港口工程水下钻孔灌注桩施工分析

2009-01-07黄国建

中国高新技术企业 2009年22期

黄国建

摘要:钻孔灌注桩基础作为深基础的一种,由于它具有适应性强、对邻近建筑物影响较小、抗震性能强、所需设备简单、操作方便、施工安全等优点,在港口工程中应用较广。文章从影响钻孔灌注桩承载性能的各种关键的施工因素出发,对钻孔灌注的施工工艺进行了研究。

关键词:港口工程;钻孔灌注桩;深基础施工;施工工艺

中图分类号:TU753文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0163-02

在进行港口水工建筑物施工时,施工方法不仅受到技术、设备上的限制,而且受到经济大的制约。钻孔灌注桩是桥梁工程最常用的基础形式之一,它具有适应性强、抗震性能强、所需设备简单、操作方便、施工安全等特点;而且钻孔灌注桩可将所有上部结构传来的动载和静载均匀地传递至深层稳定的土层中,从而大大减少了基础沉降和不均匀沉降,故钻孔灌注桩在港口工程中广泛采用。

钻孔灌注桩施工过程主要可分为成孔阶段、清孔阶段、水下混凝土灌注阶段等三大阶段。钻孔灌注桩是一项工序多、技术要求高、工作量较大、并需要在一个短时间内连续完成的地下(或水下)隐蔽工程。要保质、保量、按期完成施工工程,必须认真做好施工的各项准备工作。

一、成孔阶段施工

(一)正循环回转钻进施工

正循环施工法是钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土,钻进时用泥浆护壁、排渣;泥浆由泥浆泵输进钻杆内腔后,经钻头的出浆口射出,带动钻渣沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升到孔口溢进沉淀池后返回泥浆池中净化,再供使用。这样,泥浆在泥浆泵、钻杆、钻孔和泥浆池之间反复循环运行,如图1所示:

1:钻头;2:泥浆循环方向;3:沉淀池及沉渣;4:泥浆池及泥浆;5:泥浆泵;6:水龙头;7:钻杆;8:钻机回转装置

(二)反循环回转钻进施工

反循环回转钻进施工是在桩顶处设置护筒(其直径比桩径大15%左右),护筒内的水位要高出自然地下水位2m以上,以确保孔壁的任何部分均保持0.02MPa以上的静水压力保护孔壁不坍塌,因而钻挖时不用套管,钻机工作时,旋转盘带动钻杆端部的钻头钻挖内土。在钻进过程中,冲洗液从钻杆与孔壁间的环状间隙流入孔底,并携带被钻挖下来的岩土钻渣,由钻杆内腔返回地面,与此同时,冲洗液又返回孔内形成循环,这种钻进方法称为反循环钻进。

反循环回转钻进成孔适用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂砾等土层;当采用圆锥式钻头可进入软岩;当采用滚轮式(又称牙轮式)钻头可进入硬岩。反循环钻进成孔不适用于自重湿陷性黄土层,也不宜用于无地下水的地层。

反循环钻进施工按其冲洗液(水或泥浆)循环输送的方式、动力来源和工作原理可分为泵吸、气举和喷射等三种方法。

二、清孔阶段的质量控制

(一)清孔的目的

清孔的目的是抽、换原钻孔内泥浆,降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标清除钻渣,尽量减少孔底沉渣厚度,防止桩底存留过厚沉淀而降低桩的承载力。特别是随着施工工艺的发展,采用大直径钻孔桩已趋于普遍,在施工中彻底清除孔底沉渣对充分发挥桩底原土层的支承力、提高大直径钻孔桩竖直承载力非常重要。

清孔还为下一个工序灌注水下混凝土创造良好条件,使测深正确,灌注顺利,保证混凝土质量,避免出现断桩之类重大工程质量事故。

(二)清孔的质量要求

1.清孔后,孔底沉渣对于端承桩应≤50mm,对于摩擦桩应≤300mm,对于摩擦端承、端承摩擦桩应≤l00mm。

2.清孔后,灌注混凝土前泥浆性能指标应达到:孔底500mm以内的泥浆比重<1.25,含砂率≤8%,粘度≤28s。

3.终孔检查后,应立即清孔,不得间隔过久,以至泥浆、钻渣的沉淀增多,造成清孔工作的困难甚至坍孔。清孔后应在最短时间内灌注混凝土。

(三)清孔新工艺的研究

空压机吹砂管反循环清孔法的工作原理主要是通过软体风管将压缩空气送进吹管底部,使泥浆形成密度较小的泥浆空气混合物在水压力作用下沿吹砂管向上排出,在泥浆迅速流动的同时带动桩孔沉渣排出孔内,另外经沉淀后的泥浆回流到桩孔内,保持孔内水位不变,直到把沉渣清除达到设计及施工规范要求为止。该方法也属气体上举清孔法,亦称气举法。

优点:清孔时间短,能快速有效地清孔,较深的桩孔也能有效地清孔。由于时间短,速度快可减少塌孔、缩径的机率。

缺点:清孔设备较多,施工工序复杂,往往因工序多而出现漏洞,造成不必要的事情出现。另外,吹砂管接头如采用法兰连接则接拆管时间较长,采用管卡连接则容易掉管造成事故。其主要缺点是吹砂管径较小,对孔底有粗渣的情况其清孔效果不理想。

该种方法是常规清孔工艺,可适用于普通桩基,但超深桩基其不适用,对于孔径较小的桩,其施工难度较大,对嵌岩桩及摩擦桩均适用,如图2所示:

三、水下混凝土的灌注

在钻孔灌注桩的施工过程中,混凝土的水下灌注是关键的环节之一,混凝土水下灌注是否顺利直接影响桩基质量的好坏。因此,运用科学、实用的混凝土灌注工艺以确保工程质量显得尤为重要。

(一)首批混凝土灌注

混凝土首灌注量与泥浆至混凝土面高度、混凝土面至孔底高度、泥浆的密度、导管内径及桩孔直径有关。

孔径越大,首批灌注的混凝土量越多,由于混凝土量大,搅拌时间长,因此可能出现离析现象,首批混凝土在下落过程中,由于和易性变差,受的阻力变大,常出现导管中堵满混凝土,甚至漏斗内还有部分混凝土,此时应加大设备的起重能力,以便迅速向漏斗加混凝土,然后再稍拉导管,若起重能力不足,则应用卷扬机拉紧漏斗晃动,这样能使混凝土顺利下落到孔底,下灌后继续向漏斗加入混凝土,进行后续灌注。

(二)后续混凝土灌注

后续混凝土灌注中,当出现非连续性灌注时,漏斗中的混凝土下落后,应当牵动导管,并观察孔口返浆情况,直至孔口不再返浆,再向漏斗中加入混凝土,牵动导管的作用有:

1.有利于后续混凝土的顺利下落,否则混凝土在导管中存留时间稍长,其流动性能变差,与导管间磨擦阻力随之增强,造成水泥浆缓缓流坠,而骨料都滞留在导管中,使混凝土与管壁摩擦阻力增强,灌注混凝土下落困难,导致断桩,同时,由于粗骨料间有大量空隙,后续混凝土加入后形成的高压气囊,会挤破管节间的密封胶垫而导致漏水,有时还会形成蜂窝状混凝土,严重影响成桩质量。

2.牵动导管增强混凝土向周边扩散,加强桩身与周边地层的有效结合,增大桩体摩擦阻力,同时加大混凝土与钢筋笼的结合力,从而提高桩基承载力。

(三)后期混凝土的灌注

在混凝土灌注后期,由于孔内压力较小,往往上部混凝土不如下部密实,这时应稍提漏斗增大落差,以提高其密实度。

(四)混凝土灌注速度

灌注水下混凝土应迅速进行,防止坍孔和泥浆沉淀过厚。每根桩的灌注太长,尽量控制在8小时内完成;为防止顶层混凝土失去流动性,导管提升小时灌注高度最好不小于10m,灌注的合适时间可参考表1:

注:(1)灌注时间从第一盘混凝土拌和加水至灌注结束止;(2)本表适用于桩径小于2.5m;(3)如水泥初凝时间超过表列数值时,则首批混凝土必须掺入缓凝剂。

四、结语

钻孔灌注桩施工是一项相对而言较为敏感的工艺,每一道工序的施工都必须认真严格的进行,任何一个疏忽都有可能给桩基带来施工事故或质量事故。通过对钻孔灌注施工工艺的研究,可以更好的指导施工,加快施工进程,减少质量事故,保证质量安全,提高社会、经济效益,对实际工程具有重要的理论指导意义和应用价值。

参考文献

[1]赵海津,许晶.钻孔灌注桩施工中的质量事故原因及预防措施[J].华章,2009,(11).

[2]张秀丽.浅谈钻孔灌注桩的施工[J].黑龙江科技信息,2008,(24).

[3]张东平.浅议钻孔灌注桩质量控制[J].南方金属,2007,(4).