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论文抗滑桩应用
钢筋混凝土沉井护壁人工挖孔抗滑桩工程技术
四川省邛崃市水利局尹洪
摘要:
2002年4月,四川省邛崃市高何镇境内凉风顶处发生大面积山体滑坡,致使傍山而行的天沙引水干渠外堤开裂,无法正常通水运行。
险情出现后,邛崃市水利局立即进行工程地质勘察和整治工程设计,决定采用钢筋混凝土沉井护壁人工挖孔抗滑桩基础加钢筋混凝土渡槽上部结构的工程措施;7月15日开始施工,历时4个多月,于11月25日竣工,确保了下游灌区工、农业生产和人民群众生活用水。
由于笔者一直参与该项工作,并在施工期间担任现场施工负责,故撰此文,就钢筋混凝土沉井护壁人工挖孔抗滑桩工程技术与同行们共勉。
关键词:
钢筋混凝土沉井护壁抗滑桩工程技术
前言
2002年4月,四川省邛崃市西部山区高何镇境内凉风顶处发生了大面积山体滑坡。
滑坡体位于邛崃市至国家级风景旅游区天台山之公路旁边,处于天台山西北部半山腰。
凉风顶处地貌属于第四系全新统崩坡积(Q4col+dl)的古滑坡松散堆积体,天沙引水干渠从古滑坡台阶上通过。
此次滑坡属于公路与滑坡台阶之间山体发生滑动的中层滑坡,坡面斜长55m,前缘宽42m,坡面坡度24.44°,滑坡壁状如圈椅,高3m,与前缘高差25m,滑坡壁后缘拉张裂隙和滑坡舌部鼓张裂隙均很发育。
由于滑坡体属于第四系崩坡积的古滑坡松散堆积体,时值雨季,不断蠕滑,危及着天沙引水干渠的安全。
为此,邛崃市水利局立即组织专业技术人员对滑坡进行24小时监控,随时采取应急措施保证邛崃市五绵山丘陵灌区输水主动脉——天沙引水干渠的安全运行。
但是,6月5日在距渠底1.2m高的外堤条石砌体上出现了一条宽2mm长8m的沿渠纵向方向的裂隙,险情牵动着邛崃市各级领导和下游灌区人民群众的心,邛崃市水利局当即果断决定停水进行整治。
6月6日,邛崃市水利局勘测设计队进场进行测量、工程地质勘察和工程设计。
7月15日,邛崃市水电工程建设公司进场开始施工,至10月5日完成钢筋混凝土沉井护壁人工挖孔抗滑桩4根,人工开挖造孔57m,成桩57m,孔径3m,沉井超挖回填灌浆299m2。
1工程地质概况
邛崃市水利局勘测设计队于6月7日在滑坡体主槽后坡即渠道右岸布置地质钻孔3个、滑坡体前坡即渠道左岸布置地质钻孔4个(详见图1工程平面布置图)进行工程地质勘察,查明滑坡要素、形态特征、地层岩性以及地下水等基本情况,判断分析滑坡成因,为基础工程设计提供了依据。
1.1滑坡要素及形态特征:
滑坡体临空面广阔,斜长55m,前缘宽42m,坡面坡度24.44°,植被很少,裂隙发育,由紫红色、棕红色粘土、砂土和紫红色、灰绿色钙质泥质页岩、粉细砂岩岩屑、碎块、孤石等组成,粘土湿润松软,呈软塑状。
滑坡壁状如圈椅,高3m,与前缘高差25m。
滑动面位于上部松散堆积体与下部基岩的交界线上,主槽平均埋深9.30m。
滑坡床为基岩,岩性为侏罗系上统灰绿色、紫红色薄层状钙质泥质夹中厚层状钙质粉细砂岩,砂岩矿物成份主要为长石、石英,钙质、泥质胶结,岩层产状:
倾向SW210°~220°,倾角5°~7°,强风化带平均厚度2.0~3.0m,弱风化带平均厚度1.5~2.0m。
1.2地下水:
根据钻孔资料,最浅终孔水位埋深仅1.5m(ZK4),最深达9.4m(ZK2),一般均在3~4m,平均3.5m。
地下水主要受大气降水补给。
1.3滑坡成因:
凉风顶地貌属于第四系全新统崩坡积(Q4col+dl)的古滑坡松散堆积体,修建天沙引水干渠二十多年来,基本没有活动过。
但近年来由于自然原因与其他因素,对滑坡体前坡造成了破坏,加之时值雨季,地表雨水和地下水渗入堆积体中粘土层孔隙中而使堆积体重量增加,水起了一种润滑剂的作用,减小了堆积体与下部基岩接触面的摩擦力和堆积体自身的内聚力,致使公路与古滑坡台阶之间的松散堆积体失稳而下滑。
2抗滑桩设计
邛崃市水利局勘测设计队于7月5日完成工程设计。
设计方案有二:
一是采用振动冲击成孔灌注桩基础+钢筋混凝土渡槽上部结构;二是采用钢筋混凝土沉井护壁人工挖孔抗滑桩基础+钢筋混凝土渡槽上部结构。
进行方案比选时考虑到第一方案属于大型机械施工,场地处于松散滑坡体上,施工时机械振动冲击力大,自身稳定安全无法保证,而且投资过大,所以放弃了第一种方案,采用第二种方案。
方案二相关设计如下:
2.1抗滑桩平面布置:
沿原渠轴线向坡外平移3m布置一排共4根桩,桩间距6m,详见图1工程平面布置图。
2.2桩径、桩长、桩结构:
根据渠道设计流量及渠道断面尺寸确定桩径为3m;按工程地质剖面,要求当基岩面以上桩长8m以上时桩埋入新鲜基岩5m,8m以内时桩埋入新鲜基岩4m,以开挖出露基岩后经发包、监理、设代、承包多方代表确认后的设计通知书为准;沉井式护壁采用C25现浇钢筋混凝土,圆形,壁底刃脚部分高1.50m,外径3.3m,内径2.0m,上部外径3.0m,内径2.0m;孔内采用C20泵送混凝土回填和M7.5砂浆砌块石回填。
详见图2A——A剖面图、图3抗滑桩平面图及图4抗滑桩剖面图。
2.3钢筋配置:
为了便于沉井护壁在开挖过程中下落,壁底刃脚采用全焊缝制作钢环,钢环与刃脚钢筋采用焊接处理,详见图5刃脚钢环平面图、图6刃脚钢环焊接图和图7刃脚钢筋图;抗滑桩沉井护壁钢筋配置详见图8抗滑桩沉井护壁钢筋图。
2.4其他设计及相关要求
2.4.1新鲜基岩面以上的孤石和风化岩开挖允许爆破,进入新鲜基岩后严禁爆破,采用人工硬打石方开挖,确保地基岩土完好。
2.4.2钢筋混凝土沉井护壁设置φ100预留孔,作用有三:
一是排水;二是当沉井护壁下沉发生倾斜时纠偏之用;三是因壁底刃脚外径大于壁身外径,成桩后超挖回填灌浆之用。
2.4.3人工开挖和孔内泵送混凝土浇筑过程中,应采取切实可行的排水措施消除孔内积水,确保正常开挖和混凝土的浇筑质量。
3施工准备
3.1施工布置:
根据施工场地的地形情况,因地制宜地布置办公生活用房、混凝土搅拌站、水泥库房、钢筋制作及木工房、施工临时便道等,详见图9施工平面布置示意图。
3.2施工机械设备配置及劳动力组合
3.2.1主要施工机械设备有:
卡特320C挖掘机1台、3.5t和5t自御汽车各2辆、0.4m3混凝土拌和机2台、1.5t卷扬机4台套、潜水泵8台、发电机30Kw1台(备用)、空压机1台、手持式风钻8套、灰浆搅拌机1台、中低压灰浆灌浆泵1台、50t千斤顶2套、100t千斤顶2套、胶轮车10辆等。
3.2.2劳动力组合:
人工挖孔30人、钢筋制安焊6人、模板制安4人、混凝土拌和3人、混凝土浇筑10人、混凝土运输2人、发电及机修3人、材料采购3人、工程技术管理人员6人。
3.3刃脚钢环、钢筋及模板制作:
刃脚钢环根据设计图提前在大邑县水轮机厂定做,总重量2.4t;钢筋在钢筋房下好料在孔位上进行焊接安装;沉井护壁内外模板采用木模板,在木工房制作2套,在孔位上交替进行安拆。
4工程施工
4.1施工场地平整:
利用挖掘机将场地开挖至桩顶面高程616.50m,并将场地平整,见图2A——A剖面图及图9施工平面布置示意图。
4.2孔位测放:
用经纬仪进行整治渠道轴线测放,用钢尺量出孔位,并在孔中心位置打桩且编号。
4.3工作平台脚手架及卷扬设备安装:
采用钢管脚手架在高于桩顶面3m即619.50m高程位置上安装设置工作平台,8m宽,50m长,面积400m2;并将纵向钢管支出平台5m,用竹席搭一棚屋,以遮风挡雨,保证工作平台干燥,确保24小时三班作业。
分别在4个桩孔位置支钢管架安装好4套卷扬设备,以保证桩孔内土石方开挖垂直运输的安全。
4.4刃脚钢环安放:
先采用30cm厚人工回填砂卵石进行桩孔位置小场地平整,再将钢环汽车运输至工地现场人工就位,并用水准仪测量和木楔支垫控制钢环平稳。
4.5刃脚钢筋及沉井护壁钢筋焊接绑扎:
按照刃脚钢筋设计图,在钢筋加工房内将各型号钢筋下好料,人工搬运至桩位处。
先在钢环横板上距纵板2cm、18cm处分别焊接一根环状φ10钢筋,再将刃脚钢筋与此两根钢筋焊接在一起,成为整体,以防止沉井护壁在下沉过程中钢环脱落。
由于沉井护壁每次下沉高度控制在1.8~2.0m之间,所以沉井护壁钢筋焊接绑扎每次控制高度在2.5m高以内,待下沉至桩顶面高程时再次焊接绑扎。
4.6模板制作、安装、拆除:
由于沉井护壁每次下沉高度控制在1.8~2.0m之间,所以模板高度2.0m,采用环状木模板,每套模板分内外,共4片;为了使混凝土面光滑,减小混凝土与周边土石的摩擦力,便于下沉,在外模内侧用螺钉固定一张薄钢板。
从节省投资考虑,共制作了2套模板,在4个孔位上交替使用。
安装时内外模板均采用钢管与木枋结合支撑,在外模外侧上中下位置各采用一根紧钳钢索捆绑,以确保混凝土浇筑成型质量。
在混凝土得到一定强度后,拆除模板开始开挖孔内土石,下沉护壁,下沉1.8~2.0m高度后,再次进行钢筋焊接绑扎,模板安装,混凝土浇筑等工序循环施工。
4.7沉井护壁混凝土浇筑:
拌制混凝土的骨料采用两级配,即5-20mm、20-40mm,混凝土标号为C25;水灰比0.48,含沙率23.4%;每立方米混凝土用水泥333kg,砂584kg,石子1363kg,水160kg,掺减水早强剂4kg;拌和采用机械拌和,塌落度控制在30-50mm,每根桩随机取试件二组。
拌和站至场地采用汽车运输,工作平台采用人工胶轮车运输入仓,振捣器振捣;待混凝土初凝后,采用水泵抽水浇水养护。
4.8人工开挖孔内土石、下沉护壁:
采用三班24小时作业制,孔内照明采用低压灯泡,土石垂直运输采用铁桶配合卷扬设备。
孔内安排2人开挖,1人装土到铁桶内,2人负责工作平台孔口处提铁桶将土石翻入胶轮车中,2人负责胶轮车运输土石至滑坡体外弃土场;设置专人负责4个孔内施工排水。
开挖程序由孔中心向周围扩散,最后对称式开挖刃脚钢板下土石体,让护壁靠自重均匀下沉,单次下沉控制在40cm以内,以避免产生大的偏斜。
孤石和风化岩采用火工产品(电雷管引爆)爆破开挖,进入新鲜基岩由人工(石工)硬打。
卷扬机升降时,孔内与孔口以哨音警示,确保施工安全。
4.9桩孔偏斜控制:
在施工过程中,除开孔前将刃脚钢环安装得平稳牢固和采取对称开挖均匀下沉等措施外,并且准备了大量的纠偏工具和材料。
实际施工中在2#和3#桩孔中各产生了一次偏斜,采取切实有效的方法进行纠偏:
一是在孔底采用杠杆原理,用四个尺寸足够、强度高的石墩作为支点,石墩上顺倾斜方向安放两根工字钢,一边用千斤顶顶住工字钢,一边用木楔垫在刃脚钢环和工字钢间;二是在露出地面的护壁预留孔上绑扎钢索,卷扬机均匀用力缓缓地拉;当卷扬机拉时,孔内缓缓地敲打木楔;这样将护壁纠正就位。
4.10制作安装灌浆管:
当桩孔护壁下沉到设计高度,并经多方认可后,停止开挖下沉。
从孔口至孔底用φ100镀锌管作灌浆主管,护壁每2米一段在预留孔处用φ50镀锌管制作环状支管,与主管连接,并伸入预留孔内至护壁外侧。
4.11桩孔内二期泵送混凝土浇筑及浆砌块石
拌制泵送混凝土的骨料采用一级配,即5-20mm,混凝土标号为C20;水灰比0.55,含沙率25.7%;每立方米混凝土用水泥300kg,砂635kg,石子1350kg,水165kg,掺减水早强剂4kg;拌和采用机械拌和,塌落度控制在30-50mm,每根桩随机取试件二组。
拌和站至场地采用汽车运输,工作平台上采用人工胶轮车运输入料斗,泵后使用软胶管至孔底混凝土浇筑层位,事先用卷扬机吊块石入孔,人工摆放,埋石不超过20%,混凝土由人工振捣器振捣。
当混凝土浇筑到设计高度后,采用浆砌块石回填。
砂浆标号为M7.5,机械拌和,每立方米砂浆用水泥210kg,砂1401kg。
4.12超挖回填灌浆:
采用灰浆搅拌机拌制砂浆及灌浆泵送浆,且分段灌浆,确保灌浆质量。
5成果分析
混凝土试块试压成果分析:
根据设计要求,每根桩沉井护壁取混凝土试块二组、孔内回填混凝土取二组进行室内强度试验。
试验结果:
护壁混凝土试块最高强度45.5Mpa,最低强度26.4Mpa,达到250#强度共八组,强度合格率100%;回填混凝土试块最高强度41.6Mpa,最低强度23.8Mpa,达到200#强度共八组,强度合格率100%。
以上数据说明成桩质量完全满足设计要求。
6结语
该项工程钢筋混凝土沉井护壁人工挖孔抗滑桩基础于10月5日全面完成,上部钢筋混凝土渡槽工程于11月25日完成,12月1日天沙引水干渠通水运行
,及时解决了灌区人民群众的生产生活用水问题。
整个工程完成投资80.42万元,比采用振动冲击成孔灌注桩基础+钢筋混凝土渡槽上部结构工程方案整整节省了50万元。
目前该项治理工程已正常运行快两年了,充分说明钢筋混凝土沉井护壁人工挖孔抗滑桩在邛崃市高何镇境内凉风顶天沙引水干渠滑坡治理工程中的应用是十分成功的。
笔者认为,在高陡边坡松散堆积层滑坡治理中,因场地地形条件的局限,大型机械无法进场,而采用钢筋混凝土沉井护壁人工挖孔抗滑桩是非常可行的,既能保证工程质量和工期要求,又可以节省工程造价,值得推广应用。
参考文献:
[1]钟维昭.抗滑桩施工技术.成都水利.2000年第5期.
[2]罗云川,李华.人工挖孔桩施工中常见问题的处理.中国水利.2003.12A刊.
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