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試樁雙套管施工技術應用

发布日期:2014-09-23 查看次数:2648

要     以武汉中心桩基項目为实例,介绍試樁雙套管施工技術應用情况。为真實反應試驗樁施工效果,試樁采用雙套管隔離開挖面標高以上樁身與土體接觸,以直接測試有效樁長範圍內的樁基承載力。同時,爲防止混凝土和樁側注漿的漿液沿內、外套管空隙上泛,需對外套筒底進行封堵。

關鍵詞    試樁 雙套筒 返漿 封堵 載荷試驗

    近年来,随着城市建设步伐的不断推进,城市地标式超高层建筑物愈来愈多,基础工程施工技术日新月异。試樁采用双套管施工技术,能够真实反应在桩身有效桩长部分的承载力状况,取代以往試樁通过减少空孔部分混凝土侧摩阻力的理论计算方法,并通过載荷試驗的结果,准确模拟桩基础在结构理论荷载下的受力变形曲线。

1、工程概況

武漢中心項目位于武漢王家墩中央商務區核心區西南角,地塊北面地下爲104號路(下穿段),地上爲開發用地,東接核心區廣場,南臨205號路,西接305號路,總建築面積約爲323000m2。項目主樓高爲八十八層,建築高度438m,巨型柱—核心筒—伸臂桁架結構體系,裙樓爲三層,框架結構,地下室爲四層,基礎埋深爲-18.30m-27.50m基礎選型采用後壓漿鑽孔灌注樁

主樓鑽孔灌注樁直徑爲1000mm,單樁豎向抗壓承載力特征值爲1050013500KN,樁端持力層爲(6-4)層泥岩微風化層,采用雙控措施,以樁底標高爲主,進入持力層深度控制爲輔,1000mm工程樁進入6-4層泥岩微風化層不小于1.0m,樁身混凝土設計等級爲C50

    裙樓800mm钻孔灌注桩,單樁豎向抗壓承載力特征值爲3900KN,單樁抗拔承載力特征值爲1200KN,樁端持力層爲(5)層含圓礫中砂,采用雙控措施,以樁底標高爲主,進入持力層深度控制爲輔,樁端進入持力層≥1200㎜,混凝土設計等級爲C35

2、試樁双套管设计要求

    根据设计单位要求,工程桩在开工前必须进行試樁載荷試驗,1000mm試樁共计五组,800mm試樁共计两组,650mm試樁共计六组。其中,1000mm800mm为抗压試樁,其試樁采用双套管施工工艺(双套管设计参数见表1。項目部根據前期試成孔施工經驗,確定旋挖鑽進方式爲主塔樓工程樁主要施工工藝,回旋鑽進方式爲裙樓工程樁主要施工工藝。

樁徑

根數

套管長度

內套管內徑

外套管內徑

套管壁厚

支撐勒與外套管間隙

1000mm

800mm

5

2

20m

18m

1100mm

900mm

1210mm

1010mm

12mm

12mm

3mm

3mm

    主楼1000mm五组試樁将采用锚桩提加反力,每组試樁设一根抗压試樁和四根锚桩,最大加载值为27000kN;裙楼区域进行两组樁徑800mm樁,靜載抗壓試驗最大加載值爲7800kN,最大抗拔加載值爲2400kN。項目部根据試樁双套管设计参数、試樁设计条件以及场区特定情况,对双套管施工大样进行设计,作为现场指导施工以及质量验收的依据。双套管施工大样见图1

2、雙套管制作加工過程

2.1 材質檢驗

因鋼結構制作工藝精度要求高,雙套管加工制作宜選用在專業廠家一次性制作成型後,根據工程需要集中運抵現場進行安裝。雙套管制作母材選型采用Q235普通碳素結構鋼,在對其厚度、規格尺寸、允許偏差、外觀質量等要求進行確認後,同意采用半自動切割機及卷板方式對鋼板進行加工制作。

2.2 下料

套管用鋼板在使用前以管中徑計算周長,下料時加2mm的橫縫焊接收縮余量,長度方向按每道環縫加2mm的焊接收縮余量,並采用半自動切割機切割,嚴禁手工切割。根據雙套管設計板材厚度,鋼板均采用單坡口的形式,外坡口和內坡口兩種形式均可,出于焊接方面的考慮,一般開外坡口,內部清根後焊接(如板材厚度大于16mm,可采用雙坡口方式或根據設計要求開設坡口)。采用切割機將坡口切割完畢後,要檢查板材的對角線誤差值是否在規定的允許範圍內,如偏差過大,則要求進行修補。坡口的允許偏差要求如下表2。

允許誤差

鈍邊

±2mm

角度

±0.5

間隙

±2mm

坡口面溝槽

1mm

注:坡口的加工方法可以采用磁力切割機沿管壁切割,采用半自動切割機在鋼板上切割,采用坡口機切割鋼板坡口。

2.3卷管

由于雙套管成形尺寸較長,內、外套管必須分批、分段的通過CDW11HNC-50×2500型卷板機進行預彎和卷管。根據工程實際情況,分段卷管長度爲1.5m,卷好後再進行焊接。由于需要多次往複卷制,則采用靠模反複進行檢驗,以達到卷管的精度。卷制成型後,進行點焊,點焊區域必須清除掉氧化鐵等雜質,點焊高度不准超過坡口的2/3深度。點焊長度應爲80100mm。點焊的材料必須與正式焊接時用的焊接材料相一致。卷板接口處的錯邊量必須小于板厚的10%,且不大于2mm.如大于2mm,則要求進行再次卷制處理.在卷制的過程中要嚴格控制錯邊量,以防止最後成型時出現錯邊量超差的現象。在上述過程結束後,方可從卷板機上卸下卷制成形的鋼管。
2.4
焊接

焊接方法采用二氧化碳氣體保護焊,焊接前,根據板材的厚度、施焊的位置以及效率選擇焊絲,類似本工程雙套管板厚,其焊絲直徑可選用1.6mm左右的焊接,其焊接電流控制在200A以下,焊接送絲的速度、焊接電流值大小以及電弧電壓控制必須經過有效計算後,通過熟練焊工進行操作,以確保焊接質量及效果。

焊丝在使用前应清除油污,铁锈,保护气体的纯度应符合焊接工艺评定的要求。焊前必须按施工图和工艺文件检查坡口尺寸,根部間隙,同时必须清除焊接区的有害物。焊接时,焊工应遵守焊接工艺规程,不得自由施焊,不得在焊道外的母材上引弧。焊缝出现裂纹时,焊工不得擅自处理,应查出原因,制定出修补工艺后方可处理。焊缝同一部位的返修次数,不宜超过两次,當超过两次时,应按专门制定的返修工艺进行返修。

2.5探傷檢驗

單節鋼管卷制及焊接完成後要進行探傷檢驗。焊縫質量等級及缺陷分級應符合《鋼結構工程施工質量驗收規範》的規定要求。同時要求局部探傷的焊縫有不允許的缺陷時,應在該缺陷兩端的延伸部位增加探傷長度,增加的長度不應小于該焊縫長度的10%,且不應小于200mm;當仍有不允许的缺陷时,应对该焊缝100%探傷檢查。

2.6矯圓

由于焊接過程中可能會造成局部失圓,故焊接完畢後要進行圓度檢驗,不合格者要講行矯圓。矯圓方法是將需矯圓者放入卷板機內重新矯圓,或采用矯圓器進行矯圓。矯圓器可以根據實際管徑自制,采用絲杆頂彎。

3、雙套管組裝及環縫處理
3.1
環縫處理

双套管每节加工完毕后,应根据构件要求的长度进行组装,先将两节组装一大节,焊接环缝。环缝采用焊接中心来进行,卷好的钢管必须放置在焊接滚轮架上进行,滚轮架采用无级变速,以适应不同的板厚、坡口,管径所需的焊接速度。组装必须保证接口的错边量。一般情况下,组装安排在滚轮架上进行,以调节接口的错边量,接口的間隙控制在23mm,然後點焊。環縫焊接時一般先焊接內坡口,在外部清根,如采用自動焊接時,在外部用一段曲率等同外徑的槽鋼來容納焊劑,以便形成焊劑墊。

3.2套管組裝

    首先将钢套管分节加工,再根据施工图要求进行组装。内层管分节长度7.5m,外層管分節長度6m

本工程采用在內管外壁上焊接鋼板,鋼板長度80mm,寬度爲30mm,縱向間距爲3m,肋上再加支撐鋼墊,沿支撐肋均勻分布6个。根据设计要求,内外套管间净間隙为43mm,支撑勒与外套管的間隙为3mm,經計算支撐肋的高度爲35 mm。

4、雙套管安裝及固定

 支墊墊焊接完畢後,用桁車將內套管整體送入外套管內。送入後,在內外套管上每隔5m鑽進φ22的固定孔,每一截面沿圓周分布3個,再用100mm長φ25的螺栓錨定。內外套管固定後,再在外套管每隔5m焊接起吊環。

5、双套管間隙封堵

   双套管間隙封堵是最关键的环节之一,封堵材料必须强度低,在加载过程开始时,能够轻松脱落,重要的是有防水作用,经多方斟酌,項目部决定采用聚苯乙烯泡沫胶。由于混凝土灌注后从套管顶部返漿,浆体从孔口流入泥浆池循环时,势必会从双套管顶部之间的缝隙流入,故必须对管顶端与管底端都采用封堵手段,即双套管顶、底端1m范围均进行封堵。另外,考虑到混凝土顶升压力,以及封堵强度无任何强度,孔内返漿势必会渗入或穿透封堵材料,故要求封堵材料由原来设计的50cm增加至100cm,並且在內套管距離頂、底端100cm處設置一道環形的鋼卡環,與內套管焊接,鋼卡環與外套筒之間的縫隙距離不得大于3mm,确保钢卡环能够将随返漿压力而移动的泡沫胶进行阻隔,且可保证泡沫胶进一步密实,避免其移动后破坏,造成大面积渗漏,返漿进行套筒缝隙,雙套筒失效。

    封堵是雙套管制作完畢後最後一道工序,采用噴槍方式注入縫隙之中,擬在距外套端部1m範圍內在外套管側壁開孔,再進行反複充填,充填完畢後,再用鋼板焊接封口

6、試樁双套管施工

    試樁施工前必须准确计算空孔深度,即確保雙套管埋設深度及開孔鑽進深度,在施工過程中,我部對旋挖鑽機開孔鑽頭進行精確度量,采用1400mm1200mm鑽頭分別對1000mm800mm試樁进行钻进,钻进深度较理论计算深度深约50cm。钻孔完毕后,取出开孔钻护筒,采用吊车对双套管进行起吊。由于双套管设计长度较长,对于起吊点设计、起吊方式选择以及起吊设备的要求必须进行相应计算复核。对于起吊吊点,項目部在进行双套管制作时便通过计算复核将吊点焊接于外套管外壁,吊装时采用两台25T吊車同步起吊,一台起吊頂部吊點,另一台托住底部吊點,同步指揮,同步起吊,整個起吊過程在專業吊裝工的指揮下進行。

    考虑到孔口返漿工序,双套管必须在顶部进行割口,割口处缝隙必须采用油毡类材料进行填实,避免浆液渗入。

7、試樁双套管載荷試驗检测

    試樁双套管安装完毕后,項目部立即进行相应的桩基施工工作,在試樁施工完毕后,进行桩帽施工,桩帽采用钢制护筒制作成型,采用手工电弧焊将桩帽端部与内套管焊接,在試樁、桩帽混凝土强度满足載荷試驗条件后,检测单位对五组1000mm試樁、两组800mm試樁进行載荷試驗工作。載荷試驗时,将制作时用于固定的100mm長φ25的螺栓取出,將內外套管的束縛消除。試樁的沉疆斾形通过对称布置于桩头的四块百分表进行测量,百分表架设于桩帽上,与内套管相连,所有百分表均用磁性表座固定于基础梁上,同时确保基础梁具备一定刚度,外套管用水准仪测定原始标高数据,在試樁载荷受力之后,用于观测外套管沉降数据,以确信内外套管是否有效分离,达到设计所要求的目标。

         經最終檢測,五組1000mm試樁、两组800mm試樁載荷試驗满足设计要求,桩顶最大沉降量为29.68mm,最小沈降量爲20.54mm,同時,經水准儀器觀測,外套管頂標高沈降與初期測試值幾乎無差別,表明內外套管已成功分離,在除去空孔部分鋼筋混凝土自重的情況下,該數據已真實模擬出基樁在設計樁頂標高處實際受力情況。

8、主要結論

        1)試樁双套管的成功运用,主要取决于各个环节的衔接配合,在原材料加工阶段必须严格按照设计尺寸进行下料、加工、整合,制作质量必须符合《钢结构工程施工质量验收规范》的规定要求,对于最为关键的双套管之间的間隙封堵环节必须充分考虑,认真组织实施,在安装阶段必须经过精密的复核计算及风险评估,以确保一次性安装成型。

        2)结合目前武汉市建委的要求,試樁載荷試驗时的桩顶标高必须与工程桩桩顶标高一致,即多数試樁静载试验必须在坑底以下完成,会造成时间过长,成本代价过大。通过試樁双套管的运用,可以真实模拟出基桩在设计桩顶标高阶段的实际受力情况,同样可达到试验的根本目的,同时能够在一定程度上节约时间、降低风险、节约成本。

   3)在现行桩基础设计实际操作中,通常要求試樁的承载力检测结果达到工程桩所需承载力的1.1倍,以此确定工程桩的承载力,这种方式略微保守,通过試樁双套管的运用,可直接按照设计要求的承载力进行載荷試驗。

       4)由于双套管的作用是消除自然地面至工程桩桩顶标高之间桩身与土体之间的桩侧摩阻力对試樁承载力的影响,在进行设计試樁时,采用試樁双套管工艺,能够真实模拟出至桩顶标高后的工程桩实际受力情况,对于设计单位考虑桩身极限承载力取值,桩长、桩数的布设等均能更为接近真实情况,减少取之敚守,资源浪费的风险,在确保结构安全的前提下,可进一步降低工程造价,节约成本,合理利用资源。

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