橋梁工程中鉆孔樁施工技術及質量事故處理

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的預應力先簡支后連續,基礎采用鉆孔灌注樁,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,流量隨季節變化很大,橋址區內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,水位隨季節變化很大,水質對鋼筋混凝土無侵蝕性。根據該橋址處地質情況、施工工期要求緊、施工場地環保等因素,選用鉆機成孔的施工方式。

2 鉆孔灌注樁主要施工技術

2.1 施工流程

施工流程見圖1。

2.2 護筒埋設施工

根據橋墩處的地質資料、設計圖紙及橋梁施工規范有關要求,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。在現場接長時要特別注意節與節的軸線偏差不僅要在允許范圍內,而且不能出現在同一方向上,鋼護筒軸線總傾斜不能超標,否則在鉆孔施工中極易出現鉆頭與鋼護筒打架現象,一旦發生,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、地質狀況差,為保證質量,加快進度,鉆孔主要采用正反循環回轉鉆機為主,沖擊鉆為輔的施工工藝。施鉆過程中根據地質變化,調整鉆孔方法:在淤泥層、黏土層、全風化層時,使用刮刀鉆頭。在進入較硬的巖層時,使用牙輪鉆頭。充分發揮兩種鉆頭各自的優點來提高鉆進速度,同時也保證樁孔的質量和成孔安全。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,在這種情況下,經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

采用泵吸式反循環回轉法鉆孔時,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。由鉆桿內腔吸上,再從出水控制閥經膠管排泄到沉淀池,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,應再次檢查孔內泥漿性能指標和孔底沉淀厚度,如超過規定,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依照設計及規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,保證接頭質量和樁孔安全,每節鋼筋籠采用冷擠壓套筒機械連接,連接時將上下節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意外事故,盡量縮短灌注時間,根據現場實際情況,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 施工中質量控制

鉆機選型要選扭矩大,鉆桿剛度大的反循環鉆機和沖擊鉆;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;鋼筋籠分節制造時要設好加勁箍的內支撐,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,節數多,其鋼筋接頭不宜采用現場電焊連接,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沉淀厚度也可能超標。因此必須采取反循環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,也要按規范要求對596的樁進行抽芯檢查。本工程樁基經超聲波、小應變的抽芯檢查,結果均為優良樁,其中Ⅰ類樁占87%以上。

3 鉆孔灌注樁施工質量事故處理措施探討

1)坍孔現象。在松散粉砂土或流砂中鉆進時,應控制進尺,選用較大比重、粘度、膠體率的優質泥漿(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);汛期或潮汐地區水位變化過大時,應采取升高護筒,增加水頭,或用虹吸管連接等措施;如發生孔口坍塌,可回填,重新埋設護筒再鉆;如發生孔內坍塌,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動,或回填土,摻片、卵石反復沖擊增強護壁;在有護筒防護范圍內,接縫處可由潛水工用棉絮堵塞,封閉接縫,穩住水頭。

3)鉆孔偏斜現象。安裝鉆機時要使轉盤、底座水平,起重滑輪緣、固定鉆桿的卡孔和護筒中心三者應在一條豎直線上,并經常檢查校正;由于主動鉆桿較長,轉動時上部擺動過大。必須在鉆架上增添導向架,使其沿導向架向下鉆進;鉆桿接頭應逐個檢查,及時調正。主動鉆桿彎曲,要用千斤頂及時調直;在有傾斜的軟、硬地層鉆進時,應吊住鉆桿控制進尺,低速鉆進。或回填片石、卵石沖平后再鉆進;一般可在偏斜處吊住鉆頭上下反復掃孔,使鉆孔正直。偏斜嚴重時,應回填砂黏土到偏斜處,待沉積密實后再鉆。沖擊鉆進時,應回填砂礫石和黃土待沉積密實后再鉆進。

4)導管進水現象。應立即將導管提出,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,灌注前均應將進入導管內的水和沉淀土用吸泥和抽水的設備去吸出。或用原導管插入最后用潛水泵將管內的水抽出后繼續灌注混凝土。為防止抽水后導管外的泥水穿透原灌混凝土從導管底口翻入,有足夠的深度,一般宜大于50 cm。

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

5)卡管現象。可用長桿沖搗導管內混凝土,用吊繩抖動導管,或在導管上安裝附著式振搗器等使隔水栓下落。機械發生故障或其他原因使混凝土在導管內停留時間過久,或灌注時間持續過長,最初灌注的混凝土已經初凝,增大了管內混凝土下落的阻力,混凝土堵在管內。其預防方法是灌注前應仔細檢修灌注機械,并準備備用機械,發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,孔內首批混凝土已初凝,導管內又堵塞有混凝土。此時處理方法為將導管拔出,用吸泥機將孔內表層混凝土和泥漿、渣土等吸出,重下新導管灌注。但灌注結束后,這根樁宜作斷樁再予以補強。

6)灌注樁補強現象。需補強的樁,除用地質鉆機已鉆一個取芯孔外,應再鉆一個孔。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,柱樁則應到達基巖。用高壓水泵向一個孔內壓入清水,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;為使漿液得到充分擴散,應壓一陣、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且閉進漿閘,穩壓燜漿20 min～30 min,壓漿工作即可結束;壓漿工作結束,水泥漿硬化以后,應再作一次鉆芯,檢查補強效果。

4 結語

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形式之一,它具有適應性強、對鄰近構筑物影響較小、抗震性強、施工噪聲小、無振動、所需的設備簡單、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構傳來的動載和靜載均勻的傳遞到深層穩定的土層中去,從而大大減少了基礎沉降和不均勻沉降,所以鋼筋混凝土鉆孔灌注樁被廣泛采用。

[1] 張 健.橋梁鉆孔灌注樁質量缺陷的防治與處理實踐[J].交通世界(建養?機械),2009(1):89-91.

[2] 陳天真,張 君.橋梁鉆孔灌注樁質量缺陷的防治與處理實踐[J].科技信息,2008(28):131-133.

[3] 范麒麟.淺談橋梁鉆孔灌注樁質量缺陷的防治與處理[J].中國新技術新產品,2008(10):18-22.

[4] 張良建,陸德生.公路橋梁鉆孔灌注樁施工工藝及質量控制[J].山西建筑,2009,35(7):335-337.