素有“东方之珠”美誉之称的香港是仅次于纽约和伦敦的全球第三大金融中心,同属全球最富裕、经济最发达、生活水准最高和人口最密集的地区之一。身处高度发达的商业社会,从居民住宅到商业写字楼,高层以及超高层建筑在香港早已是一种常态。建筑层数越多,高度越高,对地基承载力的要求也会越来越高。反循环钻孔灌注桩基础,香港业界称之为“Bored Pile”( 以下简称BP),被广泛应用于高层建筑物的地下承载结构。除此之外,BP在交通桥梁,地下工程,港口码头,水库工程等诸多基建领域都有着广泛的应用。
BP施工的大致步骤是首先利用钢筒入泥开孔,然后使用RCD 钻机反循环钻进破石,桩孔完成之后的主要工作是落入预制的钢筋笼和导管法进行水下混凝土灌注。RCD 反循环钻机的工作原理是,利用风机产生的巨大风压( 标准风流量可达19.1 m³/min - 45.3 m³/min ) 沿钻杆两侧的风管冲向孔底,孔底的冲洗液在风力的“鼓动”下携带钻渣沿钻杆内腔向上流出桩孔进入沉淀池,经沉淀过滤之后的水体冲洗液再流向桩孔,形成反循环。香港BP施工工艺流程如图(1)。
香港土建工程施工中,工程机械在施工领域的应用比率非常之高。总体上讲,桩孔本身都是通过机械设备开挖成孔,例如泥夹,RCD 反循环钻进系统等。下面就BP反循环钻孔灌注桩施工的操作要点作以下介绍:
主要施工机械设备
1磨筒入泥机械设备:磨桩机, 团团转式磨桩机, 钢筒,铁锤,泥夹和履带式起重机等;
2破石钻进机械设备:RCD 反循环钻机系统,包括RCD 反循环钻机,平底钻头,扩孔钻头,扩底钻头,钻杆,沉淀池,水泵,发电机,风机和动力机等;
3其他主要机械设备:导管,工作平台,混凝土料斗,混凝土漏斗,焊机,风煤和环保缸等。
施工工艺流程介绍
( 例:桩号 BP02,桩径为Ø1.50m )
1测量放线
按照业主和施工图纸的要求,测量工程师使用专业的测量仪器定位 BP02的桩心位置。
2桩位成孔
1.底筒就位:在履带式起重机的吊运下,将磨桩机和外径 1500 mm 底部钢筒移动到 BP02的相应桩位,要求钢筒保持竖直且钢筒中心线对准桩心位置,如图(2)。
2.机械成孔:(A)在专业的磨桩机操作员的操作下,底部钢筒在液压式磨桩机的来回“搓动”下逐渐深入泥层,与此同时,钢筒中的软泥沙由泥夹进行逐步清除,如图(3)。(B)在底筒筒口到达距地面约3.0m的高度时,停止夹泥和磨筒。此时,应该请测量工程师使用专业仪器检核底筒的倾斜度和桩心偏差是否在规定的范围之内,如不满足要求,应立即回填桩孔并从新埋位开孔,直到检核 满足要求为止。(C)在完成上述工作之后,第二条钢筒将会由专业的烧焊人员通过烧焊的方法与底筒筒口无缝连接,如图(4)。(D)重复磨筒, 夹泥清孔和无缝烧焊接筒工作,直到钢筒筒脚到达要求的基底位置。最后,请测量工程师再次检核顶部钢筒的倾斜度和桩心偏差。
3.障碍清除:磨桩机通过来回“搓动”钢筒外壁使钢筒下沉时,如遇到硬质地层,则首先需要击破石层,才能进一步磨筒。(A)若岩石等级较低,石层较为薄弱,则可以使用大铁锤击打岩体成碎石,再用泥夹从桩孔内夹出即可,如图(5)。(B)若岩石等级较高,石层较厚,则可以使用 RCD 反循环钻机破石钻进。RCD 反循环钻机在动力机( 香港业界称为“车头”) 提供的液压动力下,扭动钻杆并带动钻头一起不断地单方向旋转,依靠钻头上镶嵌的众多“菠萝头”与地层反复摩擦,以达到破石成孔的目的, 如图(6)。按照用途的不同,钻头可以分为三类:第一类是用于竖向成孔的平底钻头,不可以继续磨筒,如图( 8) ;第二类是扩孔钻头,在竖向成孔的同时,可以利用钻头两侧的“菠萝头”加大筒脚以下桩孔的直径,以达到扩孔磨筒的目的,如图( 9); 第三类是扩底钻头,钻头底部无“菠萝头”故不可竖向钻孔,钻头两侧的钻臂张开后可用于成锥形大底, 如图(10) 。( c ) 若遇到某种情况,比如开挖位置出现有孤石,前两种破石方法无法取得好的效果,可先回填 1500mm 的现有桩孔,然后用外径为2000mm,2500mm 等较大的钢筒去成孔,待石块被清除后再回填桩孔,用1500mm的钢筒从新成孔。(D)值得一提的是,使用团团转式磨桩机360 º 旋转钢筒也可以磨断较为薄弱的石层,如图(11) 。与普通磨桩机不同,团团转式磨桩机的底筒筒脚需要安装特制的破石“牙仔”,如图 (12) , (13) 和(14) 。
3桩孔清洗及安放钢筋笼
桩位成孔工作完成后,应该安放导管至孔底,并用清水清洗桩孔。洗孔所排出的水体在获得业主
代表和监理代表的验收认可后,应对其予以取样保存。清孔工作完成后,可安放提前预制好的钢
筋笼, 如图(1 5) 。
4导管法水下混凝土灌注
钢筋笼安装完成后,应装入导管进行第二次桩孔清洗及取样,然后就可以灌注混凝土了。在进行导管法水下混凝土灌注的同时,工程师应根据混凝土的实际灌注情况来决定钢筒和导管的抽取长度,直至混凝土灌注完成,所有钢筒和导管抽取完毕,如图(16) 。
5检查验收
混凝土灌注完成后,相关人士会使用专业仪器对桩身质量作以检测,以排除断桩、空心等质量问题的出现。
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