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摘要:钻孔桩灌注桩常见的缺陷有夹泥、软弱夹层、蜂窝、缩径、鼓肚、卡钻、桩底与基岩接触不良等,工程实践中常根据基桩缺陷产生原因及缺陷情况的不同,采用相应的措施进行处理。本文着重结合实际工作中遇到的缺陷现象,分析其形成原因,并将几种较成功的处理方法作介绍,供同行交流。
关键词:钻孔桩 基桩缺陷 旋喷压浆
0 引言
在钻孔桩灌注施工过程中,因操作不当或机械故障等原因,会造成某些桩在成桩后检测发现有缺陷,还有的桩因为卡钻、坍孔后难以完全处理,被迫灌注混凝土而人为留下缺陷,常见的缺陷有夹泥、软弱夹层、蜂窝、缩径、鼓肚、卡钻等。在处理这些问题时,如方法不当,往往费时费力,且效果达不到要求,使工程陷于被动。因此,对于处理方案必须认真研究、慎重选择。工程实践中,常根据基桩缺陷产生原因及缺陷情况的不同,采用相应的措施进行处理。目前,旋喷压浆是基桩缺陷处理常用的有效方法。
1 几种缺陷桩的形成
1.1 断桩 断桩是严重的质量事故。对于诱发断桩的因素,必须在施工初期就彻底清除其隐患,同时又必须准备相应的对策,预防事故的发生或一旦发生事故及时采取补救措施。断桩产生的原因有以下几个方面:
1.1.1 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。因此,应严格按照规程用规定的测身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。
1.1.2 在灌注过程中,导管的埋置深度是一个重要的施工指标。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,在提升时使导管破裂而产生断桩。
1.1.3 由于配料引起混凝土配合比在执行过程中的误差大,使坍落度波动大,拌出混合料时稀时干。坍落度过大时会产生离析现象,使粗骨料相互挤压阻塞导管;坍落度过小或灌注时间过长,使混凝土的初凝时间缩短,加大混凝土下落阻力而阻塞导管,都会导致卡管事故,造成断桩。
1.1.4 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、软塑状质等造成类泥沙性断桩。这类现象在本工程的断桩中占有相当大的比例,较为严重。
1.1.5 导管漏水、机械故障和停电造成施工不能连续进行,突然井中水位下降等因素都可能造成断桩。
因此应认真对待灌注前的准备工作,这对保证桩基的质量很重要。
1.2 缩颈 在钻孔过程中,由于钻锥磨损或焊补不及时,或者地层中遇到膨胀性软土、粘土、泥岩等,容易产生缩孔现象。
1.3 灌注时发生井壁坍落 成孔后灌注水下混凝土时发生坍孔现象,若坍塌不止,应将导管拔出,以粘土回填重新成孔。轻微坍落在施工中不易被察觉,声测时发现局部裹泥或夹砂现象。
2 旋喷压浆法处治基桩缺陷的实践
2.1 旋喷压浆法的一般工序
2.1.1 钻孔抽芯。根据检测出的缺陷位置钻孔抽芯,直至缺陷为止。成孔后在孔口安装套管及阀门。如果缺陷范围较大,应至少钻3个孔以便进行循环排渣。对于桩底有钻头的情况,一般会沿钢筋笼布置一定数量的预留管。但由于桩底情况复杂,在处理时仍要在桩中心区域钻3个孔,以保证能彻底清渣。
2.1.2 高压喷射切割,气举循环清渣。以泵压30MPa左右的高压清水射流,逐孔对缺陷段自下而上进行切割,使缺陷段内的软弱部分被切割破坏呈泥浆状。喷射器提升速度不大于15cm/min,旋转速度不大于18转/min,喷射长度应自缺陷段顶、底面各延长50cm,必要时再重复切割。如缺陷范围大,各管相互连通,则在喷射的同时,选择另一孔以0.5—0.6MPa的风压进行气举清洗,其他孔出渣。如果各孔之间没有连通,则在同一孔内先后进行切割和气举清渣。当切割、清渣到一定程度,出渣孔喷出的水由浊变清时,再换其他孔轮流处理。对于没软弱夹层的缺陷(如蜂窝),可不进行切割处理。
2.1.3 喷浆与压浆。用水灰比为1:1,并掺有缓凝剂的水泥浆从注浆孔进行自下而上的喷射。喷射流泵压为20—30MPa,喷射器上提速度不大于15cm/min,转速不大于18转/min,喷射段长度与高压切割段一致。当出浆口流出的浆与注入的浆比重基本相同时,证明孔内清水已被置换成水泥浆,即可完成这一步操作。然后逐孔向孔内压浓水泥浆,水灰比为0.5:1。当出浆口的浆液比重上升到与注浆一致时,关闭出浆口。当泵压达到2MPa时,即可终止压浆作业。
2.1.4 检测结果。经上述处理后,水泥与石的固结体28d强度应达到18—20MPa。填充体的强度与完整性可通过抽芯法及超声波法进行检测。
2.2 特殊情况的缺陷处理
2.2.1 桩底注浆时,如处在完整的岩层内,压浆效果会比较理想。如果有裂隙,则容易产生漏浆现象。为此,可在高压注浆前进行一次低压注浆(大约2—3MPa),浆内加入水玻璃,以起到堵漏作用。如仍不能奏效,则要在检测后进行二次旋喷压浆处理。
2.2.2 在处理钻头埋在孔底时,有些情况需要注意,如牙轮钻往往有一块厚钢板,钻压浆孔时必须钻穿钢板才能处理到钻头下方的空间;冲击锤锤体厚实,预留抽芯管时,要探准锤瓣间的空档位置;有时为了避开巨大的钻头,或桩顶不便于摆放抽芯钻机时,可从桩外钻斜孔进入被埋钻头下方进行处理。
2.2.3 当钻头不是卡在孔底或者卡钻时孔底尚未达到设计标高时,抽芯孔应钻穿钻头直到桩底持力层,在判别地质情况和孔底空间大小后,再来确定处理方案。如果钻头与孔底之间距离有几米高,或孔底经高压切割清洗后留下较大空间,则可考虑在设置好压浆管后向这个空间投入小碎石再喷射压浆。这样有利于形成充实的有较高强度的桩底。
2.2.4 人工凿孔处理缺陷。如果缺陷范围大,而且发生在护筒内或者当桩径大于2m时,可以考虑人工凿孔处理。
护筒内的缺陷可通过完全凿除缺陷部位以上的桩身混凝土来解决。大直径桩的缺陷在护筒以下时,可在桩中心用风镐凿孔直达缺陷部位,孔的直径应保证人员能正常操作(建议1.2m以上),然后人工清除软弱部分,再喷水清洗孔壁,抽干水并清除杂物后用串筒浇筑混凝土。如果在凿孔过程中发现严重漏水,可在桩外旋喷水泥帷幕,形成强度后再继续施工。由于要堵水,旋喷孔的间距应适当加密。人工凿孔处理可以较为彻底地清除缺陷处的软弱部分,而且是干浇混凝土,质量比较有保障,成本也不高,适合于处理位置较集中的缺陷。
2.3 补强措施 对于桩底处混凝土与基岩结合不好的管柱,可采用以下的补强措施:
2.3.1 利用质量检查的钻孔,在管柱底与基岩夹层标高处进行辐射方向的高压射水(射水管可利用钻取芯样的钻杆,底端装置喷嘴)把砂土冲入管孔内,用钻杆提筒将砂子提出。该向工作需反复进行,直至砂土清除干净为止。
2.3.2 砂土提取干净后,仍利用射水管进行水下压浆,水泥灰浆采用的水灰比为1:0.5。压浆时压浆嘴的辐射方向控制在正对柱底夹层空隙位置,徐徐转动钻杆,使压浆均匀。但初期射入水中的灰浆要被水稀释,须压注一定时间,使后注入的灰浆将稀浆挤向钻孔上部,直至稀浆排出顶面后停止压浆。
2.3.3 压浆完毕后迅速提出压浆管,立即下一根钢锭,钢锭直径小于芯样直径,长度随钻孔深度而定,一般为2m以上,钢锭表面车毛或打毛,钢锭锚入柱底基岩内不少于50cm,以增强承载力和水平力。下钢锭要认真探测,如中途有阻,可利用钻杆压送,保证达到要求的位置。
3 钻孔灌注桩的质量控制
钻孔灌注桩的施工质量直接影响到上部结构的稳定与安全。《公路工程质量检验评定标准》对钻孔灌注桩的质量作了严格的要求,明确规定了钻孔灌注桩进行无破损检测,这一结果需由设计单位确认。对钻孔灌注桩的质量控制,我们认为在现时代仍应强调以下几点:
3.1 对质量控制应注重预防为主,即在施工前做好充分准备工作,制定相应的防范措施,并做到责任到人。
3.2 严把高质量施工队伍进场关,只有从严把关,使一流队伍、先进的工艺、过硬的设备进场施工,才能使工程质量得到保证。
3.3 严把检测关。桥梁钻孔灌注桩无破损检测是确保施工质量的一个重要技术检测手段,应对逐根桩作超声波法检测;对处理后的缺陷桩做二次声测,若声测仍有缺陷,则该桩再辅以承载试验(大应变),以确保成桩质量及工程的安全性。
4 结束语
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它工程领域。桥梁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要严格要求,对各种影响因素都必须有详细的考虑,如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。若稍有不慎或措施不严,就会在灌注中产生质量事故,小到塌孔松散、缩颈,大到断桩报废,给国家财产造成重大损失,直至延误工期并对整个工程质量产生不利影响。
在工程实践中,处理基桩缺陷的方法还有许多,无论采用何种方法,都应该认真分析,综合考虑处理效果,从实际条件入手,制定有效可行的基桩缺陷处理措施。
参考文献:
[1]中华人民共和国交通部.JTJ 041-2000.公路桥涵施工技术规范.北京.人民交通出版社.2000.
[2]刘茹霞.桥梁钻孔灌注桩质量缺陷的防治与处理实践.中国水运(学术版).2007(4).
[3]史佩栋.实用桩基工程手册.北京.中国建筑工业出版社.1999.
[4]张奇,岳丽甫等.钻孔灌注桩桩底压浆试验与效益综述.湖南交通科技.2002(2).
[5]中华人民共和国交通部.JTG G10-2006.公路工程施工监理规范.北京.人民交通出版社.2006.
关键词:钻孔桩 基桩缺陷 旋喷压浆
0 引言
在钻孔桩灌注施工过程中,因操作不当或机械故障等原因,会造成某些桩在成桩后检测发现有缺陷,还有的桩因为卡钻、坍孔后难以完全处理,被迫灌注混凝土而人为留下缺陷,常见的缺陷有夹泥、软弱夹层、蜂窝、缩径、鼓肚、卡钻等。在处理这些问题时,如方法不当,往往费时费力,且效果达不到要求,使工程陷于被动。因此,对于处理方案必须认真研究、慎重选择。工程实践中,常根据基桩缺陷产生原因及缺陷情况的不同,采用相应的措施进行处理。目前,旋喷压浆是基桩缺陷处理常用的有效方法。
1 几种缺陷桩的形成
1.1 断桩 断桩是严重的质量事故。对于诱发断桩的因素,必须在施工初期就彻底清除其隐患,同时又必须准备相应的对策,预防事故的发生或一旦发生事故及时采取补救措施。断桩产生的原因有以下几个方面:
1.1.1 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。因此,应严格按照规程用规定的测身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。
1.1.2 在灌注过程中,导管的埋置深度是一个重要的施工指标。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,在提升时使导管破裂而产生断桩。
1.1.3 由于配料引起混凝土配合比在执行过程中的误差大,使坍落度波动大,拌出混合料时稀时干。坍落度过大时会产生离析现象,使粗骨料相互挤压阻塞导管;坍落度过小或灌注时间过长,使混凝土的初凝时间缩短,加大混凝土下落阻力而阻塞导管,都会导致卡管事故,造成断桩。
1.1.4 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、软塑状质等造成类泥沙性断桩。这类现象在本工程的断桩中占有相当大的比例,较为严重。
1.1.5 导管漏水、机械故障和停电造成施工不能连续进行,突然井中水位下降等因素都可能造成断桩。
因此应认真对待灌注前的准备工作,这对保证桩基的质量很重要。
1.2 缩颈 在钻孔过程中,由于钻锥磨损或焊补不及时,或者地层中遇到膨胀性软土、粘土、泥岩等,容易产生缩孔现象。
1.3 灌注时发生井壁坍落 成孔后灌注水下混凝土时发生坍孔现象,若坍塌不止,应将导管拔出,以粘土回填重新成孔。轻微坍落在施工中不易被察觉,声测时发现局部裹泥或夹砂现象。
2 旋喷压浆法处治基桩缺陷的实践
2.1 旋喷压浆法的一般工序
2.1.1 钻孔抽芯。根据检测出的缺陷位置钻孔抽芯,直至缺陷为止。成孔后在孔口安装套管及阀门。如果缺陷范围较大,应至少钻3个孔以便进行循环排渣。对于桩底有钻头的情况,一般会沿钢筋笼布置一定数量的预留管。但由于桩底情况复杂,在处理时仍要在桩中心区域钻3个孔,以保证能彻底清渣。
2.1.2 高压喷射切割,气举循环清渣。以泵压30MPa左右的高压清水射流,逐孔对缺陷段自下而上进行切割,使缺陷段内的软弱部分被切割破坏呈泥浆状。喷射器提升速度不大于15cm/min,旋转速度不大于18转/min,喷射长度应自缺陷段顶、底面各延长50cm,必要时再重复切割。如缺陷范围大,各管相互连通,则在喷射的同时,选择另一孔以0.5—0.6MPa的风压进行气举清洗,其他孔出渣。如果各孔之间没有连通,则在同一孔内先后进行切割和气举清渣。当切割、清渣到一定程度,出渣孔喷出的水由浊变清时,再换其他孔轮流处理。对于没软弱夹层的缺陷(如蜂窝),可不进行切割处理。
2.1.3 喷浆与压浆。用水灰比为1:1,并掺有缓凝剂的水泥浆从注浆孔进行自下而上的喷射。喷射流泵压为20—30MPa,喷射器上提速度不大于15cm/min,转速不大于18转/min,喷射段长度与高压切割段一致。当出浆口流出的浆与注入的浆比重基本相同时,证明孔内清水已被置换成水泥浆,即可完成这一步操作。然后逐孔向孔内压浓水泥浆,水灰比为0.5:1。当出浆口的浆液比重上升到与注浆一致时,关闭出浆口。当泵压达到2MPa时,即可终止压浆作业。
2.1.4 检测结果。经上述处理后,水泥与石的固结体28d强度应达到18—20MPa。填充体的强度与完整性可通过抽芯法及超声波法进行检测。
2.2 特殊情况的缺陷处理
2.2.1 桩底注浆时,如处在完整的岩层内,压浆效果会比较理想。如果有裂隙,则容易产生漏浆现象。为此,可在高压注浆前进行一次低压注浆(大约2—3MPa),浆内加入水玻璃,以起到堵漏作用。如仍不能奏效,则要在检测后进行二次旋喷压浆处理。
2.2.2 在处理钻头埋在孔底时,有些情况需要注意,如牙轮钻往往有一块厚钢板,钻压浆孔时必须钻穿钢板才能处理到钻头下方的空间;冲击锤锤体厚实,预留抽芯管时,要探准锤瓣间的空档位置;有时为了避开巨大的钻头,或桩顶不便于摆放抽芯钻机时,可从桩外钻斜孔进入被埋钻头下方进行处理。
2.2.3 当钻头不是卡在孔底或者卡钻时孔底尚未达到设计标高时,抽芯孔应钻穿钻头直到桩底持力层,在判别地质情况和孔底空间大小后,再来确定处理方案。如果钻头与孔底之间距离有几米高,或孔底经高压切割清洗后留下较大空间,则可考虑在设置好压浆管后向这个空间投入小碎石再喷射压浆。这样有利于形成充实的有较高强度的桩底。
2.2.4 人工凿孔处理缺陷。如果缺陷范围大,而且发生在护筒内或者当桩径大于2m时,可以考虑人工凿孔处理。
护筒内的缺陷可通过完全凿除缺陷部位以上的桩身混凝土来解决。大直径桩的缺陷在护筒以下时,可在桩中心用风镐凿孔直达缺陷部位,孔的直径应保证人员能正常操作(建议1.2m以上),然后人工清除软弱部分,再喷水清洗孔壁,抽干水并清除杂物后用串筒浇筑混凝土。如果在凿孔过程中发现严重漏水,可在桩外旋喷水泥帷幕,形成强度后再继续施工。由于要堵水,旋喷孔的间距应适当加密。人工凿孔处理可以较为彻底地清除缺陷处的软弱部分,而且是干浇混凝土,质量比较有保障,成本也不高,适合于处理位置较集中的缺陷。
2.3 补强措施 对于桩底处混凝土与基岩结合不好的管柱,可采用以下的补强措施:
2.3.1 利用质量检查的钻孔,在管柱底与基岩夹层标高处进行辐射方向的高压射水(射水管可利用钻取芯样的钻杆,底端装置喷嘴)把砂土冲入管孔内,用钻杆提筒将砂子提出。该向工作需反复进行,直至砂土清除干净为止。
2.3.2 砂土提取干净后,仍利用射水管进行水下压浆,水泥灰浆采用的水灰比为1:0.5。压浆时压浆嘴的辐射方向控制在正对柱底夹层空隙位置,徐徐转动钻杆,使压浆均匀。但初期射入水中的灰浆要被水稀释,须压注一定时间,使后注入的灰浆将稀浆挤向钻孔上部,直至稀浆排出顶面后停止压浆。
2.3.3 压浆完毕后迅速提出压浆管,立即下一根钢锭,钢锭直径小于芯样直径,长度随钻孔深度而定,一般为2m以上,钢锭表面车毛或打毛,钢锭锚入柱底基岩内不少于50cm,以增强承载力和水平力。下钢锭要认真探测,如中途有阻,可利用钻杆压送,保证达到要求的位置。
3 钻孔灌注桩的质量控制
钻孔灌注桩的施工质量直接影响到上部结构的稳定与安全。《公路工程质量检验评定标准》对钻孔灌注桩的质量作了严格的要求,明确规定了钻孔灌注桩进行无破损检测,这一结果需由设计单位确认。对钻孔灌注桩的质量控制,我们认为在现时代仍应强调以下几点:
3.1 对质量控制应注重预防为主,即在施工前做好充分准备工作,制定相应的防范措施,并做到责任到人。
3.2 严把高质量施工队伍进场关,只有从严把关,使一流队伍、先进的工艺、过硬的设备进场施工,才能使工程质量得到保证。
3.3 严把检测关。桥梁钻孔灌注桩无破损检测是确保施工质量的一个重要技术检测手段,应对逐根桩作超声波法检测;对处理后的缺陷桩做二次声测,若声测仍有缺陷,则该桩再辅以承载试验(大应变),以确保成桩质量及工程的安全性。
4 结束语
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它工程领域。桥梁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要严格要求,对各种影响因素都必须有详细的考虑,如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。若稍有不慎或措施不严,就会在灌注中产生质量事故,小到塌孔松散、缩颈,大到断桩报废,给国家财产造成重大损失,直至延误工期并对整个工程质量产生不利影响。
在工程实践中,处理基桩缺陷的方法还有许多,无论采用何种方法,都应该认真分析,综合考虑处理效果,从实际条件入手,制定有效可行的基桩缺陷处理措施。
参考文献:
[1]中华人民共和国交通部.JTJ 041-2000.公路桥涵施工技术规范.北京.人民交通出版社.2000.
[2]刘茹霞.桥梁钻孔灌注桩质量缺陷的防治与处理实践.中国水运(学术版).2007(4).
[3]史佩栋.实用桩基工程手册.北京.中国建筑工业出版社.1999.
[4]张奇,岳丽甫等.钻孔灌注桩桩底压浆试验与效益综述.湖南交通科技.2002(2).
[5]中华人民共和国交通部.JTG G10-2006.公路工程施工监理规范.北京.人民交通出版社.2006.