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    2. 不銹鋼管代替鉆桿在小直徑不銹鋼管樁施工中的應用

      在小直徑不銹鋼管樁施工中通過對不銹鋼管進行局部改造,代替鉆桿直接正循環鉆進成樁,提高施工工效,降低成本,建筑物保護效果較好。

      1概述

      某兩棟建筑位于武漢市中山大道,始建于20世紀10~30年代,均為西洋古典式風格,屬于武漢市優秀歷史建筑。設計地鐵隧道從建筑物旁邊穿過,隧道外邊距建筑物的最小水平距離及垂直距離分別僅為1.12m9.33m。根據相關資料顯示,兩棟建筑物均采用的是條石基礎,基礎埋深較淺,坐落于雜填土、淤泥質粘土之上,而隧道從基礎一側下穿,對周圍土體擾動較大。為降低盾構隧道施工產生的沉降對兩建筑的影響,采用小直徑不銹鋼管樁對其基礎進行加固,取得了較好的保護效果。

      2工程概況

      2.1設計概況。設計采用直徑130mm壁厚6mm不銹鋼管樁對其基礎進行加固。不銹鋼管樁距建筑外邊緣1~2m,傾角65~90度,不銹鋼管樁間距0.25m,加固深度到達隧道底1m,距離管片最小距離≥1m,樁長17.1~27.2m,管內灌注M25水泥漿,管外空隙由出漿口溢漿充滿。

      2.2地質概況。工程典型的土層分布為:①雜填土,層厚1.2~5m,稍密~中密狀態;②淤泥質粘土,層厚2.2~3.1m,呈流塑~軟塑狀態;③粘土,層厚2.5~4.3m,呈軟塑~可塑狀態;④粉質粘土、粉土、粉砂互層,層厚3.6~6.1m,飽和,粉土呈中密、粉砂呈稍密、粉質粘土呈軟塑~可塑狀態;⑤粉砂,層厚3.4~11.8m,以粉砂為主,呈稍密~中密狀態;⑥粉細砂,層厚10.8~20.5m,呈中密狀態。隧道主要位于④粉質粘土、粉土、粉砂互層、⑤粉砂、⑥粉細砂這三層中,盾構掘進時容易對土層造成擾動,使地表沉降偏大。

      3施工方案選擇

      3.1初期方案選擇。根據現場地層情況,前期挑選出了三種成孔工藝進行試驗:全套管鉆進、常規回轉鉆進、振動成孔鉆進,收集三種工藝的施工數據后,對其進行對比分析見表1~3項。

      綜合考慮環保、速度、成本、質量等方面因素,常規回轉鉆進方案最適用于此處施工小直徑傾斜不銹鋼管樁。

      3.2不銹鋼管代替鉆桿鉆進成孔方案。在使用常規回轉鉆進成孔工藝期間,出現如下問題:

      ①成孔起拔鉆桿后,由于傾斜孔,粉細砂層,容易塌孔、縮孔;②不銹鋼管接頭焊接偏心和變形導致不銹鋼管下放困難;不銹鋼管焊接耗時過長。

      為克服困難,對工藝進行了改進:將管樁的不銹鋼管接頭加工變為螺紋連接,并對首節不銹鋼管焊接鋼筋變為臨時鉆頭,從而讓錨固鉆機通過動力轉接頭,將不銹鋼管正循環回轉鉆入預定深度即可,無需拔桿、下管。其工藝效果評價如上表第4項所示。

      4不銹鋼管代替鉆桿法不銹鋼管樁施工工藝

      4.1工藝流程。不銹鋼管加工→樁位放樣→探槽開挖→鉆機定位→跟管(引孔)鉆進→清孔→鉆機移位→水泥漿灌注→插入鋼筋→鋼筋砼冠梁制作

      4.2不銹鋼管加工。將壁厚6mm的覫130mm不銹鋼管加工成2m一根,兩端接頭分別車內絲及外絲,加工為矩形螺紋接頭。加工廠切割、車絲后運入施工現場。加工動力轉接頭,使錨固鉆機動力頭通過轉接頭將扭矩及壓力傳至不銹鋼管。

      將首節不銹鋼管頭部的外壁上焊接4根覫12100mm左右的螺紋鋼,通過調整焊縫高度控制其開挖直徑在160mm,在內壁交叉斜向點焊同型鋼筋。

      4.3鉆機定位及鉆桿傾角控制。如圖2所示,首先沿樁位軸線向外開挖2m深探槽,由于地下管線一般埋深不會超過2m,在探明無管線后方可進行下一步施工:

      ①在樁位左側外放0.5m1.5m軸線,在相應樁位用紅油漆做上標記;

      ②在探明無管線后,將鉆機移至樁位處,鉆頭對準樁位;

      ③將繩系錘球垂于外放1.5m樁位上,然后將視線對準外放0.5m樁位點,校準鉆機,通過三點一線確定鉆機方位和鉆桿傾向。

      用地質羅盤調整鉆桿傾角:

      ①將羅盤測斜器上的游標所指半圓刻度盤的讀數調整為設定傾角θ;

      ②將羅盤豎起,以其長邊貼緊鉆桿,并與鉆桿軸線平行,觀察測斜器上的長水準氣泡,調整鉆桿直到水準氣泡居中,代表鉆桿傾角調整到位。

      傾角調整完畢后,前后移動鉆機,控制鉆桿到樁位外放0.5m控制點水平距離為L,即鉆機鉆桿定位完畢。

      4.4跟管鉆進。鉆機將不銹鋼管作為鉆桿,采用常規正循環回轉鉆進方法成孔至設計孔深。

      4.5清孔。不銹鋼管鉆進至預定孔深后,將泥漿切換為清水,通過正循環排出孔內泥漿,并清洗孔壁。

      4.6施工難點及注意事項

      4.6.1受保護建筑物均為條石基礎,需用PDC合金鉆頭引孔穿越條石基礎層。

      4.6.2考慮到鉆機在移動過程中,鉆桿傾向傾角可能會發生變化。待鉆機定位后,用垂球和八角羅盤進行復測并校準。

      4.7新舊施工工藝區別及優點。不銹鋼管代替鉆桿直接成樁法相比傳統回轉鉆進不銹鋼管施工方法,有如下區別及優點:

      4.7.1鉆機無需提鉆拔出鉆桿,節約了5~10min的鉆桿起拔時間;

      4.7.2避免了鉆桿拔出后的塌孔縮孔風險;

      4.7.3由控制鉆桿傾角變為直接控制不銹鋼管傾角,提高傾角控制精準及成樁質量;

      4.7.4直接省去了“安裝不銹鋼管”環節,使得每根樁節約20~40min時間。

      4.7.5不銹鋼管就位后無需二次清孔

      4.7.6施工工藝流程簡化,提高工效,減小施工風險。

      5不銹鋼管代替鉆桿法施工成本分析

      采用不銹鋼管代替鉆桿工藝相較普通回轉鉆機工藝,省去了起拔鉆桿、測試孔深、安裝不銹鋼管、二次清孔等工序時間,將每根樁的成樁時間縮短了30~55min,使原來每根樁1.5~2h的施工時間縮短至1h左右,同時還降低了鉆進過程中的事故發生率,使每臺鉆機的日成樁平均米數由原來的105m/d,提升至200m/d,增至原來的2倍左右。該工程需施工不銹鋼管樁總長為11300m,在使用1臺鉆機情況下,采用不銹鋼管代替鉆桿法相比傳統方法節約工期50天,實際節約成本40余萬元。

      6結論與展望

      在盾構機通過兩建筑物加固區時,盾構機出渣中未出現不銹鋼管樁中不銹鋼管碎片。在盾構機通過兩建筑物后,其觀測點最大累計沉降量分別為26.08mm20.12mm,均小于累計變化量預警值的30mm。證明不銹鋼管代替鉆桿法施工得不銹鋼管樁樁位控制精準,施工質量良好,建筑加固保護效果良好。

      改進后的新工藝能夠有效提升施工效率,加快施工進度,減小對加固建筑物及周邊環境的影響,具有較大的社會效益及經濟效益,值得在基礎加固工程中推廣應用。

      文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管

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