套入模管顶,开始锤击。双模管进入塘碴层2m左右,再次校正垂直度,确认符合标准后继续锤击。通过现场试验,在锤击双模管入土时,平均贯入度一般为每10锤进尺30～40cm为宜；当接近塘碴层底时,贯入度一般为每10锤进尺10～20cm。当进入塘碴层时,贯入度会发生突变,一锤往往进尺20～30cm。出现如此状况时,应静压使双模管入土1～2m,即可停止。

图4 锤击双模管

2.2.4 拔出内模管

当确认双模管已穿越塘碴层时,采用振动锤配合桩机或50T以上吊机拔出内管模并放置在地面。

2.2.5 安装水泥护筒

预制并焊接水泥护筒,水泥护筒为1m/1节,一般5～8节为一组。采用桩机或吊机将第一节护筒组吊入外模管内固定,然后再吊入第二组护筒,直至放入孔底,以埋入淤泥土中不小于1m为合格。护筒顶端应开一溢流口,高10cm、宽30cm,且应高于泥浆沟底至少10cm。

2.2.6 拔出外模管

水泥护筒安放完毕后,拔出外模管,然后进行下一根灌注桩的施工。

2.2.7 水泥护筒顶口保护

水泥护筒安放完毕后,为确保施工安全,对护筒的上口进行保护,以免人员及物品掉入,引发安全事故。

3 创新工艺与传统工艺指标对比

与传统的冲击孔工艺相比,钻孔嵌岩灌注桩护筒埋设施工新工艺无论是在施工工期、施工成本和质量上都更加具有优势。2016年7月1日起,管道局采用本工艺进行舟山外钓岛北岛罐组二6#罐护筒埋设,至7月19日,仅仅用时19d即完成了单台5万m3油罐(233根桩)护筒埋设施工。采用的施工设备仅为2台多功能桩机及吊机等配套设备,且施工质量良好。而同类工程如采用冲击钻成孔工艺,每天约埋桩1根,单台罐工期可长达233d!而由此导致的工程成本差别更大,新工艺护筒成孔费用约168万元,而传统工艺高达373万元!具体数据对比如表1所示。

表1 钻孔嵌岩灌注桩护筒埋设施工工艺与冲击钻成孔工艺对比表

4 结论

综上所述,中国石油天然气管道局在国内同行业中,首次将研发的钻孔嵌岩灌注桩护筒埋设施工新工艺应用于舟山外钓岛储备库工程,采取钻孔、安装预制水泥护筒技术强固填海区深淤泥+厚塘渣层这类特殊地质条件下的储罐基础地基,取得了良好的效果。与传统的冲击钻成孔工艺相比较,施工便捷,大大提高施工工效,工期缩短,成本降低,能有效控制施工质量,尤其适合我国东部、南部沿海地区地质的大型储罐基础地基处理施工,应用前景广泛。

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1672-9323(2016)05-0075-02

2016-07-28)