桥梁工程中钻孔桩施工技术及质量事故处理

陈亚飞

1 工程概况

桂林市市政工程总公司承建的鲁班路北段A标心圩江桥梁工程,桥梁为3×25 m的预应力先简支后连续,基础采用钻孔灌注桩,桩径为1.5 m,共 68根,总长486 m,其中桩基础最长的全长为75 m。地基岩土从上到下依次为:粉土、细圆砾土、粗圆砾土、卵石土。桥址处水量极为丰富,水深2 m～3 m,流量随季节变化很大,桥址区内地下水为第四系孔隙潜水,水位埋深0.3 m～1.4 m,主要受大气降水和河水补给,水位随季节变化很大,水质对钢筋混凝土无侵蚀性。根据该桥址处地质情况、施工工期要求紧、施工场地环保等因素,选用钻机成孔的施工方式。

2 钻孔灌注桩主要施工技术

2.1 施工流程

施工流程见图1。

2.2 护筒埋设施工

根据桥墩处的地质资料、设计图纸及桥梁施工规范有关要求,钢护筒需要穿过淤泥层和粉细砂层,长度需20 m左右。钢护筒在工厂分节制造,运至工地电焊接长,吊装就位后用振动锤振动下沉。在现场接长时要特别注意节与节的轴线偏差不仅要在允许范围内,而且不能出现在同一方向上,钢护筒轴线总倾斜不能超标,否则在钻孔施工中极易出现钻头与钢护筒打架现象,一旦发生,轻者要水下切割钢护筒,重者钢护筒卡住钻头,严重影响钻孔施工的正常进行。

2.3 钻孔施工

由于桩径大、桩身长、地质状况差,为保证质量,加快进度,钻孔主要采用正反循环回转钻机为主,冲击钻为辅的施工工艺。施钻过程中根据地质变化,调整钻孔方法:在淤泥层、黏土层、全风化层时,使用刮刀钻头。在进入较硬的岩层时,使用牙轮钻头。充分发挥两种钻头各自的优点来提高钻进速度,同时也保证桩孔的质量和成孔安全。由于在地面50 m左右以下就进入了坚硬的弱风化砂岩,钻进速度十分缓慢,钻进时间较长,机械处于疲劳状态,在这种情况下,经常检查钻头和钻杆是十分重要的,否则极易掉钻头或断钻杆。

2.4 清孔施工

采用泵吸式反循环回转法钻孔时,泥浆由储浆池流入桩孔,到孔底同钻渣混合,在真空泵与吸泥机配合或在空气吸泥机、大力喷射泵的抽吸力作用下,混合物进入钻锥的进渣口。由钻杆内腔吸上,再从出水控制阀经胶管排泄到沉淀池,净化后流入储浆池混换使用。在吊入钢筋骨架后,灌注水下混凝土之前,应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度,如超过规定,进行第二次清孔,待符合要求后方可灌注水下混凝土。

2.5 钢筋笼施工

钢筋笼在钢筋加工棚内依照设计及规范要求分段加工成型。下钢筋笼时,为加快下放速度,缩短吊装时间,保证接头质量和桩孔安全,每节钢筋笼采用冷挤压套筒机械连接,连接时将上下节钢筋笼主筋的中心对直,挤压机与钢筋轴线保持垂直,挤压从套筒中央开始,并依次向两端挤压即可。

2.6 混凝土灌注施工

因桩的水下混凝土体积较大,每根桩接近60 m3。为防止灌注过程中出现意外事故,尽量缩短灌注时间,根据现场实际情况,混凝土采用商品混凝土,用汽车泵送车直接泵送到桩口上方的大料斗,冲击灌注,以保证混凝土的密实度。

2.7 施工中质量控制

钻机选型要选扭矩大,钻杆刚度大的反循环钻机和冲击钻;控制好钻进速度,否则极易扭断钻杆、极易造成缩孔和斜孔;终孔后要用检孔器检查孔的直径,用测斜仪或其他手段检查桩倾斜度;钢筋笼分节制造时要设好加劲箍的内支撑,防止钢筋笼在运输及起吊过程中变形。由于钢筋笼长近40 m,节数多,其钢筋接头不宜采用现场电焊连接,改用钢套筒冷挤压连接,将大大地减少施工时间;超声波检测管一定要有很好的水密性,否则一旦渗漏泥浆将会堵塞检测管,造成超声波检测无法进行;虽然采用摩擦桩,但清孔要求很高,即使是第一次清孔做的再好,下完近百米的钢筋笼后孔内沉淀厚度也可能超标。因此必须采取反循环法或气举法进行第二次甚至第三次清孔。

对水下混凝土配合比一定要严格要求,不仅强度要满足设计要求,而且其和易性、流动性、坍落度、泌水性均要满足施工要求,依靠超声波逐断面检查桩身截面混凝土质量。对有疑问的桩,还需要进行混凝土抽芯补检。即使是超声波检查均合格,也要按规范要求对596的桩进行抽芯检查。本工程桩基经超声波、小应变的抽芯检查,结果均为优良桩,其中Ⅰ类桩占87%以上。

3 钻孔灌注桩施工质量事故处理措施探讨

1)坍孔现象。在松散粉砂土或流砂中钻进时,应控制进尺,选用较大比重、粘度、胶体率的优质泥浆(或投入黏土掺片石、卵石,低锤冲击使黏土膏、片石、卵石挤入孔壁);汛期或潮汐地区水位变化过大时,应采取升高护筒,增加水头,或用虹吸管连接等措施;如发生孔口坍塌,可回填,重新埋设护筒再钻;如发生孔内坍塌,判明坍塌位置,回填砂和黏土(或砂砾和黄土)混合物到坍孔位置以上1 m～2 m,如坍孔严重应全部回填,待回填物沉积密实后再行钻进;严格控制冲程高度和炸药用量。

2)钻孔漏浆现象。在透水性强或有地下水流动的地层中,稀泥浆会向孔外漏失;护筒埋设太浅,回填土不密实或护筒接缝不严密,会在护筒刃角或接缝处漏浆;也可能由于水头过高使孔壁渗浆。为防止漏浆,可加稠泥浆或倒入黏土慢速转动,或回填土,掺片、卵石反复冲击增强护壁;在有护筒防护范围内,接缝处可由潜水工用棉絮堵塞,封闭接缝,稳住水头。

3)钻孔偏斜现象。安装钻机时要使转盘、底座水平,起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上,并经常检查校正;由于主动钻杆较长,转动时上部摆动过大。必须在钻架上增添导向架,使其沿导向架向下钻进;钻杆接头应逐个检查,及时调正。主动钻杆弯曲,要用千斤顶及时调直;在有倾斜的软、硬地层钻进时,应吊住钻杆控制进尺,低速钻进。或回填片石、卵石冲平后再钻进;一般可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔,使钻孔正直。偏斜严重时,应回填砂黏土到偏斜处,待沉积密实后再钻。冲击钻进时,应回填砂砾石和黄土待沉积密实后再钻进。

4)导管进水现象。应立即将导管提出,将散落在孔底的混凝土拌合物用抓斗清出,然后重新准备足够储量的首批混凝土重新灌注;视具体情况拔换原管重下新管,灌注前均应将进入导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的设备去吸出。或用原导管插入最后用潜水泵将管内的水抽出后继续灌注混凝土。为防止抽水后导管外的泥水穿透原灌混凝土从导管底口翻入,有足够的深度,一般宜大于50 cm。

导管因脱落造成的自上口进水事故后可先打捞起导管,用水泵将管内泥水抽干,然后边注入清水清洗导管内壁边抽至洗净抽干。此时管内混凝土面上口仍会留有少量泥水。接下来将导管上提,导管埋深控制在0.5 m左右,测量管内混凝土深度,计算并注入适量新的混凝土(以能充分排出泥浆为宜)继续灌注,当新的混凝土将泥水充分排出后再将导管向下插入0.5 m左右,继续灌注至终结。第二次插入时导管底口以上的混凝土应视作浮浆,以后的导管埋深要超过此时导管埋深的1.0 m以上,并且这些浮浆要在灌注终结时预留出来,以便凿除。

5)卡管现象。可用长杆冲捣导管内混凝土,用吊绳抖动导管,或在导管上安装附着式振捣器等使隔水栓下落。机械发生故障或其他原因使混凝土在导管内停留时间过久,或灌注时间持续过长,最初灌注的混凝土已经初凝,增大了管内混凝土下落的阻力,混凝土堵在管内。其预防方法是灌注前应仔细检修灌注机械,并准备备用机械,发生故障立即掉换备用机械,同时采取措施,加速混凝土灌注速度,必要时,可在首批混凝土中掺入缓凝剂,以延缓混凝土的初凝时间。当灌注时间已久,孔内首批混凝土已初凝,导管内又堵塞有混凝土。此时处理方法为将导管拔出,用吸泥机将孔内表层混凝土和泥浆、渣土等吸出,重下新导管灌注。但灌注结束后,这根桩宜作断桩再予以补强。

6)灌注桩补强现象。需补强的桩,除用地质钻机已钻一个取芯孔外,应再钻一个孔。一个作进浆孔,一个作出浆孔。孔深要求达到补强位置以下最少1 m,柱桩则应到达基岩。用高压水泵向一个孔内压入清水,将夹泥和松散的混凝土碎渣从另一个孔冲洗出来,直到排出清水为止;用压浆泵压浆,第一次压入水灰比为0.8的纯水泥稀浆,进浆管应插入钻孔1 m以上,用麻絮填塞进浆管周围,防止水泥浆从进浆口冒出。待孔内原有清水从出浆口压出来后,再用水灰比0.5的浓水泥浆压入;为使浆液得到充分扩散,应压一阵、停一阵,当浓浆从出浆口冒出时,停止压浆,用碎石将出浆口封填,并用麻袋堵实;最后用水灰比为0.4的水泥浆压入并增大灌浆压力且关且闭进浆闸,稳压焖浆20 min～30 min,压浆工作即可结束;压浆工作结束,水泥浆硬化以后,应再作一次钻芯,检查补强效果。

4 结语

钢筋混凝土钻孔灌注桩是普通跨径桥梁工程最常用的基础形式之一,它具有适应性强、对邻近构筑物影响较小、抗震性强、施工噪声小、无振动、所需的设备简单、操作方便、施工安全等特点,而且钢筋混凝土钻孔灌注桩能将所有上部结构传来的动载和静载均匀的传递到深层稳定的土层中去,从而大大减少了基础沉降和不均匀沉降,所以钢筋混凝土钻孔灌注桩被广泛采用。

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