浅谈人工挖孔灌注桩的质量安全控制

2022-09-12

桥梁工程中桥梁桩基极为关键, 桥梁桩基由于深埋在地表下, 再加上多数施工区域地下水较高, 因而桩基的质量安全一直都难以控制, 况且桩基质量将直接影响桥梁的整体质量。在实际工作中, 承包商关于桩基础的施工工艺流程, 对施工进度和施工质量、安全的控制, 关系到整个工程项目质量目标的实现。现以麻竹高速公路大随段第03合同段跨京广铁路立交特大桥的人工挖孔灌注桩为例, 谈谈人工挖孔灌注桩工程质量控制。

1 工程概述

大悟至随州段高速公路项目是麻竹高速公路的重要组成部分, 起于大悟县芳畈镇境, 接京港澳高速公路大悟南枢纽互通, 经广水市杨寨、李店、骆店、城郊、关庙、马坪、曾都区淅河等乡镇, 止于曾都区何店镇, 接汉十高速公路随州东枢纽互通。路线全长84.40公里, 全线设置大悟南、杨寨、广水、关庙、淅河、随州东6处互通立交、服务区1处、停车区2处。主线采用四车道高速公路标准建设, 设计速度100公里/h, 初步设计总概算为37.2亿元, 建设工期36个月。跨京广铁路立交特大桥位于第03合同段内, 第03合同段起点位于广水市杨寨镇杨榨村, 设计桩号K12+050, 与本项目第02合同段终点相接。路线向西沿岗地布线至阳家畈以南, 以特大桥梁连续跨越京广铁路和广水河后至本合同段终点K14+180, 路线全长2.13公里。京广铁路立交特大桥全长1087米, 采用4×30+5×30+3×40+5×30+5×30+5x30+4×30+5×30桥跨组合, 铁路上跨部分采用40米箱梁方案, 其余采用30米预应力连续T梁。下部结构采用柱式墩, 桩基础。本桥建设工期为18个月。

2 工程计划与材料控制

跨京广铁路立交特大桥是第三合同段的关键工程, 它控制着第三合同段施工总工期, 关系到麻竹高速公路大随段主线的贯通, 技术含量与施工难度相对较大。施工队伍进场时间为2009年7月份, 根据合同文件与业主要求, 为确保2010年8月份桥梁上部结构全部完成, 年底全线拉通, 因此在2010年4月底前跨京广铁路立交特大桥桩基施工任务必须全部完成。据随州地区气候特点, 该地区12月份气温降低幅度较大, 最低温度可达-10℃, 为保证桩基混凝土施工避开低温气候, 要求承包商采取倒排工期, 合理安排有限的时间。原材料的进场必须严格经过试验检测程序, 杜绝不合格原材料进入施工现场。

3 施工过程的质量安全控制

3.1 地质情况

近期新构造运动较为明显, 具有震荡性和掀斜性特点, 主要表现为境内白垩下第三系地层的倾斜和沿陆水河各级阶地的发育, 桥址区位于地壳相对稳定区块。出露基岩为白垩系公安寨组砂岩, 岩层产状121°∠28°。跨京广铁路立交特大桥跨越广水河, 平均河床宽120m, 夏季暴雨期最大过洪流量500m3/s左右, 冬季枯水期最小流量在0.5m3/s以下。桥址区地表水、地下水水质均较好, 对混凝土无腐蚀性。鉴于以上地质情况, 承包商经过分析, 并通过试挖, 提出采用人工挖孔, 经批准后采用人工挖孔。

挖孔时, 要特别注意施工安全。本合同段内跨越河流为广水河, 沿线沟渠、池塘、山间冲沟等地表水系较发育, 挖孔工人必须配有安全帽、安全绳、并搭设掩体。提取土渣的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具时, 经常检查。井口围护高出地面200mm~300mm, 防止土、石、杂物落入孔内伤人。挖孔工作暂停时, 孔口必须罩盖。挖孔时, 跟踪监测, 如孔内的二氧化碳含量超过0.3%, 或孔深超过10m时, 采用机械通风。挖孔斜桩挖掘时容易坍孔, 采用预制钢筋混凝土护筒分节下沉护壁。

孔内岩石须爆破时, 采用浅眼爆破法, 严格控制炸药用量, 并在炮眼附近加强支撑和护壁, 防止震塌孔壁。当桩底进入倾斜岩层时, 桩底应凿成水平状或台阶形。孔内经爆破后, 先通风排烟, 经检查无有害气体后, 施工人员方可下井继续作业。挖孔达到设计深度以后, 再清除孔底松土、沉渣、杂物;如地质复杂, 应用钢钎探明孔底以下地质情况, 并报经监理人复查认可后方可灌注混凝土。

3.1.1 孔深

先复查护筒顶固定位置的标高, 按设计桩底标高反推钻孔应达到的深度。孔深检测时, 以孔壁边缘的深度为准, 因钻机钻头呈锥形, 中部比边缘相差50cm左右。按边缘不同的位置测取3点, 取平均值。其次, 及时复核测绳上的深度标志, 标志在施工过程中因经常检测来回发生移动, 检测前后用标准钢尺予以校核, 保证实际孔深不小于设计值。

3.1.2 孔位

护筒埋设位置的准确是关键, 实际操作时, 要求在埋设护筒的同时, 在护筒周围将护筒分中埋设护桩。钻孔成孔后, 通过护桩检测孔位, 偏差允许值控制在平面位置小于5cm, 倾斜度小于1%范围内。

3.1.3 孔径

在钻孔之前, 按桩径要求制作验孔器, 验孔器中间长度为孔径的4~6倍, 两头锥体长度分别为孔径的0.5倍, 通过观察验孔器在孔内的下沉顺利程度, 排除孔壁突出孤石或缩孔等现象。

3.2 钢筋笼制作与吊装质量控制

钢筋在各种试验均符合要求的前提下, 才允许批量进场, 制作的钢筋笼钢筋型号、根数、长度必须严格符合设计要求;钢筋间距, 钢筋的绑扎与焊接质量按《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000第10条进行检查, 检查频率符合《公路工程质量检验评定标准》JTJ071-98第6.12条。根据跨京广铁路立交特大桥桩长较长的特点, 为避免钢筋笼过长在吊装时发生变形, 钢筋笼采取分二节制作, 就地焊接的方法。为避免焊接接口位于桩弯矩最大处, 经计算分节长度控制为:18.0m桩接头位于7~9m处;24.0m桩接头位于10~12m处, 同时不允许接头处于同一截面, 相邻钢筋接头中心间距不小于35d, 且不小于50cm。上下两节钢筋笼主筋焊接时, 位置对准, 钢筋轴心一致, 焊接为双面焊, 焊长5d控制。钢筋笼入孔后, 按检测孔位方法检测钢筋笼的居中, 要求钢筋笼的轴线与桩轴线一致。钢筋笼吊装质量必须达到:中心偏位小于5cm, 顶面标高±10mm, 并固定钢筋笼, 防止在混凝土灌注过程中上浮。

3.3 钻孔灌注桩混凝土工程质量控制

由于孔底及孔壁渗入的地下水, 其上升速度较大 (>6mm/min) , 所以在本项目采用水下灌注混凝土桩的方法。水下混凝土灌注是人工挖孔灌注桩最后一道关键性的工序, 其施工质量的优劣直接影响桩本身的质量, 控制灌注混凝土的施工质量, 在施工过程中严把“三关”。

3.3.1 灌注桩混凝土制备关

原材料必须经过严格的试验检测, 特别是粗集料的粒径不能大于40mm。在拌制过程中, 按配合比要求, 采用电子计量, 控制混凝土的水灰比 (0.55) 坍落度 (18~20cm) , 对坍落度达不到要求或拌和后出现离析的混凝土, 必须重新拌制或作废料处理, 混凝土的输送严防漏浆。应在施工前选择取料场对原材料进行检测合格后, 分人工挖孔桩和钻孔桩进行配合比设计, 一般情况下, 钻孔桩水下混凝土的坍落度比人工挖孔桩混凝土坍落度要大, 但无论何种混凝土都应满足施工工艺的具体要求, 如混凝土坍落度、初凝时间、终凝时间等, 其中最重要是混凝土粘聚性和保水性一定要好。

3.3.2 灌注混凝土导管检查关

灌注混凝土导管口径根据粗集料最大粒径确定, 导管口径不小于最大粒径的8倍。导管在使用前, 必须严格经过水密、承压和接头抗拉试验, 避免由于水密性差, 在灌注过程中产生高压气囊或导管接头质量差, 在拉拔过程产生导管断裂等现象。导管底排泄端离孔底的距离, 采取导管先探底后回拔的方法, 控制在高度25~40cm之间。

3.3.3 混凝土灌注过程检查关

在混凝土灌注过程中, 首先应控制混凝土的初灌数量, 为保证首批混凝土能满足导管初次埋置深度和填充导管底部间隙的需要, 要求承包商经计算确定漏斗的最小容量外, 用备用漏斗先准备一斗混凝土, 让两斗混凝土同时灌入, 确保首批混凝土数量。

混凝土的灌注是一个连续过程, 不允许灌注过程中出现中途停灌现象, 承包商必须有专职技术人员现场把关, 经常检测孔内混凝土面的高度, 及时调整导管排泄端与混凝土面的相对位置, 保证导管排泄端充分伸入先前灌注的混凝土中至少2.0m, 且不超过6.0m, 按灌注的混凝土数量和检测高度双重控制, 保证灌注的混凝土顶面标高高出理论设计桩顶标高不小于80cm, 并在灌注过程中及时拉拔护筒, 确保混凝土灌注过程一气呵成。

桩基混凝土灌注完成后, 在混凝土终凝后应对桩基混凝土进行保养。桥梁工程桩基混凝土灌注完保养至龄期后, 应对桩基质量进行检测, 目前我国对于交通工程中桥梁桩基的检测方法普遍采用的有两种:一是超声波透射法;二是低应变法。低应变法由于其检测结果精度低, 目前主要用在小直径桩或短桩的检测。然而超声波透射法虽然检测成本高于低应变法, 但其检测结果准确性较高, 所以在本项目全部采用超声波透射法。由于每个环节控制较好, 经检测, 第三合同段跨京广铁路立交特大桥的桩基全部为Ⅰ类桩。

4 结语

由于人工挖孔灌注桩的施工大部分是在地面以下进行, 施工质量安全都较难控制, 这就要求我们在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工、验收规范, 核查地质和有关灌注桩方面的资料, 对施工过程中可能会发生的一些问题进行全面分析, 落实预防措施, 做到科学组织, 精心施工, 严格管理, 这些施工中常见问题是可以避免的。

摘要：本文以麻竹高速公路大随段第03合同段跨京广铁路立交特大桥的人工挖孔灌注桩为研究背景, 阐述了人工挖孔灌注桩的质量控制问题及安全控制思路, 相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：灌注桩,挖孔,质量,控制