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[摘 要] 当前,钻孔灌注桩已经逐步发展成为一种桥梁基础形式,这种基础形式有许多优点:设备简单、施工方便、承载力大、燥音小、造价较低。由于这些优点,使得钻孔灌注桩技术在我国公路建设部门得到广泛应用与发展,对加快工程建设,提高工程质量起到重要的作用。但桥梁钻孔灌注桩施工难度比较大,不可预见因数多,施工质量难控制,所以本文对桥梁钻孔灌注桩施工过程中的质量缺陷与解决策略进行了初步研究。
[关键词] 钻孔桩 桥梁工程 解决策略
1.桥梁钻孔灌注桩的特点
钻孔灌注桩是桥梁工程常用的一种桩基础形式,这主要是由于桩能将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层中去,从而大大减少基础沉降和桥梁本身的不均匀沉降,是一种极为有效,安全可靠的基础形式。
1.1灌注桩基础的优点
①承载力高和沉降量小且均匀。
②抗地震性能好。
③可以解决特殊地基土的承载力。
④施工噪音小,适用于城市改造和人口密集场地。
但是,灌注桩的成孔是在桩位处的地面下或水下完成的,施工工序多,质量控制难度大,稍有不慎易产生断桩等严重缺陷。据统计国内外钻孔灌注桩的事故率高达5～10%。
1.2灌注桩基础的缺点
①灌注桩施工工艺比打入桩复杂,容易出现断桩、缩颈、混凝土离析和孔底虚土或沉渣过厚等质量问题。
②由于钻孔桩质量不够稳定,要抽检更多数量的桩进行检验,增加检测费用。
③灌注混凝土过程中,导管埋入混凝土中的深度不够,致使新灌混凝土上翻,或提升导管速度过快,导致导管中翻水,造成两次灌注,使桩身形成夹泥的断裂界面。
④孔中水头下降,对孔壁的静水压力减小,导致局部孔壁土层失稳坍落,造成混凝土桩身夹泥或缩颈。孔壁坍落部分留下的窟窿,成桩后形成扩颈。
⑤混凝土搅拌不均匀,或运输路径太长、或导管漏水,混凝土受水冲泡等,使粗骨料集中在一起,造成桩身混凝土离析。
2.钻孔灌注桩施工质量问题及解决方法
2.1施工准备阶段出现问题的对策
2.1.1桩位误差
在施工测量中,桩中心位置放样错误,导致与图纸不符。
主要原因是由于测量放线中工作不细致或测量仪器失效引起。
解决办法,要求前期的测量准备工作一定要细致、准确,测量仪器按规定及时检测,保证精度,增强测量人员的责任心,用一种方法放样完毕后,要用另一种方法对放样结果进行复核,确保点位正确,与图纸相符。
2.1.2原材料不合格
施工中所用的钢筋、水泥、碎石、砂子等原材料不合格,达不到规范、图纸的要求。
主要原因是由于管理不严造成。
加强管理,严格把关是它的解决办法,混凝土灌注桩是隐蔽的基础工程,施工难度较大,更应该严格保证原材料的质量。
2.2钻孔中出现问题的对策
2.2.1护筒冒水
护筒外壁冒水,严重的会引起地基下沉,护筒倾斜和移位,造成钻孔偏斜,甚至无法施工。
造成原因:埋设护筒的周围土不密实,或护筒水位差太大,或钻头起落时碰撞。
防治措施:在埋筒时,坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实;在护筒的适当高度开孔,使护筒内保持1.0～1.5m的水头高度;钻头起落时,应防止碰撞护筒;发现护筒冒水时,应立即停止钻孔,用粘土在四周填实加固。若护筒严重下沉或移位时,则应重新安装护筒。
2.2.2孔壁坍陷
钻进过程中,如发现排出的泥浆中不断出现气泡,或泥浆突然漏失,则表示有孔壁坍陷迹象。
造成原因:孔壁坍陷的主要原因是土质松散,泥浆护壁不好,护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。
防治措施:在松散易坍的土层中,适当埋深护筒,用粘土密实填封护筒四周;使用优质的泥浆,提高泥浆的比重和粘度;保持护筒内泥浆水位高于地下水位。搬运和吊装钢筋笼时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁;钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间。成孔后,待灌时间一般不应大于3小时,并控制混凝土的灌注时间,在保证施工质量的情况下,尽量缩短灌注时间。
2.2.3缩颈
缩颈即孔径小于设计孔径。
造成原因:塑性土膨胀。
防治措施:采用优质泥浆,降低失水量。成孔时,应加大泵量,加快成孔速度,在成孔一段时间内,孔壁形成泥皮,则孔壁不会渗水,亦不会引起膨胀。或在导正器外侧焊接一定数量的合金刀片,在钻进或起钻时起到扫孔作用。如出现缩颈,采用上下反复扫孔的办法,以扩大孔径。
2.2.4钻孔偏斜
成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。
造成原因:钻机安装就位稳定性差,作业时钻机安装不稳或钻杆弯曲所致;地面软弱或软硬不均匀;土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形。
防治措施:先将场地夯实平整,轨道枕木宜均匀着地;安装钻机时要求转盘中心与钻架上起吊滑轮在同一轴线,钻杆位置偏差不大于20cm。在不均匀地层中钻孔时,采用自重大、钻杆刚度大的钻机。进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时,钻速要打慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。钻孔偏斜时,可提起钻头,上下反复扫钻几次,以便削去硬土,如纠正无效,应于孔中局部回填粘土至偏孔处0.5m以上,重新钻进。
2.3灌注中出现问题的对策
2.3.1导管进水
(1)初期导管进水是由于首批混凝土储量不足或导管底口距孔底的间距过大,混凝土下落后不能埋没导管,造成泥水从底口进入。
它的处理方法是:立即将导管提出,并将散落在孔底的混凝土拌和物用反循环钻机的钻杆通过泥石泵吸出,或用吸泥机及抓斗清出,不得已时需要将钢筋笼提出,采取复钻清除;然后重新放人钢筋笼、导管重新灌注。
(2)中期导管进水,在混凝土灌注过程中,由于导管接头不严,接头间橡皮垫被导管内高压气体挤开或焊缝开裂,水从接头或焊接裂缝中流入;测深出错,提升导管时底口超出原混凝土上表面,会发生中期导管进水。
它的处理方法是:拔换原导管重下新导管。下新导管后必须用潜水泵将管内的水抽干,才可继续灌注混凝土。同时为防止抽水后导管外的泥水穿透原灌注混凝土从导管底口灌入,导管插入混凝土内应有足够的深度,一般宜大于2m。灌注前将导管进行小幅度抖动或用附着式振捣器振动片刻,使原混凝土损失的流动性得以恢复后再继续灌注。
2.3.2卡管
灌注混凝土过程中,无法继续进行。
造成原因:初灌时,隔水栓堵管;混凝土的离析原因,造成和易性、流动性差;混凝土中粗骨料粒径过大;各种机械故障引起混凝土浇筑不连续,在导管中停留时间过长而卡管。
处理办法:可用长杆冲捣管内混凝土,用吊绳抖动导管,提升导管迅速下落振冲,在导管上安装附着式振捣器。若无效,应取出导管,解决卡管后重新灌注混凝土。如在灌注初期取出的导管,在有混凝土拌和物落入井孔时,需将散落在孔底的拌和物清除后再灌注。如在灌注初期以后取出的导管,且原灌注混凝土表层尚未初凝时,可用新导管插入原灌注的混凝土内2m深,用潜水泥浆泵下入导管孔底,将底部水抽出,再用杆臂接长的小掏渣桶下入管底,将残余渣土掏除干净,然后在新导管内继续灌注,但灌注结束后此桩应作为断桩予以补强。
2.3.3埋管
灌注过程中导管提升不动,或灌注完毕后导管拔不出,称为埋管。
造成此类现象的原因是:导管埋深过大,或导管内外混凝土已初凝,使导管与混凝土间摩擦阻力很大。
解决方法:初时可用链滑车、千斤顶试拔,还可插入一根直径稍小的导管至已灌混凝土中,用吸泥机吸出混凝土表面泥渣再拔,如仍拔不出,此桩按断桩处理,需重新灌注一根新桩。
2.3.4钢筋笼上浮
钢筋笼上浮:主要原因是由于灌注的混凝土上表面接近钢筋笼底端以下3m至以上2m范围时,混凝土浇注的速度过快,使混凝土下落冲出导管底端,产生向上反冲的顶托力大于钢筋笼的重力所引起,另外还有由于导管提升钩挂住钢筋笼使其上浮等其他原因。
浇注中,在混凝土面接近和进入钢筋笼时,应使导管埋深保持在许可范围内较深的位置,并连续灌入混凝土,尽量减少混凝土从导管底口出来后对钢筋笼的反冲力;当混凝土面进人钢筋笼2～3m后,适当提升导管,至钢筋笼底端以上的位置,增加钢筋笼的埋深,使混凝土与钢筋笼的握裹力能够保证钢筋笼不上浮。如出现钢筋笼上浮,应立即停止灌注混凝土,利用护筒、钻机等设施对其进行控制,当上浮高度较小时,控制住后放慢速度继续灌注,灌注完成后会同设计单位对该桩进行验算,对不合要求的桩按设计要求增加相应的补强措施;当上浮高度较大时,桩基础远不能满足设计要求,就要将钢筋笼拔出,清孔后重新灌注混凝土。
2.3.5断桩
断桩是泥浆等杂质或离析的混凝土混合料形成强度低的薄弱层,把灌注的混凝土隔成上下两段,造成混凝土变质或截面积受损,极大的降低了灌注桩的承载能力,危害性极大。
其产生的主要原因有:由于灌注时间过长,首批混凝土已近初凝,形成硬壳,且随时间增长,泥浆中残渣不断沉淀,加厚了积聚在混凝土表面的沉淀物,使混凝土上面压力较大,灌注困难,造成堵管与导管拔不上来,引发断桩事故;或因混凝土上表面流动性降低,继续灌注的混凝土顶破顶层而上升,在混凝土中夹有泥浆渣土层,甚至整桩夹有泥浆渣土形成断桩;当混凝土堵管、严重漏水、埋管拔出导管处理事故后,未能将已灌注的混凝土彻底清除干净;对孔深及导管的埋置深度量测不准,使导管提出混凝土面;由于其他操作失误、设备不良及水文地质条件等的影响都是造成断桩的原因。
解决方法:可根据断桩的位置、地质条件、工程的重要性等具体情况选择处理办法
(1)原位复桩,对在施工过程中及时发现和超声波检测出的断桩,重新用专用钻机彻底清除原断桩后,在原位置重新浇筑一根新桩,这种方法处理的彻底、效果好,但难度大、周期长、费用高;
(2)接桩,对于断桩位置距离地面不太深的情况,首先准确测定断桩位置,采用挖孔至断桩位置,清除不合格混凝土后,在该断面采取增加钢筋等加强措施,用挖孔桩方法浇筑混凝土接桩施工;或在该断面边降水边用风镐在桩中心凿一直径为80cm,深至少超过一个桩径的井,然后封闭清洗泥沙,放置钢筋笼,用挖孔桩方法浇筑膨胀混凝土接桩施工。
(3)钻孔补强法,此法适应条件是桩基混凝土严重蜂窝,离析,松散,强度不足时,常用高压注浆法来处理,但此法施工质量控制及检测难度大,一般不宜采用。
无论用何种处理办法,断桩都是严重的质量事故。处理前,要请建设、设计等有关部门经过充分论证,制定有效的方案、措施后方可执行。
3.结语
总之,桥梁钻孔灌注桩施工难度比较大,不可预见因数多,施工质量难控制,这就要求我们对施工过程中出现的质量问题进行系统地调查、分析,从中发现一些有规律性的东西,使工程质量问题尽可能在事前得到控制,达到进一步完善钻孔灌注桩的施工工艺、提高成桩质量的目的。
参 考 文 献
1.《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-89),人民交通出版社
2.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007),人民交通出版社
3.《公路施工手册-桥涵》(上册) 人民交通出版社■
[关键词] 钻孔桩 桥梁工程 解决策略
1.桥梁钻孔灌注桩的特点
钻孔灌注桩是桥梁工程常用的一种桩基础形式,这主要是由于桩能将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层中去,从而大大减少基础沉降和桥梁本身的不均匀沉降,是一种极为有效,安全可靠的基础形式。
1.1灌注桩基础的优点
①承载力高和沉降量小且均匀。
②抗地震性能好。
③可以解决特殊地基土的承载力。
④施工噪音小,适用于城市改造和人口密集场地。
但是,灌注桩的成孔是在桩位处的地面下或水下完成的,施工工序多,质量控制难度大,稍有不慎易产生断桩等严重缺陷。据统计国内外钻孔灌注桩的事故率高达5～10%。
1.2灌注桩基础的缺点
①灌注桩施工工艺比打入桩复杂,容易出现断桩、缩颈、混凝土离析和孔底虚土或沉渣过厚等质量问题。
②由于钻孔桩质量不够稳定,要抽检更多数量的桩进行检验,增加检测费用。
③灌注混凝土过程中,导管埋入混凝土中的深度不够,致使新灌混凝土上翻,或提升导管速度过快,导致导管中翻水,造成两次灌注,使桩身形成夹泥的断裂界面。
④孔中水头下降,对孔壁的静水压力减小,导致局部孔壁土层失稳坍落,造成混凝土桩身夹泥或缩颈。孔壁坍落部分留下的窟窿,成桩后形成扩颈。
⑤混凝土搅拌不均匀,或运输路径太长、或导管漏水,混凝土受水冲泡等,使粗骨料集中在一起,造成桩身混凝土离析。
2.钻孔灌注桩施工质量问题及解决方法
2.1施工准备阶段出现问题的对策
2.1.1桩位误差
在施工测量中,桩中心位置放样错误,导致与图纸不符。
主要原因是由于测量放线中工作不细致或测量仪器失效引起。
解决办法,要求前期的测量准备工作一定要细致、准确,测量仪器按规定及时检测,保证精度,增强测量人员的责任心,用一种方法放样完毕后,要用另一种方法对放样结果进行复核,确保点位正确,与图纸相符。
2.1.2原材料不合格
施工中所用的钢筋、水泥、碎石、砂子等原材料不合格,达不到规范、图纸的要求。
主要原因是由于管理不严造成。
加强管理,严格把关是它的解决办法,混凝土灌注桩是隐蔽的基础工程,施工难度较大,更应该严格保证原材料的质量。
2.2钻孔中出现问题的对策
2.2.1护筒冒水
护筒外壁冒水,严重的会引起地基下沉,护筒倾斜和移位,造成钻孔偏斜,甚至无法施工。
造成原因:埋设护筒的周围土不密实,或护筒水位差太大,或钻头起落时碰撞。
防治措施:在埋筒时,坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实;在护筒的适当高度开孔,使护筒内保持1.0～1.5m的水头高度;钻头起落时,应防止碰撞护筒;发现护筒冒水时,应立即停止钻孔,用粘土在四周填实加固。若护筒严重下沉或移位时,则应重新安装护筒。
2.2.2孔壁坍陷
钻进过程中,如发现排出的泥浆中不断出现气泡,或泥浆突然漏失,则表示有孔壁坍陷迹象。
造成原因:孔壁坍陷的主要原因是土质松散,泥浆护壁不好,护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。
防治措施:在松散易坍的土层中,适当埋深护筒,用粘土密实填封护筒四周;使用优质的泥浆,提高泥浆的比重和粘度;保持护筒内泥浆水位高于地下水位。搬运和吊装钢筋笼时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁;钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间。成孔后,待灌时间一般不应大于3小时,并控制混凝土的灌注时间,在保证施工质量的情况下,尽量缩短灌注时间。
2.2.3缩颈
缩颈即孔径小于设计孔径。
造成原因:塑性土膨胀。
防治措施:采用优质泥浆,降低失水量。成孔时,应加大泵量,加快成孔速度,在成孔一段时间内,孔壁形成泥皮,则孔壁不会渗水,亦不会引起膨胀。或在导正器外侧焊接一定数量的合金刀片,在钻进或起钻时起到扫孔作用。如出现缩颈,采用上下反复扫孔的办法,以扩大孔径。
2.2.4钻孔偏斜
成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。
造成原因:钻机安装就位稳定性差,作业时钻机安装不稳或钻杆弯曲所致;地面软弱或软硬不均匀;土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形。
防治措施:先将场地夯实平整,轨道枕木宜均匀着地;安装钻机时要求转盘中心与钻架上起吊滑轮在同一轴线,钻杆位置偏差不大于20cm。在不均匀地层中钻孔时,采用自重大、钻杆刚度大的钻机。进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时,钻速要打慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。钻孔偏斜时,可提起钻头,上下反复扫钻几次,以便削去硬土,如纠正无效,应于孔中局部回填粘土至偏孔处0.5m以上,重新钻进。
2.3灌注中出现问题的对策
2.3.1导管进水
(1)初期导管进水是由于首批混凝土储量不足或导管底口距孔底的间距过大,混凝土下落后不能埋没导管,造成泥水从底口进入。
它的处理方法是:立即将导管提出,并将散落在孔底的混凝土拌和物用反循环钻机的钻杆通过泥石泵吸出,或用吸泥机及抓斗清出,不得已时需要将钢筋笼提出,采取复钻清除;然后重新放人钢筋笼、导管重新灌注。
(2)中期导管进水,在混凝土灌注过程中,由于导管接头不严,接头间橡皮垫被导管内高压气体挤开或焊缝开裂,水从接头或焊接裂缝中流入;测深出错,提升导管时底口超出原混凝土上表面,会发生中期导管进水。
它的处理方法是:拔换原导管重下新导管。下新导管后必须用潜水泵将管内的水抽干,才可继续灌注混凝土。同时为防止抽水后导管外的泥水穿透原灌注混凝土从导管底口灌入,导管插入混凝土内应有足够的深度,一般宜大于2m。灌注前将导管进行小幅度抖动或用附着式振捣器振动片刻,使原混凝土损失的流动性得以恢复后再继续灌注。
2.3.2卡管
灌注混凝土过程中,无法继续进行。
造成原因:初灌时,隔水栓堵管;混凝土的离析原因,造成和易性、流动性差;混凝土中粗骨料粒径过大;各种机械故障引起混凝土浇筑不连续,在导管中停留时间过长而卡管。
处理办法:可用长杆冲捣管内混凝土,用吊绳抖动导管,提升导管迅速下落振冲,在导管上安装附着式振捣器。若无效,应取出导管,解决卡管后重新灌注混凝土。如在灌注初期取出的导管,在有混凝土拌和物落入井孔时,需将散落在孔底的拌和物清除后再灌注。如在灌注初期以后取出的导管,且原灌注混凝土表层尚未初凝时,可用新导管插入原灌注的混凝土内2m深,用潜水泥浆泵下入导管孔底,将底部水抽出,再用杆臂接长的小掏渣桶下入管底,将残余渣土掏除干净,然后在新导管内继续灌注,但灌注结束后此桩应作为断桩予以补强。
2.3.3埋管
灌注过程中导管提升不动,或灌注完毕后导管拔不出,称为埋管。
造成此类现象的原因是:导管埋深过大,或导管内外混凝土已初凝,使导管与混凝土间摩擦阻力很大。
解决方法:初时可用链滑车、千斤顶试拔,还可插入一根直径稍小的导管至已灌混凝土中,用吸泥机吸出混凝土表面泥渣再拔,如仍拔不出,此桩按断桩处理,需重新灌注一根新桩。
2.3.4钢筋笼上浮
钢筋笼上浮:主要原因是由于灌注的混凝土上表面接近钢筋笼底端以下3m至以上2m范围时,混凝土浇注的速度过快,使混凝土下落冲出导管底端,产生向上反冲的顶托力大于钢筋笼的重力所引起,另外还有由于导管提升钩挂住钢筋笼使其上浮等其他原因。
浇注中,在混凝土面接近和进入钢筋笼时,应使导管埋深保持在许可范围内较深的位置,并连续灌入混凝土,尽量减少混凝土从导管底口出来后对钢筋笼的反冲力;当混凝土面进人钢筋笼2～3m后,适当提升导管,至钢筋笼底端以上的位置,增加钢筋笼的埋深,使混凝土与钢筋笼的握裹力能够保证钢筋笼不上浮。如出现钢筋笼上浮,应立即停止灌注混凝土,利用护筒、钻机等设施对其进行控制,当上浮高度较小时,控制住后放慢速度继续灌注,灌注完成后会同设计单位对该桩进行验算,对不合要求的桩按设计要求增加相应的补强措施;当上浮高度较大时,桩基础远不能满足设计要求,就要将钢筋笼拔出,清孔后重新灌注混凝土。
2.3.5断桩
断桩是泥浆等杂质或离析的混凝土混合料形成强度低的薄弱层,把灌注的混凝土隔成上下两段,造成混凝土变质或截面积受损,极大的降低了灌注桩的承载能力,危害性极大。
其产生的主要原因有:由于灌注时间过长,首批混凝土已近初凝,形成硬壳,且随时间增长,泥浆中残渣不断沉淀,加厚了积聚在混凝土表面的沉淀物,使混凝土上面压力较大,灌注困难,造成堵管与导管拔不上来,引发断桩事故;或因混凝土上表面流动性降低,继续灌注的混凝土顶破顶层而上升,在混凝土中夹有泥浆渣土层,甚至整桩夹有泥浆渣土形成断桩;当混凝土堵管、严重漏水、埋管拔出导管处理事故后,未能将已灌注的混凝土彻底清除干净;对孔深及导管的埋置深度量测不准,使导管提出混凝土面;由于其他操作失误、设备不良及水文地质条件等的影响都是造成断桩的原因。
解决方法:可根据断桩的位置、地质条件、工程的重要性等具体情况选择处理办法
(1)原位复桩,对在施工过程中及时发现和超声波检测出的断桩,重新用专用钻机彻底清除原断桩后,在原位置重新浇筑一根新桩,这种方法处理的彻底、效果好,但难度大、周期长、费用高;
(2)接桩,对于断桩位置距离地面不太深的情况,首先准确测定断桩位置,采用挖孔至断桩位置,清除不合格混凝土后,在该断面采取增加钢筋等加强措施,用挖孔桩方法浇筑混凝土接桩施工;或在该断面边降水边用风镐在桩中心凿一直径为80cm,深至少超过一个桩径的井,然后封闭清洗泥沙,放置钢筋笼,用挖孔桩方法浇筑膨胀混凝土接桩施工。
(3)钻孔补强法,此法适应条件是桩基混凝土严重蜂窝,离析,松散,强度不足时,常用高压注浆法来处理,但此法施工质量控制及检测难度大,一般不宜采用。
无论用何种处理办法,断桩都是严重的质量事故。处理前,要请建设、设计等有关部门经过充分论证,制定有效的方案、措施后方可执行。
3.结语
总之,桥梁钻孔灌注桩施工难度比较大,不可预见因数多,施工质量难控制,这就要求我们对施工过程中出现的质量问题进行系统地调查、分析,从中发现一些有规律性的东西,使工程质量问题尽可能在事前得到控制,达到进一步完善钻孔灌注桩的施工工艺、提高成桩质量的目的。
参 考 文 献
1.《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-89),人民交通出版社
2.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007),人民交通出版社
3.《公路施工手册-桥涵》(上册) 人民交通出版社■