浅析桥梁桩基施工常见问题及应对措施

郑冠男

(中铁二十二局集团第三工程有限公司,福建 厦门 361000)

现代桥梁的基础施工质量中,最关键的是要看它结构是否安全牢固,其中桩基的质量好坏及其稳固性,对桥梁基础结构安全至关重要。事实上,桥梁的水下混凝土灌注桩在施工过程中,经常会遇到塌孔、沉渣过厚等质量问题[1]。为了深入研究塌孔的原因,从而有效的采取措施进行预防或处理,并及时清孔、控制好沉渣厚度确保桩基施工过程中各项目检测指标满足规范要求,本文从铁路桥梁桩基施工中对上述问题进行探讨研究,具有一定的借鉴意义。

1 铁路桥梁水下灌注桩基施工常见的问题

铁路桥梁桩基在成桩过程中,经常需要对钻孔的中心位置、孔径、孔深、垂直度、倾斜度、孔底沉渣,钢筋笼的安放位置,桩基桩端的地质持力层情况、泥浆的比重、粘度、含砂率等性能参数——进行试验检查；成桩后,还需对桩基的桩位、桩长、桩径、桩身质量(强度等)和单桩承载力等进行检验,以确保桩基的各项指标在设计及规范允许的限值内,来保障桥梁基础的安全可靠性。但是,桥梁桩基施工中经常会遇到很多常见的问题,其中控制孔底渣厚度及塌孔处理就是是施工过程中经常要处理的问题,也是最不容易处理的问题。

2 原因分析

2.1 塌孔原因分析

(1)泥浆的原因。泥浆的相对密度过小,水头对孔壁的压力较小,无法形成泥浆护壁的作用造成塌孔。

(2)孔内水流失或出现漏水引起塌孔,一般分四种情况。第一种,泥浆稠度小,护壁效果差造成孔桩漏水；第二种,由于钢护筒埋置较浅、封堵不严造成漏水；第三种,由于钢护筒底部土层厚度不足,底部出现漏水,造成泥浆水头高度不足,对孔壁压力小无法形成有效护壁作用。第四种,就是孔内水流失造成水头高度不够[2]。

(3)砂层处理不当造成塌孔。由于砂层钻孔的进尺过快,护壁形成较慢,容易引起孔壁渗水。

(4)由于停钻时间太长,孔内水头未能保持在地下水位线以上2m,造成水头高度不够,降低了水头对孔壁的压力。或者,清孔后未及时灌注混凝土造成停置时间过长。

(5)提钻或下钢筋笼时,碰撞孔壁引起塌孔。

(6)钻孔附近有大型设备或车辆振动,造成塌孔。

2.2 孔底沉渣过厚原因分析

(1)护壁泥浆选用不当,未采用人工制备泥浆；或原土造浆且未按规定检测泥浆各项指标,易出现塌孔或钻孔清渣困难。

(2)由于泥浆指标控制不当,清孔程度不够、清渣不够干净；工地施工用水过于节约,孔内泥浆置换不充分,造成沉渣过厚。

(3)由于施工工序不紧凑,组织不及时,施工历时过长引起。一次清孔至混凝土灌注间隔时间过长,二次清孔不够重视,导致孔内泥浆中砂粒沉淀,泥浆失水、沉淀。

(4)施工中由于贮料斗容积过小,不能满足初灌量确保导管埋深1m以上的要求；未设置隔水栓灌注,造成桩端混凝土离析,增加孔底沉渣量。

3 预防措施及处理

3.1 塌孔预防及处理

3.1.1 塌孔预防措施

(1)根据设计的地勘资料,对于不同的地质选用适宜的泥浆比重,泥浆粘度和不同的钻进速度,以加强护壁。比如砂层,应加大泥浆稠度粘度,适当降低进尺速度。

(2)钢护筒埋设处理：陆上埋置护筒,底部应回填夯实密实。水中振动沉入护筒时,应穿过淤泥及透水层,确保衔接严密不漏水。汛期及潮汐水位变化大时,采取升高护筒,增加水头保证水头压力相对稳定。

(3)钻孔无特殊原因应尽量连续作业；灌注工作不具备时暂不清孔,以免降低泥浆比重。

(4)提升钻头及掉放钢筋笼应尽量保持垂直,不要碰撞孔壁。

(5)钻孔时尽量避免大型设备作业或车辆通过,防止大型机械振动。

3.1.2 塌孔处理

(1)轻微塌孔。可采取增大泥浆比重,提高泥浆水头,增大水头压力,继续钻进。

(2)塌孔不深。改深埋钢护筒,周围夯实,重新开钻。

(3)严重塌孔。先移钻机,再回填片石、砂类土等,掺入不小于5%的水泥砂浆粘土进行回填,回填稳定后重钻；回填片石的岩面倾斜较大时,出现偏孔、塌孔或卡钻时,应选用小冲程进行冲击,待孔底凿平后再加大冲程转入正常钻孔。

3.2 控制孔底渣厚度的措施

控制沉渣是系统综合工程,从开孔始控制到二次清孔均需采用合理有效措施进行控制,确保柱桩10cm或摩擦桩30cm的规范限值要求。控制措施主要有以下方面：①选择合适的钻孔机具和钻孔方式；②选择合适的钻孔泥浆指标；③确保清孔彻底充分。成孔后第一次清孔,将孔内颗粒状物排出孔外,减少孔底沉渣,本次不需调整泥浆密度(一般泥浆密度在1.2～1.4之间),沉渣在5cm内应及时吊放钢筋笼；二次清孔在安放钢筋笼后,即钢筋笼焊接及下导管需4小时左右,泥浆处于静止状态,泥浆中的泥、砂砾和石屑会沉落,需利用导管进行二次清孔,边循环清孔边测孔底沉渣。此时,清孔泥浆指标,相对密度1.05～1.1,粘度1～20S,含砂率小于4%,待符合规范要求立即进行水下混凝土灌注；还需注意等待砼过程中应继续循环清孔；④选择合适的清孔方式：抽浆法用于反循环钻孔,清孔速度快彻底,易塌孔施工中应慎用!换浆法适应于正循环钻孔；掏渣法用于冲击、冲抓、旋挖钻孔,可降低孔内泥浆密度；喷射法清孔,仅限于二次清孔辅助用；⑤准确测定沉渣厚度。可采用测绳(重锤)检测、取样盒检测、沉渣仪检测等可靠检测手段；⑥确保混凝土首灌量等要求。保证首批混凝土浇筑后,导管埋入混凝土的深度大于1m,导管埋深任何时候不小于1m,一般在2～4m；水下混凝土的塌落度控制在18-22cm；每根桩浇筑时间在8小时内,每小时浇筑高度不小于10m,连续浇筑,中断不得超过30分钟,浇筑标高应高出设计桩顶标高1m以上[3]。

4 结束语

桥梁的桩基施工尤其是水下混凝土灌注,必须依据具体科学的施工方法、严格执行规范等标准要求,才能确保有效的工程质量。施工技术人员更应从实践中摸索规律,找准原因,从而有的放矢,有效实施措施或处理。本文通过只是对桥梁水下混凝土灌注桩施工所遇到的塌孔及沉渣问题进行了分析、研究对策,为类似施工提供借鉴。事实上,桩基施工的质量问题远不止这些,有待于进一步深入研究和总结。

[1]黄英锋.桥梁水下混凝土灌注桩施工技术研究[J].建筑工程技术与设计,2015(9)：939-942．

[2]李勇,朱崇利,查晓雄,等.汉江特大桥结构选型及上部结构设计优化[J].建筑结构学报,2015(z1)：126-130.

[3]尹平保,赵明华,杨超炜,等.复杂荷载下横坡段桥梁桩基承载特性试验研究[J].土木工程学报,2014(5)：110-117．