大直徑深樁在公路橋梁施工中的質(zhì)量控制

曾旭峰

1 概述

高等級公路的中小型橋梁普遍采用樁柱式墩臺、樁基礎(chǔ)。但隨著近年來我國公路與城市道路的迅速發(fā)展，互通式立交、樞紐內(nèi)的橋梁越來越多，且與被交道路多為斜交，若一跨跨越被交路，主梁建筑高度增加，將影響到橋梁的長度以及主線的填土高度。若采用多柱式橋墩，尤其是設(shè)置在被跨道路的中央分隔帶內(nèi)，既不美觀也不利于高速行車。隨著橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)的發(fā)展，以及成孔成樁機(jī)具設(shè)備和高性能泥漿的使用，大直徑深樁越來越廣泛應(yīng)用于公路橋梁建設(shè)中，以縮短橋跨，從而降低主梁建筑高度，減少工程投資。

2 大直徑深樁施工分類

大直徑樁柱系指樁徑大于250 cm的基樁，按其施工方法的不同可分為鉆孔灌注樁柱，鉆埋空心樁柱和挖空心樁柱三類。

3 施工內(nèi)容、事故預(yù)防及注意事項(xiàng)

3.1 施工平臺

1)平臺構(gòu)造。鋼管樁工作平臺由鋼管樁與縱橫梁組成，鋼管樁可用成品管或用6 mm～10 mm鋼板卷制而成，采用振動下沉法安裝到位。直徑0.5 m～1.2 m不等。縱梁常使用六四軍用桁架、萬能桿件桁架、貝雷桁架，使用時要注意設(shè)計鋼管的跨徑最好為節(jié)距的倍數(shù)，以提高支點(diǎn)的剪力。

2)鋼管樁施工。a.鋼管的成品有熱軋無縫鋼管、有縫焊接管和螺旋焊接鋼管三種，為便于長期周轉(zhuǎn)使用，施工時多采用成品管，鋼管分節(jié)，節(jié)的長度一般為4 m～6 m，節(jié)與節(jié)之間的鋼法蘭圈用電焊連接，以增加連接剛度。b.鋼管樁的底節(jié)刃腳處要貼焊鋼板圈，離刃腳一定高度h要設(shè)內(nèi)橫隔板來提高垂直承載力，以便較容易外拔。c.鋼管樁施打在軟弱地層時宜用高頻激振，深層或終振階段宜使用低頻激振，每次振動時間根據(jù)土質(zhì)情況及振動機(jī)能力大小來定，一般不超過10 min～15 min，振動時間過多對振動機(jī)的零部件易于磨損。

3)鋼管樁施工工序。a.在浮吊工作船進(jìn)入墩位前，先經(jīng)過測量將樁位用浮標(biāo)形式定位，待定位船拋錨就位后，選用平臺鋼管樁中一根作定位樁，先行振入，以后再以此根做定位的標(biāo)準(zhǔn)。b.施打順序以浮吊移動方便為準(zhǔn)，浮吊大致分為三類:汽車(履帶)浮吊、桅桿浮吊及龍門浮吊，其中汽車浮吊是在鋼駁船上裝設(shè)汽車(履帶)吊，考慮到振動錘的沖擊力較大，為穩(wěn)定起見，常將船尾(頭)對準(zhǔn)鋼管樁，鋼管樁安裝了振動錘后，頂部用4根風(fēng)纜固定，纜風(fēng)繩可設(shè)在工作船上或已施打的鋼管樁上，纜風(fēng)的作用是控制鋼管樁的豎向傾斜，鋼管樁振沉到工作平臺高程后停止，再接長，依次施工直到設(shè)計位置，一個平臺的鋼管樁要集中施打，才能發(fā)揮效率。c.當(dāng)平臺鋼管樁出水較高或流速較大時，鋼管樁頂要設(shè)橫梁，設(shè)剪力撐，形成框架，然后在橫梁上安裝縱桁梁，在縱桁梁節(jié)間支點(diǎn)上安置工字鋼橫梁，并用抱箍固定，在橫梁上鋪設(shè)木(竹)跳板，在此平臺架設(shè)工作基本完成。

3.2 鉆機(jī)就位和埋設(shè)護(hù)筒

鉆機(jī)就位和埋設(shè)護(hù)筒是鉆孔灌注樁施工的第一步，是保證成孔垂直度的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格要求。在一般墩位地段，采用人工配合機(jī)械的方法，平整場地，清除雜物;場地處于陡坡時，應(yīng)挖成施工平臺。同時在樁基外圍四周適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置臨時排水，防止地表水流入。護(hù)筒埋設(shè)必須符合要求，經(jīng)技術(shù)人員檢查后，方可使用。將組裝好的鉆機(jī)就位于鉆機(jī)底座上，鉆頭精確對準(zhǔn)放好的樁位。鉆機(jī)擺放水平，鉆機(jī)底盤的前后支腿下枕好枕木，并擱置水平尺，在鉆進(jìn)過程中隨時觀測，及時調(diào)平。鉆機(jī)頂部的起吊滑輪緣、鉆頭中心和樁孔中心三者保持在同一鉛垂線上。鉆頭尖對準(zhǔn)樁位十字中心，偏差不得大于5 mm，然后再進(jìn)行調(diào)平，直至符合要求。鉆機(jī)擺放水平，鉆機(jī)底盤的前后支腿下枕好枕木，并擱置水平尺，在鉆進(jìn)過程中隨時觀測，及時調(diào)平。鉆機(jī)頂部的起吊滑輪緣、鉆頭中心和樁孔中心三者保持在同一鉛垂線上。鉆機(jī)對正樁位后，根據(jù)設(shè)計的泥漿比重向孔內(nèi)投擲造漿材料，通過鉆機(jī)的反復(fù)沖擊制備泥漿。鉆孔過程中隨時進(jìn)行樁位復(fù)測，檢查孔徑、傾斜度以及鉆機(jī)平穩(wěn)程度，防止孔位偏斜，并做好鉆孔記錄。鉆孔時要高度重視泥漿護(hù)壁，適時測泥漿相對密度、粘度、含砂率等主要指標(biāo)。鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進(jìn)行，注意土層變化。鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中每個臺班由現(xiàn)場操作人員撈取一次鉆渣并在記錄表中做詳細(xì)記錄，以便與地質(zhì)剖面核對。當(dāng)鉆至設(shè)計標(biāo)高時，立即檢孔，包括孔位、孔深、孔徑、垂直度等。認(rèn)可后方可進(jìn)行清孔并進(jìn)行灌注前的準(zhǔn)備工作。

3.3 泥漿控制

粘土選用水化快、造漿能力強(qiáng)、粘度大的膨土或接近地表經(jīng)過凍融的粘土。選擇時參照以下條件:

1)粘土風(fēng)干后不易碾碎，顏色較深;

2)水浸濕后能大量膨脹;

3)膠體率不低于95%;

4)含砂率不大于4%;

5)制漿能力不低于2.5 L/kg。

當(dāng)選用粘土難以滿足泥漿要求時，再摻用添加劑改善泥漿性能。設(shè)置泥漿池、儲漿池、沉淀池，并用循環(huán)槽連接，做好環(huán)境保護(hù)。開鉆時應(yīng)先往孔內(nèi)灌注泥漿，待泥漿輸進(jìn)鉆孔一定數(shù)量后，方可開始鉆進(jìn)。粉土層，泥漿比重控制在1.1～1.2之間;粉細(xì)砂層，泥漿比重在1.2～1.3之間;中層砂，泥漿比重控制在1.3～1.4之間;老黃土層，泥漿比重控制在1.04～1.1之間。鉆進(jìn)中如泥漿有損耗、漏失，應(yīng)予補(bǔ)充，并按時檢查泥漿指標(biāo)。遇土層變壞應(yīng)增加檢查次數(shù)，并適當(dāng)調(diào)整泥漿指標(biāo)。每鉆進(jìn)2 m或地層變化處在泥漿槽中撈取鉆渣樣品，查明土類并記錄，以便與設(shè)計資料核對。

3.4 鉆孔中事故的預(yù)防及處理

為了避免或減少斜孔、塌孔、彎孔、擴(kuò)孔現(xiàn)象，鉆進(jìn)時應(yīng)注意:

1)樁的開鉆，只有在其相鄰樁的混凝土澆筑完24 h后才能進(jìn)行。

2)機(jī)架基礎(chǔ)的安裝要牢固，穩(wěn)定，并經(jīng)常用水平儀檢測，及時調(diào)整。

3)大直徑鉆孔樁要充分發(fā)揮泥漿的護(hù)壁、防坍孔和懸浮鉆渣作用，并且要使鉆渣在泥漿池中循環(huán)時能夠迅速下沉。泥漿性能好，護(hù)壁效果好、孔壁泥皮薄而密，孔底沉淀少;泥漿性能差，孔壁會造成較厚而散的泥皮，并且在孔底形成很厚的沉淀。鉆孔過程中控制泥漿的比重在1.20～1.40之間，粘度 T=22 s～30 s，同時加強(qiáng)對現(xiàn)場泥漿比重、粘度的控制。

4)在含粘土中砂、砂礫地層中，若發(fā)現(xiàn)泥漿漏失嚴(yán)重，沖擊成孔時投入一定量粘土，借沖擊鉆頭作用將粘土擠入砂、砂礫空隙中，并適當(dāng)增大泥漿比重。

5)清孔。

采用換漿法進(jìn)行初步清孔，要求用手摸泥漿中無2 mm～3 mm大的顆粒為止，并使泥漿比重減小到1.15左右。清孔后用測繩配合標(biāo)準(zhǔn)錘測孔底沉淀厚度，用儀器測泥漿指標(biāo)。清孔時，注意始終保持孔內(nèi)水位高出地下水位1.5 m～2.0 m，以防止塌孔。不得用加深成孔深度的方法代替清孔。為了保證清孔徹底，在澆筑混凝土前，對孔底進(jìn)行射風(fēng)處理。

混凝土灌注是鉆孔樁最重要環(huán)節(jié)，而往往在施工中難以做到位，關(guān)鍵是出現(xiàn)問題后的處理方法。φ3.0 m鉆孔樁灌注在做到普通小樁徑灌注的同時，重點(diǎn)防范以下幾點(diǎn):

a.鋼筋籠下放后，下放射風(fēng)管，在灌注前開動空壓機(jī)，利用氣流擾動孔底沉渣，使之懸浮于泥漿中，以減少沉淀物。本橋鉆孔樁為嵌巖樁，樁底沉渣厚度不大于5 cm。

b.首批混凝土方量確保，其考慮有以下因素:《規(guī)范》要求、混凝土剪球完后不是呈絕對水平而可能呈錐體、擴(kuò)孔、適當(dāng)增加安全系數(shù)。施工前加工7.0 m3儲料斗，剪球采用蓋板皮球法，剪球時先將儲料斗儲滿，兩輛罐車就位后，剪球的瞬間，罐車加大馬力放灰，這首先在方量上確保成功。

c.孔深測定:由于孔斷面積7.1 m3，混凝土可能出現(xiàn)凸凹不平，測孔深取四個直角點(diǎn)，測繩緊靠鋼筋籠，且取最不利值。

d.混凝土灌注大約需要6 h，在灌注接近尾聲的時候，混凝土表面積有大量淤泥，這給測量帶來誤區(qū)，將淤泥或夾混凝土淤泥當(dāng)成混凝土，其通過測繩憑手感沒有把握。而用事先準(zhǔn)備的竹竿能精確判斷，甚至能測出混凝土面平整情況，這提供了準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)。

e.導(dǎo)管用內(nèi)徑300 mm的無縫鋼管，拼接時，對導(dǎo)管進(jìn)行編號，并對管的長度進(jìn)行記錄，另外務(wù)必使導(dǎo)管軸線順直，內(nèi)壁光滑。施工前導(dǎo)管必須通過水密試驗(yàn)檢測。

3.5 施工應(yīng)注意事項(xiàng)

3.5.1 鉆孔時注意事項(xiàng)

1)鉆機(jī)就位后，要固定牢固，防止由于在提錘和落錘時的沖擊，使鉆機(jī)移位，導(dǎo)致偏孔。2)開孔時，不要很快進(jìn)尺，要加強(qiáng)造漿，使護(hù)筒底部孔壁穩(wěn)定。3)在進(jìn)入巖層后，要經(jīng)常檢查鉆頭的直徑尺寸，主要是鉆頭在巖層中磨損嚴(yán)重，如不及時補(bǔ)焊鉆頭，將導(dǎo)致孔縮徑，檢孔器下不去。

3.5.2 灌注混凝土?xí)r注意事項(xiàng)

1)導(dǎo)管的接頭要嚴(yán)密，必須每次逐個檢查，以防漏水。導(dǎo)管位于孔中央，并在灌注混凝土前進(jìn)行升降試驗(yàn)。安放時一定要保證導(dǎo)管的長度，灌注時記錄管拆除后的長度，作好灌注記錄。

2)混凝土原材料拌和必須均勻，杜絕運(yùn)輸過程中的離析。每車混凝土均檢測坍落度、和易性，達(dá)不到要求的混凝土堅(jiān)決不用。

3)為了確保澆筑過程的連續(xù)性，我們將采用部分商品混凝土，為了確保商品混凝土與自拌混凝土的同一性、均勻性，我們自拌混凝土與商品混凝土采用相同的混凝土配合比，并在水泥、外加劑等原材料上采用了同一來源。

4)制備混凝土的原材料必須符合技術(shù)規(guī)范及施工規(guī)范的要求。在施工過程中混凝土坍落度控制在18 cm～22 cm。

5)灌注工作須連續(xù)進(jìn)行，盡量避免任何原因的中斷灌樁，由于混凝土數(shù)量大，灌注需要時間較長，通過在混凝土中摻入緩凝劑，以延遲其凝結(jié)時間。

6)灌注首批混凝土?xí)r應(yīng)注意，導(dǎo)管下口離樁底一般為20 cm～40 cm。

7)灌注過程中隨時檢查混凝土頂面標(biāo)高，作好灌注記錄。推算導(dǎo)管的埋深并及時拆除導(dǎo)管，一般控制導(dǎo)管埋深2 m～6 m。在最后灌注時導(dǎo)管不要急于拆短，而要加大高度，增加混凝土壓力，提高混凝土密實(shí)性。混凝土澆筑的終止高度應(yīng)超出設(shè)計樁頂高程至少不小于1 m。

8)在灌注過程中，將孔內(nèi)溢出的泥漿引流到相鄰的護(hù)筒內(nèi)，以防止污染環(huán)境。灌注的樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計標(biāo)高高出1.0 m，此范圍內(nèi)的泥漿和混凝土及時清除并注意防止損壞樁身。當(dāng)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度時開挖基坑，清理樁頭進(jìn)行樁基檢測，檢測率及檢測方法應(yīng)滿足設(shè)計要求。

9)澆筑混凝土前，將聲測管上端用塞子堵死，待樁檢工作完成后，用水泥砂漿將聲測管灌滿且密實(shí)。

10)灌注快到樁頂時，由于上面的泥漿比重大，應(yīng)多測幾次混凝土面的標(biāo)高，確保超灌樁頂1 m。

4 結(jié)語

大直徑橋樁施工是一項(xiàng)十分重要的工作，需要周密考慮，精心組織，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來施工，使鉆孔樁的質(zhì)量得到保證，成樁后的超聲波無破損檢測全部為A類樁，也為以后施工同類型樁積累了經(jīng)驗(yàn)。只有這樣才能最大限度地避免施工中可能產(chǎn)生的各種問題，優(yōu)質(zhì)高效地完成施工任務(wù)。