橋梁樁基礎(chǔ)施工與質(zhì)量缺陷處理技術(shù)研究

劉樹(shù)豐,何啟軍

(萍鄉(xiāng)市贛西建筑服務(wù)有限責(zé)任公司)

1 沖擊鉆孔灌注樁施工技術(shù)

1.1 機(jī)具的選擇

施工前對(duì)機(jī)具必須進(jìn)行合理選擇,循環(huán)鉆鉆進(jìn)速度快、成孔好、清孔干凈,但不適宜硬巖層及孤石、卵石;沖擊鉆適用廣泛,但速度慢、成孔質(zhì)量不高。

1.2 沖擊鉆孔灌注樁施工工藝

鉆孔灌注樁的施工順序?yàn)槌醪椒艠印u→恢復(fù)定線→護(hù)筒埋設(shè)→鉆孔→成孔檢測(cè)清孔→下鋼筋籠→下導(dǎo)管→混凝土澆注→破樁頭→成樁檢測(cè)。

(1)初步放樣。

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的導(dǎo)線點(diǎn)及水準(zhǔn)點(diǎn)用全站儀及水準(zhǔn)儀定位,放樣后用鋼尺校核。

(2)筑島。

采用草袋圍堰,普通土填充,筑島高出水面 1.5cm為準(zhǔn)。

(3)護(hù)筒埋設(shè),恢復(fù)定線。

草河大橋樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁徑為 1.5m。在樁基礎(chǔ)施工中,埋設(shè)護(hù)筒起到定位、導(dǎo)向作用,護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大 200～400mm,護(hù)筒高度宜高出地面0.3m或水面 1.0～2.0m。草河大橋采用4m高鋼護(hù)筒,Ф1.8m,壁厚6mm。

(4)鉆孔。

按設(shè)計(jì)資料的地質(zhì)條件,草河大橋選用沖擊鉆鉆孔。(5)泥漿的配制。

為保證中層易液化坍塌砂質(zhì)層的成孔質(zhì)量和最終能將孔底清理干凈,泥漿配合比為m水∶m膨土∶m粘土∶mNaOH∶mCMC= 1000∶100∶60∶1.5∶1.5。

(6)沖擊鉆鉆孔施工要點(diǎn)。

①主要機(jī)具設(shè)備要檢修,鉆機(jī)就位應(yīng)平穩(wěn),不得產(chǎn)生位移和沉陷,孔位必須準(zhǔn)確。

②沖錐的鋼絲繩與鋼護(hù)筒中心位置偏差不大于 2cm,升降錐頭時(shí)要平穩(wěn),不得碰撞護(hù)壁和孔壁。

③鉆孔作業(yè)必須連續(xù),并作好鉆孔施工記錄,經(jīng)常對(duì)鉆孔泥漿進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn),防止孔壁坍塌,埋鉆頭的現(xiàn)象發(fā)生。

④鉆進(jìn)過(guò)程中,每進(jìn) 5～8m檢查鉆孔直徑和豎直度,在地層變化處撈渣取樣,判明后記入記錄表中并與地質(zhì)剖面圖核對(duì)。

⑤在鉆孔排渣、提鉆頭除土或因故停鉆時(shí),應(yīng)保持孔內(nèi)水頭和要求的泥漿指標(biāo)。

(7)成孔檢測(cè)、清孔。

①成孔檢測(cè):成孔檢測(cè)一般包括孔的中心位置、傾斜度、鉆孔底標(biāo)高、深度、直徑、護(hù)筒頂標(biāo)高等。孔的中心位置應(yīng)在±100mm范圍內(nèi),孔徑﹥?cè)O(shè)計(jì)樁徑,傾斜度小于 1%,孔深不小于設(shè)計(jì)規(guī)定。

②清孔。

只有成孔檢測(cè)合格后才可清孔。草河大橋采用空壓機(jī)噴射方法,采用高壓泵向孔底射漿,用水下填充導(dǎo)管進(jìn)行空氣反循環(huán)清孔。噴射壓力適中(0.8～1MPa),使孔底及邊角處的鉆渣也能隨之吸出。

孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)及沉淀厚度要求:泥漿比重 1.03～1.1;沉淀厚度＜30mm。

鋼筋籠安放至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,如泥漿指標(biāo)及沉淀厚度超出標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)進(jìn)行第二次清孔,直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

(8)鋼筋籠的制造和安放。

①鋼筋籠制造:鋼筋籠在胎膜上一次成形,以確保鋼筋籠不彎曲而順利落到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

②鋼筋籠的安放:整個(gè)樁采用3～4段鋼筋籠,在孔口進(jìn)行單面邦條焊,接頭錯(cuò)開(kāi) 1m。

(9)導(dǎo)管、灌注機(jī)具的準(zhǔn)備、混凝土的配制。

①下導(dǎo)管:草河大橋采用Φ300mm鋼導(dǎo)管,使用前進(jìn)行了水密、承壓和接頭抗拉等試驗(yàn)。導(dǎo)管位置居中,軸線順直,穩(wěn)步沉放,防止卡掛鋼筋骨架和孔壁碰撞,導(dǎo)管下口到孔底的距離一般控制在 25～40cm之間。

導(dǎo)管上口設(shè)置隔水堵頭和儲(chǔ)料斗,儲(chǔ)料斗口中蓋鋼扳,掛細(xì)鋼絲,灌注時(shí)用吊車吊出。

②灌注機(jī)具的準(zhǔn)備:25t吊車1臺(tái);攪拌機(jī)2臺(tái)(滿足灌注樁在混凝土初凝時(shí)間內(nèi)完成);導(dǎo)管、儲(chǔ)料斗、吊斗1個(gè); 1t翻 2臺(tái)、備用發(fā)電機(jī) 1臺(tái);備用水泵以及吸泥機(jī),高壓射水管等設(shè)備。

(10)混凝土的配制。

①水泥、中砂、石子分別送質(zhì)監(jiān)站檢測(cè)合格后,由質(zhì)監(jiān)站試配。C25水下混凝土的配合比為 m水泥∶m中砂∶m石子∶m水= 1∶1.683∶2.634∶0.537,坍落度為 180～220mm。

②水泥采用普通硅酸鹽 42.5級(jí)水泥,初凝時(shí)間大于2.5h;碎石采用10～20mm、16～31.5mm各占一半,級(jí)配良好;砂子選用優(yōu)質(zhì)河砂。

③混凝土配制后要有良好的和易性,運(yùn)輸和灌注過(guò)程中無(wú)顯著離析、泌水現(xiàn)象,保持足夠的流動(dòng)性。

(11)灌注水下混凝土的關(guān)鍵技術(shù)措施。

①灌注水下混凝土是鉆孔樁施工的重要工序,在成孔質(zhì)量檢測(cè)和清孔檢測(cè)合格后,方可進(jìn)行灌注工作。灌注的時(shí)間控制在初凝時(shí)間2.5h內(nèi)。

②首批混凝土的數(shù)量必須保證導(dǎo)管初次埋深≥1m和填充導(dǎo)管底部的需要。草河大橋每樁首批混凝土數(shù)量1.8m3加吊斗0.6m3共2.4m3,保證了初次埋深﹥1.5m,首批混凝土拌和物下落后,混凝土連續(xù)灌注,在灌注過(guò)程中,導(dǎo)管的埋置深度控制在 2～6m。

③混凝土拌合物運(yùn)至灌注地點(diǎn)時(shí),檢查均勻性和坍落度符合要求。

④首批混凝土灌入孔底后,立即探測(cè)孔內(nèi)混凝土面高度,計(jì)算出導(dǎo)管內(nèi)埋置深度,如符合要求即可正常灌注,如發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管大量進(jìn)水,表現(xiàn)出現(xiàn)事故,按應(yīng)急方法處理。

⑤灌注混凝土應(yīng)緊湊、連續(xù)地進(jìn)行,嚴(yán)禁中途停工。在灌注過(guò)程中,要防止混凝土拌和物從漏斗處掉入孔中,使泥漿內(nèi)含有水泥而變稠凝結(jié),使測(cè)深不準(zhǔn)確而影響導(dǎo)管的提升和拆除。

⑥導(dǎo)管提升時(shí)應(yīng)保持軸線豎直和位置居中、逐步提升。

⑦當(dāng)導(dǎo)管提升 1節(jié)或 2節(jié)時(shí),可以拆除導(dǎo)管,然后將漏斗重新插入井口導(dǎo)管內(nèi),校好位置,繼續(xù)灌注。

⑧拆除導(dǎo)管動(dòng)作要快,時(shí)間一般不超過(guò) 15min,要防止螺栓、橡膠墊和工具等掉入孔中,并注意安全。

⑨在灌注過(guò)程中,當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)混凝土不滿含有空氣時(shí),后續(xù)混凝土要徐徐灌入。

⑩當(dāng)混凝土面升到鋼筋骨架下端時(shí),要采取措施防止鋼筋骨架被混凝土頂托上升。

[11]在灌注過(guò)程中,應(yīng)防止污染環(huán)境和河流。

[12]為確保樁頂質(zhì)量,預(yù)留樁頭。一般為 0.5～1m,深樁為1m。

[13]處于地面及樁頂以上的井口整體式鋼性護(hù)筒,應(yīng)在灌注完后立即拔出,處于地面以下護(hù)筒,需待混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到5MPa后方可拆除。

[14]在灌注將近結(jié)束時(shí),如出現(xiàn)混凝土頂升困難時(shí),可在孔內(nèi)加水稀釋泥漿,并掏出部分沉淀物,使灌注順利進(jìn)行。在拔出最后一段長(zhǎng)導(dǎo)管時(shí),拔管速度要慢,以防止樁頂沉淀的泥漿擠入導(dǎo)管,形成泥心。

[15]在灌樁時(shí),每根樁應(yīng)做 3組試塊,強(qiáng)度檢測(cè)不合格,要及時(shí)提出補(bǔ)救處理報(bào)告。

[16]混凝土灌注情況、各灌注時(shí)間、混凝土面的深度、導(dǎo)管埋深、導(dǎo)管拆除及發(fā)生的異?，F(xiàn)象都由專人進(jìn)行記錄。

(12)破樁頭:由人工或風(fēng)鎬進(jìn)行,破直至設(shè)計(jì)高程。要保持鋼筋的完整,樁頂基本平整、干凈。

2 樁基檢測(cè)質(zhì)量劃分

(1)Ⅰ類樁。樁身完整,為優(yōu)良樁;

(2)Ⅱ類樁。樁身有輕微缺陷,不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮,為良好樁;

(3)Ⅲ類樁。樁身有明顯缺陷,對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響,但為合格樁;

(4)Ⅳ類樁。樁身存在嚴(yán)重缺陷或斷樁,為不合格樁,必須經(jīng)過(guò)采用合適的處理措施后經(jīng)過(guò)檢測(cè)達(dá)到合格要求后才能予以使用,否則只有報(bào)廢。

樁基按小應(yīng)變檢測(cè)分三類樁,一類是正常合格的,二類是有缺陷但可以正常使用,三類樁就要補(bǔ)樁或重新澆搗等返工處理了。

3 樁基礎(chǔ)工程質(zhì)量病害的處理技術(shù)

3.1 斷樁的處理技術(shù)

(1)Ф1500的樁,在 21m處堵管斷樁事故的處理技術(shù)。

斷樁其實(shí)是樁基礎(chǔ)施工中很容易出現(xiàn)的事故,處理方法一般是:鉆芯 2～3個(gè),用高壓空壓機(jī)接水管往下去吹。水管底部用個(gè)彎頭,一邊灌清水,渣子能從另外芯孔內(nèi)吹出后,再灌注高壓水泥漿,直至從另一個(gè)孔出漿為止。

(2)注漿漿液:純水泥漿水灰比為 1∶1.5、1∶1、0.8∶1三個(gè)等級(jí),水泥漿由稀到濃逐漸變換,直至變濃至 0.8∶1為止。混合物中摻入一定量的三乙醇胺與氯化鈉溶液,以縮短初凝、終凝時(shí)間,提高強(qiáng)度,提高水泥漿的可壓注性;注入水泥砂漿時(shí),其水灰比為 1∶1。

(3)注漿壓力:0.50～1.0MPa。

(4)壓漿順序:根據(jù)降水漏斗原理,從一個(gè)孔順序向另一個(gè)孔交叉壓漿,如遇串漿或跑漿,可隔段或幾段壓注漿液;用壓漿泵壓注漿液,當(dāng)注漿壓力穩(wěn)定在 1MPa時(shí),可結(jié)束注漿。

(4)注漿異?，F(xiàn)象處理。

①發(fā)生串漿現(xiàn)象:即漿液從其他孔中流出時(shí),采用多臺(tái)泵同時(shí)注漿或堵塞串漿孔隔孔注漿;

②注漿壓力突然升高:可能發(fā)生了堵管,停機(jī)檢查;

③注漿量很大,壓力長(zhǎng)時(shí)間不升高:則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比,縮短凝膠時(shí)間,進(jìn)行小量低壓力注漿或間歇式注漿,使?jié){液在裂隙中有相對(duì)停留時(shí)間,以便凝膠,但停留時(shí)間不能超過(guò)漿液的凝膠時(shí)間。

經(jīng)過(guò)壓漿處理的樁基礎(chǔ),在三個(gè)孔注漿后,通過(guò)聲測(cè)質(zhì)量檢驗(yàn)為合格。

3.2 接樁的處理技術(shù)

(1)0-2臺(tái)樁在灌注 3.3m混凝土后,由于混凝土過(guò)干,提升導(dǎo)管劇烈,造成導(dǎo)管下口變形,灌注混凝土不能繼續(xù),3小時(shí)后宣布為斷樁。當(dāng)時(shí)進(jìn)行了 3種方案的比較。

①用大于 1.8m沖擊鉆硬沖,但中層易液化、塌孔,不宜采用;

②在孔內(nèi)填入毛石,用 1.8m沖擊鉆沖孔,將鋼筋籠及樁底混凝土砸入樁四壁及樁底;

③用挖掘機(jī)挖出樁底混凝土,但必須做好強(qiáng)排水措施,然后下Φ1.8m水泥混凝土管,豎直疊起,混凝土管四周分層填筑砂礫粘土并夯實(shí),在混凝土管中下鋼筋籠,灌注混凝土。最后考慮0-2臺(tái)樁比較淺(14m),而且中層細(xì)砂亞粘土互層,極易液化出現(xiàn)涌砂,塌孔現(xiàn)象,不宜采用前二種方案。通過(guò)采用第三種方案處理使樁質(zhì)量檢測(cè)合符設(shè)計(jì)要求。

3.3 樁身夾泥病害樁的處理技術(shù)

(1)3-2墩樁在成樁檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)在-8.7m處有樁身夾泥病害,傳統(tǒng)的方法是將缺陷樁鑿除再重新澆注,既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力,而且造價(jià)昂貴。最后決定采用高壓噴射注漿法。

①在樁頂布設(shè) 3個(gè)鉆芯孔,鉆孔取芯至缺陷部分以下50cm,仔細(xì)分析缺陷處芯樣,查明了缺陷位置和范圍。

②將注漿管通過(guò)鉆孔設(shè)置到夾泥區(qū),用泵壓大于20MPa的高壓水流對(duì)缺陷段自下而上進(jìn)行切割噴射,噴射時(shí)噴管提升速度為10cm/min,旋進(jìn)速度為20r/min,噴射處理長(zhǎng)度上下各延長(zhǎng) 50cm,一孔進(jìn)行切割而另一孔有水溢出時(shí)可認(rèn)定病害區(qū)已打通,可換另外二孔,直至 3個(gè)孔全部打通。鉆孔之間連通后,壓入清水利用水循環(huán)將廢渣排出樁身,當(dāng)出水口的水由濁變清時(shí),再換其它孔輪流處理,直至所有的孔水流都為清水時(shí),清渣工作結(jié)束。

注漿施工技術(shù)與上述的斷樁處理技術(shù)中注漿部分相同。

3.4 樁身有溝槽樁的處理技術(shù)

不管采用的沖擊鉆還是回旋鉆也好,由于地質(zhì)條件勘探的不完整性,特別是地下水潛流的勘察更是目前地下工程中的難點(diǎn)課題,目前還沒(méi)有十分成熟的經(jīng)驗(yàn)。

在 4-1墩樁的施工中,由于遇到地下水潛流的作用,在PIT檢測(cè)合格的情況下,采用 10%的頻率抽芯取樣時(shí)發(fā)現(xiàn):在-8.5m以下位置有連續(xù) 3.5m的芯樣出現(xiàn)不小于深度在5cm的溝槽,張開(kāi)的缺口達(dá)到5～6cm。經(jīng)過(guò)召開(kāi)專題技術(shù)討論會(huì)研究,該樁基礎(chǔ)遇到了地下水潛流的作用,使得水下混凝土在 9h的終凝時(shí)間內(nèi)被水流沖刷、掏空樁基礎(chǔ)而形成樁芯的溝槽。

處理方法是采用安放帶刃腳的鋼護(hù)筒(鋼板厚度為10mm),直徑為Φ2000,每 2m一節(jié),在不斷開(kāi)挖的同時(shí),依靠鋼護(hù)筒自重往下沉降,然后再在鋼護(hù)筒上接上上一級(jí)的鋼護(hù)筒,直至超出需要處理的標(biāo)高以下 1.0m。

開(kāi)挖的方法是用高壓風(fēng)鎬對(duì)稱鑿除鋼筋混凝土和原樁身與鋼護(hù)筒之間的原狀土石層,在鋼護(hù)筒有偏斜時(shí),采用高壓水反向沖射鋼護(hù)筒外側(cè),以達(dá)到不偏位的目的。澆搗混凝土方法可以采用接樁的施工工藝來(lái)完成。

4 結(jié) 論

沖擊鉆孔灌注樁是近年來(lái)橋梁建設(shè)中采用的基本方法之一,怎么掌握好沖擊鉆孔灌注樁的施工工藝及病害的處理也是難題之一。總之,采用正確的沖擊鉆鉆孔工藝和配制高質(zhì)量的泥漿是保證成孔的關(guān)鍵,采用正確灌注水下混凝土方法可有效地防止灌注樁病害的發(fā)生。另外,上述處理灌注樁病害的方法均取得了成功,受到了交通質(zhì)量監(jiān)督權(quán)威部門(mén)的肯定,值得今后施工中予以推廣。