桥梁钻孔桩基础施工质量控制的探讨＊

王俊伟

(中铁六局太原铁建有限公司,山西太原 030013)

桥梁钻孔桩基础施工质量控制的探讨＊

王俊伟

(中铁六局太原铁建有限公司,山西太原 030013)

钻孔桩基础属隐蔽工程,其工程质量对桥梁安全意义重大。本文以改建铁路胶济客运专线淄河特大桥桩基工程施工质量控制为例,叙述了淄河特大桥的工程概况、桩基质量控制目标、桩基质量控制措施、桩基施工易出现的问题及处理措施等内容,对桥梁桩基施工质量控制进行了具体的探讨。

桩基;施工质量;控制;措施

改建铁路胶济客运专线工程是为适应山东省客货运量增长的需要,迎接2008年奥运会,提升济南、青岛等城市地位,由铁道部、山东省共同筹资建设的重大基础建设项目,属于国家规划的重要的客运专线之一。胶济客运专线工程东起滨海城市青岛,西经潍坊、淄博至山东省会济南,目标时速200～250km/h。建成后济南到青岛的运行时间由过去的4h缩短到2.5h,为2008年北京奥运会青岛奥运帆船项目比赛提供更加优质快捷的服务。

一、工程概况

由我公司承建胶济客运专线的ZH-5标(青州北至淄博段),本标段中的淄河双线特大桥工程位于山东省淄博市临淄区东南约5公里,为跨越淄河及既有公路而设,孔跨布置为22 ×32m,全长744.04m。淄河属季节性河流,河床冲沟较发育。地形起伏不大,地层较为简单,河床内不良地质有液化粉土及生活垃圾,特殊岩土有黄土质粉质黏土及膨胀土。本桥共计有桩基192根,按磨擦桩设计,桩径为1.0m和1.25m两种,累计桩长10674m。该桥虽然施工难度不高、地质结构较为简单,但桩基夹层多,有不良地质,这样给桩基施工质量控制带来了一定的难度。因此,加强桩基质量控制是关键的、必要的。

二、本桥桩基的质量目标

桩基的质量如何,直接影响到桥梁的使用寿命。本工程设计年限为100年,为了确保桩基质量,质量目标定为:Ⅰ类桩(优质桩)要求达到95%以上,其余为Ⅱ类桩(合格桩),杜绝出现Ⅲ类桩。如在桩基施工时,出现Ⅲ类桩,即要求返工。

三、桩基质量的控制措施

(一)对施工机械、人员的要求

机械的性能及功率如何,人员的素质高低,是直接影响桩基质量的决定性因素。因此,本工程中人员、机械进场后,立即组织相关人员对进场人员进行培训考核、对进场机械进行检查审核,对不符合要求的,立即更换。

(二)对桩基关键施工工序及环节严格把关

根据地质情况,本桥采用旋挖钻机钻孔,泥浆护壁法成孔,垂直导管法灌筑水下砼。同一桥墩下的桩基钻孔时采用跳桩法施工。钻孔前做好准备工作,主要包括整理平整场地,布设施工便道,制作和埋设护筒,确定砼供应数量及时间,设置供电及供水系统,设置泥浆池制备泥浆,制作钢筋笼和准备钻机等。在钻孔施工前,精确放样出桩孔位置,根据放样出的墩台和桩位中心位置,平整出施工场地。根据现场情况做好泥浆池、污水排放的详细规划。

1.桩基定位

根据施工图及设计导线控制桩,建立本桥坐标控制网,对桩基定位放线后,将测量放线报验资料报送监理工程师检查,经检查与施工图及设计文件相符,并经监理工程师审核同意后,方可开机钻孔。

2.泥浆制备

根据施工需要设置相应规格的泥浆池,对制备的泥浆应试验全部性能指标,钻进时随时检查泥浆比重和含砂率。

①在砂类土,碎石土或黏土夹层中钻孔,宜采用膨润土泥浆护壁。在黏性土中钻孔,当塑性指数大于15,浮渣能力满足施工要求时,可利用孔内原土造浆护壁。

②泥浆性能指标,应按钻孔方法和地质情况确定并应符合下列要求:

a.入孔泥浆比重:1.1～1.3。

b.黏度:一般地层16～22S,松散宜塌地层19～28S。

c.含沙率:新制泥浆不大于4%。

d.胶体率:不小于95%。

e.pH值:应大于6.5。

③钻孔过程中应随时检验泥浆比重和含砂率,并填写泥浆试验记录表。

3.钢导管试拼准备

桩基灌筑水下砼时采用垂直导管法施工,导管应符合以下要求:

①钢导管内壁应光滑、圆顺,内径一致,接口严密。导管采用直径为30cm,壁厚不小于3mm。导管管节长度,中间节宜为2m等长,底节可为4m,漏斗下宜用1m长导管。

②导管使用前应进行试拼和试压,按自下而上顺序编号和标示尺度。试压压力宜为孔底静水压力的1.5倍。

4.钻孔

调直钻杆,对好桩位或护壁中心(用对位圈),开动机器钻进,出土,达到一定深度(视土质和地下水情况)停钻,向孔内注入事先调制好的泥浆,然后继续进钻。钻孔时具体要求如下:

①钻孔时,孔内水位宜高于护壁底角0.5m以上或地下水位以上1.5～2.0m,在钻进过程中,应及时向孔内补水或泥浆,保持孔内水头高度和泥浆比重及黏度。

②钻孔时,起、落钻头速度均匀,不得过猛或骤然变速,孔内出土不得堆积在钻孔周围,及时用装载机将出土清运至弃土场地。

③钻孔时,应观察主机所在地面和支腿支承处地面变化情况,发现下沉现象应及时停机处理。

④钻孔作业应连续进行,因故障停钻,应将钻头提出孔外,孔口应加护盖。钻孔过程中应经常检查并记录土层变化情况,并与地质剖面图核对。钻孔到达设计深度后,应对孔位、孔径、孔深和垂直度进行检验,并填写钻孔记录表。孔位偏差不得大于5cm,孔径、孔深不小于设计尺寸,垂直度容许偏差1%。

5.成孔、清孔

钻孔进尺到设计标高或遇地质变更需终孔时,要通知设计代表和监理工程师到达现场,三方共同确认质条件、进尺深度满足设计要求,予以终孔。同时检查桩孔中心位置、孔径、倾斜度。

根据该桥地质情况和环境条件,采用换浆法清孔,在清孔时应及时向孔内加注清水或新鲜泥浆,保持孔内水位。清孔应达到以下标准:孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒,泥浆比重不大于1.1,含砂率小于2%,黏度17～20s;浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于20cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。

经监理工程师检查孔底沉渣层厚度及孔内泥浆满足设计及规范要求后,即可安装钢筋笼。

6.钢筋笼、声测管制作及安装

本桥桩基长底为50～57m,钢筋笼计划分三节制作,每节钢筋笼主筋采用闪光对焊连接,分节钢筋笼之间主筋采用单面搭接焊连接。钢筋笼制作时,要分墩号、桩号和节号进行制作及放置,现场做好标识,防止相互混淆。声测管按照桩身钢筋笼分节制作,沿钢筋笼通长、等距布置三根并绑扎在钢筋笼内侧,将底端焊钢板进行封口,随钢筋笼入孔时分节进行焊接。

钢筋笼制作过程中,检查焊工上岗证,杜绝无证上岗,焊接时保证焊缝饱满且无伤主筋现象。钢筋笼制作完后,需经监理工程师验收合格后,方可使用。

清孔达标后应立即安装钢筋笼。钢筋笼放到设计位置时,应立即固定,防止灌注砼过程中钢筋笼上浮及保证钢筋笼中心位置准确。平面位置偏差不大于5cm,底面高程偏差不大于±10cm。

7.浇灌水下砼

本桥桩基砼采用C30抗侵蚀耐久性砼,委托国家认证的试验机构试配砼及出具水下砼配合比,采用商砼站或砼搅拌站集中拌制、罐车运输;灌注砼时,现场应进行入孔前砼坍落度检测,控制在18～22cm间,如果超出范围应退回搅拌站重新加工处理。下首批砼之前,控制导管离孔底高度控制约0.4 m,计算首批砼量,使首批砼埋管深度不小于1.0m。首批砼下管后,浇灌砼全过程保持连续,并在砼终凝之前完成整根桩砼浇灌。

(三)桩基质量检测

桩基质量可通过先进、科学的检测方法后,做出检测结论。桩基的检测方法有三种:一是反射波法,二是超声波透射法,三是钻芯法,其中反射波法及超声波透射法属无破损检测。检测方法必须符合铁道部现行《铁路工程基桩无损检测规程》(TB l0218)、《铁路工程结构混凝土强度检测规程》(TB l0426)中的规定。

为了保证做到根根桩质量可靠,结合本桥的实际情况,所有的桩基都采用超声波透射法检测,当桩身砼达到规定强度后,采用风镐或小型破碎炮凿除桩头至超出设计标高0.2m位置,再采用人工凿除整平。然后联系有检测资质的专业试验室进行桩基超声波检测;按时将砼试件送至试验室做耐久性砼的抗压、电通量等各项检测。

四、桩基施工过程中易出现的问题及预防处理措施

(一)钻孔偏斜

这是在施工中最为常见的一种,偏斜原因及处理措施如下:

①桩架不稳,钻杆导架不垂直,钻机磨耗,部件松动。故此在开钻前一定要检查钻机的稳定性与垂直度,在钻进过程中要随时复核,如有偏差及时处理。

②土层软硬不均,致使钻头受力不均。在地层分层处要注意控制钻速,不要过快,同时要采用减压钻进。

预防措施:可在施工中采用加扶正圈导正,全孔减压钻进的防斜措施。扶正圈直径比设计桩径小20厘米,扶正圈的位置放在离钻头5～6m处,必要时可每钻进20～30m加一扶正圈,以加强钻具的导向性。

(二)塌孔

其表征是孔内水位突然上升又下降,孔口冒细密的水泡,出渣量明显增加而不见进尺,钻机负荷显著增加。

塌孔原因主要有:护筒埋置过浅,周围封填不密,漏水;操作不当,如提升钻头或放钢筋骨架时碰撞孔壁;泥浆稠度小,起不到护壁作用;泥浆水位高度不够,对孔壁压力小;向孔内加水时流速过大,直接冲刷孔壁;在松软砂层中钻进时进尺过快。

处理措施:事故发生后应查明塌孔位置后进行处理。塌孔位置不深时,可采取深埋护筒,穿过塌孔处。塌孔位置深时,塌孔不严重时,可回填到塌孔位置以上,并采取改善泥浆性能,加高水头措施,继续钻进。塌孔严重时,应立即将钻孔用砂类土或砾石土回填,无此类土时可采用粘质土并掺入5%～8%的水泥砂浆,观察数日后重新开钻。

(三)扩孔与缩径

扩孔多系孔壁小塌孔或钻锥摆动过大,应针对原因采取措施。缩径常因地层中含有遇水能膨胀的软塑性土或泥质叶岩造成;钻锥磨损过甚也可造成孔径偏小。

预防措施:前者应采取失水率较小的优质泥浆护壁,后者应及时焊补钻锥。

处理措施:缩径已发生后,可采取钻锥上下反复扫孔,扩大孔径。

(四)初灌导管进水

第一批混凝土拌合物下落后,导管进水时,应将已灌注的拌和物用吸泥机(可用导管作吸泥管)全部吸出,针对进水的原因,改进操作工艺或增加首批砼储量,重新灌注。

(五)初灌导管堵塞

多因隔水硬球塞不符合要求被卡住而产生。可采用长杆冲捣,或用附着于导管外侧的振动器振动导管,或提升导管迅速下落振冲,或用钻杆上加配重冲击导管内混凝土。若上述方法无效,应提出导管,取出障碍物,重新改用其他隔水设施灌注。还有一种为气堵,当混凝土满管下落时,导管内混凝土(或泥浆)面至导管口的空气被压缩,当导管外泥浆压力和混凝土压力处于平衡状态时就出现气堵现象。解决气堵现象的措施为首批混凝土浇注时,在泥浆面以上的导管中间要开孔排气,当首批混凝土满管下落时,空气能从孔口排掉。

(六)钢筋笼骨架上升

除去一般被挂上升的原因外,主要是由于混凝土冲出导管底口后向上的顶托力造成的。为防止钢筋骨架上浮,当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时,降低混凝土的灌注速度。当混凝土上升到骨架底口4m以上时,提升导管,使其底口高于骨架底口2m以上,即可恢复正常的灌注速度。辅助方法是将钢筋骨架顶端与护筒连接。

(七)埋管

灌注过程中导管提升不动,或灌注完毕后导管拔不出来,统称埋管。常因导管埋置过深所致,若已成埋管故障,宜插入一直径稍小的护筒至已灌注混凝土中,用吸泥机吸出混凝土表面上泥渣,拔出安全护筒,重新下导管灌注,灌注完成后上下断层间予以补强。

(八)灌短桩头

灌注结束后,桩头高程低于设计高程,属于桩头灌短事故。多由灌注过程中孔壁断续发生小塌方,施工人员未发觉、处理,探测捶达不到混凝土表面造成。规范要求钻孔桩应超浇0.8m左右的混凝土,目的是用来保证桩头混凝土质量,避免导管拔出时出现泥浆芯在桩体内。施工时一方面要依靠测深锤来测定桩顶标高,另一方面要将孔壁测试结果和砼浇筑方量来校核最后的混凝土面是否正确,确保桩头质量。

五、结语

经过我们合理、有效、科学的管理及精心组织施工,淄河特大桥的192根钻孔桩基础在开工后2个月内顺利全部施工完毕。按照建设单位对全线桩基检测的要求,我们委托济南铁路诚意工程检测有限公司对本桥全部桩基进行了检测,检测结果为:Ⅰ类桩(优质桩)为186根、Ⅱ类桩(合格桩)6根,Ⅰ类桩数量达到96.8%。圆满实现了我们开工前制定的桩基施工质量目标。

钻孔桩施工工艺已经日渐成熟,只要我们严格按照规范要求施工,加强质量管理,制定切实有效的施工安全质量控制措施,及时解决施工中出现的各种问题,必定能够创造出精品工程。

[1]客运专线铁路桥梁工程施工技术指南[S].北京:中国铁道出版社.

[2]客运专线铁路桥梁工程施工质量验收标准[S].北京:中国铁道出版社.

[3]铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[S].北京:中国铁道出版社.

2010-03-18

王俊伟(1978-),男,工程师。