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基于万家丽路快速化改造工程分析旋挖桩基基底沉渣控制及工艺要点分析

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：刘阳

[导读] 摘要：以万家丽路快速化改造工程为例，对目前旋挖桩基基底沉渣控制工艺进行分析，明确其施工过程难点和主要工艺。

        上海水务建设工程有限公司
        摘要：以万家丽路快速化改造工程为例，对目前旋挖桩基基底沉渣控制工艺进行分析，明确其施工过程难点和主要工艺。文章首先对项目施工基本情况和出现沉渣问题进行简述，其次论述目前旋挖桩基基底沉渣控制中存在问题，问题包括施工周期长、成孔管理难度大、流砂沉渣等等，最后重点分析管理要点和有效对策，相关措施包括优化护壁泥浆性能、对成孔条件进行控制、应用新型探测器等等，以期为相关人员提升一定参考。
        关键词：改造工程；旋挖桩基基底；沉渣控制；工艺要点
        前言：万家丽路是湖南长沙重要的南北干道，本次施工中对其进行优化改造，拟施工路段全长16.635km，主干线全长15.8km，施工周期为18个月，工期较为紧张，需要对项目施工质量进行控制，重点关注桩基基底沉渣控制措施应用，并且在施工过程中，对沿线环境进行保护，避免影响周边居民生活。工程建设中以旋挖钻施工为主要方式。项目施工中，其桩基施工难度较大，主要体现在成孔沉渣清理问题，需要对多条路段的流砂层进行控制，维护结构稳定性。
        1项目简述
        1.1项目介绍
        本项目为万家丽路快速化改造工程，地点位于长沙市南北主干道，项目施工中采用旋挖桩基作为高架桥基础，桩基总数为1756根，桩基直径在1.2~2.5之间，其中超过70%的桩基直径在2.0m以上，具有一定施工难度，特别是成孔沉渣清理技术应用。项目施工中表现出以下特征，即附近交通流量较大、地下管网结构复杂，施工过程中也存在沿线居民拆迁协调问题。工期紧、任务重，需要对改造项目施工中存在的难点进行分析，采取合适方法，提升施工质量[1]。
        1.2基底沉渣问题
        对本工程地质勘查报告进行分析可知，施工路段地下5~10m存在流砂层，地质结构相对复杂，并且沉渣积累问题严重。项目施工中，需要进行旋挖操作，对桩基施工质量进行控制，目前开挖路段桩基全长15m~60m，其中超过30m的桩基达到80%以上。基底沉渣控制难度大，在工期有限的前提下如何保证施工质量和后续施工作业连续性，是施工管理工作重点和关键。
        按照CJJ2-2008《城市桥梁工程施工与质量验收规范》，需要将沉渣厚度控制在100mm之内。沉渣主要是钻孔和清孔过程形成的物质，相关沉淀物未能被循环泥浆带走，在桩基基底部位形成沉淀。沉渣之所以未能被带走，是由于其颗粒较粗，下沉作用力明显，而沉渣厚度即为沉渣的累积高度。因此，需要对沉渣控制工艺进行分析，明确技术应用要点，推动改造项目有序施工。
        2工艺要点和施工难点
        2.1施工周期控制
        项目施工周期为18个月，需要完成全长16.635km线路改造工作，对施工人员工作能力提出较高要求，相关人员需要在有限时间内完成桩基沉渣厚度控制，并且采取科学方式，强化施工技术能力，为项目施工质量提供可靠保证。然而，实际工作中，由于技术人员能力有限，对各项施工流程未能做出妥善安排，使得桩基沉渣厚度持续增加，影响工程项目施工质量。
        对本桩基清孔施工时间进行分析，可知第一次清孔、第二次清孔的平均时间均在28h以上，清孔施工时间较长，难度较大。分析其原因主要是基底部发生沉渣。倘若在施工过程中，能够对成孔过程进行控制，合理控制流砂沉降，可节约清孔时间。具体管理中，对清孔施工过程、机械成孔施工过程、混凝土浇筑和钢筋笼下放等环节进行控制，确保施工周期合理[2]。
        2.2成孔过程管理
        成孔管理过程，主要对大直径桩基基底沉渣问题进行控制，以泥浆护壁的方式对工程项目质量进行控制，并且注重对泥浆性能进行控制，达到减少泥沙沉降的效果。上文提到本项目施工中，对路段地质结构进行分析，发现超过70%的路段在5~10m内存在流砂层，并且桩基沉渣汇集速度快，形成厚度较大的砂层，对成孔作业造成不利影响。《公路桥梁地基与基础设计规范》中提到d≤1.5m时，沉渣厚度t≤300mm；d＞1.5m时，沉渣厚度t≤500mm，在成孔过程管理中，需要对相关规范进行研究，提升管理质量。
        本工程施工中，选择了3名监理人员，对成孔过程进行管理，对不同根桩进行沉渣检测，形成检测数据报告。通过沉渣厚度对比分析，强化管理工作能力。成孔过程管理中，相关人员使用测绳吊锤击打孔底方式对沉渣厚度进行技术检验，并且核验检测结果，发现检测结果不够精准，需要对检测技术进行调整。
        作为项目管理人员，对成孔过程进行控制，为提升治理效果和整体管理能力，对基底沉渣问题进行技术攻关，对泥浆性能进行提升，使用化学药剂进行优化，使得沉渣厚度降低，满足项目施工质量控制要求。
        2.3流砂厚度测试
        以往的流砂厚度测试，主要通过人工测量方式实现，具体测量中存在误差影响施工技术应用效果。并且在对桩基基底沉渣进行技术测量时，设备和人员组织能力不强，影响实际测量结果。针对项目施工而言，需要重点加强流砂厚度控制，对造成沉渣形成的因素进行合理控制，确保项目施工有序开展。
        实践工作中，不同桩基结构对沉渣厚度要求存在差异，需要在《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中规定，需要对孔底沉渣厚度进行测试和规范，一般情况下，端承型桩需要将沉渣厚度控制在50mm；而摩擦型桩应在100mm以下。由于项目施工中，流砂厚度测试能力有限，对相关问题进行改良难度较大，迫切需要引进设备和先进测试技术。沉渣问题长期存在影响施工质量，尤其是在混凝土灌注施工中，沉渣未能得到控制会影响结构稳定，这种问题在端承桩和摩擦端承桩施工中需要特别关注。
        3解决施工难点的有效措施
        3.1护臂泥浆性能优化
        为保证项目按照施工周期完工、需要采取先进的成孔技术和质量控制方法，并且注重对护壁泥浆进行优化。由于技术应用中对泥浆性能做出的优化至关重要，需要加强质量控制，防止二次施工，延长施工周期。实践工作中，技术人员在泥浆中加入化学制剂，对泥浆使用性能进行优化。例如，在万家丽路改造项目施工中，使用了膨润土、羟甲基纤维素对泥浆性能进行优化。其中膨润土与水的参合比例为50：1，羟甲基纤维素与水的比例控制在0.53：1。
        技术应用中，需要控制混凝土浇筑质量，并且对混凝土进行规范应用。技术人员可充分利用孔内泥浆，以期减少环境污染、降低施工成本。泥浆性能优化中，需要对造浆方法进行规范，由于技术发展和进步，以往的造浆技术与方法与新时期施工理念和工艺要求存在差异，需要对技术方法进行升级。经过多方论证，拟采取羟甲基纤维素与水比例为0.53：1的混合液，对造浆方法进行改善，确保施工技术应用达到行业标准。

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        3.2加强成孔条件控制
        施工过程中，地层流砂问题明显，应根据项目地质报告，对含砂层的实际位置进行验证，采用钢护筒进行桩孔加固、加长，提升技术应用效果。旋挖钻进入流砂层时，可选择快速钻进方式进行施工，达到对塌孔问题的有效控制。沉渣问题是影响成孔的重要因素。需要对施工工艺进行合理控制，提升管理过程稳定性。
        对桩基混凝土进行灌注操作时，应控制灌注高度，保持混凝土在钢护筒底部以上2m处。相关结构出现初凝后，可拔出钢护筒，使得混凝土面高于护筒底部。施工中，也需要对钢护筒进行重复使用，并且做好设备管理与维护，防止发生设备损坏丢失，增加施工企业成本。
        3.3新型沉渣探测器应用
        为改善传统测绳锤吊测量方法应用不足，引进专业的沉渣探测器。本项目采取的新型沉渣测量可实现快速测量的目的，可将沉渣测量进行分步骤开展。首先，使用探测器的探头位置，对基坑孔底深度进行检测，当探测效果不明显时，可利用平板探头进行二次探测，此时倘若发现孔底有沉渣，则第二次探测的沉渣顶面高度，即为实际高度。技术应用过程中，需要编制沉渣测量工具操作手册，控制探测器应用水平。
        通过测试设备应用，完成了对本项目中沉渣问题的有效治理，使用专业化设备，对目标进行精准测量。现场操作中，不同人员对沉渣厚度的测量偏差应控制在10mm范围内，并且对探测器的应用效果进行现场核验，满足项目施工质量控制要求。管理工作，应认识到沉渣问题危害性，通过控制沉渣，提升旋挖桩基基底施工能力，增加施工安全性与稳定性。实践表明，对新型沉渣探测器的使用，有利于提升测量结果精准度，为管理决策人员提供可靠的决策参考。
        实践应用中，也可采用“测针测饼法”对沉渣厚度进行测量。具体操作中，需要在相关位置下放测针，以实测深度作为孔底深度，并且根据施工技术要求，进行测饼下放，此时得到的深度即为顶面深度。两个数据之间的差额为沉渣厚度。本工程对沉渣厚度进行测量时，测针为长度在20cm以上的钢筋。测饼选择厚度为1cm，直径为12cm的钢板，钢板中心为直径在5cm的孔[3]。
        4沉渣处理措施应用评价
        4.1施工效率
        对施工技术应用效果进行评价，发现桩基沉渣厚度降低了50%，施工效率提高40%，在现有的技术标准下，可确保项目按照预期进度完工。实践工作中，对施工过程进行管理。本工程施工中，对桩基沉渣控制优化措施进行使用，发现其施工效率明显提升。数据结果表明，随着工艺改进，沉渣厚度得到有效控制。施工效率控制中，应用了先进技术，对各项工艺进行优化，并且采取质量控制措施，全面提升沉渣处理效果。
        对本工程项目施工效率进行研究可知，改进措施应用后，施工时间从34h下降到18h。而且二次清孔时间也显著降低。清孔时间减少了50%，降低了桩底沉渣累计厚度，提升质量控制能力。对项目施工效率强化管理与控制，可确保快速化改造工程施工效果，保证项目整体施工质量。实际工作中，利用平板探头测量孔深，改善了以往人工测量方式存在的问题，不仅提升了测量精准度，也提高了测量工作效率[4]。
        4.2经济效益
        工程项目施工中，应用1756根桩基柱，工程施工严格参考《项目作业指导书》进行，对各施工流程进行管理与控制，确保项目施工经济效益实现。对各施工点的控制，应严格按照工程作业指导书进行，并且注重对相关控制技术进行优化，不断总结经验，提升项目实际控制能力。项目施工中，有210根桩基受到地质结构影响和高压线净空要求，无法采用旋挖钻机施工，其余部分均采用了旋挖施工技术，并且严格按照桩基基底沉渣质量控制措施，对相关问题进行控制。提升项目管理能力。
        对项目施工中经济效益进行分析，其中有效工作时间内，机械设备每天需要使用16小时，人员工作时间均按照8小时计算，对项目中的桩基进行施工，总计可节约费用为201万元，单根桩柱结构预计节约费用0.16万元。对现场施工实际情况分析，由于技术改进，施工效率提升，产生的经济效益较大，施工质量问题也得到改进，并且对沉渣厚度进行有效治理，符合沉渣控制工艺要求。
        此外，由于工程项目施工经济效益明显，为施工单位造价管理工作奠定基础，项目本身受到关注，并且荣获多项奖励，包括上海市政2016年优秀创新成果一奖和全国市政工程建设优秀管理小组一等奖。通过对工程项目经济效益分析，可知项目施工中成本控制方案落实的重要意义。管理人员需要在项目施工中，不断提升控制能力，对影响施工效益的因素进行及时规避，保证经济效益实现。
        4.3质量控制
        为保证本项目中，桩基质量符合设计要求，对沉渣进行治理，严格控制施工质量。对相关优化措施进行应用，分析其结果，发现桩基础施工的首次合格率有所提升，可根据沉渣参数值相关数据，对质量控制方案进行制定，以提升项目整体施工质量为工作目标，对施工细节进行控制。具体工作中，可通过试验桩设计方法对质量进行管理，通过完成试验桩，并且推广应用施工技术的方法，使得项目施工整体效果得到巩固，不断降低桩基沉渣厚度，确保其厚度值在50mm以下，完成质量工作目标[5]。
        施工技术应用后，项目中的桩基结构进行检查，重点关注桩基沉渣厚度，发现沉渣厚度均保持在35~43mm之间，满足沉渣厚度＜50mm的技术标准，并且施工合格率达到95%以上，达到行业先进技术标准。桩基础施工中，质量控制方案应用尤为重要，可有效提升桩基础施工作业能力，为相关质量控制工作提供参考。项目管理人员应不断总结经验，对质量控制方法进行升级，有效治理沉渣问题。
        结论：综上所述，在改造工程中，需要分析沉渣控制技术和方法，对其中应用的先进技术和工艺流程进行控制，确保施工技术应用合理，满足质量控制要求。工程施工中，应用的工艺技术主要是优化护臂泥浆使用性能、加强成孔条件控制、应用新型的沉渣探测器等等，并且对沉渣厚度治理效果做出评价，提升治理能力。相关技术应用也我国桥梁工程桩基施工提供参考。
        参考文献：
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        [2]唐明裴，王如寒，宁平华.基于双液高压旋喷注浆处理后桩基持力层安全厚度分析[J].北京交通大学学报，2020，44（01）.
        [3]戴维，刘洋，陈玉发，等.敏感环境条件下地铁停车场桥基施工对下伏高铁隧道群的扰动效应研究[J].公路工程，2020（1）：12-17.
        [4]刘文渊，吴君.软土地区旧桩拔除技术和新建桩基础调整方案及施工措施[J].水利与建筑工程学报，2020（01）：141-145.
        [5]林金舜.沙溪特大桥断层破碎带大直径桩基施工技术[J].公路，2019，064（003）：106-110.
        作者简介：刘阳，身份证号码：31010719780728xxxx