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根键式桩基数控顶进施工在桥梁工程中的应用

发表时间：2020/8/4 来源：《基层建设》2020年第10期作者：石怀远

[导读] 摘要：“根”式基础使用仿生原理来模拟树根的形状，增加结构和与土壤的接触面积，改善基础整体承载力。

        安徽省公路桥梁工程有限公司安徽合肥 230000
        摘要：“根”式基础使用仿生原理来模拟树根的形状，增加结构和与土壤的接触面积，改善基础整体承载力。本施工技术通过实践证明，数控技术及磁力感应系统的应用大大增加了根键顶进效率及精度，保证根键施工质量。
        关键词：根式；桩基；数控定位；顶进
        1工程概况
        庐江县汤池大道二期工程，起讫桩号为K3+600-K11+700，主线长为8.1km。技术标准采用双向六车道一级公路兼市政功能，设计速度80公里/小时。本工程设置桥梁7座，其中白石天河特大桥主桥为变截面预应力混凝土连续梁，两侧引桥采用30m标准跨径装配式预应力混凝土连续箱梁，15#-18#墩为主墩及过渡墩，均为“根式”钻孔灌注桩施工，桩径1.8m，均为摩擦桩，C30水下混凝土桩基。
        2工艺原理
        根式桩基数控定位顶进施工技术[1]，钻孔施工采用旋挖钻成孔，采用优质泥浆护壁。钻孔成桩后，及时清干净孔底残渣，确保沉渣厚度满足设计要求。桩基钢筋笼在加工时预留好根键安装位置及安装磁性发射装置，加工完成后分节段运输至现场。钢筋笼下放完成后应及时完成根键顶进，利用声测管进行根键下放前定位；根键采用旋挖钻与专用数控顶进装置配合进行顶进安装施工；顶进过程中，通过数控平台数据及安装在顶进装置上的磁式传感应器达到精确定位；根键顶进安装完成后应尽快灌注混凝土。

        图2.1根式基础根键布置及尺寸图
        3施工工艺
        根式桩基施工利用旋挖钻成孔，旋挖钻配合专用顶进设备进行根键顶进施工，根键安装完成后进行混凝土浇筑；其操作要点为钢筋笼的制作与安装、磁性发射装置的预埋安装、根键预制、数控定位顶进施工。
        3.1钢筋骨架的制作与安装
        桩基钢筋笼采用长线加工法在定位胎具上分段制作钢筋笼，钢筋笼施工质量应满足规范要求。
        钢筋笼螺旋钢筋成型后开始进行根键预留孔位的设置，为了便于分辨和统计将钢筋笼的根键预留的主筋空档分别按照角度编号，编号为0度、90度，180度，270度，45度、135度、225度，315度8个方向。
        待钢筋笼根键预留口加强定位完成后，进行磁性发射装置的安装，安装完成后进行轴心定位，保证磁式传感应器能顺利感应从而辅助根键精确顶进。利用声测管辅助设备顶进前精准就位。
        3.2根键施工
        3.2.1根键制作与工作方法
        根键在预制场集中预制。为了确保根键的预制精度，根键预制模板采用钢板，在预制场内将模板组装好，采用吊斗进行混凝土浇筑，采用直径比较小的振捣棒。预制完成的根键进行湿润，分层堆放。
        预制成型的根键采用旋挖钻与专用数控顶进装置配合进行顶进施工，采用磁性感应系统进行定位复核[2]。
        3.2.2根键顶进设备转换和定位系统调试安装
        ①根键顶进设备转换。根键施工之前，旋转钻头拆除以安装油体并将连杆连接到顶进装置。直接将其放置在孔外正上方，下放钻杆时，也同时下放油管。在整个过程中，过油管同步收油管，油管均保持自然直立状态，从而防止了油管悬挂在钢筋笼上。
        ②定位系统调试安装。项目根据实际情况采用计算机数控系统精确定位顶入和磁力感应系统进行定位复核，进一步提高定位精准度。
        数控定位系统调试安装，运用安装在旋挖钻杆上的测量设备，通过电子数控操作平台进行数控定位，根键顶进设备转换后，应进行垂直仪器和深度仪等数控设备调试，保证其使用精度。
        磁力感应系统调试，其原理利用安装在顶进设备上的磁式传感器感应安装在钢筋笼根键预留孔位上的磁性发射装置进行定位，磁式传感器是接近传感器，当物体接近，线圈铁芯的导磁性变小，线圈的电感量也减小。其最大优点可以穿过金属检测。

        图3.2磁感应系统
        3.2.3根键顶推
        钻孔桩成孔检验合格，钢筋笼下放完成后，开始根键顶推工作。
        （1）根键顶推顺序。根键分层顶推，先顶推最下面一层，自下而上顶推其它各层根键。
        （2）根键顶进施工方法。在连接到顶进装置和旋转钻杆之后，旋转钻转到孔边，并进行相应的调整，以便在使用声测管进行就位之前将其定位，将顶进装置放置在钢筋笼的中心。对中后，将旋转钻机到钻孔的一侧，调整钻头的位置并安装根键，下放钻杆到该层根键标高，利用数控顶进系统和磁性定位设备辅助进行确切定位，定位后，用旋转钻液压系统或外部油泵顶进根键。
        （3）根键顶进位置精度控制。钢筋笼形成后，将护筒作为垂直方向上的控制点，测量每一层的根键到控制点的距离。设置一个水平标高控制线在控制点的孔旁边，该控制线作为根键顶进装置下放的零点，确定钻杆下放深度。
        顶进施工前，先不安装根键，下放顶进装置至标高控制点，对钻杆读数进行清零，利用磁性感应系统，判断数控数据的精准度，若两者量测深度一致，则钻杆下放深度准确，若量测深度不一致，则通过内插法调整每层根键顶进时钻杆下放深度数据，使之与实际相符。
        钻杆标定后，安装根键，，将顶进装置放低至标高控制线，确保控制线与根键的水平线平齐，确保钻杆下放深度清零，然后放下钻杆到根键顶进深度位置，竖向定位完成。
        3.3灌注水下混凝土
        灌注水下混凝土采用导管法。导管采用壁厚4mm，内径25cm的钢管，使用前作水密承压试验，保证导管不漏水。导管底离孔底40cm，导管顶部应设漏斗、储料斗[3]。
        在灌筑过程中，要注意管内的混凝土下降和水位的升降情况，测量并记录管道的埋置深度和混凝土的高度。灌注首批混凝土时，埋管的深度应不少于1m，为了确保桩质量，在桩顶设计标高以上加灌一定高度，一般为0.8m。
        4结语
        本工程通过对圩区根式桩基数控+磁力感应系统施工技术的实践证明，数控技术的应用大大增加了根键顶进效率及精度，利用声测管及磁力感应系统进行辅助定位，进一步提高根键安装精度；该施工技术具有简单、高效、投入小等特点，具有显著的经济效益和社会效益。
        参考文献
        [1]贺茂生;刘宏;孙克强;任回兴;陈圆圆;根式仿生基础应用技术研究[J];现代交通技术;2011年01期
        [2]丁二虎;殷永高;朱大勇;根式沉井基础竖向承载力的简化计算[J];工程与建设;2011年03期