橋梁工程中鉆孔樁施工技術(shù)及質(zhì)量事故處理

陳亞飛

1 工程概況

桂林市市政工程總公司承建的魯班路北段A標心圩江橋梁工程,橋梁為3×25 m的預(yù)應(yīng)力先簡支后連續(xù),基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,樁徑為1.5 m,共 68根,總長486 m,其中樁基礎(chǔ)最長的全長為75 m。地基巖土從上到下依次為:粉土、細圓礫土、粗圓礫土、卵石土。橋址處水量極為豐富,水深2 m～3 m,流量隨季節(jié)變化很大,橋址區(qū)內(nèi)地下水為第四系孔隙潛水,水位埋深0.3 m～1.4 m,主要受大氣降水和河水補給,水位隨季節(jié)變化很大,水質(zhì)對鋼筋混凝土無侵蝕性。根據(jù)該橋址處地質(zhì)情況、施工工期要求緊、施工場地環(huán)保等因素,選用鉆機成孔的施工方式。

2 鉆孔灌注樁主要施工技術(shù)

2.1 施工流程

施工流程見圖1。

2.2 護筒埋設(shè)施工

根據(jù)橋墩處的地質(zhì)資料、設(shè)計圖紙及橋梁施工規(guī)范有關(guān)要求,鋼護筒需要穿過淤泥層和粉細砂層,長度需20 m左右。鋼護筒在工廠分節(jié)制造,運至工地電焊接長,吊裝就位后用振動錘振動下沉。在現(xiàn)場接長時要特別注意節(jié)與節(jié)的軸線偏差不僅要在允許范圍內(nèi),而且不能出現(xiàn)在同一方向上,鋼護筒軸線總傾斜不能超標,否則在鉆孔施工中極易出現(xiàn)鉆頭與鋼護筒打架現(xiàn)象,一旦發(fā)生,輕者要水下切割鋼護筒,重者鋼護筒卡住鉆頭,嚴重影響鉆孔施工的正常進行。

2.3 鉆孔施工

由于樁徑大、樁身長、地質(zhì)狀況差,為保證質(zhì)量,加快進度,鉆孔主要采用正反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機為主,沖擊鉆為輔的施工工藝。施鉆過程中根據(jù)地質(zhì)變化,調(diào)整鉆孔方法:在淤泥層、黏土層、全風(fēng)化層時,使用刮刀鉆頭。在進入較硬的巖層時,使用牙輪鉆頭。充分發(fā)揮兩種鉆頭各自的優(yōu)點來提高鉆進速度,同時也保證樁孔的質(zhì)量和成孔安全。由于在地面50 m左右以下就進入了堅硬的弱風(fēng)化砂巖,鉆進速度十分緩慢,鉆進時間較長,機械處于疲勞狀態(tài),在這種情況下,經(jīng)常檢查鉆頭和鉆桿是十分重要的,否則極易掉鉆頭或斷鉆桿。

2.4 清孔施工

采用泵吸式反循環(huán)回轉(zhuǎn)法鉆孔時,泥漿由儲漿池流入樁孔,到孔底同鉆渣混合,在真空泵與吸泥機配合或在空氣吸泥機、大力噴射泵的抽吸力作用下,混合物進入鉆錐的進渣口。由鉆桿內(nèi)腔吸上,再從出水控制閥經(jīng)膠管排泄到沉淀池,凈化后流入儲漿池混換使用。在吊入鋼筋骨架后,灌注水下混凝土之前,應(yīng)再次檢查孔內(nèi)泥漿性能指標和孔底沉淀厚度,如超過規(guī)定,進行第二次清孔,待符合要求后方可灌注水下混凝土。

2.5 鋼筋籠施工

鋼筋籠在鋼筋加工棚內(nèi)依照設(shè)計及規(guī)范要求分段加工成型。下鋼筋籠時,為加快下放速度,縮短吊裝時間,保證接頭質(zhì)量和樁孔安全,每節(jié)鋼筋籠采用冷擠壓套筒機械連接,連接時將上下節(jié)鋼筋籠主筋的中心對直,擠壓機與鋼筋軸線保持垂直,擠壓從套筒中央開始,并依次向兩端擠壓即可。

2.6 混凝土灌注施工

因樁的水下混凝土體積較大,每根樁接近60 m3。為防止灌注過程中出現(xiàn)意外事故,盡量縮短灌注時間,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,混凝土采用商品混凝土,用汽車泵送車直接泵送到樁口上方的大料斗,沖擊灌注,以保證混凝土的密實度。

2.7 施工中質(zhì)量控制

鉆機選型要選扭矩大,鉆桿剛度大的反循環(huán)鉆機和沖擊鉆;控制好鉆進速度,否則極易扭斷鉆桿、極易造成縮孔和斜孔;終孔后要用檢孔器檢查孔的直徑,用測斜儀或其他手段檢查樁傾斜度;鋼筋籠分節(jié)制造時要設(shè)好加勁箍的內(nèi)支撐,防止鋼筋籠在運輸及起吊過程中變形。由于鋼筋籠長近40 m,節(jié)數(shù)多,其鋼筋接頭不宜采用現(xiàn)場電焊連接,改用鋼套筒冷擠壓連接,將大大地減少施工時間;超聲波檢測管一定要有很好的水密性,否則一旦滲漏泥漿將會堵塞檢測管,造成超聲波檢測無法進行;雖然采用摩擦樁,但清孔要求很高,即使是第一次清孔做的再好,下完近百米的鋼筋籠后孔內(nèi)沉淀厚度也可能超標。因此必須采取反循環(huán)法或氣舉法進行第二次甚至第三次清孔。

對水下混凝土配合比一定要嚴格要求,不僅強度要滿足設(shè)計要求,而且其和易性、流動性、坍落度、泌水性均要滿足施工要求,依靠超聲波逐斷面檢查樁身截面混凝土質(zhì)量。對有疑問的樁,還需要進行混凝土抽芯補檢。即使是超聲波檢查均合格,也要按規(guī)范要求對596的樁進行抽芯檢查。本工程樁基經(jīng)超聲波、小應(yīng)變的抽芯檢查,結(jié)果均為優(yōu)良樁,其中Ⅰ類樁占87%以上。

3 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量事故處理措施探討

1)坍孔現(xiàn)象。在松散粉砂土或流砂中鉆進時,應(yīng)控制進尺,選用較大比重、粘度、膠體率的優(yōu)質(zhì)泥漿(或投入黏土摻片石、卵石,低錘沖擊使黏土膏、片石、卵石擠入孔壁);汛期或潮汐地區(qū)水位變化過大時,應(yīng)采取升高護筒,增加水頭,或用虹吸管連接等措施;如發(fā)生孔口坍塌,可回填,重新埋設(shè)護筒再鉆;如發(fā)生孔內(nèi)坍塌,判明坍塌位置,回填砂和黏土(或砂礫和黃土)混合物到坍孔位置以上1 m～2 m,如坍孔嚴重應(yīng)全部回填,待回填物沉積密實后再行鉆進;嚴格控制沖程高度和炸藥用量。

2)鉆孔漏漿現(xiàn)象。在透水性強或有地下水流動的地層中,稀泥漿會向孔外漏失;護筒埋設(shè)太淺,回填土不密實或護筒接縫不嚴密,會在護筒刃角或接縫處漏漿;也可能由于水頭過高使孔壁滲漿。為防止漏漿,可加稠泥漿或倒入黏土慢速轉(zhuǎn)動,或回填土,摻片、卵石反復(fù)沖擊增強護壁;在有護筒防護范圍內(nèi),接縫處可由潛水工用棉絮堵塞,封閉接縫,穩(wěn)住水頭。

3)鉆孔偏斜現(xiàn)象。安裝鉆機時要使轉(zhuǎn)盤、底座水平,起重滑輪緣、固定鉆桿的卡孔和護筒中心三者應(yīng)在一條豎直線上,并經(jīng)常檢查校正;由于主動鉆桿較長,轉(zhuǎn)動時上部擺動過大。必須在鉆架上增添導(dǎo)向架,使其沿導(dǎo)向架向下鉆進;鉆桿接頭應(yīng)逐個檢查,及時調(diào)正。主動鉆桿彎曲,要用千斤頂及時調(diào)直;在有傾斜的軟、硬地層鉆進時,應(yīng)吊住鉆桿控制進尺,低速鉆進?；蚧靥钇⒙咽瘺_平后再鉆進;一般可在偏斜處吊住鉆頭上下反復(fù)掃孔,使鉆孔正直。偏斜嚴重時,應(yīng)回填砂黏土到偏斜處,待沉積密實后再鉆。沖擊鉆進時,應(yīng)回填砂礫石和黃土待沉積密實后再鉆進。

4)導(dǎo)管進水現(xiàn)象。應(yīng)立即將導(dǎo)管提出,將散落在孔底的混凝土拌合物用抓斗清出,然后重新準備足夠儲量的首批混凝土重新灌注;視具體情況拔換原管重下新管,灌注前均應(yīng)將進入導(dǎo)管內(nèi)的水和沉淀土用吸泥和抽水的設(shè)備去吸出?；蛴迷瓕?dǎo)管插入最后用潛水泵將管內(nèi)的水抽出后繼續(xù)灌注混凝土。為防止抽水后導(dǎo)管外的泥水穿透原灌混凝土從導(dǎo)管底口翻入,有足夠的深度,一般宜大于50 cm。

導(dǎo)管因脫落造成的自上口進水事故后可先打撈起導(dǎo)管,用水泵將管內(nèi)泥水抽干,然后邊注入清水清洗導(dǎo)管內(nèi)壁邊抽至洗凈抽干。此時管內(nèi)混凝土面上口仍會留有少量泥水。接下來將導(dǎo)管上提,導(dǎo)管埋深控制在0.5 m左右,測量管內(nèi)混凝土深度,計算并注入適量新的混凝土(以能充分排出泥漿為宜)繼續(xù)灌注,當新的混凝土將泥水充分排出后再將導(dǎo)管向下插入0.5 m左右,繼續(xù)灌注至終結(jié)。第二次插入時導(dǎo)管底口以上的混凝土應(yīng)視作浮漿,以后的導(dǎo)管埋深要超過此時導(dǎo)管埋深的1.0 m以上,并且這些浮漿要在灌注終結(jié)時預(yù)留出來,以便鑿除。

5)卡管現(xiàn)象?？捎瞄L桿沖搗導(dǎo)管內(nèi)混凝土,用吊繩抖動導(dǎo)管,或在導(dǎo)管上安裝附著式振搗器等使隔水栓下落。機械發(fā)生故障或其他原因使混凝土在導(dǎo)管內(nèi)停留時間過久,或灌注時間持續(xù)過長,最初灌注的混凝土已經(jīng)初凝,增大了管內(nèi)混凝土下落的阻力,混凝土堵在管內(nèi)。其預(yù)防方法是灌注前應(yīng)仔細檢修灌注機械,并準備備用機械,發(fā)生故障立即掉換備用機械,同時采取措施,加速混凝土灌注速度,必要時,可在首批混凝土中摻入緩凝劑,以延緩混凝土的初凝時間。當灌注時間已久,孔內(nèi)首批混凝土已初凝,導(dǎo)管內(nèi)又堵塞有混凝土。此時處理方法為將導(dǎo)管拔出,用吸泥機將孔內(nèi)表層混凝土和泥漿、渣土等吸出,重下新導(dǎo)管灌注。但灌注結(jié)束后,這根樁宜作斷樁再予以補強。

6)灌注樁補強現(xiàn)象。需補強的樁,除用地質(zhì)鉆機已鉆一個取芯孔外,應(yīng)再鉆一個孔。一個作進漿孔,一個作出漿孔。孔深要求達到補強位置以下最少1 m,柱樁則應(yīng)到達基巖。用高壓水泵向一個孔內(nèi)壓入清水,將夾泥和松散的混凝土碎渣從另一個孔沖洗出來,直到排出清水為止;用壓漿泵壓漿,第一次壓入水灰比為0.8的純水泥稀漿,進漿管應(yīng)插入鉆孔1 m以上,用麻絮填塞進漿管周圍,防止水泥漿從進漿口冒出。待孔內(nèi)原有清水從出漿口壓出來后,再用水灰比0.5的濃水泥漿壓入;為使?jié){液得到充分擴散,應(yīng)壓一陣、停一陣,當濃漿從出漿口冒出時,停止壓漿,用碎石將出漿口封填,并用麻袋堵實;最后用水灰比為0.4的水泥漿壓入并增大灌漿壓力且關(guān)且閉進漿閘,穩(wěn)壓燜漿20 min～30 min,壓漿工作即可結(jié)束;壓漿工作結(jié)束,水泥漿硬化以后,應(yīng)再作一次鉆芯,檢查補強效果。

4 結(jié)語

鋼筋混凝土鉆孔灌注樁是普通跨徑橋梁工程最常用的基礎(chǔ)形式之一,它具有適應(yīng)性強、對鄰近構(gòu)筑物影響較小、抗震性強、施工噪聲小、無振動、所需的設(shè)備簡單、操作方便、施工安全等特點,而且鋼筋混凝土鉆孔灌注樁能將所有上部結(jié)構(gòu)傳來的動載和靜載均勻的傳遞到深層穩(wěn)定的土層中去,從而大大減少了基礎(chǔ)沉降和不均勻沉降,所以鋼筋混凝土鉆孔灌注樁被廣泛采用。

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