钻孔桩水下混凝土灌注基本要求与应急处理

王 瑞

1 工程概况

1)地理位置。由我公司承建的京沪高速铁路一标段九工区,起点里程为DK101+506.64,终点里程为 DK120+929.29(断链14.035 km),路线全长5.388 km,基础全部采用摩擦桩,桩直径分别为1.0m,1.25m,1.5 m三种类型,地处天津市北辰区青光镇和西青区杨柳青镇。

2)地形地貌。地形地貌为近海冲积平原,地势由西向东缓倾。

3)地质条件。地层主要为第四系冲积层、冲洪积层、海积层,一般以黏性土、粉土、砂类土为主。普遍分布松软层,松软层底板埋深在6 m～18 m范围内;地震动峰值加速度不小于0.01g,分布有地震可液化层,液化层以饱和的粉、细砂及粉土为主。

2 水下混凝土灌注前的基本要求

1)配合比选定。北京—沧州地段沿线地下水和地表水有不同程度(H1,H2,H3,H4)的化学侵涩性,不同程度的侵涩性对桩基础混凝土的性能有不同的要求,桩基混凝土施工前,必须仔细审核图纸,采用设计图中指定的强度等级的混凝土,不得采用通用设计图中通用性混凝土强度等级。

2)初灌量。水下混凝土灌注采用导管法,混凝土灌注应在钢筋笼吊放完成,各项检测数据合格后立即开始,储料斗的容量应使首批灌注下去的混凝土能满足导管初次埋置深度的需要。按首批混凝土封底后导管埋深不小于1.0m来计算所需的混凝土方量。

3)导管要求。导管的内径一般为250mm～300mm,长度一般为12m,最下端一节导管长应为4.5 m～6m,不得短于4m,为了配备适合的导管柱长度,上部导管长为1 m或0.5m。导管采用游轮螺母连接,橡胶“O”形密封圈密封,严防漏水。导管初次使用时应做水密承压力试验,进行水密试验的水压力不小于井孔内水深1.5倍的压力。

4)复测孔深。灌注前用测锤复测孔深,保证其桩底沉淀厚度摩擦桩不大于20cm,若不满足要求则进行二次清孔,直到合格后方可进行水下混凝土灌注。

5)混凝土。混凝土采用拌合站集中拌和,混凝土输送车运至桩位,吊车或钻机配合灌注。

3 水下混凝土连续灌注

采用砍球法灌注混凝土,确认初存量备足后,即可剪断隔水塞铁丝,灌入首批混凝土。同时,观察孔内返浆情况,测定埋管深度并做好记录。首批混凝土灌注正常后,要紧凑地、连续不断地进行,严禁中途停工。灌注过程中,应经常用测锤探测混凝土面的上升高度,并适时提升拆卸导管,保持导管的合理埋深。导管的埋深应不小于2m,但最大埋深不宜超过6m。随着孔内混凝土的上升,需逐节拆除导管,拆下的导管应立即洗刷干净。灌注接近桩顶部位时,为了严格控制桩顶标高,应计算混凝土的需要量,严格控制最后一次混凝土灌入量。混凝土灌注过程中,配备发电机,保证混凝土灌注连续进行,同时应将井孔内溢出的泥浆引至泥浆循环池回收利用,防止污染环境。水下灌注桩的混凝土面应高出设计0.8 m～1.2m,以便凿除浮浆与桩头,确保桩身混凝土质量。

4 水下混凝土灌注应注意事项

4.1 首封混凝土

1)必须准确测量每节导管的长度,并编号,复核孔深及导管总长度。可将拼装好的导管直接下到孔底,相互校核长度。避免计算错误使导管下口距离孔底太高或太低。2)根据孔径、导管直径认真计算和复核首批混凝土数量。避免计算错误,造成首批混凝土数量不够,埋管失败。3)搞好配合比设计,严格控制混凝土和易性。避免首批混凝土和易性太差,或坍落度太大,造成离析。4)导管必须密封性好,避免在首批混凝土灌注后,由于外部泥浆压力太大,渗入导管内,造成混凝土与泥浆混合。5)首批混凝土封底失败后,应拔出导管,提起钢筋笼,立即清孔。

4.2 供料和设备故障使灌注停工

1)施工前应做好过程能力鉴定,对于部分设备考虑备用;对于发生的事故应有应急预案。避免设备故障,混凝土材料供应问题造成停工较长时间,使混凝土凝结而断桩。2)处理方法。如断桩距离地面较深,考虑提起钢筋笼后重新成孔。如断桩距离地面较浅,可采用接桩。如原孔无法利用,则回填后采取补桩的办法。

4.3 灌注过程中发生坍孔

1)避免由于清孔不当、泥浆过稀、下钢筋笼时碰撞孔壁,致使在灌注过程中发生坍孔。2)处理办法。如坍孔并不严重,可继续灌注,并适当加快进度;如无法继续灌注,应及时回填重新成孔。

4.4 导管拔空、掉管

1)应认真测量和复核孔深、导管长度;应对导管埋深适当取保守数值。避免测量和计算错误,致使灌注混凝土时导管拔空,对管内充满泥浆;或导管埋深过少,泥浆涌入导管。2)每次拆管后应仔细重新连接导管接头;导管埋深较大时应及时拆管。避免导管挂住钢筋笼,强拉拉脱导管等。3)处理办法:混凝土面距离地面较深时应重新成孔;混凝土面距离地面较浅可采取接桩办法。

4.5 灌注过程中混凝土上升困难、不翻浆

1)混凝土供料间隔时间太长,灌注停顿,混凝土流动性变小。2)混凝土和易性太差。3)导管埋深过大。4)在灌注将近结束时,由于导管内混凝土柱高减小,超压力降低。5)导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度增大。6)补救措施:提起导管,减小导管埋深。接长导管,提高导管内混凝土柱高。可在孔内加水稀释泥浆,并掏出部分沉淀土。

4.6 灌注高度不够

可采用多种方法测量,确保准确;桩头超灌预留量可适当加大;避免桩头预留量太少,重新接桩。

5 水下混凝土灌注二次封底技术

1)定义。由于某种原因不得不中断混凝土灌注,为了混凝土的连续性灌注而采取再次封底技术,从而保证了桩基质量的完整性,这一过程称为水下混凝土灌注二次封底技术。

2)所出现的状况。在水下混凝土灌注过程中,虽然我们也是处处小心,但是仍有操作疏忽发生,诸如:混凝土坍落度太大,造成离析堵管;灌车清洗不干净,车内有混凝土结块而不慎堵管;导管密封性不好,在混凝土灌注中,由于外部泥浆压力太大,渗入导管内,造成混凝土与泥浆混合;由于测量和计算失误,致使灌注混凝土时导管拔空;导管埋深过少,泥浆涌入导管;导管接头连接不符合要求,导管挂住钢筋笼,强拉拉脱等等。

3)操作过程。a.初测:拔管之前先测 h1,h2,h4。其中,h1为导管口至导管内混凝土面的高度;h2为护筒顶面至孔内混凝土面的高度;h4为管口至管底的高度。b.拔管:在导管拔出混凝土面之前,拔管须缓慢进行;导管拔出混凝土面后,拔管需迅速进行,并快速将导管拆除清洗干净,堆放整齐。c.复测:准确测量 h3。h3为拔完导管后护筒至孔内混凝土面的高度。d.下管:下管需快速,准确悬空混凝土面10cm～15cm。e.封底:在大料斗放满混凝土,将料斗抬高不少于1m,且保证导管悬空10cm～15cm;备足了二次封底混凝土,开始砍断球线,在计算好混凝土抵达管底的时刻予以压力迅速将料斗压下,使管埋入混凝土至少1 m左右;此后可换小料斗进入正常的混凝土连续灌注(见图1)。

6 结语

本文结合我公司担负施工的京沪高铁一标段九工区,介绍了桩基水下混凝土灌注的一些基本要求、应急处理措施以及重点推出了二次封底灌注技术。总的来说,能够顺利的灌好一根桩,就是成本的最好控制。本文推出的二次封底技术,在实践中得到的验证还不是很充分,具有一定的探索性,但在今后的试验和实践中必将不断完善,有一定的借鉴价值。

[1]谷天本,蒋国盛.反循环钻孔灌注桩钻进技术探讨[J].山西建筑,2008,34(5):134-135.