浅议桥梁钻孔灌注桩的施工特点分析及质量控制

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuhao0760
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  摘要:本文主要对钻孔灌注桩的优点及适用范围、工艺流程、施工常见问题及其质量控制进行论述,进一步探讨钻孔灌注桩在桥梁施工中的应用。
  关键词:钻孔灌注桩施工特点 施工方法
  中图分类号:U443.15+4文献标识码: A 文章编号:
  1.钻孔灌注桩的优点及其适用范围
  灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔,并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩,依照成孔方法不同,灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型,钻孔灌注桩与沉入桩中的锤击法相比,施工噪声和震动要小的多,同时能建造比预制桩的直径大的多的桩,在各种地基上均可使用。
  1.1钻孔灌注桩的优点
  1.1.1适用性广
  钻孔灌注桩适用于各种地层的桩孔施工,不受地下水位高低的影响。桩径1~25m之间,而且具有向大、超大桩径及超长桩发展的趋势。1.1.2施工灵活简便
  施工工序简单噪音小,也适用于窄小场地施工,施工设备简便且方法容易掌握,培训后的地质钻工也能熟练掌握相关的施工工艺。
  1.1.3具有较高的承载力
  不同的桩径和桩长,其单桩承载力在几百千牛至几千千牛之间,部份甚至超过一万千牛,可作为低层建筑的基础或者高层建筑和重型建筑的基础。
  1.1.4质量有保证
  钻孔灌注桩成桩质量可靠,因此,在桩基施工中被广泛使用,信任度较高。钻孔灌注桩基础质量有保证,事故少,且出现单桩承载力达不到设计要求的情况较少,施工过程中主要严格按相关规范和技术要求,并认真控制相关技术指标和质量,能更好地保证工程质量。
  1.2适用范围
  钻孔灌注桩主要应用于城市工业、民用建筑和公路桥梁基础;适用于各种地层并可根据不同的地层选择适当的成孔方法,而且不受地下水位高低的限制,均可应用于岸滩、浅水及深水处。
  2.钻孔灌注桩的工艺流程
  钻孔灌注桩的施工工艺流程及其顺序:(1)测定桩位;(2)埋设护筒;(3)桩机就位;(4)钻孔;(5)清孔;(6)灌筑水下混凝土;(7)安放钢筋骨架。
  2.1施工准备
  施工准备包括:选择钻机、钻具、场地布置等。
  钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备,可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。
  2.2钻孔机的安装与定位
  安装钻孔机的基础如果不稳定,施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响,因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基,可用推土机推平,在垫上钢板或枕木加固。
  为防止桩位不准,施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机,对有钻塔的钻孔机,先利用钻机的动力与附近的地笼配合,将钻杆移动大致定位,再用千斤顶将机架顶起,准确定位,使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上,以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后,用枕木垫平钻机横梁,并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。
  2.3埋设护筒
  钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时,在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头,增加孔内静水压力,能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外,同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。
  制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用,不漏水,其内径应比钻孔直径大(旋转钻约大20cm,潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm),每节长度约2~3m。一般常用钢护筒。
  2.4泥浆制备
  钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具,增大静水压力,并在孔壁形成泥皮,隔断孔内外渗流,防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度,泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握,泥浆太稀,排渣能力小、护壁效果差;泥浆太稠会削弱钻头冲击功能,降低钻进速度。
  2.5钻孔
  钻孔是一道关键工序,在施工中必须严格按照操作要求进行,才能保证成孔质量,首先要注意开孔质量,为此必须对好中线及垂直度,并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用),还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时,附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔,下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应该事先规划好,既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔,又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。
  2.6清孔
  钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此,除了钻孔过程中密切观测监督外,在钻孔达到设计要求深度后,应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时,应立即进行孔底清理,避免隔时过长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时,要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm;当孔壁不易坍塌时,不大于20cm。对于柱桩,要求在射水或射风前,沉渣厚度不大于5cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔,所需设备不多,操作方便,清孔也较彻底,但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。
  2.7灌注水下混凝土
  清完孔之后,就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内,定位后要加以固定,然后用导管灌注混凝土,灌注时混凝土不要中断,否则易出现断桩现象
  3.施工过程中钻孔灌注桩的常见问题
  3.1灌注工程中出现导管进水
  出现导管进水的原因:(1)主要是导管的接头不严,被导管中的高压气囊挤开接头间的橡皮垫;(2)焊接破裂导致水从接头或焊接中流入;(3)导管连接不好,提升时出现提断导致导管提升过猛;(4)测深出错致使导管底口超出原混凝土面,泥水易涌入。
  3.2灌注过程中发生卡管
  初灌时期出现隔水栓卡管,是由混凝土造成的,表现在:(1)坍落度过小;(2)流动性差;(3)级配不合理;(4)拌合不均匀或运输中产生离析;(5)导管接缝处漏水;(6)雨天运送混凝土没有加遮盖等,漏出的水冲走混凝土中的水泥,粗集料堆积堵塞导管。此外,机械设备出现故障原因等,导致混凝土长时间留在导管内,此时最初灌注的混凝土便已凝化,更阻碍了导管内混凝土的下落而堵在管内,造成卡管。
  3.3灌注时出现坍孔
  坍孔事故是由各种钻孔方法不当引起的,其征象表现为:在灌注时如发现井孔内水位忽然上升溢出,马上骤降并冒出气泡,出渣量明显增加却不见进尺,钻机负荷也明显加大。造成坍孔的原因:(1)护筒底脚周围漏水,孔内水位差减小,不能保持原有静水压力;(2)护筒周围堆放重物,或由于机械振动等。
  坍孔问题的处理措施:根据不同地層,控制使用好泥浆指标。在回填土、松软层及流砂层钻进时,严格控制速度。地下水位过高,应升高护筒,加大水头。地下障碍物处理时,一定要将残留的砼块处理清除。孔壁坍塌严重时,应探明坍塌位置,用砂和粘土混合回填至坍塌孔段以上1—2m处,捣实后重新钻进。
  3.4灌注中出现钢筋笼上升
  钢筋笼上升的原因:由于混凝土表面接近钢筋笼底口以下3~1m,灌注时混凝土下落的速度过快,导致混凝土下落冲出导管口并向上反冲,其顶托力大于钢筋的重力致使钢筋笼上升。
  4.钻孔灌注桩在桥梁施工中的质量控制
  4.1钻孔前的准备
  陆地上的钻孔一般采用挖埋法,此方法比较简单易行;水上的钻孔其护筒埋设则采用锤击打入的方法,这样较为快捷稳妥。钻孔的前提条件:要做好护筒的竣工测量,并在护筒上口标记好桩中心记号,便于钻机对中。钻孔完成后,必须及时封填,钻孔完成后避免出现等待钢筋笼及混凝土的情况,避免出现塌孔及出现孔底沉淀超标的质量事故。进行对位和钻孔时,需观测并调整钻机的水平度和垂直度。
  4.2钻孔过程的控制
  首先,根据当地的地质条件,选择合适的钻机型号、钻头。钻孔过程中应选择减压钻进的施工方法,孔底承受的钻压应小于“钻杆+钻头+压块”总重量的60%,有利于避免出现斜孔、弯孔和扩孔现象。
  其次,需要注意钻孔的连续性。发生事故而停钻时,应提升钻头至孔外,避免埋钻。出现塌孔、进尺异常等异常情况时,要做到仔细观察与分析,找出原因和事故位置,及时与监理、设计单位聯系并采取对应的处理方法;发生掉钻落物时,要及时打捞,防止泥沙埋没影响接下来的钻孔。孔内泥浆高度应比江水位或地下水位高出2m,才能维护孔内泥浆对孔壁的的压力,避免出现泥浆渗漏或江水与地下水反渗。
  4.3成孔后的质量控制
  第一,钻孔到位后要及时清孔。钻头提升0.2-0.3m后继续循环,清孔时可根据实际情况选用相对密度较低的泥浆或清水压入清孔。当地下水位较高时,容易出现地层坍塌,泥浆的密度相对较大,过大时会阻碍混凝土顶升,因此,要避免泥浆相对密度上下不一致。清孔时要保持水头,定时检测泥浆指标,一旦达标就要迅速起钻。验收桩径时可选用直径小于设计桩径5cm的钢筋探孔器放入孔内进行验收,接着下钢筋笼,尽量减少浇筑前的操作时间,以减少沉淀量。
  第二,清孔时禁止用加深孔底深度的方法,这样会极大的降低桩尖处土的极限承载力,一旦泥浆相对密度过大,会造成夹泥或断桩。
  第三,下放制作好的钢筋笼时,应确保钢筋笼对接质量,成笼圆直。下放时要严格按施工图制作,包括钢筋的数量和钢筋笼的加强箍,才能保证下放时不变形。进行有声测管的安装时,管内要灌满水且管顶加盖密封,这样来检查声测管是否完好,避免杂物进入管内出现堵塞。
  第四,钢筋笼安装到位后,孔口处要做好固定措施,在浇筑混凝土时能避免出现钢筋笼上浮的质量缺陷。下导管前应用水密试验检查导管的连接性,做好各节长度及编号记录,有利于在浇筑过程中计量度。
  4.4混凝土浇筑及其质量控制混凝土浇筑时要经常检测其坍落度,并控制在18-22cm之间。浇筑过程中要注意控制导管的埋深并在2-6m之内。每次卸掉的导管长度应该对应于浇入桩孔混凝土的上升高度;且导管埋深必须在2-6m之内。
  灌注将接近设计位置时,如果导管外泥浆稠度增大导致混凝土顶升困难,这时可用水冲法稀释泥浆,以此提高灌注落差并适当加大埋深。《铁路桥涵施工规范》规定:桩顶标高应预加上0.5~1m高,日后再开挖基坑后凿除质量不高的一部分桩头。
  5.结语钻孔灌注桩作业和施工质量控制有一定难度,所以,在施工过程中要加强各个环节的质量控制,施工前要做好准备工作,认真熟悉设计图纸及相关施工和验收规范,检验地质,了解相关钻孔灌注桩的资料,对可能出现的问题进行分析并制定对策,做到科学组织、谨慎施工及严格管理,才能保证施工质量并避免钻孔灌注桩的质量通病。
  参考文献:
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