冲孔桩在桥梁桩基施工中的应用探讨

马东旭

(河北省唐山市交通运输局公路工程处)

1 冲孔桩基本原理

冲孔施工法是采用冲击式钻机或卷扬机带动一定重量的冲击钻头,在设定的高度内使钻头提升,然后空放使钻头自由降落,利用冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔,再用循环液将钻渣和岩屑排出。每次冲击之后,冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下转动一定的角度,从而使桩孔得到规则的断面和相应的孔深。

2 施工工艺

2.1 冲孔桩桩位放样

依据桩位平面设计图纸要求,建立平面坐标系,计算每根桩中心坐标,用全站仪定位,并报监理有关人员对桩位进行复核,验收合格后方可使用。在埋设钢护筒前,四周打好木桩校正桩心,埋设钢护筒后,在复核桩上拉十字线,核对钢护筒中心及桩锤中心,并经技术人员及监理确认后,才开始冲桩施工。在整个冲孔桩施工过程中,用复核桩检验桩锤中心,在施工中要保护好复核桩。

2.2 埋设钢护筒

在桩机就位之前埋设钢护筒,护筒根据桩径大小用采用8～10mm厚钢板加工制作,高度为 1.2～1.5m,护筒直径比桩径大200mm,护筒中心与运输费中心偏差不大于50mm,护筒倾斜度的偏差不大于 1%,在护筒四周均匀地回填泥砂并分层压实到地面,护筒槽同应比地面高 100mm左右。埋好护筒后,在地面挖一条由护筒口通往泥浆池的浅沟,作为泥浆通道。

2.3 冲孔施工

2.3.1 精确对中

用绳子穿过桩机顶部滑轮,绳子下端挂一重锤,移动桩机,使重锤与桩孔中心在同一直线上,控制其偏差小大于20mm。

2.3.2 冲孔施工(1)开孔时低锤密击,反复冲击造壁,保证护筒稳定; (2)泥浆泵循环泥浆系统,保证泥浆供给使孔内浆液面稳定;

(3)冲孔至基岩时应低锤密击,以免偏斜。如发现入岩偏斜,应立刻回填片石至偏孔处上部 0.3～0.5m,进行复冲纠偏处理后再转入正常冲孔;

(4)准确控制松绳长度,避免打空锤。一般不用高冲程,以免扰动孔壁,引起塌孔、卡锤等事故;

(5)在钻进过程中,每 2m检查一次垂直度。垂直度检查利用桩位拉十字控制线进行桩位中心复核,同时,从两个方向观测吊锤钢丝绳的摆动;

(6)对于土层变层处和易于发生偏斜的部位,采用低锤密击的方法穿越,保持孔形良好;

(7)在冲击钻进阶段应注意始终保持孔内水位高过护筒底口 0.5m以上,以免水位升跌波劲造成对护筒底口处的冲刷掏空使护筒移位。

2.4 初步清孔

在孔深达到设计深度后,采用泥浆循环法立即清孔,泵送泥浆池的泥浆到孔底,把沉碴带上来,夹碴的泥浆流向泥浆池,中间采用人工碴捞,泥浆流回泥浆池,反复循环。

2.5 钢筋笼的加工及下放

2.5.1 钢筋笼的加工

主筋焊接应相互错开,钢筋 35d区段范围内的接头数,不得超过钢筋总数的一半;钢筋笼内径应比导管接头处的外径大100mm以上;钢筋笼外皮净保护为6cm,其允许偏差为±2cm;钢筋笼分段制作,分段长度一般以12m为标准段,加余量;钢筋笼吊运时应采取适当措施,防止扭转、弯曲,安装钢筋笼时,应对准孔位,吊直扶稳,缓慢下沉,避免碰撞孔壁。

2.5.2 钢筋笼的下放

钢筋笼采用塔吊辅助吊放。采用两点起吊法吊起一截钢筋笼,注意保持骨架垂直且小变形,对准孔口缓慢下放。直至全长钢筋笼接好放完,测量钢筋笼顶标高,反算笼底标高,验算钢筋笼是否到底。

2.6 下放导管及再清孔

放完钢筋笼后,立即下放导管继续清孔。导管一般采用Φ250mm刚性导管。导管使用前应试拼装、试压,检查胶垫是否完好,有无老化现象。导管每节标准长度 3m,同时还备有 1～2m长的导管。为防比导管提升时挂住钢筋笼,在导管法兰处焊接了三角形小钢板,小钢板垂直于法兰。

用塔吊吊起导管从桩中心慢慢放下,待导管放完后,接上泥浆泵继续清孔,预防下放钢筋笼时碰撞孔壁,沉碴加厚,稍微提放导管,通过导管可感觉出孔底是否干净。清孔完毕后,经有关方而人员验收后即可进行混凝土灌注。

2.7 灌注水下混凝土

2.7.1 水下混凝土拌合物要求

水下混凝土采预拌商品混凝土灌注,坍落度为 180～220mm;配合比经试验确定,混凝土必须具有良好的和易性和流动性;水下混凝土初凝时间控制在 6～8h内,对于大直径桩,由于灌注时较长时混凝上的初凝时间应延长至8～10h。

2.7.2 灌注混凝土

(1)灌注水下混凝上时,导管离岩层底而不应高于50cm,可以利用混凝上的下滑重力将清孔时留在底部的渣挤出来,浮至混凝圭上使灌注的混凝土更好地与岩层结合。

(2)混凝土上升速度不小于 2m/h,桩的灌注时间按以下规定要求:①灌注量在 10m3以内≤2h;②灌注量在 10～20m3以内≤3h;③灌注量在 20～30m3以内≤4h;④灌注量在 30～40m3以内≤5h;⑤灌注量大于 40m3时不得超过6h。

(3)随着混凝土的上升,要适时提升和拆卸导管,提升导管时应返插、拔提,导管底端埋入混凝上而以下保持 1.5～2m,防止混凝土面突然下降,严禁把导管底端提出混凝土面。

(4)在水下混凝土灌注过程中,设专人测量导管埋深,填写好水下混凝土灌注记录表。

(5)提升导管时应避免导管法兰接头碰挂钢筋笼,当混凝土面接近钢筋笼底时,应严格控制导管的埋管深度,不要过深,当混凝土面上升到钢筋笼内 3～4m,再提升导管,使导管底端高于钢筋笼底端,以防钢筋笼上浮。

(6)控制好最后一次混凝上的灌注量,超灌高度控制在设计桩顶标高以上约 0.6～0.8m,确保桩顶不超高或偏低过多。

3 冲孔过程中的相关问题及预防措施

3.1 偏斜孔

桩机安装时,支撑不好、桩孔地质构造不均匀等因素引起桩机整体偏斜,导致出现偏孔。

(1)因桩机倾斜造成。

对于小量偏斜的桩孔,先检查孔壁情况,如果孔壁比较稳定,则应加固施工范围内的地基或加大桩机的支撑面积,而后恢复施工孔壁随时有坍塌可能的,应将桩孔回填至原地面,待地层静置稳定后重新开始冲孔;对于大偏斜的桩孔应用块石和粘土等混合物将桩孔回填至原地面,重新放点就位开冲。

(2)地质构造不均匀引起。

先分析清楚岩层的走向,然后采用片石加粘土等组成的混合物将桩孔回填至计算确定的高程处,静置一段时间后恢复施工。孔中心偏差小于 20cm的,静置 1～2h后可以继续钻孔孔中心偏差大于20cm的,应根据情况静置2h甚至更长的时间待地层沉积稳定后恢复冲孔。

(3)预防措施。

桩机就位之前对桩机就位的支撑面尽量加固,冲孔之前先熟悉该桩的地质情况,做到心中有数,控制好提锤高度,做到入岩以后每 2h检查一次孔,必要时每 1h检查一次孔,时刻注意孔的情况。

3.2 护筒脱落

由于护筒背后回填土质量小好受地面流水的浸泡等因素引起的护筒失去稳定、脱落。出现护筒脱落应立即停止钻孔,将桩机移开,采取相应措施处理。由于地面流水引起的可先排除流水,在原地面上填一层熟土使地面干燥、小渗漏,而后,重新安装护筒恢复冲孔。

护筒脱落的预防措施:尽量选择质量好的回填土,做好地表水的引排工作,对于表面淤泥层较厚的地力一,可在埋设护筒之前进行水泥造壁。

3.3 塌孔

在施工过程中孔壁失衡坍塌的现象统称为塌孔。塌孔的原因一般有:(1)施工过程中泥浆比重没有控制好;(2)外力的干扰;(3)施工过程中突然遇到降大雨造成孔壁压力失衡等。

防治措施:在冲孔之前务必熟悉桩的地质资料,施工过程中控制好泥浆比重,在外力干扰比较严重的地方埋设加长钢护筒。

4 结 语

冲孔桩基础施工简便、操作易掌握、设备投入一般不是很大,在各类房屋及桥梁桩基中都得到了较广泛的应用,但对施工作业人员的操作熟练程度、工艺水平都有较高的要求。冲孔灌注桩必须严格按照施工规范、规程的要求,精心组织施工,着重控制好现场施工顺序和施工工艺,有效地预防及正确处理施工过程中出现的偏心、塌孔、缩孔、断桩等不良现象,这样将大大地提高工程效益与经济效益。

[1] 天津市市政工程局.道路桥梁工程施工于册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

[2] 廖扬文.浅谈冲孔桩的质量技术控制及预防措施[J].科技咨询导报,2007,(28).