刘树丰,何启军

(萍乡市赣西建筑服务有限责任公司)

1 冲击钻孔灌注桩施工技术

1.1 机具的选择

施工前对机具必须进行合理选择,循环钻钻进速度快、成孔好、清孔干净,但不适宜硬岩层及孤石、卵石;冲击钻适用广泛,但速度慢、成孔质量不高。

1.2 冲击钻孔灌注桩施工工艺

钻孔灌注桩的施工顺序为初步放样→筑岛→恢复定线→护筒埋设→钻孔→成孔检测清孔→下钢筋笼→下导管→混凝土浇注→破桩头→成桩检测。

(1)初步放样。

根据设计提供的导线点及水准点用全站仪及水准仪定位,放样后用钢尺校核。

(2)筑岛。

采用草袋围堰,普通土填充,筑岛高出水面 1.5cm为准。

(3)护筒埋设,恢复定线。

草河大桥桩基础设计桩径为 1.5m。在桩基础施工中,埋设护筒起到定位、导向作用,护筒内径比桩径大 200～400mm,护筒高度宜高出地面0.3m或水面 1.0～2.0m。草河大桥采用4m高钢护筒,Ф1.8m,壁厚6mm。

(4)钻孔。

按设计资料的地质条件,草河大桥选用冲击钻钻孔。(5)泥浆的配制。

为保证中层易液化坍塌砂质层的成孔质量和最终能将孔底清理干净,泥浆配合比为m水∶m膨土∶m粘土∶mNaOH∶mCMC= 1000∶100∶60∶1.5∶1.5。

(6)冲击钻钻孔施工要点。

①主要机具设备要检修,钻机就位应平稳,不得产生位移和沉陷,孔位必须准确。

②冲锥的钢丝绳与钢护筒中心位置偏差不大于 2cm,升降锥头时要平稳,不得碰撞护壁和孔壁。

③钻孔作业必须连续,并作好钻孔施工记录,经常对钻孔泥浆进行检测和试验,防止孔壁坍塌,埋钻头的现象发生。

④钻进过程中,每进 5～8m检查钻孔直径和竖直度,在地层变化处捞渣取样,判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。

⑤在钻孔排渣、提钻头除土或因故停钻时,应保持孔内水头和要求的泥浆指标。

(7)成孔检测、清孔。

①成孔检测:成孔检测一般包括孔的中心位置、倾斜度、钻孔底标高、深度、直径、护筒顶标高等。孔的中心位置应在±100mm范围内,孔径﹥设计桩径,倾斜度小于 1%,孔深不小于设计规定。

②清孔。

只有成孔检测合格后才可清孔。草河大桥采用空压机喷射方法,采用高压泵向孔底射浆,用水下填充导管进行空气反循环清孔。喷射压力适中(0.8～1MPa),使孔底及边角处的钻渣也能随之吸出。

孔内泥浆性能指标及沉淀厚度要求:泥浆比重 1.03～1.1;沉淀厚度＜30mm。

钢筋笼安放至设计标高后,如泥浆指标及沉淀厚度超出标准,应进行第二次清孔,直至达到标准。

(8)钢筋笼的制造和安放。

①钢筋笼制造:钢筋笼在胎膜上一次成形,以确保钢筋笼不弯曲而顺利落到设计标高。

②钢筋笼的安放:整个桩采用3～4段钢筋笼,在孔口进行单面邦条焊,接头错开 1m。

(9)导管、灌注机具的准备、混凝土的配制。

①下导管:草河大桥采用Φ300mm钢导管,使用前进行了水密、承压和接头抗拉等试验。导管位置居中,轴线顺直,稳步沉放,防止卡挂钢筋骨架和孔壁碰撞,导管下口到孔底的距离一般控制在 25～40cm之间。

导管上口设置隔水堵头和储料斗,储料斗口中盖钢扳,挂细钢丝,灌注时用吊车吊出。

②灌注机具的准备:25t吊车1台;搅拌机2台(满足灌注桩在混凝土初凝时间内完成);导管、储料斗、吊斗1个; 1t翻 2台、备用发电机 1台;备用水泵以及吸泥机,高压射水管等设备。

(10)混凝土的配制。

①水泥、中砂、石子分别送质监站检测合格后,由质监站试配。C25水下混凝土的配合比为 m水泥∶m中砂∶m石子∶m水= 1∶1.683∶2.634∶0.537,坍落度为 180～220mm。

②水泥采用普通硅酸盐 42.5级水泥,初凝时间大于2.5h;碎石采用10～20mm、16～31.5mm各占一半,级配良好;砂子选用优质河砂。

③混凝土配制后要有良好的和易性,运输和灌注过程中无显著离析、泌水现象,保持足够的流动性。

(11)灌注水下混凝土的关键技术措施。

①灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序,在成孔质量检测和清孔检测合格后,方可进行灌注工作。灌注的时间控制在初凝时间2.5h内。

②首批混凝土的数量必须保证导管初次埋深≥1m和填充导管底部的需要。草河大桥每桩首批混凝土数量1.8m3加吊斗0.6m3共2.4m3,保证了初次埋深﹥1.5m,首批混凝土拌和物下落后,混凝土连续灌注,在灌注过程中,导管的埋置深度控制在 2～6m。

③混凝土拌合物运至灌注地点时,检查均匀性和坍落度符合要求。

④首批混凝土灌入孔底后,立即探测孔内混凝土面高度,计算出导管内埋置深度,如符合要求即可正常灌注,如发现导管大量进水,表现出现事故,按应急方法处理。

⑤灌注混凝土应紧凑、连续地进行,严禁中途停工。在灌注过程中,要防止混凝土拌和物从漏斗处掉入孔中,使泥浆内含有水泥而变稠凝结,使测深不准确而影响导管的提升和拆除。

⑥导管提升时应保持轴线竖直和位置居中、逐步提升。

⑦当导管提升 1节或 2节时,可以拆除导管,然后将漏斗重新插入井口导管内,校好位置,继续灌注。

⑧拆除导管动作要快,时间一般不超过 15min,要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中,并注意安全。

⑨在灌注过程中,当导管内混凝土不满含有空气时,后续混凝土要徐徐灌入。

⑩当混凝土面升到钢筋骨架下端时,要采取措施防止钢筋骨架被混凝土顶托上升。

[11]在灌注过程中,应防止污染环境和河流。

[12]为确保桩顶质量,预留桩头。一般为 0.5～1m,深桩为1m。

[13]处于地面及桩顶以上的井口整体式钢性护筒,应在灌注完后立即拔出,处于地面以下护筒,需待混凝土抗压强度达到5MPa后方可拆除。

[14]在灌注将近结束时,如出现混凝土顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆,并掏出部分沉淀物,使灌注顺利进行。在拔出最后一段长导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管,形成泥心。

[15]在灌桩时,每根桩应做 3组试块,强度检测不合格,要及时提出补救处理报告。

[16]混凝土灌注情况、各灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除及发生的异常现象都由专人进行记录。

(12)破桩头:由人工或风镐进行,破直至设计高程。要保持钢筋的完整,桩顶基本平整、干净。

2 桩基检测质量划分

(1)Ⅰ类桩。桩身完整,为优良桩;

(2)Ⅱ类桩。桩身有轻微缺陷,不会影响桩身结构承载力的正常发挥,为良好桩;

(3)Ⅲ类桩。桩身有明显缺陷,对桩身结构承载力有影响,但为合格桩;

(4)Ⅳ类桩。桩身存在严重缺陷或断桩,为不合格桩,必须经过采用合适的处理措施后经过检测达到合格要求后才能予以使用,否则只有报废。

桩基按小应变检测分三类桩,一类是正常合格的,二类是有缺陷但可以正常使用,三类桩就要补桩或重新浇捣等返工处理了。

3 桩基础工程质量病害的处理技术

3.1 断桩的处理技术

(1)Ф1500的桩,在 21m处堵管断桩事故的处理技术。

断桩其实是桩基础施工中很容易出现的事故,处理方法一般是:钻芯 2～3个,用高压空压机接水管往下去吹。水管底部用个弯头,一边灌清水,渣子能从另外芯孔内吹出后,再灌注高压水泥浆,直至从另一个孔出浆为止。

(2)注浆浆液:纯水泥浆水灰比为 1∶1.5、1∶1、0.8∶1三个等级,水泥浆由稀到浓逐渐变换,直至变浓至 0.8∶1为止。混合物中掺入一定量的三乙醇胺与氯化钠溶液,以缩短初凝、终凝时间,提高强度,提高水泥浆的可压注性;注入水泥砂浆时,其水灰比为 1∶1。

(3)注浆压力:0.50～1.0MPa。

(4)压浆顺序:根据降水漏斗原理,从一个孔顺序向另一个孔交叉压浆,如遇串浆或跑浆,可隔段或几段压注浆液;用压浆泵压注浆液,当注浆压力稳定在 1MPa时,可结束注浆。

(4)注浆异常现象处理。

①发生串浆现象:即浆液从其他孔中流出时,采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆;

②注浆压力突然升高:可能发生了堵管,停机检查;

③注浆量很大,压力长时间不升高:则应调整浆液浓度及配合比,缩短凝胶时间,进行小量低压力注浆或间歇式注浆,使浆液在裂隙中有相对停留时间,以便凝胶,但停留时间不能超过浆液的凝胶时间。

经过压浆处理的桩基础,在三个孔注浆后,通过声测质量检验为合格。

3.2 接桩的处理技术

(1)0-2台桩在灌注 3.3m混凝土后,由于混凝土过干,提升导管剧烈,造成导管下口变形,灌注混凝土不能继续,3小时后宣布为断桩。当时进行了 3种方案的比较。

①用大于 1.8m冲击钻硬冲,但中层易液化、塌孔,不宜采用;

②在孔内填入毛石,用 1.8m冲击钻冲孔,将钢筋笼及桩底混凝土砸入桩四壁及桩底;

③用挖掘机挖出桩底混凝土,但必须做好强排水措施,然后下Φ1.8m水泥混凝土管,竖直叠起,混凝土管四周分层填筑砂砾粘土并夯实,在混凝土管中下钢筋笼,灌注混凝土。最后考虑0-2台桩比较浅(14m),而且中层细砂亚粘土互层,极易液化出现涌砂,塌孔现象,不宜采用前二种方案。通过采用第三种方案处理使桩质量检测合符设计要求。

3.3 桩身夹泥病害桩的处理技术

(1)3-2墩桩在成桩检测时发现在-8.7m处有桩身夹泥病害,传统的方法是将缺陷桩凿除再重新浇注,既费时又费力,而且造价昂贵。最后决定采用高压喷射注浆法。

①在桩顶布设 3个钻芯孔,钻孔取芯至缺陷部分以下50cm,仔细分析缺陷处芯样,查明了缺陷位置和范围。

②将注浆管通过钻孔设置到夹泥区,用泵压大于20MPa的高压水流对缺陷段自下而上进行切割喷射,喷射时喷管提升速度为10cm/min,旋进速度为20r/min,喷射处理长度上下各延长 50cm,一孔进行切割而另一孔有水溢出时可认定病害区已打通,可换另外二孔,直至 3个孔全部打通。钻孔之间连通后,压入清水利用水循环将废渣排出桩身,当出水口的水由浊变清时,再换其它孔轮流处理,直至所有的孔水流都为清水时,清渣工作结束。

注浆施工技术与上述的断桩处理技术中注浆部分相同。

3.4 桩身有沟槽桩的处理技术

不管采用的冲击钻还是回旋钻也好,由于地质条件勘探的不完整性,特别是地下水潜流的勘察更是目前地下工程中的难点课题,目前还没有十分成熟的经验。

在 4-1墩桩的施工中,由于遇到地下水潜流的作用,在PIT检测合格的情况下,采用 10%的频率抽芯取样时发现:在-8.5m以下位置有连续 3.5m的芯样出现不小于深度在5cm的沟槽,张开的缺口达到5～6cm。经过召开专题技术讨论会研究,该桩基础遇到了地下水潜流的作用,使得水下混凝土在 9h的终凝时间内被水流冲刷、掏空桩基础而形成桩芯的沟槽。

处理方法是采用安放带刃脚的钢护筒(钢板厚度为10mm),直径为Φ2000,每 2m一节,在不断开挖的同时,依靠钢护筒自重往下沉降,然后再在钢护筒上接上上一级的钢护筒,直至超出需要处理的标高以下 1.0m。

开挖的方法是用高压风镐对称凿除钢筋混凝土和原桩身与钢护筒之间的原状土石层,在钢护筒有偏斜时,采用高压水反向冲射钢护筒外侧,以达到不偏位的目的。浇捣混凝土方法可以采用接桩的施工工艺来完成。

4 结 论

冲击钻孔灌注桩是近年来桥梁建设中采用的基本方法之一,怎么掌握好冲击钻孔灌注桩的施工工艺及病害的处理也是难题之一。总之,采用正确的冲击钻钻孔工艺和配制高质量的泥浆是保证成孔的关键,采用正确灌注水下混凝土方法可有效地防止灌注桩病害的发生。另外,上述处理灌注桩病害的方法均取得了成功,受到了交通质量监督权威部门的肯定,值得今后施工中予以推广。