橋梁樁基礎施工與質量缺陷處理技術研究

劉樹豐,何啟軍

(萍鄉市贛西建筑服務有限責任公司)

1 沖擊鉆孔灌注樁施工技術

1.1 機具的選擇

施工前對機具必須進行合理選擇,循環鉆鉆進速度快、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為初步放樣→筑島→恢復定線→護筒埋設→鉆孔→成孔檢測清孔→下鋼筋籠→下導管→混凝土澆注→破樁頭→成樁檢測。

(1)初步放樣。

根據設計提供的導線點及水準點用全站儀及水準儀定位,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。

(3)護筒埋設,恢復定線。

草河大橋樁基礎設計樁徑為 1.5m。在樁基礎施工中,埋設護筒起到定位、導向作用,護筒內徑比樁徑大 200～400mm,護筒高度宜高出地面0.3m或水面 1.0～2.0m。草河大橋采用4m高鋼護筒,Ф1.8m,壁厚6mm。

(4)鉆孔。

按設計資料的地質條件,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層的成孔質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。

①主要機具設備要檢修,鉆機就位應平穩,不得產生位移和沉陷,孔位必須準確。

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

③鉆孔作業必須連續,并作好鉆孔施工記錄,經常對鉆孔泥漿進行檢測和試驗,防止孔壁坍塌,埋鉆頭的現象發生。

④鉆進過程中,每進 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剖面圖核對。

⑤在鉆孔排渣、提鉆頭除土或因故停鉆時,應保持孔內水頭和要求的泥漿指標。

(7)成孔檢測、清孔。

①成孔檢測:成孔檢測一般包括孔的中心位置、傾斜度、鉆孔底標高、深度、直徑、護筒頂標高等。孔的中心位置應在±100mm范圍內,孔徑﹥設計樁徑,傾斜度小于 1%,孔深不小于設計規定。

②清孔。

只有成孔檢測合格后才可清孔。草河大橋采用空壓機噴射方法,采用高壓泵向孔底射漿,用水下填充導管進行空氣反循環清孔。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。

孔內泥漿性能指標及沉淀厚度要求:泥漿比重 1.03～1.1;沉淀厚度＜30mm。

鋼筋籠安放至設計標高后,如泥漿指標及沉淀厚度超出標準,應進行第二次清孔,直至達到標準。

(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計標高。

②鋼筋籠的安放:整個樁采用3～4段鋼筋籠,在孔口進行單面邦條焊,接頭錯開 1m。

(9)導管、灌注機具的準備、混凝土的配制。

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

導管上口設置隔水堵頭和儲料斗,儲料斗口中蓋鋼扳,掛細鋼絲,灌注時用吊車吊出。

②灌注機具的準備:25t吊車1臺;攪拌機2臺(滿足灌注樁在混凝土初凝時間內完成);導管、儲料斗、吊斗1個; 1t翻 2臺、備用發電機 1臺;備用水泵以及吸泥機,高壓射水管等設備。

(10)混凝土的配制。

①水泥、中砂、石子分別送質監站檢測合格后,由質監站試配。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級水泥,初凝時間大于2.5h;碎石采用10～20mm、16～31.5mm各占一半,級配良好;砂子選用優質河砂。

③混凝土配制后要有良好的和易性,運輸和灌注過程中無顯著離析、泌水現象,保持足夠的流動性。

(11)灌注水下混凝土的關鍵技術措施。

①灌注水下混凝土是鉆孔樁施工的重要工序,在成孔質量檢測和清孔檢測合格后,方可進行灌注工作。灌注的時間控制在初凝時間2.5h內。

②首批混凝土的數量必須保證導管初次埋深≥1m和填充導管底部的需要。草河大橋每樁首批混凝土數量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,混凝土連續灌注,在灌注過程中,導管的埋置深度控制在 2～6m。

③混凝土拌合物運至灌注地點時,檢查均勻性和坍落度符合要求。

④首批混凝土灌入孔底后,立即探測孔內混凝土面高度,計算出導管內埋置深度,如符合要求即可正常灌注,如發現導管大量進水,表現出現事故,按應急方法處理。

⑤灌注混凝土應緊湊、連續地進行,嚴禁中途停工。在灌注過程中,要防止混凝土拌和物從漏斗處掉入孔中,使泥漿內含有水泥而變稠凝結,使測深不準確而影響導管的提升和拆除。

⑥導管提升時應保持軸線豎直和位置居中、逐步提升。

⑦當導管提升 1節或 2節時,可以拆除導管,然后將漏斗重新插入井口導管內,校好位置,繼續灌注。

⑧拆除導管動作要快,時間一般不超過 15min,要防止螺栓、橡膠墊和工具等掉入孔中,并注意安全。

⑨在灌注過程中,當導管內混凝土不滿含有空氣時,后續混凝土要徐徐灌入。

⑩當混凝土面升到鋼筋骨架下端時,要采取措施防止鋼筋骨架被混凝土頂托上升。

[11]在灌注過程中,應防止污染環境和河流。

[12]為確保樁頂質量,預留樁頭。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筒,應在灌注完后立即拔出,處于地面以下護筒,需待混凝土抗壓強度達到5MPa后方可拆除。

[14]在灌注將近結束時,如出現混凝土頂升困難時,可在孔內加水稀釋泥漿,并掏出部分沉淀物,使灌注順利進行。在拔出最后一段長導管時,拔管速度要慢,以防止樁頂沉淀的泥漿擠入導管,形成泥心。

[15]在灌樁時,每根樁應做 3組試塊,強度檢測不合格,要及時提出補救處理報告。

[16]混凝土灌注情況、各灌注時間、混凝土面的深度、導管埋深、導管拆除及發生的異常現象都由專人進行記錄。

(12)破樁頭:由人工或風鎬進行,破直至設計高程。要保持鋼筋的完整,樁頂基本平整、干凈。

2 樁基檢測質量劃分

(1)Ⅰ類樁。樁身完整,為優良樁;

(2)Ⅱ類樁。樁身有輕微缺陷,不會影響樁身結構承載力的正常發揮,為良好樁;

(3)Ⅲ類樁。樁身有明顯缺陷,對樁身結構承載力有影響,但為合格樁;

(4)Ⅳ類樁。樁身存在嚴重缺陷或斷樁,為不合格樁,必須經過采用合適的處理措施后經過檢測達到合格要求后才能予以使用,否則只有報廢。

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

3 樁基礎工程質量病害的處理技術

3.1 斷樁的處理技術

(1)Ф1500的樁,在 21m處堵管斷樁事故的處理技術。

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

(2)注漿漿液:純水泥漿水灰比為 1∶1.5、1∶1、0.8∶1三個等級,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、終凝時間,提高強度,提高水泥漿的可壓注性;注入水泥砂漿時,其水灰比為 1∶1。

(3)注漿壓力:0.50～1.0MPa。

(4)壓漿順序:根據降水漏斗原理,從一個孔順序向另一個孔交叉壓漿,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,當注漿壓力穩定在 1MPa時,可結束注漿。

(4)注漿異常現象處理。

①發生串漿現象:即漿液從其他孔中流出時,采用多臺泵同時注漿或堵塞串漿孔隔孔注漿;

②注漿壓力突然升高:可能發生了堵管,停機檢查;

③注漿量很大,壓力長時間不升高:則應調整漿液濃度及配合比,縮短凝膠時間,進行小量低壓力注漿或間歇式注漿,使漿液在裂隙中有相對停留時間,以便凝膠,但停留時間不能超過漿液的凝膠時間。

經過壓漿處理的樁基礎,在三個孔注漿后,通過聲測質量檢驗為合格。

3.2 接樁的處理技術

(1)0-2臺樁在灌注 3.3m混凝土后,由于混凝土過干,提升導管劇烈,造成導管下口變形,灌注混凝土不能繼續,3小時后宣布為斷樁。當時進行了 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用挖掘機挖出樁底混凝土,但必須做好強排水措施,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,在混凝土管中下鋼筋籠,灌注混凝土。最后考慮0-2臺樁比較淺(14m),而且中層細砂亞粘土互層,極易液化出現涌砂,塌孔現象,不宜采用前二種方案。通過采用第三種方案處理使樁質量檢測合符設計要求。

3.3 樁身夾泥病害樁的處理技術

(1)3-2墩樁在成樁檢測時發現在-8.7m處有樁身夾泥病害,傳統的方法是將缺陷樁鑿除再重新澆注,既費時又費力,而且造價昂貴。最后決定采用高壓噴射注漿法。

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

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

注漿施工技術與上述的斷樁處理技術中注漿部分相同。

3.4 樁身有溝槽樁的處理技術

不管采用的沖擊鉆還是回旋鉆也好,由于地質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課題,目前還沒有十分成熟的經驗。

在 4-1墩樁的施工中,由于遇到地下水潛流的作用,在PIT檢測合格的情況下,采用 10%的頻率抽芯取樣時發現:在-8.5m以下位置有連續 3.5m的芯樣出現不小于深度在5cm的溝槽,張開的缺口達到5～6cm。經過召開專題技術討論會研究,該樁基礎遇到了地下水潛流的作用,使得水下混凝土在 9h的終凝時間內被水流沖刷、掏空樁基礎而形成樁芯的溝槽。

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

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

4 結 論

沖擊鉆孔灌注樁是近年來橋梁建設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量的泥漿是保證成孔的關鍵,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,受到了交通質量監督權威部門的肯定,值得今后施工中予以推廣。