桥梁钻孔灌注桩施工质量控制分析

2010-11-02钱大高

淮北职业技术学院学报 2010年5期

关键词：断桩灌注桩泥浆

钱大高

桥梁钻孔灌注桩施工质量控制分析

钱大高

(安徽省高速公路总公司,安徽合肥 310051)

钻孔灌注桩是桥梁施工中易出现各种事故的一项重要隐蔽工程,为避免给工程带来的隐患,应采用合适的方法对灌注桩事故进行预防和处理。介绍钻孔灌注桩施工质量控制要点,对施工中出现的事故原因进行分析。并提出处理方法。

灌注桩;施工;质量控制;处理方法

钻孔灌注桩是桥梁施工中易出现各种事故的一项重要的隐蔽工程,灌注水下混凝土是成桩的关键性工序。灌注过程应分工明确,密切配合,统一指挥,做到快速、连续施工,灌注成高质量的水下混凝土,防止发生质量事故。若出现事故时,应分析原因,采取合理的施工措施,及时设法补救。对于确实存在缺点的钻孔桩,应尽可能设法补强,不宜轻易废弃,以免造成过多的损失。笔者根据多年在桥梁一线进行施工管理的经验,对如何控制钻孔灌注桩的施工质量加以介绍。

1 钻孔灌注桩施工质量控制要点

1.1 地基承载力

地基承载力应符合设计要求,否则将会使灌注桩失效[1]。对摩擦桩,地基承载力取决于地质土层的构造情况;对嵌岩桩,地基承载力取决于岩层的构造情况、桩嵌入岩石的深度、岩石单轴饱和抗压强度等。如果施工地区处于断裂带,在施工中就要注意夹层的存在。

1.2 桩基质量

桩身强度是桩质量控制的另一关键。桩身质量控制主要在于控制混凝土的质量。桩基质量的缺陷往往是由于施工工艺不合理引起的,因此必须确保措施到位,严格控制桩基工程的施工工艺,否则,起不到质量控制的效果,具体要求如下:

(1)控制好混凝土质量的和易性,防止出现堵管、埋管,引起断桩事故。

(2)控制导管埋深2～6 m,使砼面处于垂直顶升状态,不使浮浆、泥浆卷入砼,防止提漏引起断桩事故。

1.3 沉渣量

对于摩擦桩,由于其受力机理是通过桩表面和周围土壤之间的摩擦力或依附力逐渐把荷载从桩顶传递到周围的土体中,如果在设计中桩底反力不大,桩底的沉渣量对桩承载力亦影响不大;而对于钻孔端承桩,如果沉渣量过大,势必造成桩受荷时发生大量沉降,使桩的承载力失效。

2 施工中出现的事故原因分析及处理方法

2.1 卡管

2.1.1 原因

(1)初灌时隔水栓卡管,或由于混凝土本身的原因,如塌落度过小、流动性差、夹有大卵石、拌和不均匀,以及运输中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等,使混凝土中的水泥浆被冲走,粗集料集中而造成导管堵塞[2]。

(2)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,或灌注时间过长,最初灌注的混凝土已经初凝,增大了导管内的混凝土下落的阻力,混凝土堵在导管内。

2.1.2 处理办法及预防措施

对于原因(1),可用长杆冲捣管内混凝土,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。如仍不能下落时,则应将导管连同其内的混凝土提出钻孔,进行清理整修,然后重新吊装导管,重新灌注。一旦有混凝土拌和物落入井孔,须将散落在孔底的拌和物粒料等予以清除。

对于原因(2),预防方法是灌注前应仔细检修灌注机械,并准备备用机械,发生故障时立即调换备用机械,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内掺入缓凝剂,以延缓混凝土的初凝时间。

如果灌注时间已久,孔内首批混凝土已初凝,导管内又堵塞混凝土,此时应将导管拔出,重新安设钻机,利用较小钻头将钢筋笼内的混凝土钻挖吸出,用冲抓锥将钢筋骨架逐一拔出。然后以粘土掺砂砾填塞井孔,待沉实后重新钻孔成桩。

2.2 坍孔

在灌注过程中如发现井孔护筒内水(泥浆)位忽然上升溢出护筒,随即骤降并冒出气泡,应怀疑是坍孔征象,可用测探仪探头或测探锥探测。

2.2.1 坍孔原因

(1)护筒底脚周围漏水,孔内水位降低。

(2)在潮汐河流中涨潮时或河流下游发电开闸放水,孔内水位减少,不能保持原有静水压力。

(3)由于护筒周围堆放重物或机械振动等。

2.2.2 处理措施

保持水压或加大水压、移开重物或机械振动等,然后用吸泥机吸出坍入孔中的泥土。如不继续坍孔,可恢复正常灌注。如坍孔仍不停止,坍塌部位较深,宜将导管拔出,将混凝土钻开抓出,只求保存孔位,再以粘土掺砂砾回填,重新钻孔成桩。

2.3 缩径

(1)主要原因塑性土膨胀。

(2)防治措施成孔时,应加大泵量,加快成孔速度,快速通过,成孔一段时间后,孔壁形成泥皮,孔壁不会渗水,亦不会引起膨胀;如出现缩径,采用上下反复扫孔的办法,以扩大孔径。

2.4 钢筋笼上浮

2.4.1 原因

(1)当混凝土灌注至钢筋笼下,此时提升导管,导管底端距离钢筋笼仅有1 m左右的距离时,由于灌注的砼自导管流出后冲击力较大,推动了钢筋笼上浮。

(2)由于砼灌注过程钢筋笼和导管埋置较深,其上层砼因灌注时间较长,已近初凝,表面形成硬壳,砼与钢筋笼有一定握裹力,如果此时导管底端未及时提到钢筋底部以上,混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升,同时也带动钢筋笼上移。

(3)混凝土顶面接近钢筋笼底口以下3～1m时,混凝土灌注的速度过快,使混凝土下落冲出导管口向上反冲,其顶托力大于钢筋的重力。

为了防止钢筋笼上升,当导管底口低于钢筋笼3 m至高于1 m之间,且混凝土表面在钢筋笼上下1 m之间时,应放慢混凝土灌注速度,允许的最大灌注速度与桩径有关,当桩长为50 m以内时可参照表1处理。

表1 灌注桩的混凝土表面靠近钢筋笼底部时允许最大灌注速度

2.4.2 防治措施

(1)灌注砼过程中,应随时掌握砼灌注标高及导管埋深,当砼埋过钢筋笼底端2～3 m时,应及时将导管提至钢筋笼底端以上。

(2)当发现钢筋笼开始上浮时,应立即停止灌注,并准确计算导管埋深和已浇砼标高,提升导管后再进行灌注,上浮现象即可消除。

(3)在规范允许的情况下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。

(4)钢筋笼上端焊固在护筒上,可以承受部分顶托力,具有防止其上升的作用。

2.5 断桩

2.5.1 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没导管底口,以至泥水从底口进入。

(2)导管接头不密封,接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开,或焊缝破裂,水从接头或焊缝中流入。

(3)导管提升过猛,或测深出错,导管底口超出原混凝土面,底口涌入泥水。

(4)灌注时间过长,而上部砼已接近初凝,形成硬壳,而且随时间增长,泥浆中残渣将不断沉淀,从而加厚了积聚在砼表面的沉淀物,造成砼灌注极为困难,造成堵管或导管拔不上来,引发断桩事故。

(5)导管埋得太深,拔出时底部的混凝土已接近初凝,使砼不能及时充填,造成泥浆填入。

(6)泥浆过稠,增加了浇注砼的阻力,如泥浆相对密度大或泥浆中含较大泥块的情况,因此,在施工中经常发生导管堵塞、流动不畅等现象,有时灌满导管还是不行,最后只好提取导管上下振击,由于导管内储存大量砼,一旦流出其势甚猛,在砼流出导管后,即冲破泥浆最薄弱处急速返上,并将泥浆夹裹于桩内,造成夹泥层。

(7)灌注砼过程中,因导管漏水或导管提漏而二次下球也是造成夹泥和断桩的原因。

(8)由于灌注时间过长,首批混凝土已凝固,流动性降低,而续灌的混凝土冲破顶层而上升,因而也会在两层混凝土中夹有泥浆渣土,甚至全桩夹有泥浆渣土形成断桩。

断桩大都是以上原因引发的次生结果。对已发生或估计可能发生夹泥断桩的桩,应采用地质钻机,钻心取样,作深入的探查,判明情况。或者用非破损检验混凝土桩质量的方法进行判定[3]。

2.5.2 处理方法

如果是原因(1)引起导管进水,应立即将导管提出,将散落在孔底的混凝土拌和物用反循环钻机的钻杆通过泥石泵吸出,或者用空气吸泥机、水力吸泥机以及抓斗清出。不得已时需要将钢筋笼提出采取复钻清除,然后重新下放骨架、导管并投入足够储量的首批混凝土,重新灌注。

如果是原因(2)、(3)引起导管进水,应视具体情况,拔换原管,下新管,或用原导管插入续灌,但灌注前应将进入导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。如重新下管,必须用潜水泵将管内的水抽干才可继续灌注混凝土。为防止抽水后导管外的泥水穿透原混凝土压入上部凝固层导管内,续灌的混凝土配合比应增加水泥量,提高稠度后灌入导管内,灌入前将导管进行小幅度抖动或挂振捣器予以振动片刻,使原混凝土损失的流动性得以弥补。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,未初凝时,可在导管底部设置防水塞(应使用混凝土特制),将导管重新插入混凝土内(导管侧面增加重力,以克服水的浮力)。导管内装灌混凝土后稍提导管,利用新混凝土自重将底塞压出,然后继续灌注。若混凝土面在水面以下不很深,但已初凝,导管不能插入混凝土时,可在原护筒内加设直径稍小的钢护筒,用重压或锤击方法压入原混凝土面以下适当深度,然后将护筒内的水(泥浆)抽除,并将原混凝土顶面的泥渣和软弱层清除干净,再在护筒内灌注普通混凝土至设计桩顶。

2.5.3 防治方法

(1)认真做好清孔,防止孔壁坍塌。

(2)尽可能提高混凝土灌注速度:①开始灌砼时尽量积累大量砼,产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力;②快速连续灌注,使砼和泥浆一直保持流动状态,可防止导管堵塞[4]。

(3)提升导管要准确可靠,灌注砼过程中随时测量导管埋深,并严格遵守操作规程。

(4)灌注水下砼前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷,发现问题要及时更换。