錢大高

橋梁鉆孔灌注樁施工質量控制分析

錢大高

(安徽省高速公路總公司,安徽合肥 310051)

鉆孔灌注樁是橋梁施工中易出現(xiàn)各種事故的一項重要隱蔽工程,為避免給工程帶來的隱患,應采用合適的方法對灌注樁事故進行預防和處理。介紹鉆孔灌注樁施工質量控制要點,對施工中出現(xiàn)的事故原因進行分析。并提出處理方法。

灌注樁;施工;質量控制;處理方法

鉆孔灌注樁是橋梁施工中易出現(xiàn)各種事故的一項重要的隱蔽工程,灌注水下混凝土是成樁的關鍵性工序。灌注過程應分工明確,密切配合,統(tǒng)一指揮,做到快速、連續(xù)施工,灌注成高質量的水下混凝土,防止發(fā)生質量事故。若出現(xiàn)事故時,應分析原因,采取合理的施工措施,及時設法補救。對于確實存在缺點的鉆孔樁,應盡可能設法補強,不宜輕易廢棄,以免造成過多的損失。筆者根據(jù)多年在橋梁一線進行施工管理的經(jīng)驗,對如何控制鉆孔灌注樁的施工質量加以介紹。

1 鉆孔灌注樁施工質量控制要點

1.1 地基承載力

地基承載力應符合設計要求,否則將會使灌注樁失效[1]。對摩擦樁,地基承載力取決于地質土層的構造情況;對嵌巖樁,地基承載力取決于巖層的構造情況、樁嵌入巖石的深度、巖石單軸飽和抗壓強度等。如果施工地區(qū)處于斷裂帶,在施工中就要注意夾層的存在。

1.2 樁基質量

樁身強度是樁質量控制的另一關鍵。樁身質量控制主要在于控制混凝土的質量。樁基質量的缺陷往往是由于施工工藝不合理引起的,因此必須確保措施到位,嚴格控制樁基工程的施工工藝,否則,起不到質量控制的效果,具體要求如下:

(1)控制好混凝土質量的和易性,防止出現(xiàn)堵管、埋管,引起斷樁事故。

(2)控制導管埋深2～6 m,使砼面處于垂直頂升狀態(tài),不使浮漿、泥漿卷入砼,防止提漏引起斷樁事故。

1.3 沉渣量

對于摩擦樁,由于其受力機理是通過樁表面和周圍土壤之間的摩擦力或依附力逐漸把荷載從樁頂傳遞到周圍的土體中,如果在設計中樁底反力不大,樁底的沉渣量對樁承載力亦影響不大;而對于鉆孔端承樁,如果沉渣量過大,勢必造成樁受荷時發(fā)生大量沉降,使樁的承載力失效。

2 施工中出現(xiàn)的事故原因分析及處理方法

2.1 卡管

2.1.1 原因

(1)初灌時隔水栓卡管,或由于混凝土本身的原因,如塌落度過小、流動性差、夾有大卵石、拌和不均勻,以及運輸中產(chǎn)生離析、導管接縫處漏水、雨天運送混凝土未加遮蓋等,使混凝土中的水泥漿被沖走,粗集料集中而造成導管堵塞[2]。

(2)機械發(fā)生故障或其他原因使混凝土在導管內(nèi)停留時間過久,或灌注時間過長,最初灌注的混凝土已經(jīng)初凝,增大了導管內(nèi)的混凝土下落的阻力,混凝土堵在導管內(nèi)。

2.1.2 處理辦法及預防措施

對于原因(1),可用長桿沖搗管內(nèi)混凝土,用吊繩抖動導管,或在導管上安裝附著式振搗器等使隔水栓下落。如仍不能下落時,則應將導管連同其內(nèi)的混凝土提出鉆孔,進行清理整修,然后重新吊裝導管,重新灌注。一旦有混凝土拌和物落入井孔,須將散落在孔底的拌和物粒料等予以清除。

對于原因(2),預防方法是灌注前應仔細檢修灌注機械,并準備備用機械,發(fā)生故障時立即調(diào)換備用機械,同時采取措施加速混凝土灌注速度,必要時可在首批混凝土內(nèi)摻入緩凝劑,以延緩混凝土的初凝時間。

如果灌注時間已久,孔內(nèi)首批混凝土已初凝,導管內(nèi)又堵塞混凝土,此時應將導管拔出,重新安設鉆機,利用較小鉆頭將鋼筋籠內(nèi)的混凝土鉆挖吸出,用沖抓錐將鋼筋骨架逐一拔出。然后以粘土摻砂礫填塞井孔,待沉實后重新鉆孔成樁。

2.2 坍孔

在灌注過程中如發(fā)現(xiàn)井孔護筒內(nèi)水(泥漿)位忽然上升溢出護筒,隨即驟降并冒出氣泡,應懷疑是坍孔征象,可用測探儀探頭或測探錐探測。

2.2.1 坍孔原因

(1)護筒底腳周圍漏水,孔內(nèi)水位降低。

(2)在潮汐河流中漲潮時或河流下游發(fā)電開閘放水,孔內(nèi)水位減少,不能保持原有靜水壓力。

(3)由于護筒周圍堆放重物或機械振動等。

2.2.2 處理措施

保持水壓或加大水壓、移開重物或機械振動等,然后用吸泥機吸出坍入孔中的泥土。如不繼續(xù)坍孔,可恢復正常灌注。如坍孔仍不停止,坍塌部位較深,宜將導管拔出,將混凝土鉆開抓出,只求保存孔位,再以粘土摻砂礫回填,重新鉆孔成樁。

2.3 縮徑

(1)主要原因塑性土膨脹。

(2)防治措施成孔時,應加大泵量,加快成孔速度,快速通過,成孔一段時間后,孔壁形成泥皮,孔壁不會滲水,亦不會引起膨脹;如出現(xiàn)縮徑,采用上下反復掃孔的辦法,以擴大孔徑。

2.4 鋼筋籠上浮

2.4.1 原因

(1)當混凝土灌注至鋼筋籠下,此時提升導管,導管底端距離鋼筋籠僅有1 m左右的距離時,由于灌注的砼自導管流出后沖擊力較大,推動了鋼筋籠上浮。

(2)由于砼灌注過程鋼筋籠和導管埋置較深,其上層砼因灌注時間較長,已近初凝,表面形成硬殼,砼與鋼筋籠有一定握裹力,如果此時導管底端未及時提到鋼筋底部以上,混凝土在導管流出后將以一定的速度向上頂升,同時也帶動鋼筋籠上移。

(3)混凝土頂面接近鋼筋籠底口以下3～1m時,混凝土灌注的速度過快,使混凝土下落沖出導管口向上反沖,其頂托力大于鋼筋的重力。

為了防止鋼筋籠上升,當導管底口低于鋼筋籠3 m至高于1 m之間,且混凝土表面在鋼筋籠上下1 m之間時,應放慢混凝土灌注速度,允許的最大灌注速度與樁徑有關,當樁長為50 m以內(nèi)時可參照表1處理。

表1 灌注樁的混凝土表面靠近鋼筋籠底部時允許最大灌注速度

2.4.2 防治措施

(1)灌注砼過程中,應隨時掌握砼灌注標高及導管埋深,當砼埋過鋼筋籠底端2～3 m時,應及時將導管提至鋼筋籠底端以上。

(2)當發(fā)現(xiàn)鋼筋籠開始上浮時,應立即停止灌注,并準確計算導管埋深和已澆砼標高,提升導管后再進行灌注,上浮現(xiàn)象即可消除。

(3)在規(guī)范允許的情況下適當減少鋼筋籠下端的箍筋數(shù)量,可以減少混凝土向上的頂托力。

(4)鋼筋籠上端焊固在護筒上,可以承受部分頂托力,具有防止其上升的作用。

2.5 斷樁

2.5.1 主要原因

(1)首批混凝土儲量不足,或雖然混凝土儲量已夠,但導管底口距孔底的間距過大,混凝土下落后不能埋沒導管底口,以至泥水從底口進入。

(2)導管接頭不密封,接頭間橡皮墊被導管高壓氣囊擠開,或焊縫破裂,水從接頭或焊縫中流入。

(3)導管提升過猛,或測深出錯,導管底口超出原混凝土面,底口涌入泥水。

(4)灌注時間過長,而上部砼已接近初凝,形成硬殼,而且隨時間增長,泥漿中殘渣將不斷沉淀,從而加厚了積聚在砼表面的沉淀物,造成砼灌注極為困難,造成堵管或導管拔不上來,引發(fā)斷樁事故。

(5)導管埋得太深,拔出時底部的混凝土已接近初凝,使砼不能及時充填,造成泥漿填入。

(6)泥漿過稠,增加了澆注砼的阻力,如泥漿相對密度大或泥漿中含較大泥塊的情況,因此,在施工中經(jīng)常發(fā)生導管堵塞、流動不暢等現(xiàn)象,有時灌滿導管還是不行,最后只好提取導管上下振擊,由于導管內(nèi)儲存大量砼,一旦流出其勢甚猛,在砼流出導管后,即沖破泥漿最薄弱處急速返上,并將泥漿夾裹于樁內(nèi),造成夾泥層。

(7)灌注砼過程中,因導管漏水或導管提漏而二次下球也是造成夾泥和斷樁的原因。

(8)由于灌注時間過長,首批混凝土已凝固,流動性降低,而續(xù)灌的混凝土沖破頂層而上升,因而也會在兩層混凝土中夾有泥漿渣土,甚至全樁夾有泥漿渣土形成斷樁。

斷樁大都是以上原因引發(fā)的次生結果。對已發(fā)生或估計可能發(fā)生夾泥斷樁的樁,應采用地質鉆機,鉆心取樣,作深入的探查,判明情況?；蛘哂梅瞧茡p檢驗混凝土樁質量的方法進行判定[3]。

2.5.2 處理方法

如果是原因(1)引起導管進水,應立即將導管提出,將散落在孔底的混凝土拌和物用反循環(huán)鉆機的鉆桿通過泥石泵吸出,或者用空氣吸泥機、水力吸泥機以及抓斗清出。不得已時需要將鋼筋籠提出采取復鉆清除,然后重新下放骨架、導管并投入足夠儲量的首批混凝土,重新灌注。

如果是原因(2)、(3)引起導管進水,應視具體情況,拔換原管,下新管,或用原導管插入續(xù)灌,但灌注前應將進入導管內(nèi)的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。如重新下管,必須用潛水泵將管內(nèi)的水抽干才可繼續(xù)灌注混凝土。為防止抽水后導管外的泥水穿透原混凝土壓入上部凝固層導管內(nèi),續(xù)灌的混凝土配合比應增加水泥量,提高稠度后灌入導管內(nèi),灌入前將導管進行小幅度抖動或掛振搗器予以振動片刻,使原混凝土損失的流動性得以彌補。以后灌注的混凝土可恢復正常的配合比。

若混凝土面在水面以下不很深,未初凝時,可在導管底部設置防水塞(應使用混凝土特制),將導管重新插入混凝土內(nèi)(導管側面增加重力,以克服水的浮力)。導管內(nèi)裝灌混凝土后稍提導管,利用新混凝土自重將底塞壓出,然后繼續(xù)灌注。若混凝土面在水面以下不很深,但已初凝,導管不能插入混凝土時,可在原護筒內(nèi)加設直徑稍小的鋼護筒,用重壓或錘擊方法壓入原混凝土面以下適當深度,然后將護筒內(nèi)的水(泥漿)抽除,并將原混凝土頂面的泥渣和軟弱層清除干凈,再在護筒內(nèi)灌注普通混凝土至設計樁頂。

2.5.3 防治方法

(1)認真做好清孔,防止孔壁坍塌。

(2)盡可能提高混凝土灌注速度:①開始灌砼時盡量積累大量砼,產(chǎn)生極大的沖擊力可以克服泥漿阻力;②快速連續(xù)灌注,使砼和泥漿一直保持流動狀態(tài),可防止導管堵塞[4]。

(3)提升導管要準確可靠,灌注砼過程中隨時測量導管埋深,并嚴格遵守操作規(guī)程。

(4)灌注水下砼前檢查導管是否漏水、彎曲等缺陷,發(fā)現(xiàn)問題要及時更換。

3 結語

灌注樁質量事故引發(fā)的后果相當嚴重,作為施工單位在施工過程中應加強管理、協(xié)調(diào),采取科學的施工方案,并制定切實可行的備用方案。人員、機械應有適當?shù)母挥?主要機械設備應配備雙套,以防萬一,只有這樣,才能避免質量事故或把質量事故降低到最小限度。

[1] 許克賓.橋梁施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[2] 王進.怎樣當好路橋施工員[M].濟南:山東科學技術出版社,2006.

[3] 夏云,呂芝林.路橋工程施工技術[M].北京:人民交通出版社,2005.

[4] 孫明強.橋梁工程施工與管理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

責任編輯:文 月

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錢大高(19752),男,安徽安慶人,安徽省高速公路總公司工程師。研究方向:路橋工程技術。