某污水厂沉管桩施工与质量控制

某污水厂振动沉管灌注桩群桩施工与质量控制振动沉管灌注桩是用振动沉桩机将有活瓣式桩尖或钢筋混凝土预制桩靴的桩管（上部开有加料口），利用振动锤产生的垂直定向振动和锤、桩管自重等对桩管施加压力，使桩管沉入土中，然后边向桩管内浇筑混凝土，边振边拔出桩管，使混凝土留在土中而形成桩。一般适用于粘性土、淤泥、淤质泥土、粉土、湿陷性黄土、稍密及松散的砂土。由于该成桩的工艺所产生的桩承载力高、造价低、施工方便而广泛被采用。但由于该桩是在土中成型，成桩过程中的振动时间、拔管速度、反插次数、深度以及混凝土的坍落度、和易性等，常因土质条件的千变万化而很难有统一定量的尺度，致使操作者常难以控制。在群桩施工过程中，容易出现群桩效应，使施工质量变得更不易控制，在近年的工程施工中也出现了一些质量问题。下面以某污水厂改扩建工程振动沉管灌注桩施工为例，就群桩施工控制和易出现的质量问题及应采取的预防措施做一探讨。一、工程概述ICEAS生物池是某污水厂污水处理工艺的主要内容之一，设计尺寸139.50m×94.39m×5.80m，由8个单池共同组成一个间歇式周期循环延时曝气系统(IntermittentCycleExtendedAerationSystem)，每个单池包括一个主反应区和一个预反应区，一个主反应区内安装4个曝气单元。结构设计，基础为D480（L=19.50m）振动沉管灌注桩群基础（共2339根），垫层为10㎝厚C10混凝土，底板和池壁为C25钢筋混凝土，混凝土抗渗等级S6，底板厚度65㎝，池壁厚60㎝。D480振动沉管灌注桩采用管径Ф480单打，Ф520砼预制桩尖，设计成桩直径≥480。设计桩长约为19.5m，桩端持力层为沉入粘土层≥5m，单桩承载力≥500KN。桩身砼强度等级为C20，保护层厚度为50mm。主筋、箍筋、加劲箍均为HPB235、HRB335热轧钢筋，主筋长13.6m（含600mm锚固长度），螺旋箍筋为ф8@200，顶部2000mm内为ф8@100。沉管桩平面布置如下图所示。工程地质和水文地质本工程东邻南三环路，场地原为渔塘、耕地，后经填整平，现状地形平坦开阔，场地地面标高为1888.30～1889.29m，最大高差仅0.99m，回填土厚度为0.8～3.9m。设计地面标高为1889.00m。场地地处昆明滇地断陷盆地的滇池北岸湖积地貌单元。地震烈度为8度，设计基本地震加速度0.20g。重要构（建）筑物抗震设防标准为乙类建筑，一般构（建）筑物抗震设防标准为丙类建筑。场地土层由第四系松散土层组成，其中表层分布为人工填土层，浅部广泛分布冲洪积层，中下部则以湖沼积软弱～中软的粘性土，有机质及粉土、粉砂构成。根据地质勘测资料，场区内有稳定的地下水存在，水位埋深0.52～1.88m，标高1887.06～1887.98m，水位差0.92m，径流滞缓。钻探揭露及钻孔抽水试验表明，各土层除粉土、粉砂为中等～弱含水及透水层外，其余土层均为微～相对含水及隔水层，场地地下水主要为第四系孔隙型潜水，略具承压性；上部人工填土层中存在部分上层滞水。地下水源于大气降水补给为主，地表生活废水补给为辅，以地下径流向滇池方向排泄及地表蒸发方式排泄。地下水对钢筋混凝土中钢筋无腐蚀，对外露钢结构具弱腐蚀性。二、施工难点及对策难点：1、场区地质以软弱～中软的粘性土，有机质及粉土、粉砂为主，地下水埋深浅，在软土中施工难以保证施工质量；2、桩数多，桩间距小，承台部分的沉管桩间净距仅为0.7m，群桩效应大大增加了缩径断桩的风险，甚至，后序施工的桩将先施工的桩挤断。3、振动沉管灌注桩隐蔽性强的工程，桩底标高难以准确控制，如何保证桩长满足设计要求也是本工程质量控制的要点与难点之一。根据工程特点和地质情况制定了以下对策：1、沉桩顺序采取退打工艺与跳打工艺相结合的原则；2、严格控制混凝土质量和拔管方法；3、小应变监测及地表监测跟踪；4、桩长控制利用桩管进行控制。三、施工方法与过程控制1、施工配合比设计在施工配合比设计中，主要控制了以下几点：1）坍落度，坍落度过大，孔壁回缩后易侵入桩体，坍落度过小，混凝土流动性不好，不能及时充满桩孔，都容易造成成桩质量隐患，根据其它工地的施工经验，坍落度选定为70~90㎜。2）砂率及水泥用量，砂率和水泥用量直接关系着混凝土的工作性能，良好的抗离析能力对成桩质量有很陴益。经多少次试验，并考虑地下水水位较高等因素，选定砂率42%（机砂:山砂=6:4，机砂为中粗砂，山砂为石英砂，细度模数1.1）。水泥采用P.S.32.5水泥，掺量341Kg/m³。3）碎石，按照规范要求，碎石选用20~40㎜机制石灰岩碎石。混凝土各主要指标如表一所示。2、打桩顺序1）间距大于4.0倍桩径的沉管桩，采用逐排退打工艺，采用5台DZ90KS振动沉管桩机平行作业，如图2所示。2）承台等部位，间距小于4.0倍桩径的桩采用跳打法施工，该部分仅本工程共仅在横向变形缝位置存在，可先施工其中一排，在该区施工结束后或本桩机逐排施工到边界后再补打，保证先打的桩混凝土强度达到85%以上。表一振动沉管灌注桩C20混凝土主要工程参数水灰比(W/C))0.58砂率42%坍落度70~90㎜材料名称水泥水砂碎石规格机砂:山砂=6:420~40㎜单粒粒每m³用量(Kg)3411988111120重量比10.582.383.28D480振动沉管灌注桩D480振动沉管灌注桩图2退打法打桩顺序布置图3、拔管方法：1）灌料应比桩顶标高高500mm以上，以确保桩顶混凝土强度，保证桩身砼成型质量良好。2）拔管前必须加满砼，应先振动5—10秒再拔，拔管速度要均匀，应控制在0.8m/min；且每拔0.5~1.0m停拔振动5-10S，以防止桩径缩小。3）拔管过程中应随时用小锤敲打桩管检查管内砼高度（其高度应随时保持不低于地面1.5m），发现砼高度不足应立即加料，以确保桩身质量。4、标高控制措施1)钢筋笼标高的控制。施工之前，根据设计标高，将钢筋顶标高标识于钢筋笼起吊钢丝绳上，其方法是：先将钢丝绳小钩拉至钢筋笼顶设计标高位置，并由测量技术人员进行校核，并将钢丝在标识部位固定，使钢丝绳完全伸长后，钢丝绳小钩所在位置刚好位于设计位置。当钢筋笼设计标高变化时重新进行校核固定。2)桩身各部位标高的控制施工之前,测出地表面与设计桩顶设计高程的关系,反算出沉管长度，并标识于桩管上，保证桩底面高程符合设计要求。桩顶面标高的控制：在拔管至最后两米的时候，检测桩管内混凝土面的高度，如不能满足桩顶混凝土量时，应立即补充。桩顶高程与地面高程不符的情况：eq\o\ac(○,1)当桩顶面设计高程低于地面高程1.0m以上时，桩顶至地面部分采用碎石充填压顶。eq\o\ac(○,2)当桩顶面设计高程低于地面高程不足1.0m时，桩顶至地面部分采用空管。同时预留桩顶以上30~50㎝的浮浆高度。5、充盈系数的控制，主要通过核算混凝土实际灌入量进行控制。派技术人员跟班指导，灌注砼时随时计算灌入量，要求成桩直径≥500mm，即充盈系数≥1.1。混凝土灌入量的计算方法：1）在施工之前，首先核准料斗容量。施工时，按照桩管的容量先计入桩管内混凝土量，加上后灌入混凝土的斗数乘以料斗容量即得出混凝土灌入量。2）用混凝土拌合配料量来核算每盘混凝土量，乘以盘数得出混凝土用量。6、施工监测在施工过程中，凡灌注时间达到7天的桩对照施工记录抽取可能存在问题的桩利用低应变法成桩质量检测，并根据检测结果，适时调整质量控制侧重点。另外，在地面布置观测点，对挤土效应进行地面监测。在池体周围和池体内部共布置了147个标高观测点和平面位移监控点。本排桩施工的前5排桩开始至施工完后序7排后结束。经过监测，地表位移平均在0~2cm之间，标高变化在0~14㎝之间。低应变跟踪监测结果显示，挤土效应并未对桩身质量产生大的影响，只是在施工过程中和施工后的一段时间内加大了监测力度。经过57天的努力，ICEAS生物池2339根振动沉管灌注桩顺利完成。按照招标文件的要求，选取了461根进行低应变成桩质量检测，从中抽取21单桩承载力检测。检测报告显示，在461根检测桩中，I类桩434棵，占检测数量的94.1%，Ⅱ类桩27棵，占检测数量的5