任 秀 恒

(中鐵二十局集團(tuán)第六工程有限公司,陜西 西安 710032)

克地壩陵河特大橋大直徑深樁基斷樁處理措施

任 秀 恒

(中鐵二十局集團(tuán)第六工程有限公司,陜西 西安 710032)

結(jié)合滬昆高鐵克地壩陵河特大橋樁基斷樁處理實(shí)例，分析了造成斷樁的原因，并詳細(xì)介紹了處理及預(yù)防大直徑深樁基斷樁的主要技術(shù)措施，實(shí)踐表明采用下沉鋼護(hù)筒措施處理斷樁是可行的。

橋梁，樁基，斷樁，鋼護(hù)筒，米粒石

1 工程概況

全橋共126根樁基，樁長(zhǎng)最長(zhǎng)為2號(hào)墩、3號(hào)墩，2號(hào)墩共21根φ2.5 m樁基，樁長(zhǎng)50 m；3號(hào)墩共21根φ2.5 m樁基，樁長(zhǎng)65 m，采用沖擊鉆鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁，導(dǎo)管法灌注水下混凝土施工。

2 施工過(guò)程及斷樁原因

3-1號(hào)樁于2013年1月14日成孔，經(jīng)量測(cè)孔深滿足要求，孔內(nèi)泥漿比重為1.1、含砂率2%、粘度17 s，滿足要求，2013年1月17日上午10點(diǎn)20分開(kāi)始吊入鋼筋籠，2013年1月18日凌晨5點(diǎn)30分完成吊放。第二次清孔后，檢測(cè)泥漿比重為1.1、含砂率為0.5%、粘度為17 s，孔底沉渣厚度為3 cm，2013年1月19日晚上11點(diǎn)25分進(jìn)行首盤(pán)混凝土澆筑，混凝土坍落度21 cm，含氣量為2.3%，滿足要求，封底混凝土方量12.5 m3，封底后，測(cè)量混凝土灌注高度2.2 m，導(dǎo)管埋深1.8 m，共灌注17車(chē)混凝土。

灌注完成第18車(chē)后，共灌注162 m3，測(cè)量孔深35.5 m，導(dǎo)管剩余長(zhǎng)度41 m，外露1.5 m，埋深4 m，上下晃動(dòng)導(dǎo)管30 cm，往下插時(shí)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管無(wú)法下去，導(dǎo)管有一些傾斜，采用挖機(jī)下壓，導(dǎo)管仍無(wú)法下去，考慮到導(dǎo)管埋深不大，決定不拆除導(dǎo)管，先灌注混凝土，現(xiàn)場(chǎng)停放2輛罐車(chē)，后來(lái)總共灌注了3車(chē)混凝土(其中第20車(chē)混凝土未灌注完)，約25 m3，用時(shí)90 min，混凝土灌注過(guò)程中，孔內(nèi)泥漿流出正常，后測(cè)量孔深剩余31 m，計(jì)算導(dǎo)管埋深8.5 m，2013年1月20日早8點(diǎn)10分，此時(shí)距離最后一車(chē)混凝土灌注時(shí)間為3 h，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備拆除2節(jié)2.5 m的導(dǎo)管，提升導(dǎo)管時(shí)，導(dǎo)管無(wú)法提動(dòng)，情況十分危急。

事故發(fā)生后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師、設(shè)計(jì)方配合組、項(xiàng)目部橋梁主管工程師專(zhuān)人現(xiàn)場(chǎng)共同分析，得出以下結(jié)論：在第一次提升導(dǎo)管后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致不下去的原因是導(dǎo)管掛住了樁基鋼筋籠，第二次導(dǎo)管無(wú)法提出的原因是混凝土固結(jié)了導(dǎo)致導(dǎo)管無(wú)法提升。

3 處理技術(shù)方案

事故發(fā)生后，項(xiàng)目部有關(guān)人員根據(jù)斷樁的情況和特點(diǎn)：設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)65 m，已澆筑37 m，剩余28 m，導(dǎo)管被混凝土固結(jié)，提不出來(lái)，且樁身鋼筋籠也提不出來(lái)；經(jīng)研討決定采用回填米粒石+壓入鋼護(hù)筒防護(hù)+人工開(kāi)挖米粒石到樁頂+人工割斷導(dǎo)管+鑿毛混凝土面并處理施工縫+串桶法澆筑混凝土的方法進(jìn)行處理。

3.1 斷樁處理原則

斷樁處理原則：“接樁+預(yù)防”的原則。

3.2 斷樁處理步驟

回填米粒石將孔內(nèi)泥漿排走→埋入頂部鋼護(hù)筒并且四周夯實(shí)→人工開(kāi)挖、逐節(jié)壓入其他鋼護(hù)筒至樁頂→人工割斷被混凝土固結(jié)的導(dǎo)管→修整樁身鋼筋→人工鑿毛樁頂混凝土面→串桶法灌注樁身混凝土。

斷樁處理工藝示意圖見(jiàn)圖1。

1)回填米粒石外排泥漿。

為確保人工接樁正常進(jìn)行，采用回填米粒石將樁孔內(nèi)泥漿排走、泥漿車(chē)外棄，經(jīng)計(jì)算，需回填138 m3米粒石，粒徑5 mm～10 mm，采用挖機(jī)回填，回填至原鋼護(hù)筒底部時(shí)，拔掉原鋼護(hù)筒，繼續(xù)回填米粒石至地面標(biāo)高，在米粒石回填的同時(shí)，由于大量泥漿排出，采用泥漿車(chē)將排出的泥漿運(yùn)至棄渣場(chǎng)，回填完畢該樁后，拆除料斗及料斗下面調(diào)節(jié)導(dǎo)管，采用木櫞將導(dǎo)管口塞住，繼續(xù)施工其他鉆孔樁基，待其他樁基施工完畢后，再繼續(xù)處理該斷樁。

2)樁頂埋入鋼護(hù)筒四周碼砌。

其他鉆孔樁基施工完畢后，開(kāi)挖已回填樁孔頂部，先開(kāi)挖1 m，埋設(shè)內(nèi)徑2.5 m，長(zhǎng)1.6 m的鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒厚8 mm，其底部設(shè)置刃角，下放完成后，由測(cè)量人員對(duì)鋼護(hù)筒的中心位置及垂直度進(jìn)行檢查，并且采用人工配合掘機(jī)校正的方法確保鋼護(hù)筒與樁基中心位置重合，之后對(duì)孔口四周采用碼砌袋裝砂卵石進(jìn)行防護(hù)。

3)人工開(kāi)挖、逐節(jié)壓入鋼護(hù)筒。

樁基孔口鋼護(hù)筒四周加固完畢后，人工開(kāi)挖護(hù)筒內(nèi)米粒石，開(kāi)挖至護(hù)筒底部刃角處以下1.4 m時(shí)，在鋼護(hù)筒頂部逐個(gè)接長(zhǎng)鋼護(hù)筒并且下壓，使鋼護(hù)筒下沉到樁基頂面。采用25 t吊車(chē)將第二節(jié)鋼護(hù)筒吊至第一節(jié)鋼護(hù)筒上，兩節(jié)護(hù)筒對(duì)口外部四周采用間距20 cm的鋼板焊接加固，加固鋼板尺寸為50 mm(橫向)×100 mm(豎向)×5 mm(厚)，四周貼角焊將兩護(hù)筒進(jìn)行加固，鋼板之間兩護(hù)筒口間隙處采用電焊連接，施焊確保兩護(hù)筒間無(wú)縫隙，單節(jié)護(hù)筒長(zhǎng)1.4 m，當(dāng)?shù)诙?jié)鋼護(hù)筒壓入后，人工樁底繼續(xù)開(kāi)挖米粒石，如此循環(huán)，直至第20節(jié)鋼護(hù)筒壓入后，首節(jié)鋼護(hù)筒下刃角到達(dá)樁基頂面。壓入護(hù)筒時(shí)，在護(hù)筒上縱橫向各放置4根工字鋼承受荷載轉(zhuǎn)換，防止了由于護(hù)筒承受不均勻荷載產(chǎn)生扭曲；在開(kāi)挖過(guò)程中，為確保施工進(jìn)度，采用2臺(tái)電動(dòng)提升機(jī)作業(yè)，4名工人2班倒輪班開(kāi)挖施工，開(kāi)挖時(shí)，由于該樁基四周區(qū)域地下水相對(duì)較少，準(zhǔn)備的潛水泵幾乎沒(méi)用上，若樁基處在富水區(qū)，則可采用潛水泵抽排水。

4)人工割斷被混凝土固結(jié)的導(dǎo)管。

當(dāng)開(kāi)挖到樁基頂部時(shí)，采用氧氣焊自樁頂燒斷導(dǎo)管，鋼絲繩綁扎住導(dǎo)管法蘭盤(pán)，25 t吊車(chē)將導(dǎo)管提出樁孔。

5)修整樁身鋼筋。

在樁孔四周布置軟繩梯，作業(yè)人員身配安全帶下到已澆筑混凝土頂部(H=979.447)，采用鐵錘對(duì)樁基鋼筋籠進(jìn)行修整，同時(shí)，在鋼筋籠外四周綁扎保護(hù)層墊塊，將在下鋼護(hù)筒時(shí)擠壓壞的保護(hù)層墊塊更換，采用定制的木制十字形檢測(cè)儀檢測(cè)樁基各斷面尺寸，及時(shí)修整，確保了樁基鋼筋籠內(nèi)凈尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

6)人工鑿毛樁頂混凝土面。

當(dāng)樁基鋼筋籠修整完畢以后，采用風(fēng)鎬鑿毛樁頂表面混凝土，鑿除樁頂浮漿，露出新鮮混凝土面，鑿出粗骨料1/2，并且在灌注混凝土前，采用灑水的方法保證鑿毛面充分濕潤(rùn)后，將15 cm厚的比樁基C35混凝土水膠比略小的膠砂比為1∶2水泥砂漿平鋪樁頂。

7)串桶法灌注樁身混凝土。

樁基表面經(jīng)處理后，機(jī)械吊入串桶，串桶采用外徑30 cm厚3 mm鐵皮制作而成，下口距樁頂1 m，串桶上口采用鐵絲固定在頂部鋼護(hù)筒上的縱向Ⅰ32a工字鋼上，串桶上設(shè)置料斗，采用汽車(chē)泵送混凝土，灌注一段，拆除上一節(jié)串桶，直到樁基灌注完成。樁基混凝土采用分層灌注，分層厚度40 cm，人工插入法振搗，振搗棒外徑50 mm，振搗以混凝土表面不下沉、無(wú)氣泡、泛漿為宜，該樁接樁共用C35混凝土143 m3。

4 斷樁原因深層次分析

根據(jù)3-1樁基施工過(guò)程及后續(xù)其他樁基施工中遇見(jiàn)的問(wèn)題及解決措施，結(jié)合全橋126根樁基施工過(guò)程中遇見(jiàn)的問(wèn)題、處理措施數(shù)理統(tǒng)計(jì)，經(jīng)歸納分析得出高鐵橋梁大直徑深柱基水下灌注樁產(chǎn)生堵管、造成斷樁的要因有以下四方面：

1)混凝土初凝時(shí)間不足。

樁基混凝土試驗(yàn)報(bào)告上要求初凝時(shí)間不少于5 h，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，混凝土自拌和站出發(fā)，經(jīng)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)加上等候時(shí)間，5 h初凝時(shí)間根本沒(méi)法保證，若遇中途堵車(chē)，個(gè)別車(chē)輛混凝土到現(xiàn)場(chǎng)基本沒(méi)坍落度；在施工的110根樁基期間，確認(rèn)由于混凝土初凝時(shí)間短差點(diǎn)導(dǎo)致堵管的頻數(shù)是33，出現(xiàn)頻率是30%，累計(jì)頻率是30%。

2)混凝土坍落度損失大。

樁基混凝土標(biāo)號(hào)為C35，試驗(yàn)報(bào)告顯示混凝土坍落度要求為16 cm～22 cm，在施工的110根樁基期間，經(jīng)抽樣發(fā)現(xiàn)，坍落度低于16 cm的頻數(shù)是30，出現(xiàn)頻率是27.27%，累計(jì)頻率是57.27%。

3)泥漿指標(biāo)不滿足要求。

樁基混凝土灌注前，泥漿比重要求不大于1.1，含砂率要求不大于2%；在施工的110根樁基期間，經(jīng)抽樣發(fā)現(xiàn)，樁基灌注前，實(shí)測(cè)泥漿比重1.15，含砂率3%的頻數(shù)是27，出現(xiàn)頻率是24.55%，累計(jì)頻率是81.82%，由于長(zhǎng)時(shí)間清孔，泥漿指標(biāo)達(dá)不到要求，為確保工期而盲目灌樁。

4)料斗下導(dǎo)管配置不合理。

正常灌樁時(shí)料斗下導(dǎo)管一般配置為0.5 m+1 m調(diào)節(jié)段，樁基灌注拆除導(dǎo)管時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在安裝導(dǎo)管頂節(jié)時(shí)，少安裝調(diào)節(jié)段1 m，拆除導(dǎo)管時(shí)誤以為安裝了1 m調(diào)節(jié)段，導(dǎo)致導(dǎo)管埋深太淺，甚至導(dǎo)管拔脫混凝土面，在施工的110根樁基期間，發(fā)生導(dǎo)管埋深過(guò)淺險(xiǎn)些脫離混凝土面的頻數(shù)是20，出現(xiàn)頻率是18.18%，累計(jì)頻率是100%。

5 預(yù)防堵管、斷樁的措施

1)調(diào)整混凝土配合比確保初凝時(shí)間。

調(diào)整混凝土配合比，加入適量緩凝劑，使混凝土初凝時(shí)間延長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)了混凝土可利用初凝時(shí)間，經(jīng)調(diào)整后混凝土灌注時(shí)間小于混凝土可利用初凝時(shí)間，可保證長(zhǎng)距離運(yùn)至工點(diǎn)的混凝土在正常灌注時(shí)不會(huì)凝固，可杜絕由于混凝土凝固導(dǎo)致堵管事件發(fā)生。

2)調(diào)整混凝土配合比，加大混凝土坍落度。

經(jīng)多次試驗(yàn)，經(jīng)調(diào)整過(guò)配合比的混凝土經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)竭_(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，混凝土坍落度滿足設(shè)計(jì)要求，可杜絕由于混凝土長(zhǎng)距離運(yùn)輸導(dǎo)致坍落度損失，消除混凝土堵管、杜絕斷樁現(xiàn)象。

3)嚴(yán)格控制泥漿指標(biāo)。

灌注前應(yīng)控制泥漿比重及含砂率，采用空壓機(jī)代替泥漿泵進(jìn)行二次清孔，加強(qiáng)清孔力度，灌注前，加強(qiáng)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)，可消除由于泥漿比重大、含砂率高產(chǎn)生對(duì)混凝土的頂托力導(dǎo)致堵管現(xiàn)象。

4)確保料斗下合理配置導(dǎo)管調(diào)節(jié)段。

樁基正常灌注時(shí)，料斗下宜配置為0.5 m+1 m調(diào)節(jié)段，導(dǎo)管中間節(jié)長(zhǎng)度宜為2 m，底節(jié)可為4 m，拆除導(dǎo)管時(shí)，在確保導(dǎo)管正確埋深的情況下，拆除中間節(jié)，采用更換調(diào)節(jié)段1 m，0.5 m的方法確保導(dǎo)管正常埋深。

6 處理效果

實(shí)踐證明采用下沉鋼護(hù)筒的措施處理斷樁是可行的。歷時(shí)短、效率高，回填米粒石及下護(hù)筒1 d時(shí)間，開(kāi)挖時(shí)，2只電動(dòng)提升機(jī)作業(yè)，樁孔內(nèi)4名工人(2班倒)，用了3 d時(shí)間將138 m3粒石開(kāi)挖完畢，修整鋼筋籠2 d時(shí)間，樁頂處理1 d時(shí)間，灌注混凝土1 d時(shí)間，共用了8 d時(shí)間，后經(jīng)第三方檢測(cè)，樁基質(zhì)量滿足要求，經(jīng)過(guò)該樁基的處理，總結(jié)出樁基水下混凝土灌注產(chǎn)生堵管、斷樁的四大要因以及有針對(duì)性的措施，這些措施在施工過(guò)程中都成功運(yùn)用且收到良好效果。

7 結(jié)語(yǔ)

采用下沉鋼護(hù)筒方案處理斷樁是可行的，回填米粒石的作用是排除泥漿、修整鋼筋籠；鋼護(hù)筒底部帶刃角，方便鋼護(hù)筒下沉。

首節(jié)鋼護(hù)筒四周碼砌袋裝砂卵石的作用是防止孔口坍方，也起到鋼護(hù)筒的導(dǎo)向作用，逐段開(kāi)挖，鋼護(hù)筒在自重荷載及豎向荷載作用下下沉，對(duì)開(kāi)挖人員起到防護(hù)作用，鋼護(hù)筒頂部逐節(jié)接長(zhǎng)，接口之間采用鋼板幫焊、接縫之間采用焊渣填堵。

該措施成功運(yùn)用的關(guān)鍵是鋼護(hù)筒的防護(hù)作用，防止了樁孔泥漿護(hù)壁坍方對(duì)作業(yè)人員的威脅，以后類(lèi)似工程應(yīng)用此方案時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮鋼護(hù)筒厚度及剛度，若處在松軟泥質(zhì)地層中，則最好用鋼筋混凝土護(hù)壁代替鋼護(hù)筒。

此措施處理斷樁唯一不利的因素是若樁基處在富水區(qū)，若鋼護(hù)筒接口處密封性不好，水會(huì)滲入影響正常開(kāi)挖。

鉆孔樁基水下混凝土灌注，必須貫徹“四要因齊抓”的原則，即混凝土初凝時(shí)間、泥漿指標(biāo)、混凝土坍落度、導(dǎo)管合理配置。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有一名有經(jīng)驗(yàn)、高素質(zhì)的樁基工程師，隨時(shí)觀察、掌握分析樁基灌注情況，正確判斷各突發(fā)事件的原因及正確決策處理措施。

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On broken pile treatment measures of large-diameter deep pile foundation along Baling River

Ren Xiuheng

(No.6EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway20thBureauGroup,Xi’an710032,China)

Combining with the broken pile treatment example at Baling River Super-large Bridge at Kedi along Shanghai-Kunming Express Railway, the paper analyzes the reasons for the broken piles, mainly introduces the main technical measures in treatment and prevention of the broken piles at large-diameter deep pile foundation, and proves by the practice that it is feasible to adopt the subsidence steel guard barrel to deal with broken piles.

bridge, pile foundation, broken pile, steel guard barrel, kernel ston

2014-11-27

任秀恒(1981- ),男，工程師

1009-6825(2015)04-0167-03

U443.1

A