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钻孔桩施工是用钻孔机械在土中钻成桩孔,达到设计标高后在孔内吊入钢筋骨架,灌注桩身混凝土而形成的,它在我国公路桥梁及其它建筑行业得到了广泛的应用。但桥梁溶洞区钻孔桩施工度比较大,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桩施工工艺、提高成桩质量的目的。
一、工程概况
某桥梁区域地层分布较全,除侏罗纪地层缺失外,其它地层自元古界至第四纪均有出露。桥梁区域覆盖层主要为第四纪冲湖积物,大部地段厚20.00～40.80m,局部厚43.70～59.30m;岩性为淤泥、粘土、淤泥质粉质粘土、粉土、粉～砾砂、圆砾土和卵石土,局部揭露有厚几厘米～2.50m的砂砾胶结层,桥梁两端山前分布有少量坡残积角砾土。根据同类型地质钻孔桩施工经验及试桩经验,采用小扭矩回旋钻机不能有效地穿越卵石、漂石层;大扭矩回旋钻机自重太大,需要大型起重设备,安装周期太长,无法满足多工点的需要。回旋钻机处理工勘遗留物困难,在地质岩层破裂带施工难度大。采用冲击钻可有效地处理工勘遗留物,冲击钻施工的孔壁比回旋钻机施工的孔壁稳定,处理溶洞和裂隙漏浆时,更能防止塌孔,且移位、安装均比较快。
从上述思路出发,决定在溶洞区采用深埋护筒,正循环、冲击钻机(手摇式冲击钻和磕头钻)成孔。施工时,护筒之间浇注混凝土形成整体,防止护筒不均匀下沉,影响钻孔平台安全。在砂岩、页岩地段采用旋转钻机和冲击钻机成孔,其中在断层及裂隙发育地段采用冲击钻机。
二、桥梁溶洞的地质处理
溶洞容易造成掉钻、卡钻,当孔深至溶洞部位时,孔内水位会突然迅速下降而极易造成塌孔。因此安全通过溶洞非常重要,为此采用超声波探测仪并根据地质报告,在钻孔至溶洞顶1～0.5m时,减小冲击钻冲程,在1～1.5米范围内变换冲程,逐渐将洞顶击穿,防止卡钻。同时备足粘土、水泥、片石或狗头石(直径10～20cm),对于半充填和无充填物的溶洞要组织足够的水源。待冲穿溶洞后迅速提钻,按粘土、片石4:1的比例分层交替抛投。数量拟按溶洞大小,漏浆多少而定,抛投之后小冲程重新开钻,2小时后泥浆比重应达到1.35～1.40,PH值8～10。
钻头穿越溶洞时要密切注意大绳的情况,以便判断是否歪钻。若歪钻应按1:1的比例回填粘土和片石至弯孔处0.5米以上,重新冲砸。
三、钻孔桩施工的质量保证
1、泥浆指标
钻孔过程中,泥浆起着极其重要作用:保护孔壁,防止塌孔;悬浮钻渣,加快钻进速度。要充分发挥泥浆的作用,其指标的选取致关重要:⑴埋设护筒深水施工时,既要保护孔壁,防止坍孔;又要不使泥浆反串。⑵既要能悬浮钻渣,又要使钻渣在泥浆池中循环时迅速下沉。尤其是在桥梁钻孔桩施工中,完全采用泥浆循环(或泥浆分离器)进行清渣,泥浆指标显得更为重要。我们严格控制不同地层中的泥浆指标,见表⑴。
2、主要施工工序
⑴钢护筒埋设
钢护筒外径φ1.8米,入土深度15～20米。水中墩钢护筒通过导向船导向,采用震拔机插打,要求水中墩钢护筒上端高出水面1.5米以上,钢护筒中心偏位≤5cm,竖直度≤1%。钢护筒插打完毕,在钢护筒之间浇注混凝土,将钢护筒连成整体,防止钻孔过程中平台塌陷。
⑵泥浆循环系统的设置
泥浆从孔口经由出浆管进入泥浆池,经过沉淀,再由泥浆泵将泥浆经由进浆管送回孔底。进浆管的下管口是一节长约0.6米的特制钢管,钢管上焊接一个圆环,套在钻头顶部钢丝主绳上,上下用卡环夹住,使钢管不致上下移动,又能绕钢丝主绳转动,避免在钻孔过程中进浆管与钢丝主绳缠绕在一起。含渣泥浆再从孔底上翻至孔口,经出浆管进入泥浆池。通过泥浆循环,孔底的钻渣即可在泥浆池中沉淀下来,再人工将钻渣清除,达到清渣的目的。泥浆循环系统不需掏渣筒取渣,节约了清渣时间,提高了钻孔效率。
⑶钻孔施工
开孔时,直接向孔内投入狗头石与粘土1:1的混合物,以钻头冲击造浆。开孔时采用2米以下的小冲程。特别是在护筒底口以下3米以内,须反复投入片石(或狗头石)与粘土的混合物,采用小冲程冲砸密实,防止缩孔或塌孔。孔内水位应保持高于孔外水面1.5米。对于水中桩,在钻过护筒底口以下3米之前,孔内水位应适当降至高于孔外水面1米左右,以防孔内泥浆反窜。钻孔过程中,须密切注意泥浆的浓度和钻孔进度,以此决定是否需要投粘土造浆。
⑷清孔
采用换浆法或泥浆分离器清孔。清孔分两次进行,第一次,钻孔深度距设计孔底标高1米左右时,将泥浆池中的泥浆全部放掉,向孔中投入粘土重新造浆替换原来的泥浆;孔深达到设计孔底标高后,钻头在孔底1.5米范围内上下缓慢活动,泥浆继续循环约2小时,并适当加入清水降低泥浆比重。泥浆指标满足要求:相对密度1.05～1.2、粘度17～20s、含砂率<4%之后,再将钻头提出,下检孔器,检查合格后,即可下钢筋笼和砼灌注导管,然后进行第二次清孔。第二次清孔时,先将泥浆管从砼灌注导管中插入孔底,然后盖上闷头,开动泥浆泵,让泥浆循环,直到孔底检测沉渣厚度满足验标要求。
⑸钢筋笼的制安
采取每隔两米在钢筋笼的四向焊上定位钢筋以保证钢筋笼四周具有足够的保护层厚度,采取在每道加劲筋内必须增设六角内撑,快要进入孔口时再将其割除,以防止钢筋笼吊装时变形。
⑹灌注水下砼
采用泵送灌注水下砼。施工中需防出现夹泥缺陷桩。导管埋深控制在2～6米。砼灌注完毕之后,在砼初凝之前,要及时清理桩头。
⑺桩基检测
所有桩基均采用超声波检测仪进行声测检查。声测管接头要严密,防止孔内泥浆和水泥浆进入声测管内而堵塞声测管。检测之前,在各声测管内加满清水。
四、施工质量的策略研究
1、钻孔中护筒问题的对策
护筒倾斜和移位,外壁冒水,严重的会引起地基下沉,造成钻孔偏斜,甚至无法施工。
原因:埋设护筒的周围土不密实;护筒水位差太大;钻头起落时碰撞护筒。
处理措施:下护筒时,护筒底与四周应选用黄土分层夯实。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,用黄土在四周填实加固,若护筒严重下沉或移位时,则应重新安设护筒。
2、灌注中卡管问题的对策
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。
3、断桩问题的对策
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。
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■
一、工程概况
某桥梁区域地层分布较全,除侏罗纪地层缺失外,其它地层自元古界至第四纪均有出露。桥梁区域覆盖层主要为第四纪冲湖积物,大部地段厚20.00～40.80m,局部厚43.70～59.30m;岩性为淤泥、粘土、淤泥质粉质粘土、粉土、粉～砾砂、圆砾土和卵石土,局部揭露有厚几厘米～2.50m的砂砾胶结层,桥梁两端山前分布有少量坡残积角砾土。根据同类型地质钻孔桩施工经验及试桩经验,采用小扭矩回旋钻机不能有效地穿越卵石、漂石层;大扭矩回旋钻机自重太大,需要大型起重设备,安装周期太长,无法满足多工点的需要。回旋钻机处理工勘遗留物困难,在地质岩层破裂带施工难度大。采用冲击钻可有效地处理工勘遗留物,冲击钻施工的孔壁比回旋钻机施工的孔壁稳定,处理溶洞和裂隙漏浆时,更能防止塌孔,且移位、安装均比较快。
从上述思路出发,决定在溶洞区采用深埋护筒,正循环、冲击钻机(手摇式冲击钻和磕头钻)成孔。施工时,护筒之间浇注混凝土形成整体,防止护筒不均匀下沉,影响钻孔平台安全。在砂岩、页岩地段采用旋转钻机和冲击钻机成孔,其中在断层及裂隙发育地段采用冲击钻机。
二、桥梁溶洞的地质处理
溶洞容易造成掉钻、卡钻,当孔深至溶洞部位时,孔内水位会突然迅速下降而极易造成塌孔。因此安全通过溶洞非常重要,为此采用超声波探测仪并根据地质报告,在钻孔至溶洞顶1～0.5m时,减小冲击钻冲程,在1～1.5米范围内变换冲程,逐渐将洞顶击穿,防止卡钻。同时备足粘土、水泥、片石或狗头石(直径10～20cm),对于半充填和无充填物的溶洞要组织足够的水源。待冲穿溶洞后迅速提钻,按粘土、片石4:1的比例分层交替抛投。数量拟按溶洞大小,漏浆多少而定,抛投之后小冲程重新开钻,2小时后泥浆比重应达到1.35～1.40,PH值8～10。
钻头穿越溶洞时要密切注意大绳的情况,以便判断是否歪钻。若歪钻应按1:1的比例回填粘土和片石至弯孔处0.5米以上,重新冲砸。
三、钻孔桩施工的质量保证
1、泥浆指标
钻孔过程中,泥浆起着极其重要作用:保护孔壁,防止塌孔;悬浮钻渣,加快钻进速度。要充分发挥泥浆的作用,其指标的选取致关重要:⑴埋设护筒深水施工时,既要保护孔壁,防止坍孔;又要不使泥浆反串。⑵既要能悬浮钻渣,又要使钻渣在泥浆池中循环时迅速下沉。尤其是在桥梁钻孔桩施工中,完全采用泥浆循环(或泥浆分离器)进行清渣,泥浆指标显得更为重要。我们严格控制不同地层中的泥浆指标,见表⑴。
2、主要施工工序
⑴钢护筒埋设
钢护筒外径φ1.8米,入土深度15～20米。水中墩钢护筒通过导向船导向,采用震拔机插打,要求水中墩钢护筒上端高出水面1.5米以上,钢护筒中心偏位≤5cm,竖直度≤1%。钢护筒插打完毕,在钢护筒之间浇注混凝土,将钢护筒连成整体,防止钻孔过程中平台塌陷。
⑵泥浆循环系统的设置
泥浆从孔口经由出浆管进入泥浆池,经过沉淀,再由泥浆泵将泥浆经由进浆管送回孔底。进浆管的下管口是一节长约0.6米的特制钢管,钢管上焊接一个圆环,套在钻头顶部钢丝主绳上,上下用卡环夹住,使钢管不致上下移动,又能绕钢丝主绳转动,避免在钻孔过程中进浆管与钢丝主绳缠绕在一起。含渣泥浆再从孔底上翻至孔口,经出浆管进入泥浆池。通过泥浆循环,孔底的钻渣即可在泥浆池中沉淀下来,再人工将钻渣清除,达到清渣的目的。泥浆循环系统不需掏渣筒取渣,节约了清渣时间,提高了钻孔效率。
⑶钻孔施工
开孔时,直接向孔内投入狗头石与粘土1:1的混合物,以钻头冲击造浆。开孔时采用2米以下的小冲程。特别是在护筒底口以下3米以内,须反复投入片石(或狗头石)与粘土的混合物,采用小冲程冲砸密实,防止缩孔或塌孔。孔内水位应保持高于孔外水面1.5米。对于水中桩,在钻过护筒底口以下3米之前,孔内水位应适当降至高于孔外水面1米左右,以防孔内泥浆反窜。钻孔过程中,须密切注意泥浆的浓度和钻孔进度,以此决定是否需要投粘土造浆。
⑷清孔
采用换浆法或泥浆分离器清孔。清孔分两次进行,第一次,钻孔深度距设计孔底标高1米左右时,将泥浆池中的泥浆全部放掉,向孔中投入粘土重新造浆替换原来的泥浆;孔深达到设计孔底标高后,钻头在孔底1.5米范围内上下缓慢活动,泥浆继续循环约2小时,并适当加入清水降低泥浆比重。泥浆指标满足要求:相对密度1.05～1.2、粘度17～20s、含砂率<4%之后,再将钻头提出,下检孔器,检查合格后,即可下钢筋笼和砼灌注导管,然后进行第二次清孔。第二次清孔时,先将泥浆管从砼灌注导管中插入孔底,然后盖上闷头,开动泥浆泵,让泥浆循环,直到孔底检测沉渣厚度满足验标要求。
⑸钢筋笼的制安
采取每隔两米在钢筋笼的四向焊上定位钢筋以保证钢筋笼四周具有足够的保护层厚度,采取在每道加劲筋内必须增设六角内撑,快要进入孔口时再将其割除,以防止钢筋笼吊装时变形。
⑹灌注水下砼
采用泵送灌注水下砼。施工中需防出现夹泥缺陷桩。导管埋深控制在2～6米。砼灌注完毕之后,在砼初凝之前,要及时清理桩头。
⑺桩基检测
所有桩基均采用超声波检测仪进行声测检查。声测管接头要严密,防止孔内泥浆和水泥浆进入声测管内而堵塞声测管。检测之前,在各声测管内加满清水。
四、施工质量的策略研究
1、钻孔中护筒问题的对策
护筒倾斜和移位,外壁冒水,严重的会引起地基下沉,造成钻孔偏斜,甚至无法施工。
原因:埋设护筒的周围土不密实;护筒水位差太大;钻头起落时碰撞护筒。
处理措施:下护筒时,护筒底与四周应选用黄土分层夯实。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,用黄土在四周填实加固,若护筒严重下沉或移位时,则应重新安设护筒。
2、灌注中卡管问题的对策
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。
3、断桩问题的对策
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。
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■