浅谈冲击成孔大直径灌注桩施工及质量控制

2011-08-15王亮

山西建筑 2011年5期

王亮

根据作者本人在广东省中山市板芙镇板芙二桥冲击成孔大直径灌注桩基础施工过程中的经验及参考有关施工技术规范，对冲击成孔大直径灌注桩的施工方法和施工过程中易出现的问题及采取的控制措施谈谈自己的看法。

1 工程简介

板芙镇板芙二桥位于中山市板芙镇，主桥为双独柱异型塔预应力混凝土斜拉桥，总长179m。主墩5号桩基础中心桩号为K2+ 093.799，为分离式钻孔灌注桩群桩形式2×(4×φ270 cm)，桩长36.7m，河段水深平均3m，每个钻孔深近40m，桩基础均按照嵌岩桩设计，5号桩基础D=270 cm(D≥80 cm即为大直径桩)，要求其桩底沉渣厚度不大于 5 cm，桩底须嵌入岩性较完整的弱风化岩石不小于1.5D(D为桩基直径)。通过以上数据资料可见，主墩 5号桩基础是整个大桥桩基施工中技术结构最尖端、施工最复杂、最重要的部分。

2 冲击成孔大直径灌注桩的施工方法

2.1 前期施工准备

根据地形特点、地质水文资料等综合考虑，主墩 5号桩基础施工需搭设水上栈桥和施工平台以满足现场施工需要。施工平台搭设完毕后，根据钻探揭示，5号桩位处基岩风化带较深厚，全风化岩层和强风化岩层厚度较大。基岩各风化岩层具有高的承载力，是区内良好地基持力层。因此对于基岩钻进采用冲击钻比较合理，本桩基础采用两台冲击钻反循环成孔。桩机配备铸钢冲锤，冲锤D=270 cm，冲锤为“十字形”。泥浆护壁，泥浆泵用22 kW的3PN型泥浆泵。

2.2 实测桩位、下放钢护筒

钢平台施工完毕后，即进行测量定出桩位，完毕后进行钢护筒的沉放施工，钢护筒设计内径为290 cm，比设计桩径大20 cm，采用厚度为 10mm的A3钢板卷制而成。所有焊缝必须连续，以保证不漏水。钢护筒在加工厂进行分节制作，现场焊接接长。由吊车吊起钢护筒通过导向架缓慢下放直到其刃脚自然下沉到河床面以下4m。在校正其垂直度(小于 1%)和护筒平面位置偏差(小于5 cm)后，采用377 kW振动锤振动下沉，振动锤振动下沉直至护筒底部到达设计标高。开动桩锤下沉护筒，待筒顶距操作平台面0.8m左右时，停止振沉，解除锤座与顶节护筒连系，同样步骤再接长护筒至设计要求。

2.3 泥浆制备及钻孔

1)大直径冲击成孔灌注桩对泥浆的要求较高，根据现场的地质情况和护筒下沉不到岩石的情况决定使用丙烯胺即PHP泥浆，此泥浆的特点是不分散、低固相、高粘度。泥浆循环采用正循环。桩孔中的泥浆指标应严格控制，好的泥浆不但利于保证孔壁稳定，而且有利于悬浮起岩渣加快施工进度。

2)准备工作完成后，将钻机就位固定，将钻头中心线对准桩中心线，平面偏差控制在2 cm以内。钻进时详细记录，确保成孔后桩中心线偏差不大于5 cm，倾斜度不大于1%桩长。钻机开始钻进时应慢速钻进，以加强泥浆护壁的效果，确保成孔质量及施工安全，待导向部位全部钻进土层后，方可加速钻进。

2.4 第一次清孔

钻孔深度达到设计标高后，对孔深、孔径进行检查，各项指标达到设计要求后进行第一次清孔。第一次清孔目的是抽换孔底泥浆，清除孔内钻渣及孔内沉淀层，防止桩底有过厚的沉淀物，降低桩的承载力。

2.5 钢筋笼制作及吊装

1)钢筋笼分节在加工场按照设计规范要求精确定位加工，钢筋接头按规范要求错位焊接，接头错开 50 cm以上，并按规定15%桩数安装超声波检测管，以备对桩基进行声测。钢筋骨架的保护层按设计要求每 2m高一圈设置 4个对称定位钢筋，确保钢筋骨架的保护层满足要求。

2)经监理工程师检查合格后，钢筋笼就位吊装。

2.6 导管安装及第二次清孔

1)水下混凝土采取拔球法一次灌注施工，混凝土导管为内径30 cm的快插式导管，壁厚4mm，每节长5m，配1节～2节长2.5m短管。2)在第一次清孔达到要求后，由于要安放钢筋笼及导管，至浇筑混凝土的时间间隙较长，孔底又会产生沉渣，所以待安放钢筋笼及导管就绪后，再利用导管进行第二次清孔，复测沉渣厚度达到设计要求，此时清孔就算完成，立即灌注水下混凝土。

2.7 浇筑水下混凝土

1)混凝土采用外购商品混凝土，混凝土配合比满足如下要求:混凝土强度等级符合设计强度等级，粗骨料最大粒径不大于导管内径的1/6，且不大于 40mm，砂用级配良好的中砂，水泥采用P.Ⅱ42.5R的“海螺牌”水泥，其初凝时间不早于2.5 h。混凝土水灰比0.5，水泥用量350 kg/m3，含砂率为0.45，坍落度18 cm～22 cm。2)清孔及吊装钢筋笼，下导管完毕后，得到监理工程师认可，方可开始灌注混凝土。混凝土输送采用混凝土搅拌运输车配滑槽滑至料斗内，每车 9m3。3)在灌注过程中要确认导管埋深长度，严格控制导管埋设深度保持连续性。确保混凝土导管埋深不大于6m，不小于2m。专人测量导管埋置深度及管内外混凝土面的高差，及时填写水下混凝土浇筑记录。4)桩的灌注标高比桩顶设计标高高出至少80 cm，在孔内混凝土面测3个点，并在承台施工前予以凿除。

3 大直径灌注桩施工过程中易出现的问题及质量控制要点

3.1 钢筋笼上浮

出现原因:1)封底成功后泵送混凝土的灌注速度太快造成混凝土对钢筋笼的冲击力，浮力太大。2)钢筋笼未采取固定措施或固定不牢。3)混凝土的和易性不好，坍落度偏低。4)清孔不到位，下部泥浆过稠。泥浆的流动性降低对混凝土上升的阻力增大。

控制措施:1)混凝土上升到接近钢筋笼下端时，应放慢浇筑速度，减小混凝土面上升的动能作用，以免钢筋笼顶被托而上浮。当钢筋笼被埋入混凝土中有一定深度后，再提升导管，减少导管埋入深度，使导管下端高出钢筋笼下端相当距离时再按正常速度浇筑。当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇筑，并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，提升导管后再进行浇筑。2)浇筑混凝土前，应将钢筋笼固定在孔位护筒上，并确保固定牢靠。3)严格控制混凝土质量，注意坍落度的检测，不合格混凝土禁止使用。4)注意清孔质量问题，确保整体泥浆指标符合规范要求。

3.2 坍孔

出现原因:1)操作不当，提升钻头过猛，因故停钻时间过长或放钢筋笼时碰撞孔壁。2)泥浆稠度过小，起不到护壁作用;泥浆水位高度不够，对孔壁压力小。3)向孔内加水时流速过大，直接冲刷孔壁。

控制措施:1)提升钻头，下放钢筋笼时保持垂直，尽量不要碰撞孔壁。2)孔内保持泥浆稠度适当、水位稳定，及时加水加粘土，以维持孔内水头差，使用丙烯胺即PHP泥浆严格监测其各项性能。3)轻度坍孔，可加大泥浆密度提高水位，使其充分护壁。

3.3 掉钻卡钻

出现原因:1)钻头浇铸质量差。2)钻进速度过快，钢丝绳松绳太长，使钻锤倾倒卡在孔壁上。3)坍孔时落下的石块或落下较大的工具将钻锤卡住。

控制措施:1)钻头定期检查，每钻3h～4h检查一次，发现破损及时修换。2)钻进速度适中，下钻时不可太猛，冲程量不宜过大，以防止锤头倾倒。3)钻锤补焊时保证尺寸与孔径配套，卡钻后不宜强提，可上下左右试着轻提，将钻锤提起。

3.4 断桩

出现原因:1)混凝土坍落度太小、骨料太大、运输距离过长、混凝土和易性差，致使导管堵塞，疏通堵管再浇筑混凝土时中间就会形成夹泥层。2)灌注混凝土过程中，测定已灌混凝土表面标高出现错误，导致导管埋深过小，出现拔脱提漏现象形成夹层断桩。3)导管埋深过大，以及灌注时间过长，导致已灌混凝土流动性降低，从而增大混凝土与导管壁的摩擦力，加上导管采用已很落后而且提升阻力很大的法兰盘连接的导管，在提升时连接螺栓拉断或导管破裂而产生断桩。4)导管漏水、机械故障和停电造成施工不能连续进行。

控制措施:1)混凝土配合比应严格按照有关水下混凝土的规范配置，并经常测试坍落度，防止导管堵塞。2)严格按照规程用规定的测深锤测量孔内混凝土表面高度，并认真核对，保证提升导管不出现失误。3)高度重视并严格控制钻孔灌注桩的施工质量，应认真对待灌注前的准备工作，确保灌注顺利进行。