沈大高速改扩建钻孔灌注桩的质量控制

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  【摘 要】 钻孔灌注桩的浇筑,要从成桩的各道工序入手,从严控制,才能保证成桩质量,避免各种事故的发生。本文从质量控制入手,介绍了钻孔前、钻孔过程中、成孔后、浇筑前和浇筑过程中的质量控制方法,以及故障的排除等。
  【关键词】 钻孔灌注桩;质量控制;方法
  一、工程概况
  沈大高速公路北起辽宁省省会沈阳市,南至大连市,纵贯辽东半岛,全线连接着沈阳、辽阳、鞍山、营口、大连五大工业城市,沟通大连、营口、鲅鱼圈三大港口和沈阳桃仙、大连周水子两大国际机场,其沿线这五大城市交通运输便捷,区位优势显著,为国家重点投资建设的重工业基地、辽宁省调整经济格局、实施对外开放的重中之重,这一区域集中了辽宁省经济发展的优势,成为目前辽宁省乃至整个东北地区经济最为发达的区域。沈大高速公路原线全长374.91865公里,标准四车道,路基宽度24.5m建设。起点(K0+000)位于沈阳市铁西区建设大路,终点(K374+918.65)在大连市沙河口区周水子,原沈大路于一九八四年六月二十七日开工建设,一九九零年九月一日全线建成通车。
  沈大高速公路改扩建成8车道,路基宽度42m,横断面布置为:分隔带3.0m路缘带2×0.75m,行车道8×3.75m,设计行车速度120km/h,车辆荷载为汽车-超20级,挂车特480,硬路肩2×3.0m,土路肩2×0.75m。每侧护坡道宽度2.0m。
  二、地质、地层、岩相
  沈阳至盖县段主要为第四系冲洪积沉积物和第三系砂泥岩地层,在水平方向上以卵石、砂砾石为主的粗颗粒相,逐渐变为中粗砂、粉细砂及砂夹粘性土层的细颗粒相,地层的垂直结构一般上部为粘土、亚粘土及亚砂土,中部为淤泥质亚粘土、砂砾石,下部为第三系砾岩、砂泥岩等。
  盖县至大连段在沿海平原地带主要为海相及海陆交互相沉积的第四系粘性土及粉细砂地层,而丘陵地带则以基岩风化残积物和基岩为主,基岩主要有片岩、片麻岩、大理岩、石英岩及少量的花岗岩等。
  三、桥梁桩基概况
  沈大高速公路原有桥梁设计形式多样,其中桩基沈阳段多为摩擦桩,大连段多为端承桩,各种规格桩基基本都有,笔者就沈大钻孔灌注桩的施工质量控制谈一下自己的看法。
  作为工程基础,钻孔灌注桩被应用得相当普遍,这也是由于它对各种地质条件的适应性及施工简单易操作所决定的。但是,由于其施工工艺环节多,一环不慎,便会有质量事故发生,需要施工人员具有认真的工作态度、良好的技术水平和丰富的临场处理能力。尤其在桥梁建设中,桩基位置可选择变化余地不大,更需要加强施工管理,搞好成桩质量。
  四、钻孔前的质量控制
  在准确放样的前提下埋设护筒,埋设护筒的方法和要求,《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-89(以下简称《规范》)已作出了较详细的规定。如果钻孔是在陆地上进行的,则一般采用挖坑法,比较简单易行;如果钻孔在水上进行,则护筒埋设采用锤击打入的方法,比较快捷稳妥,前提条件是均要在护筒上口作好桩中心标记,以便钻机对中。
  钻孔对中过程中,比较易忽视的就是钻机底座的水平问题,这在一般成套设备中因为有液压调整装置,问题不大,只要注意就行了;而在自制的钻孔设备中,由于没有水平调整装置,再加上有时在水上搭设平台,平台本身即与水平面不平行,致使钻杆夹具无法保持水平,引起钻杆的不垂直,从而影响灌注桩的垂直性。尽管此时钻头中心与护筒所标设的桩中心重合,而实则桩位已偏斜。因此在对位及钻孔过程中,均应观测调整钻机的水平和垂直度。
  五、钻孔过程中的质量控制
  首先应根据孔位所在的地质情况、选用的钻机型号和性能,选择合适的钻锥。在钻孔过程中,应采取减压钻进,孔底承受的钻压不超过钻杆、钻锥和压块重量之和的60%,以避免和减少斜孔、弯孔和扩孔现象。
  应注意钻孔的连续性。因故停钻时,应将潜水钻机及钻锥提升至孔外以防埋钻。发现异常情况,如塌孔、进尺异常等问题,应仔细观察分析,查明原因和位置,及时与监理、设计单位取得联系,采用相应的对策。掉钻落物应及时打捞,以免被泥沙埋没,影响继续钻孔。
  六、成孔后的质量控制
  在钻孔到位后,要做到的第一步就是清孔。若是钻机钻孔的,应注意提升钻锥20~30cm后继续循环。可用相对密度较低的泥浆或清水压入清孔,具体应视实际情况而定。如地下水位高时,地层容易坍塌,泥浆相对密度可大些,但过大会造成混凝土顶升困难,特别要注意的是避免泥浆比重上下不一的情況。清孔过程中应注意保持水头,经常检测泥浆指标,一旦达标,迅速起钻。可用直径比设计桩径小5cm钢筋圆圈放入孔内验收桩径,然后下钢筋笼,尽可能缩短浇筑前的操作时间,减少沉淀量。
  严禁用加深孔底深度的方法代替清孔,这将会极大地降低桩尖处土的极限承载力,也容易因泥浆相对密度过大而造成夹泥或断桩。
  将制做好的钢筋笼下放时,应保证钢筋笼的焊接质量,成笼圆直。应选派经验丰富、技术熟练的人员操作,为节省时间,可两名人员同时操作。要求严格按图施工制作,包括钢筋的数量、钢筋笼的加强箍,这样才能保证下放时不变形。
  准确计算钢筋笼的置放位置,要保证伸进承台部分的钢筋长度。下放时,随时调整笼子的位置,使笼中心与桩中心保持一致。为了保证中心的一致性及保证钢筋笼的混凝土保护层的厚度,沿钢筋笼纵向设置混凝土保护层垫块。
  在下导管前,应对导管的连接进行水密试验,并记录各节长度和编号,便于浇筑过程中的长度计量。
  七、浇筑前的质量控制
  首先是材料的准备工作。包括黄砂的过筛、去除各种杂质、石子的冲洗等等。其次就是对各项操作机械进行检查,包括搅拌机的试运转,如果是翻斗车运输则还应检查翻斗车的性能、运料,如果是爬梯还应检查爬梯的牢固、顺滑程度。笔者就曾经经历过翻斗车无法倒料,引起浇筑过程中,因爬梯上爬斗不顺滑倾覆,导致爬梯扭曲,浇筑工作中断的事故。   导管在每次浇筑卸管后即冲刷干净。浇筑前的连接应分清编号及长度,以免影响计量埋深值。由于混凝土在泥浆中灌注和养护,混凝土的操作配合比应在保证设计强度前提下再加上一个保证率。
  《规范》要求首批混凝土的数量应能满足导管初次埋置深度≥1.0m,因此应准确计量导管上口漏斗的斗容量。容量不够的,应及时采取措施加以调整,保证首灌混凝土的冲击力和排淤能力。另外,也要检查漏斗底口的隔水设施是否完好可靠,不要因人为的疏忽而导致事故。
  在准备工作期间,还应准备好水泵、吸泥机、高压水管等各种处理故障的设备,以防万一。在开浇前,应测量孔底沉淀厚度,保证不大于规定值。如果大于规定值,还得再次清孔。此时,可用喷射清孔法,即用高压射水或射风数分钟,待少量沉淀物漂浮后,立即浇灌水下混凝土。
  八、浇筑过程中的质量控制
  根据经验,首批混凝土除数量满足埋深要求外,可适当增加一点水泥量及含砂量,以保证其和易性和流动性,使以后浇入的混凝土容易顶升;若首批混凝土的初凝时间早于灌注全部混凝土所需的时间,则首批混凝土中还得掺入缓凝剂。经常检测混凝土的坍落度,并使之控制在18~20cm的范围内。
  浇筑过程中,最重要的就是控制导管的埋深,《规范》要求在2~6m范围内。埋深过小会使管外混凝土面上的泥浆卷入混凝土形成夹泥;过大则使混凝土不易流出顶升,还可造成桩外周的混凝土出现骨料离析和空洞,减小桩的有效直径;亦可造成近导管处混凝土面高,远导管处混凝土面低,从而混凝土先顶升再水平扩散,出现死角区,使泥浆和混凝土混合物填实在死角区,造成钢筋的握裹力不足。
  提升导管的原则是:
  1、每次卸掉的导管长度应和浇入桩孔的混凝土上升高度相对应;
  2、必须保证导管埋深在2~6m范围内。
  这就要求我们几乎在每次下料后,都应准确测定混凝土面的上升高度,计算导管埋深,从而确定导管拆卸的节数,作好拆卸记录,防止导管拔出混凝土面而造成断桩。在混凝土浇至钢筋笼位置时,应放慢混凝土浇筑速度,使导管有较大的埋深,待混凝土表面进入钢筋骨架一定深度后,再提升导管口控制在最小埋深,使导管口高于钢筋笼底骨架一定距离继续灌注,防止钢筋笼被顶托上升。
  当灌注将至设计位置时,由于导管外泥浆稠度增大,混凝土顶升困难,可用水冲法稀释泥浆,提高灌注落差,并适当加大埋深,因为此时泥砂、部分拌和物及被首批混凝土翻上来的沉淀物等杂物均落在混凝土的上面,测深无法反映混凝土顶面高度,容易造成误测,致使过早停浇。所以,《规范》规定桩顶标高应预加上0.5~1.0m的高度,以后再开挖基坑后凿除质量不高的一部分桩头。
  九、故障排除
  钻孔过程中的坍孔、卡管、掉物等故障,可分别采用回填重钻、淤泥吸拔、叉钩打捞等方法,只要工前认真检查,有的故障可避免。下面重点谈谈浇筑过程中出现的故障及处理方法。
  9.1、卡管
  卡管是最常见的现象,原因不外乎有:混凝土和易性、流动性差造成离析,各种机械故障引起混凝土浇筑不连续,在管中停留时间过长而卡管,导管进水造成混凝土离析等。排除的办法有:
  9.1.1、灌注中途卡管
  因机械故障(如断电)使混凝土在导管内停留时间过长,或者灌注时间过长,部分混凝土已经初凝使下落阻力增大而堵在导管内。这种事故宜以预防为主。灌注前应全面检修设备。尽可能使灌注连续快速,炎热季节在灌注初期混凝土中掺入适量缓和剂,以避免混凝土过早初凝。如果已灌注混凝土厚度3m以内出现卡管又无法补救到继续灌注时,建议停止浇注,拔出导管,采用吸泥机吸出混凝土,并重新清孔再灌注,或者提起钢筋笼,重下钻头,加大泥浆浓度钻至设计标高并排出已灌混凝土,再按常规办法清孔,重新灌注,以小的损失换取高质量工程。
  如果已灌注混凝土厚度较大,重钻清孔不太可能,只能采取更换导管重新灌注的办法,但如何保证更换导管后不断桩值得研究。
  9.1.2、埋管
  浇注过程中导管无法拔出有两种可能:
  (1)钢筋笼制作质量差,部分钢筋脱离主筋后插入导管吊环内(这种情况一般会浮笼)。这时应正反转动导管,使导管与钢筋笼分离并居钻孔中心,再继续浇注。
  (2)导管埋深过大或混凝土初凝使导管内外摩擦力增大,水下混凝土灌注应严格控制埋管深度,不得大于6m,且不小于1m。为防止混凝土初凝,除適当加缓凝剂外还应振动导管。
  一旦埋管发生,应先查明究竟是何种原因,尽可能增大拔力拔起导管(但要防止拔漏导管),拔起过程中应正反摇动导管,使其易于拔起。
  9.2、浮笼
  浮笼事故在灌注水下混凝土过程中并不鲜见,对于只下半笼(即钢筋笼长度小于成孔深度)的钻孔桩更是有可能发生。产生这种现象的原因与混凝土的顶推力有关,但预防不力是一个因素,所以下笼时应采取相对固定措施,尽可能多焊几条主筋在钻机底座上,增大固结力。在灌注过程中混凝土何时接近或进入钢筋笼应做到心中有数。在混凝土面接近和进入钢筋笼时,应保持许可范围之内的较深埋管,并连续灌入混凝土尽可能减少混凝土从导管底口出来后对钢筋笼的冲击力;当混凝土面进入钢筋笼一定深度后,适当提升导管,以增加钢筋笼的埋深,使得混凝土与钢筋笼的握裹力保证钢筋笼不至上浮。如果出现浮笼,应尽快处理,扼制继续上浮,最好用多根直径6cm左右钢管套住钢筋笼主筋再焊在护筒上,并用钢筋或方木成网状压住所焊钢管及护筒,这样,还能保证钢筋笼上浮时不至过份偏位。
  9.3、导管进水
  导管进水其原因有:首灌混凝土量不足或导管口提升过高以至无埋深;误测导致导管提升至混凝土面外,其基本现象为导管中会重新充水,孔内水位明显下降。其解决办法为:
  ①如果是第一种原因造成的进水,可用导管作为吸管,用空管吸泥方法将孔内混凝土吸出,重新灌注。
  ②第二种原因则可采用重插法。即重新插入混凝土中,用泥浆泵抽出管内的泥浆,再重新浇灌混凝土。其前提条件是表面混凝土没初凝,若超过初凝时间则作为废桩。若没埋深,但导管内有混凝土面而没进水,则插入重浇,但有可能造成夹层,应注意测试。
  ③若导管已离桩顶不远时进水,可在以后基础开挖中埋入护筒,清除沉渣及软弱混凝土层,安装同样直径的模板,浇筑混凝土至设计标高。
  综上所述,钻孔施工中,施工事故不可预见时有发生,为保证工程质量,应坚持预防为主、防微杜渐的原则。切实加强质量管理意识,严格执行施工技术规范,不断提高施工管理水平,事故是完全能够有效防治的。
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