桥梁钻孔灌注桩施工质量控制措施

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xielidan2005
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  摘要:钻孔灌注桩是公路及城市桥梁建筑中常采用的一种形式,因其独特已被广泛采用。但钻孔灌注桩属于水下隐蔽工程,一般施工质量效果无法直接观察。虽然其施工工艺并不复杂,但施工中的每个环节都至关重要,一旦出现缺陷桩,断桩,将会直接影响整个桩的质量乃至上部桥梁结构的安全。处理起来不仅难度大,工期延长,又提高处理费用,增加大量劳动力,增加不必要的投资支出,为此,严格控制好钻孔灌注桩每个环节的施工质量,是提高桩基质量的关键。本文结合桥梁钻孔灌注桩的施工过程,对施工中可能出现的事故因素提出了科学的预防措施和处理方案。
  关键词:桥梁 钻孔灌注桩 问题措施
  中图分类号:K928.78 文献标识码:A 文章编号:
  
  近几年,随着高等级公路和城市路网的建设,作为基础承载力结构普遍采用的一种形式——钻孔灌注桩,在施工中得到了广泛应用,不论是在城市市中心地带,地下、地上管线错综复杂,交通流量较大,还是在市区以外的开阔地带兴建大型桥梁都离不开钻孔灌注桩施工。钻孔灌注桩的基础形式能适应不同的地质条件,并且具有占地面积小、受力传递直接的特点。但是钻孔灌注桩成孔技术要求高、灌注混凝土施工工序环环相连、施工紧凑、连续,并需一次性快速完成水下砼灌注的隐蔽工作。施工过程控制受人为因素影响较大,稍有疏忽,就难免出现质量缺陷,造成病桩或断桩等重大质量事故,危及桩基工程的质量,直至影响整个桥梁的使用寿命。为此,下面就钻孔灌注桩在施工过程中可能发生的事故进行分析,并针对事故原因分析进行必要的防范措施。
  一.施工准备和钻孔过程中的控制
  1.1 准备场地
  施工前应将场地进行平整,以便钻机就位、开始进行钻孔。在场地平整后,放样桩位,在桩位上插入钢钎后用混凝土浇固之;并在桩四周设置护桩。
  1.2 埋置护筒
  埋设护筒的目的除了固定位置外,主要是隔开地面水,并在钻机孔内形成一定高度的水位,增加孔内静水压力,以稳定孔壁,并保持钻孔内泥浆表面高程,防止坍孔。在施工现场水位较深时一般采用钢护筒,选用钢护筒直径需大于设计桩径的20~40cm,埋设入土深度在1.5m 以上,高出地面20cm,高出水面(或地下水位) 或施工水位1.5~2.0 m,护筒中心应与桩位重合,误差不大于10mm,并经监理检查核实后方可在其周边填土嵌固。在遇到个别桩基护筒为砂层或淤泥层时,应填筑部分粘土,并夯填密实,以防止回填不密实而漏水。
  1.3 钻机的安装就位
  按照放样桩位,进行钻机安装就位。当钻机就位安装后,应检查钻机前后左右的位置是否正确,测量是否在一水平线上,钻头中心是否与护筒中心一致,钻头的直径大小是否符合本桩孔的技术要求。
  1.4 钻孔
  钻孔是采用泥浆护壁,正(或反)循环除渣成孔的方式。泥浆护壁是钻孔操作中的关键工艺,对于有流砂覆盖层的钻孔桩更为重要,调制护壁泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况采用不同性能指标。在初钻时,并非愈快愈好,要经常泥浆比重、含沙量及泥浆粘度等性能指标,并定时抽查钻杆的垂直度,以保证钻孔竖直,并且还在钻孔过程中应经常检查钻机的水平位置状况。当钻机钻入岩层后,每钻进一定深度要检测钻机垂直度、捞取渣样,根据捞取的泥渣来确定地质情况是否与设计提供的资料相符。应根据实际情况随时调整泥浆的用量及浓度,注意水头的调整,钻孔泥浆应始终高出孔外水位或地下水位1.0~1.5 m。钻孔过程中应随时如实填写好钻孔过程中的原始记录,应尽量减少不必要的停钻次数和时间,被迫停机时,要把钻头提出孔外,以免沉渣时间太久,卡死钻头而导致各种事故。
  1.5 成孔
  为了确保钻孔质量,要求成孔的孔位中心偏差不大于10 cm,对孔径、孔位倾斜度误差不得大于1% 孔深。采用高度为钻孔直径的5 倍,外径与钻头直径相同,以钢筋制成的笼式检孔器,用片石压重后进行下沉检查,若不能顺利下沉至设计标高,说明孔径、孔深不足或孔位偏斜,可回填重钻,以确保成孔质量。当钻进中遇到较大孤石、探头石、倾斜岩层和粒径悬殊的砂卵石层时,钻头所受阻力不均,会出现斜孔,影响钢筋笼的吊装和桩的质量,应回填粘土、砂卵石至斜孔以上1.0 m,斜孔以上1.0~ 1.5 m 范围内回填片石,待沉积后,用低冲程纠偏,此时不宜用冲击钻头直接修孔,以免卡钻、坍孔。在松散粉砂土、流砂淤泥层中,应选用相对密度较大的优质泥浆或投入块度较小的片石,用低冲程冲击使片石挤入孔壁,防止坍孔发生。钻头直径磨耗达1.5 cm 时应及时更换修补,防止缩孔。钻孔应一次成孔,不得中途停顿。
  1.6 清孔
  在确定桩长、直径和垂直度无误时,要及时进行清孔,清孔的主要目的是清除沉渣和沉淀层,尽量减少孔底的沉淀厚度,防止桩底存留过厚沉淀层而影响桩基承载能力。清孔分两次进行:首次是成孔结束后,让钻杆转而不进尺供浆对孔底进行冲洗排渣,尽量使沉渣厚度小于设计或规范要求,且泥浆比重降到1.1~ 1.2 以下; 第二次清孔是在下放鋼筋笼和导管后在导管口加闷盖注入高压泥浆进行清孔,使沉渣厚度小于设计或规范要求为止。清孔后的泥浆性能指标为: 含砂率小于2%,相对密度1.05~ 1.15,粘度为17~20 Pas。清孔时,孔内水位应保持在地下水位或河流水位以上1.5 ~2m,以防止钻孔塌陷。清孔时要抓紧时间,防止时间过长,而引起沉淀过厚,或者引起坍孔。
  1.7 钢筋笼骨架的制作及下放
  根据设计要求制作钢筋笼,施工中应除锈、整直,根据骨架的长度,主筋尽量用整根钢筋,如须接头,应采用对焊。分段后的主筋接头应相互错开,保证同一截面内的接头数不多于主筋总根数的50%,两个接头的间距应大于100cm。每节钢筋笼搭接好后应检查搭接长度,电焊长度、宽度和厚度应符合要求。清孔后及时吊放钢筋笼,以免隔时过久沉渣厚度超过规定,钢筋笼骨架垂直度偏差不大于1% L( L 为钢筋笼长) ,宜整体吊放或分段吊放,所有接头应焊接顺直,对准孔位慢放。若遇阻碍可徐起徐落,正反旋转,防止碰撞孔壁而引起坍塌。为防止钢筋笼在灌注混凝土过程中发生掉笼,应在其上端焊接4 根与主筋直径相同的钢筋( 或延长主筋) ,固定焊接在护筒顶部或施工平台上,避免在灌注水下混凝土时发生钢筋笼“上浮”现象。钢筋笼入孔定位标高允许误差+ 5cm,灌注完后,桩上部混凝土初凝,应撤除钢筋笼的固定设施,使钢筋笼同混凝土一起收缩。钢筋笼吊装就位,应与孔壁保持设计的保护层距离,可在笼身上每隔2 m 于同一横截面处对称设置4 个钢筋耳环。
  二、施工中易出现的问题及预防和处理方法
  2.1放线定位
  放线定位对桩基施工来说是最基本也是最关键的工序,桩位放线的准确性直接影响结构物的受力是否满足设计要求。所以桩基定线施测一定要按照设计所给的桩基几何关系根据总的定线关系进行计算复核。定位后测量人员根据施工机具的特点选择合适的位置在不影响成孔的前提下进行栓桩。
  问题及预防措施 在桩位定线过程中容易出现的问题是成孔过程中栓桩丢失和移位,这样对桩基成孔的平面位置准确度带来影响。所以在施工过程中要做好栓桩的保护工作,栓桩最好采用十字交叉法并及时检查、补桩和复测。
  2.2 埋设护筒
  护筒的作用是固定桩位,并作钻孔导向;保护孔口,防止孔口土坍塌;隔离孔内孔外表层水,并保持孔内水位高出地下水位,以稳固孔壁。因此埋设护筒要求稳固、准确。护筒埋设的偏差不宜大于50毫米;同时护筒在市区桥梁施工中兼有保护桩基周边各种市政管线的作用。护筒下沉及护筒偏移病因分析:护筒下沉绝大多数是因为在埋设护筒时护筒周边尤其是底脚未能充分回填密实,在钻孔过程中随着孔内水的浸泡造成回填土脱落,使护筒失去周边的挤压和底脚土的支撑而造成护筒下沉。解决和防止措施:埋设护筒时一定要是周边回填土充分夯实。为了避免护筒下沉,一般护筒埋设时周围应留有15~20厘米的空隙,以便于回填土的夯实,回填时用方木分层夯实,分层厚度不超过10厘米,回填材料选用不透水的粘性土;护筒的埋置深度为2~4m,顶部高于地面0.3m,护筒侧面采用2根150×150方木进行悬吊法的固定,方木长度以护筒外有1.0米的支撑为宜。
  2.3 桩基成孔
  ①塌孔:成孔中或成孔后,孔壁不同程度塌落。病因分析:成孔中,护筒内水面不断出现气泡,有时护筒内的水位突然下降,均为坍塌的兆头。原因主要是由于土质松散,加之泥浆护壁不好;护筒埋设不牢固;护筒内亏水;提住钻头钻进,钻头转速过快,或空转时间过长,都易引起钻孔下部坍塌;或成孔后待灌砼时间或灌注时间过长。解决和防止措施:在松散塌土层中适当埋深护筒,密实回填土;使用优质泥浆,提高泥浆比重和粘度;升高护筒,终孔后补给泥浆,保持要求的水头高度;保证钢筋笼制作质量,防止变形;吊放时,要对准孔位,吊直扶稳,缓缓下沉,防止碰撞孔壁;成孔后,待灌时间一般不应超过3小时,并应尽可能加快灌注速度,缩短灌注时间。
  ②钻进慢或不进尺:钻进到某深度时,钻进困难,进尺极慢。病因分析:主要是钻头选型不当;地下有不明障碍物;防治措施:详细对照工程地质勘探资料,确定土层的土质种类,根据土质力学性能特点,合理采用钻头。
  ③桩孔局部缩径:指局部孔径小于设计孔径。病因分析:泥浆性能欠佳,失水量大,引起塑性土层吸水膨胀,或形成疏松蜂窝状厚层泥皮;邻桩施工间距和时间间隔不当,土层中应力尚未消散,新孔孔壁软土流变;钻头直径磨损较大。防治措施:采用优质泥浆,控制泥浆比重和粘度,降低失水量;当设计桩距小于4倍桩径时,应调整桩基施工间距;或新桩尽可能在邻桩成桩24小时后开钻。
  2.4 断桩
  ①断桩的处理方法根据发现断桩的时间和混凝土的强度等级大小确定。
  1)如果在混凝土灌注过程中发现断桩, 应立即将钢筋笼吊出,利用钻机清除已灌注混凝土,然后重新进行钢筋笼的吊放和混凝土的灌注。
  2)若断桩位置处于距地表10 m以下处, 且混凝土已终凝, 可使用直径略小于钢筋笼内径的冲击钻在原桩位进行冲击钻孔至钢筋笼底口以下1 m处, 然后往孔内投放适量炸药, 待钢筋笼松动后整体吊出。然后再进行二次扩孔至设计直径, 清孔后重新灌注混凝土。
  3)若断桩位置处于距地表5 m以内, 且地质条件良好时, 可开挖至断桩位置, 将泥浆或掺杂泥浆的混凝土清除, 露出良好的混凝土并凿毛,将钢筋上的泥浆清除干净后,支模浇筑混凝土。拆模后及时回填并夯实。
  4)若断桩位置处于地表5~ 10 m时, 或虽距地表5 m以内但地质条件不良时, 可将略大于桩径的混凝土管或钢管一节节接起来, 直到沉到断桩位置以下0.5 m处, 清除泥浆及掺杂泥浆的混凝土, 露出良好的混凝土面并对其凿毛, 清除钢筋上泥浆, 然后以混凝土管或钢管为模板浇筑混凝土。
  5)若因坍孔、导管无法拔出等造成断桩而无法处理时, 可由设计单位结合质量事故报告提出补桩方案, 在原桩两侧进行补桩。所有断桩都可以采用机械将灌注混凝土桩的所有混凝土和钢筋全部清除, 在原位置进行二次混凝土灌注。
  2.5 钢筋笼施工
  钢筋笼下孔困难:在钢筋笼下孔过程中,出现下孔受阻或缓慢。病因分析:是因为孔径不够大、孔内缩径、成孔倾斜或钢筋笼上所绑扎的砼垫块太大导致钢筋笼在下孔过程中碰刮或挤压孔壁。防治措施:在成孔过程中严格控制桩孔的内径,满足设计桩径要求;对缩径的桩孔作出及时处理;砼垫块须符合设计规范要求。
  2.6 桩基砼灌注
  ①桩长不符合要求:指桩长大于或小于原设计桩长的现象。桩长过大,需破碎,影响后续土建工作;桩长过小,需开挖补桩,既降低桩体强度,又影响施工进度。病因分析:计算的设计标高有误;临测混凝土面深度不准;末次混凝土灌注量不合理。防治措施:当同一场地有几种不同桩长时,应分别计算它的设计标高并画出桩位设计标高示意图;为准确控制钻孔深度,应在桩架或桩管上作出控制深度的标尺;灌注前应准确丈量钻孔深度和孔底沉渣厚度;灌注过程中,要随时测量钻孔内的混凝土面标高,记录导管长度和已灌注的混凝土数量,校核混凝土面高度是否同计算的高度相符。
  ② 桩中砼夹泥 埋管:导管在混凝土中掩埋过长,钢筋笼变形,灌注时间过长,混凝土已初凝,内阻力成倍增长,导管被埋在混凝土内。卡管:骨料级配不合理,含有大粒径的卵石、漂砾;混凝土拌和时间或运输路程过长,已产生离析或局部初凝现象而直接用于灌注;导管密封不良,局部漏水。病因分析:灌注过程中发生埋管,卡管及其他一些情况将造成断桩;导管下端距孔底过远,初灌混凝土量不足,导管未被混凝土掩埋,临测失误,导管提升过高,露出混凝土面;混凝土配比失误,耐压强度不足。
  防治措施:按有关规范要求,经过计算和试配后确定混凝土配合比,混凝土应具良好的和易性和流动度,坍落度损失应能满足灌注要求,初凝时间应为正常灌注时间的二倍;要求灌注过程连续、快速,防止出现上述埋管、卡管及其他情况。
  三.结束语
  桥梁桩基础是桥梁的重要部位,它的质量好坏直接影响到整座桥梁的工程质量和进度。由于桥梁桩基施工的隐蔽性,在施工过程中存在不可预见性的因素较多,经常出现一些问题不可避免,如果这些问题不及时解决,将直接影响到桩基的工程质量,给工程造成损失。因此,在桥梁桩基的施工中,不僅要依靠先进的科学技术进行施工,还要根据丰富的施工经验对在施工中出现的问题进行及时处理,避免工程质量事故的发生。
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