余剛
(中交四航局珠海工程有限公司)
鉆孔灌注樁以其施工簡單、實用性強(qiáng)、成本適中等特點被廣泛地應(yīng)用于橋梁及其他工程領(lǐng)域。但由于鉆孔灌注樁屬于隱蔽工程,施工時受原材料及混凝土、施工工藝和地質(zhì)條件等多種因素影響,施工過程中稍有不慎或措施控制不當(dāng),鉆孔灌注樁就會產(chǎn)生質(zhì)量問題或事故,小到坍孔松散、縮頸,大到斷樁[1]。尤其是斷樁事故,不僅嚴(yán)重影響工期,對整個工程質(zhì)量也將產(chǎn)生不利影響。在灌注樁施工中,應(yīng)對每一環(huán)節(jié)嚴(yán)格要求,并采取一定的防范措施,避免發(fā)生斷樁。斷樁后應(yīng)盡可能及時設(shè)法補(bǔ)救,不宜輕易廢棄,避免造成更大的損失。
本文結(jié)合多年的橋梁鉆孔灌注樁施工經(jīng)驗,從灌注樁斷樁產(chǎn)生原因、常用灌注樁斷樁處理方法、成樁中缺陷樁處理方法及斷樁預(yù)防措施等方面進(jìn)行了探討,可供同行參考。
所謂斷樁是指鉆孔灌注樁在灌注混凝土施工過程中,孔內(nèi)周圍土體或泥漿進(jìn)入混凝土中,將澆筑的混凝土隔成上下兩段,從而造成混凝土夾層或截面積受損,最終樁身出現(xiàn)明顯缺陷,使成樁結(jié)構(gòu)承載力無法滿足。斷樁原因也可總結(jié)為以下幾類情況[2]。
⑴澆筑的混凝土坍落度偏小,或由于原材料骨料級配不合格、導(dǎo)管直徑或材料不滿足要求,在澆筑施工中混凝土堵塞導(dǎo)管,隨著時間的增加混凝土流動性減小,盲目采取提起導(dǎo)管處理,從而出現(xiàn)斷樁。
⑵混凝土運輸過程中或現(xiàn)場等待時間較長使混凝土在罐車內(nèi)發(fā)生離析,混凝土灌注前未采取二次攪拌處理,灌注時骨料集中在一起下放,并卡在導(dǎo)管內(nèi),盲目拔出導(dǎo)管進(jìn)行清理,引起斷樁。
⑶在冬季施工時,氣溫過低導(dǎo)致水泥結(jié)塊或集料含水量較大而凍結(jié)成塊,混凝土拌制時間過短,結(jié)塊未解散,從而導(dǎo)致灌注時結(jié)塊卡在導(dǎo)管內(nèi),造成斷樁。
⑷混凝土灌注過程中孔內(nèi)土體發(fā)生坍塌,現(xiàn)場使用吸泥機(jī)處理不當(dāng),混凝土中仍夾雜泥漿,最終造成斷樁。
⑸終孔驗收時,孔深量測讀數(shù)有誤,導(dǎo)致導(dǎo)管計算長度不夠,使底口與孔底距離過大,灌注混凝土?xí)r首批混凝土未能充滿底部,導(dǎo)致封底失敗,形成斷樁。
⑹灌注混凝土過程中對導(dǎo)管埋深量測和計算錯誤,盲目提拔導(dǎo)管,將導(dǎo)管提拔過量,使導(dǎo)管底口拔出混凝土面,形成斷樁。
⑺灌注混凝土前,未對導(dǎo)管進(jìn)行水密性試驗,導(dǎo)致接口密閉性不足,使泥漿水進(jìn)入導(dǎo)管,在混凝土內(nèi)形成混合夾層,造成斷樁。
⑻灌注過程中,猛提猛插導(dǎo)管,使導(dǎo)管拔出到最小埋置深度,上層積累的浮漿、泥土與導(dǎo)管內(nèi)連續(xù)下落的混凝土相融合,導(dǎo)致混凝土夾層造成斷樁。
⑼灌注混凝土?xí)r,突發(fā)機(jī)械損壞、區(qū)域性停電、原材料不足等情況,中斷時間較長造成混凝土不能連續(xù)灌注,再次灌注時混凝土已初凝,導(dǎo)管無法提起,形成斷樁。
⑴首次封底失敗或灌注混凝土不多時發(fā)生斷樁后,可迅速將鋼筋籠提出至孔外,然后調(diào)整樁機(jī)原位沖擊,達(dá)至設(shè)計底標(biāo)高時清孔,然后再次下放鋼筋籠,并重新灌注混凝土。如果提不出鋼筋籠,可聯(lián)系潛水工從混凝土頂面割斷鋼筋籠,用吊車提出,加大泥漿比重將殘留鋼筋混凝土沖碎,沖擊過程中用磁鐵吸出鋼筋斷頭,混凝土碎渣由泥漿懸浮清除,到設(shè)計高程后重新安放鋼筋籠灌注混凝土。
⑵若灌注時堵管嚴(yán)重,且灌注混凝土?xí)r間較短時,可提拔并清理導(dǎo)管,使用測繩量測出已灌混凝土高度,重新計算封底方量及導(dǎo)管漏斗容積,再次將導(dǎo)管插入至前次混凝土頂面以上10cm 處保持懸停,加隔水球或閥門法準(zhǔn)備二次封底灌注。二次封底灌注時,當(dāng)漏斗內(nèi)混凝土開始下降至計算封底方量位置時,將導(dǎo)管快速壓入前次混凝土內(nèi),隨后繼續(xù)澆筑,直至導(dǎo)管埋深再次到達(dá)2m~6m,混凝土灌注至頂面時應(yīng)將浮漿全部頂出,即完成濕接樁。
⑶若斷樁位置距離地面深度小于15m 時,可將比樁徑略大的完整鋼管護(hù)筒沉入至斷樁位置以下0.5m 處,清除泥漿及摻雜泥漿的混凝土后,將新舊混凝土接縫處進(jìn)行鑿毛處理,清除鋼筋上浮漿,然后以鋼管為模板澆筑混凝土[2]。
⑷若因坍孔、導(dǎo)管無法拔出等造成多處斷樁而無法處理時,直接回填片石后原位沖擊成孔再次灌注。若澆筑完成后發(fā)現(xiàn)斷樁,可采取補(bǔ)樁方案,方案需通過計算,并上報審核通過后方可施工。
⑸灌注樁設(shè)計有兩米素混凝土樁,灌注前或灌注過程中鋼筋籠固定不牢靠掉入孔底,可以繼續(xù)灌注至鋼筋籠頂,然后開挖鑿出頂層混凝土,校正鋼筋籠并接長至設(shè)計高程,安裝模板澆筑,脫模后回填夯實。
⑴若斷樁位置處于距地面15m 以內(nèi),且樁位地質(zhì)條件良好時,可采取人工開挖至斷樁位置,將問題處混凝土清除,露出良好的混凝土并對新舊混凝土連接處進(jìn)行鑿毛處理,將鋼筋上的浮漿清除干凈后,對于支撐樁(嵌巖樁),支模澆筑混凝土,拆模后及時回填并夯實;對于摩擦樁,以設(shè)計樁徑為基準(zhǔn),每50cm 為一節(jié)逐節(jié)加大模板直徑10cm,以提高樁身與回填土之間的摩阻力,拆模后及時回填并夯實。
⑵在檢測過程中如出現(xiàn)三類或四類樁時,首先要通過檢測資料準(zhǔn)確判定出現(xiàn)問題的部位及深度,分辨問題類型和產(chǎn)生問題的原因,再討論制定切實可行的處理方案,人工掏芯處理就是一種較為合理的方法;一般直徑1.5m 以上(含1.5m)的樁,預(yù)處理深度不超過15m 的位置,均可處理。不同工況下的灌注樁掏芯處理見圖1。
灌注樁掏心方法簡述如下:
①準(zhǔn)備工作:施工前對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底,明確安全控制、質(zhì)量控制措施和責(zé)任,設(shè)備方面配備5m3空壓機(jī)、風(fēng)鎬、風(fēng)鉆、上下絞車等。
②通過放樣確定原樁中心點,劃出人工開鑿輪廓線,直徑控制在1m 以內(nèi)。
③對于直徑1.8m 以上的樁,開挖前可先沿劃出的輪廓線鑿5cm 深的槽,作為預(yù)裂線,對于直徑1.8m 以下的樁,可直接采用人工風(fēng)鎬破除開挖至有缺陷的部位,清除夾層或不合格的混凝土。
④孔內(nèi)掏出的混凝土渣料清除干凈后,清洗孔底和孔壁,用同標(biāo)號的普通混凝土澆筑。
實踐證明,用掏芯方法處理斷樁速度快,其樁基鋼筋、聲測管及部分混凝土仍可使用。費用比較經(jīng)濟(jì)合理,且質(zhì)量也能保證。
混凝土拌制前,需檢查水泥是否結(jié)塊;細(xì)集料選取級配較好的中砂;若在冬季施工還需考慮細(xì)集料防水和過篩措施,以免因細(xì)集料結(jié)冰成塊造成堵管?;炷涟柚七^程中,坍落度應(yīng)控制在180mm~220mm范圍內(nèi),條件允許的情況下采用粉煤灰混凝土,保證拌和物應(yīng)有良好的和易性。在混凝土運輸和灌注過程中,混凝土罐車要處于慢速攪拌狀態(tài),避免混凝土產(chǎn)生離析和泌水。
圖1 不同工況下灌注樁掏芯處理圖
⑴制作樁基鋼筋籠時,采用機(jī)械連接方式,使鋼筋籠整體平順。若采用搭接焊法,注意將接頭焊縫面與加強(qiáng)筋箍圈點焊,保證接頭不在鋼筋籠內(nèi)形成錯臺,以防鋼筋籠接頭掛鉤導(dǎo)管。
⑵施工前首先確定導(dǎo)管的直徑,選擇材料較好的導(dǎo)管,導(dǎo)管可根據(jù)樁徑和石料的最大粒徑確定,使用前對導(dǎo)管進(jìn)行編號,并做好水密性和接頭抗拉試驗,防止施工中導(dǎo)管密閉性不足。導(dǎo)管直徑選擇見表1 所示。
表1 導(dǎo)管直徑選擇[3]
水密性試驗時,導(dǎo)管的內(nèi)部水壓應(yīng)不小于孔內(nèi)水深1.3 倍的壓力,Pmax可按式⑴計算[4]。
式⑴中,
Pmax——導(dǎo)管壁可能承受的最大內(nèi)壓力(kPa);
γc——混凝土容重?。?4kN/m3);
hcmax——導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱最大高度,按導(dǎo)管全長或預(yù)計的最大高度計;
γw——孔內(nèi)水或泥漿容重(kN/m3);
hw——孔內(nèi)水或泥漿深度(m)。
導(dǎo)管水密性試驗見圖2 和圖3 所示。
⑶施工現(xiàn)場可設(shè)置兩條運輸便道,從而保證混凝土運送不間斷連續(xù)灌注。
⑷混凝土灌注前,應(yīng)先檢查其流動性和坍落度等,如不符合要求,應(yīng)有試驗人員配合進(jìn)行拌和調(diào)配,若仍不符合要求時,作退回處理。
⑴下導(dǎo)管時,導(dǎo)管底部距孔底應(yīng)為30cm~40cm。首批灌注混凝土方量應(yīng)提前計算,灌注時確保首批混凝土方量足夠后方可進(jìn)行灌注,且首次灌注必須滿足混凝土埋置導(dǎo)管深度(≥1m)和充分填滿孔底的需要。
⑵首批混凝土灌注后,應(yīng)持續(xù)不間斷的進(jìn)行混凝土灌注。在灌注過程中,導(dǎo)管需嚴(yán)格控制埋置深度在2cm~6m 范圍內(nèi),并量測灌注深度計算導(dǎo)管埋深,從而適時提拔導(dǎo)管,使其埋置合理。
綜上所述,鉆孔灌注樁斷樁的預(yù)防是個系統(tǒng)工程,需要從原材料及混凝土質(zhì)量控制、混凝土灌注前控制及混凝土灌注中控制等方面入手,嚴(yán)格控制好每一步驟,方能保證鉆孔灌注樁的質(zhì)量。
圖2 導(dǎo)管水密性試驗示意圖
圖3 導(dǎo)管水密性試驗
鉆孔灌注樁斷樁原因一般較復(fù)雜,處理之前首先要探明孔內(nèi)情況,分析斷樁原因,以便有針對性地采取處理措施。處理灌注樁斷樁的措施很多,施工中應(yīng)根據(jù)資源配置、安全便捷及地層情況等進(jìn)行綜合考慮,合理選擇,不能隨意套取。施工過程中應(yīng)對每一環(huán)節(jié)嚴(yán)格要求,對各種影響因素都必須詳細(xì)考慮,高度重視,有效且嚴(yán)格控制鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量,做到“事前預(yù)防到位、事中控制有效、事后處理規(guī)范”,避免發(fā)生斷樁事故的發(fā)生,以利于工程的順利進(jìn)展。