王俊偉

(中鐵六局太原鐵建有限公司,山西太原 030013)

橋梁鉆孔樁基礎施工質量控制的探討＊

王俊偉

(中鐵六局太原鐵建有限公司,山西太原 030013)

鉆孔樁基礎屬隱蔽工程,其工程質量對橋梁安全意義重大。本文以改建鐵路膠濟客運專線淄河特大橋樁基工程施工質量控制為例,敘述了淄河特大橋的工程概況、樁基質量控制目標、樁基質量控制措施、樁基施工易出現(xiàn)的問題及處理措施等內容,對橋梁樁基施工質量控制進行了具體的探討。

樁基;施工質量;控制;措施

改建鐵路膠濟客運專線工程是為適應山東省客貨運量增長的需要,迎接2008年奧運會,提升濟南、青島等城市地位,由鐵道部、山東省共同籌資建設的重大基礎建設項目,屬于國家規(guī)劃的重要的客運專線之一。膠濟客運專線工程東起濱海城市青島,西經濰坊、淄博至山東省會濟南,目標時速200～250km/h。建成后濟南到青島的運行時間由過去的4h縮短到2.5h,為2008年北京奧運會青島奧運帆船項目比賽提供更加優(yōu)質快捷的服務。

一、工程概況

由我公司承建膠濟客運專線的ZH-5標(青州北至淄博段),本標段中的淄河雙線特大橋工程位于山東省淄博市臨淄區(qū)東南約5公里,為跨越淄河及既有公路而設,孔跨布置為22 ×32m,全長744.04m。淄河屬季節(jié)性河流,河床沖溝較發(fā)育。地形起伏不大,地層較為簡單,河床內不良地質有液化粉土及生活垃圾,特殊巖土有黃土質粉質黏土及膨脹土。本橋共計有樁基192根,按磨擦樁設計,樁徑為1.0m和1.25m兩種,累計樁長10674m。該橋雖然施工難度不高、地質結構較為簡單,但樁基夾層多,有不良地質,這樣給樁基施工質量控制帶來了一定的難度。因此,加強樁基質量控制是關鍵的、必要的。

二、本橋樁基的質量目標

樁基的質量如何,直接影響到橋梁的使用壽命。本工程設計年限為100年,為了確保樁基質量,質量目標定為:Ⅰ類樁(優(yōu)質樁)要求達到95%以上,其余為Ⅱ類樁(合格樁),杜絕出現(xiàn)Ⅲ類樁。如在樁基施工時,出現(xiàn)Ⅲ類樁,即要求返工。

三、樁基質量的控制措施

(一)對施工機械、人員的要求

機械的性能及功率如何,人員的素質高低,是直接影響樁基質量的決定性因素。因此,本工程中人員、機械進場后,立即組織相關人員對進場人員進行培訓考核、對進場機械進行檢查審核,對不符合要求的,立即更換。

(二)對樁基關鍵施工工序及環(huán)節(jié)嚴格把關

根據(jù)地質情況,本橋采用旋挖鉆機鉆孔,泥漿護壁法成孔,垂直導管法灌筑水下砼。同一橋墩下的樁基鉆孔時采用跳樁法施工。鉆孔前做好準備工作,主要包括整理平整場地,布設施工便道,制作和埋設護筒,確定砼供應數(shù)量及時間,設置供電及供水系統(tǒng),設置泥漿池制備泥漿,制作鋼筋籠和準備鉆機等。在鉆孔施工前,精確放樣出樁孔位置,根據(jù)放樣出的墩臺和樁位中心位置,平整出施工場地。根據(jù)現(xiàn)場情況做好泥漿池、污水排放的詳細規(guī)劃。

1.樁基定位

根據(jù)施工圖及設計導線控制樁,建立本橋坐標控制網(wǎng),對樁基定位放線后,將測量放線報驗資料報送監(jiān)理工程師檢查,經檢查與施工圖及設計文件相符,并經監(jiān)理工程師審核同意后,方可開機鉆孔。

2.泥漿制備

根據(jù)施工需要設置相應規(guī)格的泥漿池,對制備的泥漿應試驗全部性能指標,鉆進時隨時檢查泥漿比重和含砂率。

①在砂類土,碎石土或黏土夾層中鉆孔,宜采用膨潤土泥漿護壁。在黏性土中鉆孔,當塑性指數(shù)大于15,浮渣能力滿足施工要求時,可利用孔內原土造漿護壁。

②泥漿性能指標,應按鉆孔方法和地質情況確定并應符合下列要求:

a.入孔泥漿比重:1.1～1.3。

b.黏度:一般地層16～22S,松散宜塌地層19～28S。

c.含沙率:新制泥漿不大于4%。

d.膠體率:不小于95%。

e.pH值:應大于6.5。

③鉆孔過程中應隨時檢驗泥漿比重和含砂率,并填寫泥漿試驗記錄表。

3.鋼導管試拼準備

樁基灌筑水下砼時采用垂直導管法施工,導管應符合以下要求:

①鋼導管內壁應光滑、圓順,內徑一致,接口嚴密。導管采用直徑為30cm,壁厚不小于3mm。導管管節(jié)長度,中間節(jié)宜為2m等長,底節(jié)可為4m,漏斗下宜用1m長導管。

②導管使用前應進行試拼和試壓,按自下而上順序編號和標示尺度。試壓壓力宜為孔底靜水壓力的1.5倍。

4.鉆孔

調直鉆桿,對好樁位或護壁中心(用對位圈),開動機器鉆進,出土,達到一定深度(視土質和地下水情況)停鉆,向孔內注入事先調制好的泥漿,然后繼續(xù)進鉆。鉆孔時具體要求如下:

①鉆孔時,孔內水位宜高于護壁底角0.5m以上或地下水位以上1.5～2.0m,在鉆進過程中,應及時向孔內補水或泥漿,保持孔內水頭高度和泥漿比重及黏度。

②鉆孔時,起、落鉆頭速度均勻,不得過猛或驟然變速,孔內出土不得堆積在鉆孔周圍,及時用裝載機將出土清運至棄土場地。

③鉆孔時,應觀察主機所在地面和支腿支承處地面變化情況,發(fā)現(xiàn)下沉現(xiàn)象應及時停機處理。

④鉆孔作業(yè)應連續(xù)進行,因故障停鉆,應將鉆頭提出孔外,孔口應加護蓋。鉆孔過程中應經常檢查并記錄土層變化情況,并與地質剖面圖核對。鉆孔到達設計深度后,應對孔位、孔徑、孔深和垂直度進行檢驗,并填寫鉆孔記錄表?？孜黄畈坏么笥?cm,孔徑、孔深不小于設計尺寸,垂直度容許偏差1%。

5.成孔、清孔

鉆孔進尺到設計標高或遇地質變更需終孔時,要通知設計代表和監(jiān)理工程師到達現(xiàn)場,三方共同確認質條件、進尺深度滿足設計要求,予以終孔。同時檢查樁孔中心位置、孔徑、傾斜度。

根據(jù)該橋地質情況和環(huán)境條件,采用換漿法清孔,在清孔時應及時向孔內加注清水或新鮮泥漿,保持孔內水位。清孔應達到以下標準:孔內排出或抽出的泥漿手摸無2～3mm顆粒,泥漿比重不大于1.1,含砂率小于2%,黏度17～20s;澆筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于20cm。嚴禁采用加深鉆孔深度方法代替清孔。

經監(jiān)理工程師檢查孔底沉渣層厚度及孔內泥漿滿足設計及規(guī)范要求后,即可安裝鋼筋籠。

6.鋼筋籠、聲測管制作及安裝

本橋樁基長底為50～57m,鋼筋籠計劃分三節(jié)制作,每節(jié)鋼筋籠主筋采用閃光對焊連接,分節(jié)鋼筋籠之間主筋采用單面搭接焊連接。鋼筋籠制作時,要分墩號、樁號和節(jié)號進行制作及放置,現(xiàn)場做好標識,防止相互混淆。聲測管按照樁身鋼筋籠分節(jié)制作,沿鋼筋籠通長、等距布置三根并綁扎在鋼筋籠內側,將底端焊鋼板進行封口,隨鋼筋籠入孔時分節(jié)進行焊接。

鋼筋籠制作過程中,檢查焊工上崗證,杜絕無證上崗,焊接時保證焊縫飽滿且無傷主筋現(xiàn)象。鋼筋籠制作完后,需經監(jiān)理工程師驗收合格后,方可使用。

清孔達標后應立即安裝鋼筋籠。鋼筋籠放到設計位置時,應立即固定,防止灌注砼過程中鋼筋籠上浮及保證鋼筋籠中心位置準確。平面位置偏差不大于5cm,底面高程偏差不大于±10cm。

7.澆灌水下砼

本橋樁基砼采用C30抗侵蝕耐久性砼,委托國家認證的試驗機構試配砼及出具水下砼配合比,采用商砼站或砼攪拌站集中拌制、罐車運輸;灌注砼時,現(xiàn)場應進行入孔前砼坍落度檢測,控制在18～22cm間,如果超出范圍應退回攪拌站重新加工處理。下首批砼之前,控制導管離孔底高度控制約0.4 m,計算首批砼量,使首批砼埋管深度不小于1.0m。首批砼下管后,澆灌砼全過程保持連續(xù),并在砼終凝之前完成整根樁砼澆灌。

(三)樁基質量檢測

樁基質量可通過先進、科學的檢測方法后,做出檢測結論。樁基的檢測方法有三種:一是反射波法,二是超聲波透射法,三是鉆芯法,其中反射波法及超聲波透射法屬無破損檢測。檢測方法必須符合鐵道部現(xiàn)行《鐵路工程基樁無損檢測規(guī)程》(TB l0218)、《鐵路工程結構混凝土強度檢測規(guī)程》(TB l0426)中的規(guī)定。

為了保證做到根根樁質量可靠,結合本橋的實際情況,所有的樁基都采用超聲波透射法檢測,當樁身砼達到規(guī)定強度后,采用風鎬或小型破碎炮鑿除樁頭至超出設計標高0.2m位置,再采用人工鑿除整平。然后聯(lián)系有檢測資質的專業(yè)試驗室進行樁基超聲波檢測;按時將砼試件送至試驗室做耐久性砼的抗壓、電通量等各項檢測。

四、樁基施工過程中易出現(xiàn)的問題及預防處理措施

(一)鉆孔偏斜

這是在施工中最為常見的一種,偏斜原因及處理措施如下:

①樁架不穩(wěn),鉆桿導架不垂直,鉆機磨耗,部件松動。故此在開鉆前一定要檢查鉆機的穩(wěn)定性與垂直度,在鉆進過程中要隨時復核,如有偏差及時處理。

②土層軟硬不均,致使鉆頭受力不均。在地層分層處要注意控制鉆速,不要過快,同時要采用減壓鉆進。

預防措施:可在施工中采用加扶正圈導正,全孔減壓鉆進的防斜措施。扶正圈直徑比設計樁徑小20厘米,扶正圈的位置放在離鉆頭5～6m處,必要時可每鉆進20～30m加一扶正圈,以加強鉆具的導向性。

(二)塌孔

其表征是孔內水位突然上升又下降,孔口冒細密的水泡,出渣量明顯增加而不見進尺,鉆機負荷顯著增加。

塌孔原因主要有:護筒埋置過淺,周圍封填不密,漏水;操作不當,如提升鉆頭或放鋼筋骨架時碰撞孔壁;泥漿稠度小,起不到護壁作用;泥漿水位高度不夠,對孔壁壓力小;向孔內加水時流速過大,直接沖刷孔壁;在松軟砂層中鉆進時進尺過快。

處理措施:事故發(fā)生后應查明塌孔位置后進行處理。塌孔位置不深時,可采取深埋護筒,穿過塌孔處。塌孔位置深時,塌孔不嚴重時,可回填到塌孔位置以上,并采取改善泥漿性能,加高水頭措施,繼續(xù)鉆進。塌孔嚴重時,應立即將鉆孔用砂類土或礫石土回填,無此類土時可采用粘質土并摻入5%～8%的水泥砂漿,觀察數(shù)日后重新開鉆。

(三)擴孔與縮徑

擴孔多系孔壁小塌孔或鉆錐擺動過大,應針對原因采取措施。縮徑常因地層中含有遇水能膨脹的軟塑性土或泥質葉巖造成;鉆錐磨損過甚也可造成孔徑偏小。

預防措施:前者應采取失水率較小的優(yōu)質泥漿護壁,后者應及時焊補鉆錐。

處理措施:縮徑已發(fā)生后,可采取鉆錐上下反復掃孔,擴大孔徑。

(四)初灌導管進水

第一批混凝土拌合物下落后,導管進水時,應將已灌注的拌和物用吸泥機(可用導管作吸泥管)全部吸出,針對進水的原因,改進操作工藝或增加首批砼儲量,重新灌注。

(五)初灌導管堵塞

多因隔水硬球塞不符合要求被卡住而產生。可采用長桿沖搗,或用附著于導管外側的振動器振動導管,或提升導管迅速下落振沖,或用鉆桿上加配重沖擊導管內混凝土。若上述方法無效,應提出導管,取出障礙物,重新改用其他隔水設施灌注。還有一種為氣堵,當混凝土滿管下落時,導管內混凝土(或泥漿)面至導管口的空氣被壓縮,當導管外泥漿壓力和混凝土壓力處于平衡狀態(tài)時就出現(xiàn)氣堵現(xiàn)象。解決氣堵現(xiàn)象的措施為首批混凝土澆注時,在泥漿面以上的導管中間要開孔排氣,當首批混凝土滿管下落時,空氣能從孔口排掉。

(六)鋼筋籠骨架上升

除去一般被掛上升的原因外,主要是由于混凝土沖出導管底口后向上的頂托力造成的。為防止鋼筋骨架上浮,當灌注的混凝土頂面距鋼筋骨架底部1m左右時,降低混凝土的灌注速度。當混凝土上升到骨架底口4m以上時,提升導管,使其底口高于骨架底口2m以上,即可恢復正常的灌注速度。輔助方法是將鋼筋骨架頂端與護筒連接。

(七)埋管

灌注過程中導管提升不動,或灌注完畢后導管拔不出來,統(tǒng)稱埋管。常因導管埋置過深所致,若已成埋管故障,宜插入一直徑稍小的護筒至已灌注混凝土中,用吸泥機吸出混凝土表面上泥渣,拔出安全護筒,重新下導管灌注,灌注完成后上下斷層間予以補強。

(八)灌短樁頭

灌注結束后,樁頭高程低于設計高程,屬于樁頭灌短事故。多由灌注過程中孔壁斷續(xù)發(fā)生小塌方,施工人員未發(fā)覺、處理,探測捶達不到混凝土表面造成。規(guī)范要求鉆孔樁應超澆0.8m左右的混凝土,目的是用來保證樁頭混凝土質量,避免導管拔出時出現(xiàn)泥漿芯在樁體內。施工時一方面要依靠測深錘來測定樁頂標高,另一方面要將孔壁測試結果和砼澆筑方量來校核最后的混凝土面是否正確,確保樁頭質量。

五、結語

經過我們合理、有效、科學的管理及精心組織施工,淄河特大橋的192根鉆孔樁基礎在開工后2個月內順利全部施工完畢。按照建設單位對全線樁基檢測的要求,我們委托濟南鐵路誠意工程檢測有限公司對本橋全部樁基進行了檢測,檢測結果為:Ⅰ類樁(優(yōu)質樁)為186根、Ⅱ類樁(合格樁)6根,Ⅰ類樁數(shù)量達到96.8%。圓滿實現(xiàn)了我們開工前制定的樁基施工質量目標。

鉆孔樁施工工藝已經日漸成熟,只要我們嚴格按照規(guī)范要求施工,加強質量管理,制定切實有效的施工安全質量控制措施,及時解決施工中出現(xiàn)的各種問題,必定能夠創(chuàng)造出精品工程。

[1]客運專線鐵路橋梁工程施工技術指南[S].北京:中國鐵道出版社.

[2]客運專線鐵路橋梁工程施工質量驗收標準[S].北京:中國鐵道出版社.

[3]鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準[S].北京:中國鐵道出版社.

2010-03-18

王俊偉(1978-),男,工程師。