橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制的探討＊

王俊偉

(中鐵六局太原鐵建有限公司,山西太原 030013)

橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制的探討＊

王俊偉

(中鐵六局太原鐵建有限公司,山西太原 030013)

鉆孔樁基礎(chǔ)屬隱蔽工程,其工程質(zhì)量對(duì)橋梁安全意義重大。本文以改建鐵路膠濟(jì)客運(yùn)專線淄河特大橋樁基工程施工質(zhì)量控制為例,敘述了淄河特大橋的工程概況、樁基質(zhì)量控制目標(biāo)、樁基質(zhì)量控制措施、樁基施工易出現(xiàn)的問(wèn)題及處理措施等內(nèi)容,對(duì)橋梁樁基施工質(zhì)量控制進(jìn)行了具體的探討。

樁基;施工質(zhì)量;控制;措施

改建鐵路膠濟(jì)客運(yùn)專線工程是為適應(yīng)山東省客貨運(yùn)量增長(zhǎng)的需要,迎接2008年奧運(yùn)會(huì),提升濟(jì)南、青島等城市地位,由鐵道部、山東省共同籌資建設(shè)的重大基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目,屬于國(guó)家規(guī)劃的重要的客運(yùn)專線之一。膠濟(jì)客運(yùn)專線工程?hào)|起濱海城市青島,西經(jīng)濰坊、淄博至山東省會(huì)濟(jì)南,目標(biāo)時(shí)速200～250km/h。建成后濟(jì)南到青島的運(yùn)行時(shí)間由過(guò)去的4h縮短到2.5h,為2008年北京奧運(yùn)會(huì)青島奧運(yùn)帆船項(xiàng)目比賽提供更加優(yōu)質(zhì)快捷的服務(wù)。

一、工程概況

由我公司承建膠濟(jì)客運(yùn)專線的ZH-5標(biāo)(青州北至淄博段),本標(biāo)段中的淄河雙線特大橋工程位于山東省淄博市臨淄區(qū)東南約5公里,為跨越淄河及既有公路而設(shè),孔跨布置為22 ×32m,全長(zhǎng)744.04m。淄河屬季節(jié)性河流,河床沖溝較發(fā)育。地形起伏不大,地層較為簡(jiǎn)單,河床內(nèi)不良地質(zhì)有液化粉土及生活垃圾,特殊巖土有黃土質(zhì)粉質(zhì)黏土及膨脹土。本橋共計(jì)有樁基192根,按磨擦樁設(shè)計(jì),樁徑為1.0m和1.25m兩種,累計(jì)樁長(zhǎng)10674m。該橋雖然施工難度不高、地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,但樁基夾層多,有不良地質(zhì),這樣給樁基施工質(zhì)量控制帶來(lái)了一定的難度。因此,加強(qiáng)樁基質(zhì)量控制是關(guān)鍵的、必要的。

二、本橋樁基的質(zhì)量目標(biāo)

樁基的質(zhì)量如何,直接影響到橋梁的使用壽命。本工程設(shè)計(jì)年限為100年,為了確保樁基質(zhì)量,質(zhì)量目標(biāo)定為:Ⅰ類樁(優(yōu)質(zhì)樁)要求達(dá)到95%以上,其余為Ⅱ類樁(合格樁),杜絕出現(xiàn)Ⅲ類樁。如在樁基施工時(shí),出現(xiàn)Ⅲ類樁,即要求返工。

三、樁基質(zhì)量的控制措施

(一)對(duì)施工機(jī)械、人員的要求

機(jī)械的性能及功率如何,人員的素質(zhì)高低,是直接影響樁基質(zhì)量的決定性因素。因此,本工程中人員、機(jī)械進(jìn)場(chǎng)后,立即組織相關(guān)人員對(duì)進(jìn)場(chǎng)人員進(jìn)行培訓(xùn)考核、對(duì)進(jìn)場(chǎng)機(jī)械進(jìn)行檢查審核,對(duì)不符合要求的,立即更換。

(二)對(duì)樁基關(guān)鍵施工工序及環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)

根據(jù)地質(zhì)情況,本橋采用旋挖鉆機(jī)鉆孔,泥漿護(hù)壁法成孔,垂直導(dǎo)管法灌筑水下砼。同一橋墩下的樁基鉆孔時(shí)采用跳樁法施工。鉆孔前做好準(zhǔn)備工作,主要包括整理平整場(chǎng)地,布設(shè)施工便道,制作和埋設(shè)護(hù)筒,確定砼供應(yīng)數(shù)量及時(shí)間,設(shè)置供電及供水系統(tǒng),設(shè)置泥漿池制備泥漿,制作鋼筋籠和準(zhǔn)備鉆機(jī)等。在鉆孔施工前,精確放樣出樁孔位置,根據(jù)放樣出的墩臺(tái)和樁位中心位置,平整出施工場(chǎng)地。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做好泥漿池、污水排放的詳細(xì)規(guī)劃。

1.樁基定位

根據(jù)施工圖及設(shè)計(jì)導(dǎo)線控制樁,建立本橋坐標(biāo)控制網(wǎng),對(duì)樁基定位放線后,將測(cè)量放線報(bào)驗(yàn)資料報(bào)送監(jiān)理工程師檢查,經(jīng)檢查與施工圖及設(shè)計(jì)文件相符,并經(jīng)監(jiān)理工程師審核同意后,方可開(kāi)機(jī)鉆孔。

2.泥漿制備

根據(jù)施工需要設(shè)置相應(yīng)規(guī)格的泥漿池,對(duì)制備的泥漿應(yīng)試驗(yàn)全部性能指標(biāo),鉆進(jìn)時(shí)隨時(shí)檢查泥漿比重和含砂率。

①在砂類土,碎石土或黏土夾層中鉆孔,宜采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁。在黏性土中鉆孔,當(dāng)塑性指數(shù)大于15,浮渣能力滿足施工要求時(shí),可利用孔內(nèi)原土造漿護(hù)壁。

②泥漿性能指標(biāo),應(yīng)按鉆孔方法和地質(zhì)情況確定并應(yīng)符合下列要求:

a.入孔泥漿比重:1.1～1.3。

b.黏度:一般地層16～22S,松散宜塌地層19～28S。

c.含沙率:新制泥漿不大于4%。

d.膠體率:不小于95%。

e.pH值:應(yīng)大于6.5。

③鉆孔過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)檢驗(yàn)?zāi)酀{比重和含砂率,并填寫泥漿試驗(yàn)記錄表。

3.鋼導(dǎo)管試拼準(zhǔn)備

樁基灌筑水下砼時(shí)采用垂直導(dǎo)管法施工,導(dǎo)管應(yīng)符合以下要求:

①鋼導(dǎo)管內(nèi)壁應(yīng)光滑、圓順,內(nèi)徑一致,接口嚴(yán)密。導(dǎo)管采用直徑為30cm,壁厚不小于3mm。導(dǎo)管管節(jié)長(zhǎng)度,中間節(jié)宜為2m等長(zhǎng),底節(jié)可為4m,漏斗下宜用1m長(zhǎng)導(dǎo)管。

②導(dǎo)管使用前應(yīng)進(jìn)行試拼和試壓,按自下而上順序編號(hào)和標(biāo)示尺度。試壓壓力宜為孔底靜水壓力的1.5倍。

4.鉆孔

調(diào)直鉆桿,對(duì)好樁位或護(hù)壁中心(用對(duì)位圈),開(kāi)動(dòng)機(jī)器鉆進(jìn),出土,達(dá)到一定深度(視土質(zhì)和地下水情況)停鉆,向孔內(nèi)注入事先調(diào)制好的泥漿,然后繼續(xù)進(jìn)鉆。鉆孔時(shí)具體要求如下:

①鉆孔時(shí),孔內(nèi)水位宜高于護(hù)壁底角0.5m以上或地下水位以上1.5～2.0m,在鉆進(jìn)過(guò)程中,應(yīng)及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)水或泥漿,保持孔內(nèi)水頭高度和泥漿比重及黏度。

②鉆孔時(shí),起、落鉆頭速度均勻,不得過(guò)猛或驟然變速,孔內(nèi)出土不得堆積在鉆孔周圍,及時(shí)用裝載機(jī)將出土清運(yùn)至棄土場(chǎng)地。

③鉆孔時(shí),應(yīng)觀察主機(jī)所在地面和支腿支承處地面變化情況,發(fā)現(xiàn)下沉現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)停機(jī)處理。

④鉆孔作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,因故障停鉆,應(yīng)將鉆頭提出孔外,孔口應(yīng)加護(hù)蓋。鉆孔過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查并記錄土層變化情況,并與地質(zhì)剖面圖核對(duì)。鉆孔到達(dá)設(shè)計(jì)深度后,應(yīng)對(duì)孔位、孔徑、孔深和垂直度進(jìn)行檢驗(yàn),并填寫鉆孔記錄表?？孜黄畈坏么笥?cm,孔徑、孔深不小于設(shè)計(jì)尺寸,垂直度容許偏差1%。

5.成孔、清孔

鉆孔進(jìn)尺到設(shè)計(jì)標(biāo)高或遇地質(zhì)變更需終孔時(shí),要通知設(shè)計(jì)代表和監(jiān)理工程師到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),三方共同確認(rèn)質(zhì)條件、進(jìn)尺深度滿足設(shè)計(jì)要求,予以終孔。同時(shí)檢查樁孔中心位置、孔徑、傾斜度。

根據(jù)該橋地質(zhì)情況和環(huán)境條件,采用換漿法清孔,在清孔時(shí)應(yīng)及時(shí)向孔內(nèi)加注清水或新鮮泥漿,保持孔內(nèi)水位。清孔應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn):孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無(wú)2～3mm顆粒,泥漿比重不大于1.1,含砂率小于2%,黏度17～20s;澆筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于20cm。嚴(yán)禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔。

經(jīng)監(jiān)理工程師檢查孔底沉渣層厚度及孔內(nèi)泥漿滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后,即可安裝鋼筋籠。

6.鋼筋籠、聲測(cè)管制作及安裝

本橋樁基長(zhǎng)底為50～57m,鋼筋籠計(jì)劃分三節(jié)制作,每節(jié)鋼筋籠主筋采用閃光對(duì)焊連接,分節(jié)鋼筋籠之間主筋采用單面搭接焊連接。鋼筋籠制作時(shí),要分墩號(hào)、樁號(hào)和節(jié)號(hào)進(jìn)行制作及放置,現(xiàn)場(chǎng)做好標(biāo)識(shí),防止相互混淆。聲測(cè)管按照樁身鋼筋籠分節(jié)制作,沿鋼筋籠通長(zhǎng)、等距布置三根并綁扎在鋼筋籠內(nèi)側(cè),將底端焊鋼板進(jìn)行封口,隨鋼筋籠入孔時(shí)分節(jié)進(jìn)行焊接。

鋼筋籠制作過(guò)程中,檢查焊工上崗證,杜絕無(wú)證上崗,焊接時(shí)保證焊縫飽滿且無(wú)傷主筋現(xiàn)象。鋼筋籠制作完后,需經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后,方可使用。

清孔達(dá)標(biāo)后應(yīng)立即安裝鋼筋籠。鋼筋籠放到設(shè)計(jì)位置時(shí),應(yīng)立即固定,防止灌注砼過(guò)程中鋼筋籠上浮及保證鋼筋籠中心位置準(zhǔn)確。平面位置偏差不大于5cm,底面高程偏差不大于±10cm。

7.澆灌水下砼

本橋樁基砼采用C30抗侵蝕耐久性砼,委托國(guó)家認(rèn)證的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)試配砼及出具水下砼配合比,采用商砼站或砼攪拌站集中拌制、罐車運(yùn)輸;灌注砼時(shí),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)進(jìn)行入孔前砼坍落度檢測(cè),控制在18～22cm間,如果超出范圍應(yīng)退回?cái)嚢枵局匦录庸ぬ幚?。下首批砼之?控制導(dǎo)管離孔底高度控制約0.4 m,計(jì)算首批砼量,使首批砼埋管深度不小于1.0m。首批砼下管后,澆灌砼全過(guò)程保持連續(xù),并在砼終凝之前完成整根樁砼澆灌。

(三)樁基質(zhì)量檢測(cè)

樁基質(zhì)量可通過(guò)先進(jìn)、科學(xué)的檢測(cè)方法后,做出檢測(cè)結(jié)論。樁基的檢測(cè)方法有三種:一是反射波法,二是超聲波透射法,三是鉆芯法,其中反射波法及超聲波透射法屬無(wú)破損檢測(cè)。檢測(cè)方法必須符合鐵道部現(xiàn)行《鐵路工程基樁無(wú)損檢測(cè)規(guī)程》(TB l0218)、《鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)規(guī)程》(TB l0426)中的規(guī)定。

為了保證做到根根樁質(zhì)量可靠,結(jié)合本橋的實(shí)際情況,所有的樁基都采用超聲波透射法檢測(cè),當(dāng)樁身砼達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后,采用風(fēng)鎬或小型破碎炮鑿除樁頭至超出設(shè)計(jì)標(biāo)高0.2m位置,再采用人工鑿除整平。然后聯(lián)系有檢測(cè)資質(zhì)的專業(yè)試驗(yàn)室進(jìn)行樁基超聲波檢測(cè);按時(shí)將砼試件送至試驗(yàn)室做耐久性砼的抗壓、電通量等各項(xiàng)檢測(cè)。

四、樁基施工過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題及預(yù)防處理措施

(一)鉆孔偏斜

這是在施工中最為常見(jiàn)的一種,偏斜原因及處理措施如下:

①樁架不穩(wěn),鉆桿導(dǎo)架不垂直,鉆機(jī)磨耗,部件松動(dòng)。故此在開(kāi)鉆前一定要檢查鉆機(jī)的穩(wěn)定性與垂直度,在鉆進(jìn)過(guò)程中要隨時(shí)復(fù)核,如有偏差及時(shí)處理。

②土層軟硬不均,致使鉆頭受力不均。在地層分層處要注意控制鉆速,不要過(guò)快,同時(shí)要采用減壓鉆進(jìn)。

預(yù)防措施:可在施工中采用加扶正圈導(dǎo)正,全孔減壓鉆進(jìn)的防斜措施。扶正圈直徑比設(shè)計(jì)樁徑小20厘米,扶正圈的位置放在離鉆頭5～6m處,必要時(shí)可每鉆進(jìn)20～30m加一扶正圈,以加強(qiáng)鉆具的導(dǎo)向性。

(二)塌孔

其表征是孔內(nèi)水位突然上升又下降,孔口冒細(xì)密的水泡,出渣量明顯增加而不見(jiàn)進(jìn)尺,鉆機(jī)負(fù)荷顯著增加。

塌孔原因主要有:護(hù)筒埋置過(guò)淺,周圍封填不密,漏水;操作不當(dāng),如提升鉆頭或放鋼筋骨架時(shí)碰撞孔壁;泥漿稠度小,起不到護(hù)壁作用;泥漿水位高度不夠,對(duì)孔壁壓力小;向孔內(nèi)加水時(shí)流速過(guò)大,直接沖刷孔壁;在松軟砂層中鉆進(jìn)時(shí)進(jìn)尺過(guò)快。

處理措施:事故發(fā)生后應(yīng)查明塌孔位置后進(jìn)行處理。塌孔位置不深時(shí),可采取深埋護(hù)筒,穿過(guò)塌孔處。塌孔位置深時(shí),塌孔不嚴(yán)重時(shí),可回填到塌孔位置以上,并采取改善泥漿性能,加高水頭措施,繼續(xù)鉆進(jìn)。塌孔嚴(yán)重時(shí),應(yīng)立即將鉆孔用砂類土或礫石土回填,無(wú)此類土?xí)r可采用粘質(zhì)土并摻入5%～8%的水泥砂漿,觀察數(shù)日后重新開(kāi)鉆。

(三)擴(kuò)孔與縮徑

擴(kuò)孔多系孔壁小塌孔或鉆錐擺動(dòng)過(guò)大,應(yīng)針對(duì)原因采取措施?？s徑常因地層中含有遇水能膨脹的軟塑性土或泥質(zhì)葉巖造成;鉆錐磨損過(guò)甚也可造成孔徑偏小。

預(yù)防措施:前者應(yīng)采取失水率較小的優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁,后者應(yīng)及時(shí)焊補(bǔ)鉆錐。

處理措施:縮徑已發(fā)生后,可采取鉆錐上下反復(fù)掃孔,擴(kuò)大孔徑。

(四)初灌導(dǎo)管進(jìn)水

第一批混凝土拌合物下落后,導(dǎo)管進(jìn)水時(shí),應(yīng)將已灌注的拌和物用吸泥機(jī)(可用導(dǎo)管作吸泥管)全部吸出,針對(duì)進(jìn)水的原因,改進(jìn)操作工藝或增加首批砼儲(chǔ)量,重新灌注。

(五)初灌導(dǎo)管堵塞

多因隔水硬球塞不符合要求被卡住而產(chǎn)生?？刹捎瞄L(zhǎng)桿沖搗,或用附著于導(dǎo)管外側(cè)的振動(dòng)器振動(dòng)導(dǎo)管,或提升導(dǎo)管迅速下落振沖,或用鉆桿上加配重沖擊導(dǎo)管內(nèi)混凝土。若上述方法無(wú)效,應(yīng)提出導(dǎo)管,取出障礙物,重新改用其他隔水設(shè)施灌注。還有一種為氣堵,當(dāng)混凝土滿管下落時(shí),導(dǎo)管內(nèi)混凝土(或泥漿)面至導(dǎo)管口的空氣被壓縮,當(dāng)導(dǎo)管外泥漿壓力和混凝土壓力處于平衡狀態(tài)時(shí)就出現(xiàn)氣堵現(xiàn)象。解決氣堵現(xiàn)象的措施為首批混凝土澆注時(shí),在泥漿面以上的導(dǎo)管中間要開(kāi)孔排氣,當(dāng)首批混凝土滿管下落時(shí),空氣能從孔口排掉。

(六)鋼筋籠骨架上升

除去一般被掛上升的原因外,主要是由于混凝土沖出導(dǎo)管底口后向上的頂托力造成的。為防止鋼筋骨架上浮,當(dāng)灌注的混凝土頂面距鋼筋骨架底部1m左右時(shí),降低混凝土的灌注速度。當(dāng)混凝土上升到骨架底口4m以上時(shí),提升導(dǎo)管,使其底口高于骨架底口2m以上,即可恢復(fù)正常的灌注速度。輔助方法是將鋼筋骨架頂端與護(hù)筒連接。

(七)埋管

灌注過(guò)程中導(dǎo)管提升不動(dòng),或灌注完畢后導(dǎo)管拔不出來(lái),統(tǒng)稱埋管。常因?qū)Ч苈裰眠^(guò)深所致,若已成埋管故障,宜插入一直徑稍小的護(hù)筒至已灌注混凝土中,用吸泥機(jī)吸出混凝土表面上泥渣,拔出安全護(hù)筒,重新下導(dǎo)管灌注,灌注完成后上下斷層間予以補(bǔ)強(qiáng)。

(八)灌短樁頭

灌注結(jié)束后,樁頭高程低于設(shè)計(jì)高程,屬于樁頭灌短事故。多由灌注過(guò)程中孔壁斷續(xù)發(fā)生小塌方,施工人員未發(fā)覺(jué)、處理,探測(cè)捶達(dá)不到混凝土表面造成。規(guī)范要求鉆孔樁應(yīng)超澆0.8m左右的混凝土,目的是用來(lái)保證樁頭混凝土質(zhì)量,避免導(dǎo)管拔出時(shí)出現(xiàn)泥漿芯在樁體內(nèi)。施工時(shí)一方面要依靠測(cè)深錘來(lái)測(cè)定樁頂標(biāo)高,另一方面要將孔壁測(cè)試結(jié)果和砼澆筑方量來(lái)校核最后的混凝土面是否正確,確保樁頭質(zhì)量。

五、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)我們合理、有效、科學(xué)的管理及精心組織施工,淄河特大橋的192根鉆孔樁基礎(chǔ)在開(kāi)工后2個(gè)月內(nèi)順利全部施工完畢。按照建設(shè)單位對(duì)全線樁基檢測(cè)的要求,我們委托濟(jì)南鐵路誠(chéng)意工程檢測(cè)有限公司對(duì)本橋全部樁基進(jìn)行了檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果為:Ⅰ類樁(優(yōu)質(zhì)樁)為186根、Ⅱ類樁(合格樁)6根,Ⅰ類樁數(shù)量達(dá)到96.8%。圓滿實(shí)現(xiàn)了我們開(kāi)工前制定的樁基施工質(zhì)量目標(biāo)。

鉆孔樁施工工藝已經(jīng)日漸成熟,只要我們嚴(yán)格按照規(guī)范要求施工,加強(qiáng)質(zhì)量管理,制定切實(shí)有效的施工安全質(zhì)量控制措施,及時(shí)解決施工中出現(xiàn)的各種問(wèn)題,必定能夠創(chuàng)造出精品工程。

[1]客運(yùn)專線鐵路橋梁工程施工技術(shù)指南[S].北京:中國(guó)鐵道出版社.

[2]客運(yùn)專線鐵路橋梁工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)鐵道出版社.

[3]鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)鐵道出版社.

2010-03-18

王俊偉(1978-),男,工程師。