浅谈广东某高速公路某桥加固桩基础施工工艺

广东某高速公路某桥2 0 0 8年7月发现53#墩、54#墩顶处桥面开裂较大, 业主委托相关单位进行桥墩沉降检测, 发现5 3#墩、54#墩分别沉降了19.6cm和13.6cm5 5#墩沉降也较为严重。不均匀沉降导致桥面被拉裂。从近期监测数据可知, 目前各墩沉降不明显, 推测墩的沉降为历年累计。经查阅竣工资料, 发现原桩基基本上嵌在强风化花岗岩仅有5 6#墩嵌入弱风化花岗岩。由此推断原桩基承载力不足, 墩在现有荷载作用下出现下沉, 进行导致其他病害的发生, 对该桥的加固迫在眉睫。

1 施工准备

1.1 架设临时支撑

为了确保上部结构安全和维护施工人员及施工设备的安全, 宜对需要加固的墩前后两孔梁进行临时支撑。

(1) 首先将场地表面进行初步平整和处理, 由于经过验算, 浇筑钢筋混凝土扩大基础不能满足承载力的要求, 所以先在扩大基础位置打入一定数量的木桩, 然后浇筑钢筋混凝土扩大基础。

(2) 在扩大基础上搭设贝雷架, 并用枕木和木楔在梁底顶紧。

1.2 根据现场净空开挖, 施工挡水墙

临时支撑搭设完成后, 才能进行开挖但是不能开挖到原承台底。

1.3 钻机改装

(1) 由于桩基施工均位于原桥桥底, 而桥底净空只有4m~6m, 一般钻机高约9.5m对原地面进行降底后, 钻机还有高出3 m~5 m, 须要把改装成高5 m。

(2) 由于钻机经过改装后高度降低, 相应的钻杆长度也要减小, 需加工为1.5 m一节才能满足施工要求。

2 桩基成孔工艺

鉴于本工程桩基形式和地质情况, 同时为了防止桩基施工对原有桩基产生影响, 采用回旋钻机。

2.1 桩基桩位放样

利用复测的控制网并采用极坐标测设法放样出桩基的中心点, 放样完后利用中心点拉十字丝的方法在周边设四个保护桩, 同时以放样好的中心点为圆心以略大于护筒半径的长度为半径挖圆坑下放护筒, 等护筒固定好后再用仪器复核中心点再测出护筒和钻机转盘标高。

2.2 泥浆配制

根据地质报告, 桩基所在位置沙层较厚, 需用优质泥浆护壁, 泥浆用膨润土, 达到悬浮钻碴和护壁的目的, 确保高质量成孔, 其条项指标如下:

相对密度1.10~1.35;黏度18Pa·s~25Pa·s;胶体率小于15m L/min~20m L/3 0 m i n;含砂率4%~8%;酸碱度8 p H~10p H。

2.3 成孔中问题处理

刚钻时, 先低速开钻, 此时不启动泥浆循环系统, 等孔内形成一定浓度的泥浆, 增强护筒处护壁效果后, 开启泥浆泵循环泥浆捞取钻渣。在钻进过程, 每半个小时测一次泥浆比重, 根据钻进速度和捞取钻渣量的多少调整泥浆比重, 尤其注意检查泥浆的黏度, 在钻进的过程中做好取样工作, 判断地质情况与地质孔资料比较, 做好钻孔记录, 当质情况与地质孔资料出入较大时通知设计单位, 钻进过程中注意机械的异常动响, 在不同的地质层位合理选用不同的钻头和进行速度并随时观察钻杆的跳动情况, 注意钻机架顶的水平状况;由于该处地下水发育, 河沟纵横交错, 为了防止坍孔事故, 减少对原桩基的影响, 采用钻进过程中, 护筒跟进的方法, 一直接长到护筒脚进入全风化岩层。

成孔中问题﹑分析及对策:

(1) 护筒冒水:护筒外壁冒水, 严重的会引起地基下沉、护筒倾斜和位移, 造成成孔偏斜, 甚至无法施工。

病因分析:埋设护筒时周围填土不密实;或护筒内水位相差太大。

防治措施:埋护筒时, 坑底与四周选用最佳含水量的粘土层分层夯实;在护筒适当高度开孔, 使护筒内保持有1 m~1.5 m的水头高度。

(2) 桩孔孔壁坍塌:成孔中或成孔后, 孔壁不同程度塌落。成孔中, 排出的泥浆不断出现气泡, 有时护筒内的水位突然下降, 均为塌孔的兆头。

病因分析:主要是由于土质松散, 加之泥浆护壁不好;护筒埋设不好;筒内水位不高;提住钻头钻进, 钻头钻速过快护壁较差, 或空钻时间太长, 都易引起钻孔下部坍塌;或成孔后待灌时间和灌注时间过长。

施工对策:在松散易坍土层中适当深埋护筒, 密实回填土;使用优质泥浆, 提高泥浆比重和黏度;升高护筒, 终孔后补给泥浆, 保持要求的水头高度;保证钢筋笼制作质量, 防止变形;吊放时要对准孔位, 吊直扶稳, 缓缓下沉, 防止碰撞孔壁;成孔后, 待灌时间一般不应超过3 h, 并应尽快灌注速度, 缩短灌注时间;在钢筋笼未下入孔内情况下, 将砂、粘土混合物回填到坍孔深以上1 m~2 m, 或全孔回填并密实后, 再用原径钻头和优质泥浆扫孔;在钢筋笼碰孔壁而引起轻微坍塌的情况下, 用直径小于钢筋笼内径的钻头以优质泥浆扫孔或用导管清孔。

(3) 桩孔局部缩径:指局部孔径小于设计孔径。

病因分析:泥浆性能欠佳, 失水量大, 引起塑性土层吸水膨胀, 或形成疏松、蜂窝状厚层泥皮;邻桩施工间距和时间间隔不当, 土层中应力尚未消散, 新孔孔壁软土流变;钻头直径磨损过大。

施工对策:采用优质泥浆, 控制泥浆比重和粘度, 降低失水量;当设计桩距小于4 D时, 应跳隔1~2根桩施工;或新桩孔尽可能在邻桩成桩3 6 h后开钻。

(4) 桩孔偏移倾斜:成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。

病因分析:钻机安装不平, 或钻台下有虚土产生下均匀沉陷:桩架不稳, 钻杆导架不垂直, 钻机磨损, 部件松动, 护筒埋设偏斜, 钻杆弯曲, 主动钻杆倾斜, 遇旧基础或大弧石等地下障碍物, 土层软硬不均或基岩倾斜。

施工对策:钻机安装周正、水平、稳固, 护筒不偏斜, 钻杆不弯曲, 主动钻杆保持垂直;增添导向架, 控制提引水龙头, 尽可能采用钻铤加压, 清除地下障碍物;除软硬互层采用轻压慢转技术参数外, 从软塑粘土层, 尤其流塑粘上层和砂层进入硬塑粘土层或从软土层进入基岩时, 笼状钻头下端的锥形导向小钻头需改用平底导向小钻头, 或者直接用不带导向小钻头的平底钻头钻进;用砂、粘土混合物回填至偏斜处以上1 m~2 m, 待密实后用平底合金钻头轻压慢转纠斜, 在基岩面发生倾斜时, 可投入20mm~40mm粒径碎石, 略高于偏斜处, 冲击密实后用平底合金钻头。

孔底沉渣过多:孔底沉淤、残留泥砂过厚, 或孔壁泥土塌落在孔底, 使沉渣超标。

原因分析:泥浆过稀, 清孔未净;清孔汜浆比重过小或清水置换;钢筋笼吊放未垂直对中, 碰刮孔壁泥土坍落孔底;或清孔后待灌时间过长, 泥健沉淀;沉渣厚度测量的孔底标高下统一。

(5) 施工对策:终孔后, 钻头提离孔底1 c m~2 0 c m, 保持慢速空转, 维持循环清孔时间不少于30min;清孔采用优质泥浆, 控制泥浆比重和黏度下要直接用清水置换, 钢筋笼垂直缓放入孔;避免碰撞孔壁;清孔完毕立即迅速灌注混凝土;采用导管二次清孔冲孔时间以导管内侧量的孔底沉渣厚度达到规范要求为准;提高混凝土初灌时对孔底的冲击力;导管底端距孔底控制在4 0 c m~5 0 c m, 初灌混凝土量, 必须满足导管底端能埋入混凝土中0.8 m~1.3 m的要求。

3 桩基成孔后下钢筋笼

3.1 清孔

孔深达到设计标高经监理工程师认可会同设计单位终孔, 采用抽浆清水换浆法清孔。钻头提离孔底约5 0 c m (钻头上附着泥浆管进浆口) , 开动泥浆泵循环泥, 同时加强捞渣, 接上振动除砂器, 除砂和渣, 等孔底沉渣小于5 c m和含砂量达到2%时, 再进行适量比重少的泥浆, 降低泥浆深度。

3.2 下钢筋笼

考虑到桥底净空有限, 把钢筋笼根据每根桩基的设计标高来进行加工, 标准节加工成6 m一段 (主筋间错位1 m) , 钢筋笼从顶节开始加工, 底节心实际标高情况来定加工。由于节数比正常施工的多, 下钢筋笼的时间会增长, 减少下钢筋笼的时间, 对已成孔的安全是必须的, 每节间采用套筒连接, 下完钢筋笼后, (用测绳测量孔底沉渣情况, 如沉渣达到导管没法清净时, 只能提起钢筋笼, 下钻头扫孔。) 接着下导管, 进行二次清孔, 达到设计及规范后可申请浇筑水下混凝土。

4 成桩过程

4.1 导管堵塞

灌注过程中, 混凝土在导管中不能下落, 影响灌注工作顺利进行。

病因分析:初灌时隔水塞堵管;粗骨料粒径过大:混凝土坍落度不合要求和易性、流动性差;拌合不均匀, 产生离析;导管连接部位和焊缝不密封, 发生漏水, 管内形成水塞, 当管内内混凝上不满而含有空气时, 混凝土整斗倾入导管, 导致管内形成高压气塞, 或气塞挤破管节间密封垫继而导致导管漏水。

施工对策:先灌储0.2 m 3~0.3 m 3水泥砂浆, 后灌储混凝土, 防止骨料卡阻水塞;选用粒径小于2 5 mm的粗骨料, 其最大粒径不大于导管内径和钢筋笼主筋最小净距的1/4;严格混凝土配合比, 坍落度控制在18cm~22cm, 坍落度降低至l5cm的时间, 一般下宜小于1 h;混凝土拌合均匀, 搅拌机拌合时间大于9 0 s, 确保导管连接部位焊缝的密封性, 导管应在大于0.5 M P a~0.77Mpa下试压时间大于15min而下泄漏, 以免在导管内形成水塞:在浇灌过程中, 混凝土宜徐徐倒入漏和导管, 避免在导管内形成高压气塞;确保机械运转正常, 必须有备用搅拌机, 必要时, 可在混凝土中掺加缓凝剂;当隔水塞堵塞导管时, 可将提管时散落在孔底的混凝土拌合物清除, 重新下隔水塞浇灌;当孔内混凝土尚未初凝时, 尽决清理导管, 重新下至混凝土面, 开泵冲洗浮浆后, 重新下隔水塞浇灌。隔水塞冲出后, 尽可能将导管向下插入原先浇灌的混凝土内, 原位上下串插导管, 使混凝土混合密实, 再继续浇灌。

4.2 钢筋笼上浮或下沉

系指钢筋笼的位置高于或低于设汁位置的现象。上浮较大时, 降低了桩体抗水平剪切能力;下沉过多, 给土建施工带来麻烦和损失。

病因分析:钢筋笼放置初始位置过高或过低;混凝土流动性过小, 导管在混凝土中埋置深度过大 (6 m以上) 钢筋笼被混凝土顶托上浮;导管掩埋过长, 提升时易摇晃, 难以对准笼的中心, 易发生挂笼现象;导管提升过猛, 混凝土下沉太快, 瞬时反冲力使钢筋笼上浮;钢筋笼制作质量不佳, 或吊装下当而变形;或桩孔倾斜, 钢筋笼随之而变形, 增加了混凝土上升阻力。

施工对策:钢筋笼放置初始位置准确无误, 并与孔口固定牢固;为防止铁丝拉长下沉或顶住上升力, 可采用吊筋加套管等方法顶住钢筋笼上口;加快浇灌速度, 缩短浇灌时间, 或添加缓凝剂, 防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小;混凝上陷近笼底时, 控制导管埋深1.5 m~2 m, 尽量减少串插导管, 改用转动导管密实混凝土;每浇灌一斗混凝土, 检查一次埋深, 直到钢筋笼埋牢后, 恢复正常埋置深度;钢筋笼制作平直下变形, 主筋底端可适当向外弯折, 井增加封底箍筋:导管对中桩孔, 导管接头处套装锥形活动护罩或加密焊接防护斜筋;导管正常埋置深度一般控制在2 m~4 m, 最大不超过而6 m, 便于转动移位;钢筋笼上升时, 停止浇灌混凝土检查埋管深度, 拆除部分导管, 保持埋管l.5 m~2 m, 导管钩挂钢筋笼时, 要下降导管, 转动移位脱钩后上提。

4.3 串桩

指灌注的混凝土跑到另一桩孔内的现象。串桩不仅增加待灌桩孔内沉渣厚度, 且不易消除, 增加成孔难度, 还大量增加混凝上用量, 造成浪费影响施工进度, 孔斜过大不仅降低了桩的承载力, 在受力后桩身还可能被剪断。

病因分析:开挖旧基础钢筋混凝土土梁或石板时, 造成桩位在浅部连通;遇抽水渗井时, 由于渗井被大量淤泥质杂物充填, 井周土质松散, 致使一定范围桩位连通, 孔距过小, 土层软弱、松散, 在混凝土冲力作用下, 通过侧向挤压使混凝土侵入到相邻桩孔中;孔斜过大或塌孔严重未及时处理, 使深部桩位相连。

施工对策:若桩体上部连通, 当灌注至连通部位, 先排开返出的泥水, 同时在连通部位加保护圈, 以防泥水及混凝土进入另一桩孔内, 而引起塌孔或增加孔内沉渣量, 向渗井中下水泥套管, 边钻进边下套管, 以确保施工进度和成桩质量。

4.4 桩顶段砼质量差

指桩顶上部混凝土疏松、夹泥、断裂等质量问题。上部桩身由于缺乏压力, 与桩周土接触应力低, 而受荷时桩身上部荷载应力最大, 因此桩身破坏最易在上部发生。

病因分析:没有勤测混疑土面, 预加的灌注混凝土高度不足, 上部压力小, 混凝土密度低;导管内混凝土高度减少, 超压力降低, 而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加, 比重增大, 混凝土升顶困难, 甚至与泥浆、浮浆接触掺混, 造成夹泥、疏松、离析;导管缩短, 重量减轻, 导管上下串插图难, 或串插程度不够;护筒起拔过猛, 或起拨护筒不垂直, 使护筒粘带未初凝的混凝土, 导致混凝土抗拉强度低而掺入泥浆, 形成夹泥或断裂面。

施工对策:勤测混凝土面, 并在桩顶设计标高以上加灌一定高度的混凝土, 其最小高度不宜小于桩长的5%, 且不小于2 m, 以保证设计标高以下的混凝土符合设计要求, 孔口加水稀释渣浆, 冲出部分稠浆, 减小泥浆比重;导管重量减轻时, 可以改为人工左右转动导管加压串插密实混凝土, 护筒吊绳要周正, 起拔护筒要稳、慢, 混凝土疏松、夹泥、断裂、可采用压浆补强或朴桩。

4.5 断桩

混凝土凝固后不连续, 中间被冲洗液等疏松体及泥土充填的间断桩, 影响了桩身的整体性, 降低了桩体强度和承载力, 以致不能满足设计要求。

病因分析:坍落度损失大的配方和浇灌过程不连续是造成断桩的重要原因;灌注过程中发生埋管、卡管及其他一些情况都将造成断桩。

埋管:导管在混凝土中掩埋过长, 钢筋笼变形, 灌注时间过长, 混凝土已初凝, 内阻力倍增长, 导管被卡死在混凝土内, 法兰盘顶住钢筋笼下端, 由于孔斜大, 笼与孔壁壁摩阻力过大, 加上笼内已有一定高度的混凝土导管无法提升。

卡管:骨料级配不合理, 含有大粒径的卵石、漂砾;混凝土出拌合机时间或运输路程过长, 已产生离析或局部初凝现象而直接用于灌注;导管密封不良, 局部漏水。

施工对策:按有关规范要求, 通过计算和试配确定混凝土配合比, 混凝土应具良好的和易性和流动度, 坍落度损失应能满足灌注要求, 初凝时间应为正常灌注时间的2倍;要求灌注过程连续, 快速、防止出现上述埋管、卡管及其他情况。

5 结语

钻孔灌注桩施工的隐蔽性和不可预见性, 施工工艺复杂, 质量较难控制, 钻孔桩事故处理的方法很多, 难度也较大, 无论采取什么先进的办法处理都将对工程的进度、质量及施工企业的信誉带来不可忽视的影响。因此, 在钻孔桩施工中必须做到每个工序严格按照规范操作, 水下混凝土灌注统一指挥、紧张而有序, 对可能出现的问题制定切实有效的防范措施, 尽最大努力杜绝事故的发生。尤其在旧桥增加桩基础时, 保证人员﹑车辆和设备的安全是重中之重。

摘要：由于钻孔灌注桩施工的隐蔽性和不可预见性, 施工工艺复杂, 质量较难控制, 旧桥加桩不单要保证成桩的质量, 还要保证在加固过程中原桥结构的安全, 本文所介绍的是在桥上不封闭交通的情况下进行, 确保施工过程中桥梁结构安全, 以及施工人员﹑车辆和设备的安全是加固的重中之重, 文章介绍了各个施工阶段的安全操施, 结合钻孔灌注桩施工工艺特点, 详细分析和论述了本桥加固过程中的安全、质量控制要点。

关键词：桩基础,施工,质量控制,安全