深孔灌注桩质量控制

尹 竹

摘要:文章论述了由中铁四局五公司施工的阿荣旗至深圳高速公路黄河大桥的深孔灌注桩质量控制过程,包括工程概况、施工工艺流程图、过程质量控制等环节。通过以上质量控制措施的有效实施,本桥钻孔桩施工质量良好,164根钻孔桩中Ⅰ类桩160根,Ⅱ类桩4根,大桥钻孔桩合格率100%,优良率达到97.5%。

关键词:深孔灌注桩;工艺流程;质量控制;设备配备;桥梁施工

中图分类号:TU375文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0090-02

一、工程概况

由中铁四局五公司施工的阿荣旗至深圳高速公路黄河大桥№.Ⅳ合同段,位于黄河南侧漫滩上,全长2051.68m,大桥基础设计为摩擦桩,桩径2.2m,桩长88～95m,共计164根,总长14548m,这是本桥施工的难点和重点。

二、地质概况

本区地层岩性自上而下分别为:上全新统冲洪积层、下全新统冲洪积层、上更新统冲积层。上全新统冲洪积层:分布于路线上部10～20米的深度范围内,岩性为褐黄色,灰黄色软塑至流塑状低液限粉土及低液限粘土,下部以粉细砂为主,呈上细下粗的二元结构。下全新统冲洪积层:分布于路线全线,顶部埋深10～20米,底板埋深30～50米,该层顶部断续分布有厚度2～8米的青灰色,灰黑色淤泥质土,含大量有机质,代表了一个沉积间断,之下为褐灰黄色,浅黄色软塑状低液限粉土及低液限粘土,夹粉细砂层。上更新统冲积层:该层顶板埋深30～50米,底板埋深100～140米,未露出地表,岩性以灰色,黄灰色软塑至硬塑低液限粘土及低液限粉土为主。

三、设备配备及施工工艺

(一)钻机选型

根据地质资料及郑州黄河二桥的施工经验,针对大桥由上至下为流塑～软塑的亚砂土、松散～稍密的粉砂土、淤泥质亚粘土,亚砂土与亚粘土交替变换,持力层为亚砂土的地质特点,钻机选用郑州金牛QJ250-1工程钻机,每台钻机配备1台空压机(12m3/h),2台6PNL泥浆泵、1台泥浆净化器。钻机的主要参数如下:

(二)工艺流程确定

根据钻孔桩施工的总体方案,并结合本标段其他各部结构的施工要求和现场布置情况,确定钻孔桩施工工艺流程,具体如下:

四、过程质量控制

(一)护筒埋设

考虑到黄河漫滩区地下水位较高,孔口易坍塌的特点,施工中采用8mm厚钢护筒,护筒高度为2.5～3m,直径为2.5m,埋设时高出地面0.3m。在埋设护筒时必须保证周边夯填密实,中心与桩位重合,垂直度不大于1%。

(二)钻机就位

钻机就位是保证钻孔桩施工质量的前提。钻机就位主要是要控制好钻杆中心位置及垂直度、钻机平台的平整度及钻机的整体稳定性。针对黄河滩地表土层遇水易下沉的特点,并考虑钻机移位的方便,在钻机底部增加四根30cm×30cm×400cm的方木,并在方木上搭设钢轨。钻机就位后,在钻机走行轮两侧加设铁鞋,保证钻机不滑动。

(三)泥浆性能

泥浆的性能是整个钻孔桩质量控制的重点,它的好坏直接影响成孔质量及成孔速度。根据地质资料显示,该钻孔桩钻进过程中不能自已造浆,必须不断补充泥浆,因此,施工过程中采用钠质膨润土制浆,首次使用的泥浆配合比为:每立方泥浆中加钠质膨润土150kg,进入亚粘土时可适当降低到120 kg;CMC翔基纤维素掺量为膨润土掺量的0.01%～0.05%,纯碱掺量为膨润土掺量的0.3%～0.5%,聚炳烯酸酰胺絮凝剂掺量为孔内泥浆的0.003%(施工时可行用温水稀释后再掺入)。在钻进过程中加强现场测试,研究和总结施工参数,不断优化施工配合比,改进泥浆性能。

在钻孔桩的施工中,泥浆的使用状态分为新鲜泥浆、供给泥浆、桩内泥浆、循环泥浆、混凝土置换出来的泥浆等五种,对于各种状态的泥浆要分别注意质量控制。搅拌好的新鲜泥浆的性能必须适合于地基条件和施工条件,并定期对其进行质量控制试验。泥浆池内的泥浆在向钻孔桩供浆之前必须进行各种性能的检验。对钻孔桩内的泥浆,在钻孔过程中,泥浆的质量控制重点在于是否能保持泥浆所必须的性能,是否能保持孔壁稳定所需要的预定泥浆液面。成孔后泥浆静置期间,必须向孔内补充新鲜的泥浆并定期进行质量调整。从桩内循环出来的泥浆含有大量的土渣,必须对其进行净化。根据泥浆质量控制试验结果,调整膨润土、分散剂的掺量。混凝土置换出来的泥浆进行质量检验,可以使用的泥浆直接送到泥浆池,不合要求的泥浆对其进行再生处理。

(四)钻进施工

开始钻进时,采用高档快速循环钻进,以便粘附在钢护筒内壁上的土体及时脱落。在护筒底部采用低档慢速正循环钻进,使护筒底部有坚固的泥皮护壁。钻进护筒底部1.0m以下后,根据土质以正常速度钻进。在钻进过程中要经常检查钻盘,如有倾斜或位移,及时纠正。钻孔过程中根据钻机工作状况适当调整钻速、钻压,如钻机转盘运转均匀,钻架晃动较小,适当加大钻压或转速;淤泥质亚粘土软弱地层,可适当加大泥浆比重,放慢钻进速度;当钻架晃动较大或钻具跳动较大时,将钻具提起,减小转盘运转速度。采用反循环钻进时,空压机送风须与钻锥回转同时进行。接钻杆时,须将钻杆稍提升30cm左右,先停止钻锥回转,再送风数分钟,将孔底钻渣吸尽,再放下钻锥,进行拆装钻杆工作。钻孔采取减压钻进,孔底承受的钻压不得超过钻具重力之和(扣除浮力)的80%,以确保长桩的竖直,保持重锥导向作用。钻进过程中随时捞取钻渣,判断地层并检验泥浆指标,根据地层变化情况,采用不同钻速、钻压,适时调整泥浆性能。钻进过程中加强护壁,保持孔壁稳定。钻孔连续进行,当遇到特殊情况需停钻时,提出钻头,补足孔内泥浆,始终保持孔内规定的水位和泥浆的相对密度和粘度。根据试验段施工经验,在砂土层中钻进时,要及时开启泥浆分离器,降低含砂率,保证钻进速度和孔壁的稳定;在粘土层中钻进时应采用改造过的钻头,钻头上设射水管,通过高压射水等措施,及时清除糊钻的粘土,同时要控制钻进速度,加强观察,防止因糊钻而扭断钻杆。

(五)钢筋笼加工及安装

由于本桥钻孔桩较深,安装钢筋笼时间较长,为防止孔桩因停置时间过长出现塌孔,将每节钢筋笼长度加工成18m,每节钢筋笼采用镦粗螺纹套筒进行连接。为保证钢筋笼的加工质量,在钢筋加工场将每节钢筋笼加工成型,并进行试拼,合格后再运到孔桩施工现场。考虑到钢筋笼直径达到了2米,单节重14t,为保证钢筋笼在运输、吊装过程中不发生变形,应在钢筋笼内部加强筋上安装内支撑,等到往孔桩内下放的过程中再逐步拆除。由于每个桩都设有三根通长的声测检测管,检测管接头质量至关重要,现场经验做法是往检测管内灌清水,每下完一节就立即灌满清水,如发现水变混浊就说明检测管有问题,必须立即提起重新处理。

(六)砼灌注

1.导管安装。导管在使用前进行水密、承压、接头抗拉实验。下放过程中保持导管位置居中,轴线顺直,稳步沉放,防止卡挂钢筋笼和碰撞孔壁。每节导管的卡口必须安装牢固,密封垫必须完好,防止灌注过程中出现导管脱落或漏气造成断桩。在开始灌注混凝土时,导管底部至孔底距离控制在35～40cm。

2.二次清孔。灌注水下混凝土之前,再次检测孔底泥浆沉淀厚度,若沉渣厚度超过50cm时,必须利用导管对孔内进行二次清孔,确保孔底沉渣厚度符合规定要求。

3.砼灌注。混凝土在搅拌站(一台120m3/h的搅拌站为主,一台50m3/h的搅拌站为辅)集中搅拌,采用8m3混凝土输送车运输至作业点。灌注前,先射水或压气3～5min,将孔底沉渣冲翻动,射水压力比孔底大0.05MPa。采用砍球法灌注水下混凝土的首批需用量,设10m3储料斗,保证首批混凝土灌注后导管埋入混凝土中的深度不小于1m,灌注混凝土前对混凝土漏斗和导管洒水润湿。

吊车配合吊斗灌注完成首批封底混凝土后,10m3储料斗换成0.5m3储料斗,采用8 m3砼输送车直接灌注砼,以加快水下砼的灌注速度。

灌注过程经常量测孔内混凝土面的上升高度, 并适时缓慢平稳提升,逐级快速拆卸导管,并在每次起升导管前,量测一次管外混凝土面高度,保持导管埋深在2～4m。量测混凝土面时应注意将实际混凝土面与沉碴顶面区别开,不能以沉碴顶面来控制导管埋深。

灌注水下混凝土时间不得大于首批混凝土初凝时间,施工中在混凝土内掺入缓凝剂以确保工程质量。混凝土灌注开始后,保持快速连续灌注。最后拔管时注意提拔及反插,保证桩芯混凝土密实度。

根据设计图纸,混凝土灌注标高比设计标高超出1.1m,多余部分在施工系梁时凿除,确保桩头无松散层。

五、结语

通过以上质量控制措施的有效实施,本桥钻孔桩施工质量良好,164根钻孔桩中Ⅰ类桩160根,Ⅱ类桩4根,大桥钻孔桩合格率100%,优良率达到97.5%。