沖孔樁在橋梁樁基施工中的應用探討

馬東旭

(河北省唐山市交通運輸局公路工程處)

1 沖孔樁基本原理

沖孔施工法是采用沖擊式鉆機或卷揚機帶動一定重量的沖擊鉆頭,在設定的高度內使鉆頭提升,然后空放使鉆頭自由降落,利用沖擊動能沖擠土層或破碎巖層形成樁孔,再用循環液將鉆渣和巖屑排出。每次沖擊之后,沖擊鉆頭在鋼絲繩轉向裝置帶動下轉動一定的角度,從而使樁孔得到規則的斷面和相應的孔深。

2 施工工藝

2.1 沖孔樁樁位放樣

依據樁位平面設計圖紙要求,建立平面坐標系,計算每根樁中心坐標,用全站儀定位,并報監理有關人員對樁位進行復核,驗收合格后方可使用。在埋設鋼護筒前,四周打好木樁校正樁心,埋設鋼護筒后,在復核樁上拉十字線,核對鋼護筒中心及樁錘中心,并經技術人員及監理確認后,才開始沖樁施工。在整個沖孔樁施工過程中,用復核樁檢驗樁錘中心,在施工中要保護好復核樁。

2.2 埋設鋼護筒

在樁機就位之前埋設鋼護筒,護筒根據樁徑大小用采用8～10mm厚鋼板加工制作,高度為 1.2～1.5m,護筒直徑比樁徑大200mm,護筒中心與運輸費中心偏差不大于50mm,護筒傾斜度的偏差不大于 1%,在護筒四周均勻地回填泥砂并分層壓實到地面,護筒槽同應比地面高 100mm左右。埋好護筒后,在地面挖一條由護筒口通往泥漿池的淺溝,作為泥漿通道。

2.3 沖孔施工

2.3.1 精確對中

用繩子穿過樁機頂部滑輪,繩子下端掛一重錘,移動樁機,使重錘與樁孔中心在同一直線上,控制其偏差小大于20mm。

2.3.2 沖孔施工(1)開孔時低錘密擊,反復沖擊造壁,保證護筒穩定; (2)泥漿泵循環泥漿系統,保證泥漿供給使孔內漿液面穩定;

(3)沖孔至基巖時應低錘密擊,以免偏斜。如發現入巖偏斜,應立刻回填片石至偏孔處上部 0.3～0.5m,進行復沖糾偏處理后再轉入正常沖孔;

(4)準確控制松繩長度,避免打空錘。一般不用高沖程,以免擾動孔壁,引起塌孔、卡錘等事故;

(5)在鉆進過程中,每 2m檢查一次垂直度。垂直度檢查利用樁位拉十字控制線進行樁位中心復核,同時,從兩個方向觀測吊錘鋼絲繩的擺動;

(6)對于土層變層處和易于發生偏斜的部位,采用低錘密擊的方法穿越,保持孔形良好;

(7)在沖擊鉆進階段應注意始終保持孔內水位高過護筒底口 0.5m以上,以免水位升跌波勁造成對護筒底口處的沖刷掏空使護筒移位。

2.4 初步清孔

在孔深達到設計深度后,采用泥漿循環法立即清孔,泵送泥漿池的泥漿到孔底,把沉碴帶上來,夾碴的泥漿流向泥漿池,中間采用人工碴撈,泥漿流回泥漿池,反復循環。

2.5 鋼筋籠的加工及下放

2.5.1 鋼筋籠的加工

主筋焊接應相互錯開,鋼筋 35d區段范圍內的接頭數,不得超過鋼筋總數的一半;鋼筋籠內徑應比導管接頭處的外徑大100mm以上;鋼筋籠外皮凈保護為6cm,其允許偏差為±2cm;鋼筋籠分段制作,分段長度一般以12m為標準段,加余量;鋼筋籠吊運時應采取適當措施,防止扭轉、彎曲,安裝鋼筋籠時,應對準孔位,吊直扶穩,緩慢下沉,避免碰撞孔壁。

2.5.2 鋼筋籠的下放

鋼筋籠采用塔吊輔助吊放。采用兩點起吊法吊起一截鋼筋籠,注意保持骨架垂直且小變形,對準孔口緩慢下放。直至全長鋼筋籠接好放完,測量鋼筋籠頂標高,反算籠底標高,驗算鋼筋籠是否到底。

2.6 下放導管及再清孔

放完鋼筋籠后,立即下放導管繼續清孔。導管一般采用Φ250mm剛性導管。導管使用前應試拼裝、試壓,檢查膠墊是否完好,有無老化現象。導管每節標準長度 3m,同時還備有 1～2m長的導管。為防比導管提升時掛住鋼筋籠,在導管法蘭處焊接了三角形小鋼板,小鋼板垂直于法蘭。

用塔吊吊起導管從樁中心慢慢放下,待導管放完后,接上泥漿泵繼續清孔,預防下放鋼筋籠時碰撞孔壁,沉碴加厚,稍微提放導管,通過導管可感覺出孔底是否干凈。清孔完畢后,經有關方而人員驗收后即可進行混凝土灌注。

2.7 灌注水下混凝土

2.7.1 水下混凝土拌合物要求

水下混凝土采預拌商品混凝土灌注,坍落度為 180～220mm;配合比經試驗確定,混凝土必須具有良好的和易性和流動性;水下混凝土初凝時間控制在 6～8h內,對于大直徑樁,由于灌注時較長時混凝上的初凝時間應延長至8～10h。

2.7.2 灌注混凝土

(1)灌注水下混凝上時,導管離巖層底而不應高于50cm,可以利用混凝上的下滑重力將清孔時留在底部的渣擠出來,浮至混凝圭上使灌注的混凝土更好地與巖層結合。

(2)混凝土上升速度不小于 2m/h,樁的灌注時間按以下規定要求:①灌注量在 10m3以內≤2h;②灌注量在 10～20m3以內≤3h;③灌注量在 20～30m3以內≤4h;④灌注量在 30～40m3以內≤5h;⑤灌注量大于 40m3時不得超過6h。

(3)隨著混凝土的上升,要適時提升和拆卸導管,提升導管時應返插、拔提,導管底端埋入混凝上而以下保持 1.5～2m,防止混凝土面突然下降,嚴禁把導管底端提出混凝土面。

(4)在水下混凝土灌注過程中,設專人測量導管埋深,填寫好水下混凝土灌注記錄表。

(5)提升導管時應避免導管法蘭接頭碰掛鋼筋籠,當混凝土面接近鋼筋籠底時,應嚴格控制導管的埋管深度,不要過深,當混凝土面上升到鋼筋籠內 3～4m,再提升導管,使導管底端高于鋼筋籠底端,以防鋼筋籠上浮。

(6)控制好最后一次混凝上的灌注量,超灌高度控制在設計樁頂標高以上約 0.6～0.8m,確保樁頂不超高或偏低過多。

3 沖孔過程中的相關問題及預防措施

3.1 偏斜孔

樁機安裝時,支撐不好、樁孔地質構造不均勻等因素引起樁機整體偏斜,導致出現偏孔。

(1)因樁機傾斜造成。

對于小量偏斜的樁孔,先檢查孔壁情況,如果孔壁比較穩定,則應加固施工范圍內的地基或加大樁機的支撐面積,而后恢復施工孔壁隨時有坍塌可能的,應將樁孔回填至原地面,待地層靜置穩定后重新開始沖孔;對于大偏斜的樁孔應用塊石和粘土等混合物將樁孔回填至原地面,重新放點就位開沖。

(2)地質構造不均勻引起。

先分析清楚巖層的走向,然后采用片石加粘土等組成的混合物將樁孔回填至計算確定的高程處,靜置一段時間后恢復施工。孔中心偏差小于 20cm的,靜置 1～2h后可以繼續鉆孔孔中心偏差大于20cm的,應根據情況靜置2h甚至更長的時間待地層沉積穩定后恢復沖孔。

(3)預防措施。

樁機就位之前對樁機就位的支撐面盡量加固,沖孔之前先熟悉該樁的地質情況,做到心中有數,控制好提錘高度,做到入巖以后每 2h檢查一次孔,必要時每 1h檢查一次孔,時刻注意孔的情況。

3.2 護筒脫落

由于護筒背后回填土質量小好受地面流水的浸泡等因素引起的護筒失去穩定、脫落。出現護筒脫落應立即停止鉆孔,將樁機移開,采取相應措施處理。由于地面流水引起的可先排除流水,在原地面上填一層熟土使地面干燥、小滲漏,而后,重新安裝護筒恢復沖孔。

護筒脫落的預防措施:盡量選擇質量好的回填土,做好地表水的引排工作,對于表面淤泥層較厚的地力一,可在埋設護筒之前進行水泥造壁。

3.3 塌孔

在施工過程中孔壁失衡坍塌的現象統稱為塌孔。塌孔的原因一般有:(1)施工過程中泥漿比重沒有控制好;(2)外力的干擾;(3)施工過程中突然遇到降大雨造成孔壁壓力失衡等。

防治措施:在沖孔之前務必熟悉樁的地質資料,施工過程中控制好泥漿比重,在外力干擾比較嚴重的地方埋設加長鋼護筒。

4 結 語

沖孔樁基礎施工簡便、操作易掌握、設備投入一般不是很大,在各類房屋及橋梁樁基中都得到了較廣泛的應用,但對施工作業人員的操作熟練程度、工藝水平都有較高的要求。沖孔灌注樁必須嚴格按照施工規范、規程的要求,精心組織施工,著重控制好現場施工順序和施工工藝,有效地預防及正確處理施工過程中出現的偏心、塌孔、縮孔、斷樁等不良現象,這樣將大大地提高工程效益與經濟效益。

[1] 天津市市政工程局.道路橋梁工程施工于冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2000.

[2] 廖揚文.淺談沖孔樁的質量技術控制及預防措施[J].科技咨詢導報,2007,(28).