桥梁灌注桩缺陷的成因和预防及处治方法

2010-08-15刘金山

山西建筑 2010年11期

刘金山

随着我国交通基础设施建设的快速发展,钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点仍将被广泛地应用于公路桥梁及其他工程领域。灌注桩属于隐蔽工程,但由于影响灌注桩施工质量的因素很多,对其施工过程每一环节都必须严格要求,对各种影响因素都必须有详细的考虑,必须高度重视并严格控制钻孔灌注桩的施工质量,尽量避免发生事故及减少事故造成的损失,以利于工程的顺利进展。本文作者仅对曾经参与施工的耒水河大桥、澧水河特大桥、珠湖信江大桥、暖水川大桥灌注桩施工中缺陷桩预防及处治方法等作简要总结,供同行交流。

1 几种缺陷桩的形成原因与处理方法

1.1 导管进水

1.1.1 主要原因

1)首批混凝土储量不足,或虽然混凝土储量已够,但导管底口距孔底的间距过大,混凝土下落后不能埋设导管底口,以致泥水从底口进入。2)导管接头不严,连接螺栓没有上牢,接头间橡皮垫被导管气囊挤开,或焊缝开裂,水从接头或焊缝中流入。3)导管提升过猛,或测探出错,导管底口超出原混凝土面,导管涌入泥水。

1.1.2 预防及处理办法

1)若是由上述第一种原因引起的,应立即将导管拔出,将散落在孔底的混凝土拌合物采用空气吸泥机或水利吸泥机或抓斗清出,必要时需将钢筋笼提出采取复钻清除。2)若是第二、三种原因引起的,视具体情况采取不同的处理办法。可立即将导管拔出后检查问题所在,经过处理确定密闭后重新下到孔中;或拔换原管重下新管,继续浇筑。导管插入混凝土应保证足够的埋深(≥200 cm),用潜水泵抽出导管内泥水,由于潜水泵不可能将导管内的水全部抽干,续灌的混凝土配合比应增加水泥用量,提高稠度后灌入到管内,灌入前将导管进行小幅度抖动使原混凝土损失的流动性得以补偿。以后灌注的混凝土可恢复正常的配合比。若混凝土面在水面以下不很深,且未初凝时,可于导管底部设置防水塞(用混凝土制作或钢板制作),将导管重新插入混凝土内(导管侧面适当施加外力以克服泥浆或水的浮力)。利用新混凝土自重降低塞压出,然后继续灌注。若上述方法仍不奏效,则按断桩的处理方法。若上述方法仍不奏效,则按断桩的处理方法。

1.2 卡管

1.2.1 第一种情况

1)形成原因。初灌时球塞卡管或混凝土本身的原因,如坍落度过小、流动性差、夹杂过大的卵石、拌和不均匀、运输途中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等使混凝土中水泥浆被冲走,粗集料集中而造成导管堵塞。2)处治办法。可采用长杆或长的钢筋冲捣管内混凝土,用吊升设备抖动导管,或在导管顶加装大的储料漏斗(一种行之有效的办法),填加一定数量的混凝土进行抖动,如仍不奏效,可将导管连同管内混凝土一起拔出孔内,进行清理后采取1.2中第二种处理方案,重新吊装导管,重新灌注。若此法仍不奏效则按断桩的处理方法。

1.2.2 第二种情况

1)形成原因。机械故障如运输机械的故障、拌合机械、起吊机械的故障,或中途停电、运输路途较远、拌合能力达不到要求等原因使导管内混凝土停留时间过长导致首批混凝土初凝,增大了导管内混凝土下落的阻力,致使混凝土堵在导管内。2)预防及处治办法。灌注前应充分检查好各相关机械设备的完好情况,及时检修保养,关键设备要配置备用的;拌合能力不足可适当增加拌合站或采用大型号的拌合站;路途较远要适当增加混凝土运输机械。

1.3 坍孔

1.3.1 形成原因

可能是护筒底角周围漏水,孔内水位降低,不能保持原有落水压力,以及由于护筒周围堆放重物或机械振动,或因工程地质情况较差,在灌注过程中,井壁坍塌严重或出现流砂、软塑状质。

1.3.2 预防及处治办法

发生坍孔后,应查明原因,采取相应的措施,如保持水头或加大水头、移开重物、排除振动等,防止继续坍孔。经处理后如不继续坍孔,可用吸泥机吸出孔中泥土后继续浇筑混凝土。

经处理或采取措施后仍然继续坍孔,且探空部位较深,宜将导管拔出,将混凝土钻开抓出,同时将钢筋抓出,再回填沉实后重新开孔浇筑。若部位较浅,则可按断桩处理方法。

1.4 埋管

1.4.1 形成原因

其主要原因为导管埋入混凝土过深,或导管内外混凝土已使初凝混凝土导管与混凝土间摩阻力增大,致使导管无法拔出。

1.4.2 预防及处治办法

灌注过程中应严格控制导管的埋深,不得超过6 m～8 m;若停灌较长时间,可利用起吊设备小范围上下抖动导管,延缓导管附近混凝土的初凝时间。

若事故已发生,应尽快调集起重设备如吊车、千斤顶、手拉葫芦等,迅速采取方案。待导管拔出后,迅速拆除过多的导管继续浇筑混凝土;如果拔管失败,不得已只有切除导管。挖孔桩要抽干水后人下到孔中割除导管;钻孔桩需下一直径比孔径稍小的护筒,长度根据埋管部位到井孔深度确定,护筒要下到浇筑好的混凝土中,用吸泥机吸出混凝土表面泥渣;派潜水工下至混凝土表面将导管切断;拔出小护筒,重新下导管灌注,即进行重新剪球。

1.5 钢筋笼上升

1.5.1 成因

除了由于导管提升挂钩一些显而易见的原因所致外,主要原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口,到管底口在钢筋笼底口以下3 m至钢筋笼底口上1 m时,混凝土浇筑速度过快、坍落度过小、导管埋深过大,致使混凝土对钢筋笼的顶托力大于钢筋笼的自重导致钢筋笼上升。

1.5.2 处理办法

为了防止钢筋笼上升,当到管底口低于钢筋笼底部3 m至高于钢筋笼1 m之间,应注意放慢混凝土浇筑速度,允许的最大灌注速度与桩径有关。克服钢筋笼上升,除了主要从上述改善混凝土的流动性、初凝时间及灌注工艺等方面入手外,还应从钢筋笼自身结构及定位方式上加以考虑。具体措施为:1)适当减少钢筋笼下端的箍筋数量,可以减少混凝土向上的顶托力;2)钢筋笼上端焊接在护筒上面可以衬托部分顶托力,起到防止上升的作用。

2 缺陷桩的处治

1)原位复桩。对在施工过程中及时发现和超声波检测出的断桩,采用彻底清理后,在原位重新浇筑一根新桩,做到较为彻底处理。此种方法效果好、难度大、周期长、费用高,可根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量、缺陷受力等因素选择采用。2)接桩。澧水河特大桥29号-2钻孔灌注桩灌至剩余8 m时发生卡管现象,在采取其他补救措施无效的情况下,决定将剩余孔深回填后,进行人工挖孔施工。首先,对桩进行声测,确定好混凝土的部位;其次,根据设计提供的地质资料表明桩顶以下10 m均为黏土层,确定井点降水—开挖—20号素混凝土进行护壁,护壁内用Φ 12的钢筋箍圈以20 cm间距进行加固,护壁间连接筋用Φ 12钢筋以20 cm间距布置。第三,挖至合格数处利用人工凿毛,按挖孔法混凝土施工方法进行混凝土的浇筑。可根据不同的地质情况、地下水情况、缺陷部位等选用。可用于处理各种缺陷桩的处治。3)桩芯凿井法。这种方法说起来容易做起来难,即边降水边采用风镐在缺陷桩中心凿一直径至少不小于80 cm的井,也可以采用桩外下护筒底角和桩之间压浆封水再从中心开凿。主要看采用哪种封水方法更容易。深度至少超过缺陷部位,然后封闭清洗泥砂,放置钢筋笼,用挖孔混凝土施工方法浇筑膨胀混凝土。此法进度受到很大约束。此方案适用于缺陷部位较浅,地下水位以下不深的情况。可用于处理混凝土离析、缩颈、桩身夹泥等缺陷桩。4)高压旋喷注浆法。此法操作起来较容易,工期较快。但是因处理不是很直观,所以要求有较详细的施工处理方案。高压喷射注浆法一般是用工程钻机成孔至灌注桩缺陷部位后,用高压泥浆泵等高压发生装置,通过安装在钻杆杆端的特殊喷嘴向断桩夹层部位喷射化学浆液(通常是水泥浆液),同时钻杆以一定的速度渐渐向上提升,高压射流使夹层范围内物体结构受到破坏,与浆液融为一体,通过浆液循环置换到孔外。夹层部位置换干净后,保留水泥静浆在夹层孔内,即可达到处理目的。5)开挖接桩。开挖接桩适用于桩身缺陷位置较浅,可降水后进行人工操作的地层,需要对地质情况,地下水情况进行详细研究后方可实施。此法可处理缩颈、桩身夹泥、断桩等。