水下混凝土灌注常见事故分析及处理

华振祺

摘 要:水下混凝土灌注由于其施工的隐蔽性、工艺的复杂性和连续性,容易出现钢筋笼浮起、坍孔等灌注施工事故,给工程带来了极大的经济损失与安全隐患。水下混凝土灌注施工质量是保证成桩质量的关键技术,因此,水下混凝土灌注施工质量问题,亟待探讨、研究和解决。

关键词:钻孔灌注桩;水下混凝土;施工工艺

中图分类号:TU745.39

文献标识码:B

文章编号:1008-0422(2009)03-0145-02

1前言

水下混凝土灌注的常遇问题有润管砂浆流入孔内、导管漏水、钢筋笼浮起等,本文针对其形成原因及处理和预防措施作简要分析。

2导管进水

2.1主要原因

2.1.1首批混凝土储量不足,或虽然混凝土储量已够,但导管底口距孔底的间距过大,混凝土下落后不能埋没导管底口,以致泥水从底口进入。

2.1.2导管接头不严,接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开,或焊缝破裂,水从接头或焊缝中流入;导管连接处密封不好,垫圈放置不平正;垫圈挤出或损坏;法兰螺栓松动。

2.1.3导管提升过猛,或测深出错,导管底口超出原混凝土面、底口涌入泥水。

2.2处理措施

为避免发生导管进水,事前要采取相应措施加以预防。万一发生,要当即查明事故原因,采取以下处理方法:

2.2.1若是上述第一种原因引起的,应立即将导管提出,将散落在孔底的混凝土拌合物用反循环钻机的钻杆通过泥石泵吸出,或者用空气吸泥机、水力吸泥机以及抓斗清出,不得已时需要将钢筋笼提出采取复钻清除。然后重新下放骨架、导管并投入足够储量的首批混凝土,重新灌注。

2.2.2若是第二、三种原因引起的,应视具体情况,拔换原管重下新管;或用原导管插入续灌,但灌注前均应将进入导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。如系重下新管,必须用潜水泵将管内的水抽干,才可继续灌注混凝土。为防止抽水后导管外的泥水穿透原灌混凝土从导管底口翻入,导管插入混凝土内应有足够深度,一般宜大于200cm。由于潜水泵不可能将导管内的水全部抽干,续灌的混凝土配合比应增加水泥量,提高稠度后灌入导管内,潜入前将导管进行小幅度抖动或挂振捣器予以振动片刻,使原混凝土损失的流动性得以弥补。以后灌注的混凝土可恢复正常的配合比。若混凝土面在水面以下不很深,未初凝时,可于导管底部设置防水塞(应使用混凝土特制),将导管重新插入混凝土内(导管侧面再加重力,以克服水的浮力)。导管内装灌混凝土后稍提导管,利用新混凝土自重将底塞压出,然后继续灌注。

3钢筋笼浮起

3.1原因

钢筋笼浮起,除了一些显而易见的原因是由于全套管上拔、导管提升钩挂所致外,主要的原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口,导管底口在钢筋笼底口以下3m至以上1m时,混凝土灌注的速度(m3/min)过快,使混凝土下落冲出导管底口向上反冲,其顶托力大于钢筋笼的重力时所致。

为了防止钢筋笼上升,当导管底口低于钢筋笼底部3m至高于钢筋笼底1m之间,且混凝土表面在钢筋笼底部上下1m之间时,应放慢混凝土灌注速度。允许的最大灌注速度与桩径有关,当桩长为50m以内时可参考表1办理。

在不是全桩长配筋的桩中,钢筋笼上浮是最为常见的质量事故,造成上浮原因有二:

⑴ 混凝土品质差,易离析、初凝时间短、坍落度损失大的混凝土,都会使混凝土面上升或至钢筋笼底端时,钢筋笼难以插入而造成顶托上浮。或有时混凝土面升至钢筋笼内一定高度,表层混凝土开始初凝,也会使其上浮。

⑵ 操作原因:

① 钢筋笼孔口固定不牢,稍受上冲力即引起上浮;或没有固定好钢筋笼,抗浮筋断裂;

② 混凝土面到达钢筋笼底部时,导管埋深浅,灌注量大,混凝土对笼的上冲力过大;

③ 导管埋深过大。混凝土的上浮力变大,钢筋笼就容易被托起。

④ 混凝土灌注速度太快,混凝土的上浮力大于钢筋的自重;

⑤ 混凝土灌注时间太长,上部混凝土塑性降低或已初凝,结成硬壳,混凝土面上升时导致钢筋笼上浮;

⑥ 灌注混凝土时,若钢筋向一侧移,或因导管不对中,提升导管时导管法兰盘挂钢筋笼而使钢筋笼上浮;

3.2处理措施

对于由混凝土品质造成的上浮,应通过改善混凝土流动性能、初凝时间及灌注工艺等来予以避免。

对于由操作引起的上浮,在灌注混凝土时,当混凝土快要接触钢筋笼底时,应稍放慢灌注速度,或将导管适当地埋深(此时导管下口在笼下端以下),以减少混凝土面上冲的动力;当混凝土面已进入笼内一定高度后,则应提升导管到导管下口高于笼下端相当距离的地方。

3.3预防措施

一旦出现钢筋笼有拱上趋势,要将它抑止是困难的。因此,施工时要预先采取措施,使上述情况不致发生。根据国内外钻孔桩水下混凝土施工的经验,可采取以下措施防止钢筋笼上浮:钢筋笼下到设计标高后,将吊放钢筋笼的四根钢筋弯钩焊(点焊)在护筒上,使骨架固定不动;也可用钢筋(或钢管)垂直地压住钢筋笼,将钢筋(或钢管)焊在孔口上,但须注意位置的垂直,以防骨架变形。钢筋笼底部绑扎成井字型,并在两旁各设置一块厚度为10cm左右的混凝土块;由导管注入的混凝土积压在混凝土块上,用混凝土的自重防止钢筋拱上。对于下端需配筋的摩擦桩,可将少量主筋伸到孔底。这样,当混凝土浇至上部钢筋笼时,因下部主盘与混凝土间己有一定的粘结力,故可杜绝或减少钢筋笼上浮。具体措施有:

(1)适当减少钢筋笼下端的箍筋数量,可以减少混凝土向上的顶托力;

(2)钢筋笼上端焊固在护筒上,可以承受部分顶托力,具有防止其上升的作用:

(3)在孔底设置直径不小于主筋的1～2道加强环形筋,并以适当数量的牵引筋

牢固地焊接于钢筋笼的底部,实践证明对于克服钢筋笼上升是行之有效的。

4坍孔

在灌注过程中如发现井孔护筒内水(泥浆)位忽然上升溢出护筒,随即骤降并冒出气泡,应怀疑是坍孔征象,可用测深仪探头或测深锤探测。如测深锤原系停挂在混凝土表面上未取出的现被埋不能上提,或测深仪探头测得的表面深度达不到原来的深度,相差很多,均可证实发生坍孔。

坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水,孔内水位降低,或在潮汐河流中涨潮时,孔内水位差减小,不能保持原有静水压力,以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等,均有可能引起坍孔。

发生坍孔后,应查明原因,采取相应的措施、如保持或加大水头、移开重物、排除振动等,防止继续坍孔。然后用吸泥机吸出坍入孔中的泥土;如不继续坍孔,可恢复正常灌注。如坍孔仍不停止,坍塌部位较深,宜将导管拔出,将混凝土钻开抓出,同时将钢筋抓出,只求保存孔位,再以粘土掺砂砾回填,待回填土沉实时机成熟后,重新钻孔成桩。

在松散粉砂土、淤泥或流砂层中钻进时,控制进尺,选择大比重、粘度、胶体率的优质泥浆;孔口坍塌的,回填重钻或下钢护筒至未坍处以下1m;孔内坍塌不严重的,可加大泥浆比重继续钻进,较严重的可回填砂石和粘土的混合物再钻。

5灌短桩头

5.1产生原因

灌注桩顶标高不足,一是施工控制不严,在未达到设计标高时混凝土停浇;另一种虽然标高达到设计值,因桩顶混凝土浮浆层较厚,凿除浮浆层后出现桩顶标高不足。

⑴ 灌注将近结束时,浆渣过稠,用测深锤探测难于判断浆渣或混凝土面,或由于测探锤太轻,沉不到混凝土表面,发生误测,以致拔出导管终止灌注而造成短桩头事故。

⑵ 灌注混凝土时,发生孔壁坍方,未被发觉,测深锤或测深仪探头达不到混凝土表面,这种情况最危险,有时全程短数米。

5.2预防办法及处理措施

⑴ 在灌注过程中必须注意是否发生坍孔的征象,如有坍孔,应按前述办法处理后再续灌。

⑵ 测深锤不得低于规范规定的重力及形状,如系泥浆相对密度较大的灌注桩必须取测深锤重力规定值。重锤即使在混凝土坍落度尚大时也可能沉入混凝土数十厘米,测深错误造成的后果只是导管埋入混凝土面的深度较实际的多数十厘米;而首批混凝土的坍落度到灌注后期会越来越小,重锤沉入混凝土的深度也会越来越小,测深还是能够准确的。

⑶ 灌注将近结束时加清水稀释泥浆并掏出部分沉淀土。

⑷ 采用热敏电阻仪或感应探头测深仪。

⑸ 采用铁盒取样器插入可疑层位取样判别。

处理办法可按具体情况参照前述接长护筒;或在原护筒里面或外面加设护筒,压入已灌注的混凝土内,然后抽水、除渣,接浇普通混凝土;或用高压水将泥渣和松软层冲松,再用吸泥机将混凝土表面上的泥浆沉渣吸除干净,重新下导管灌注水下混凝土。

6总结

本文主要介绍了水下混凝土灌注过程中常见的事故原因分析及其处理措施,包括导管进水、钢筋笼浮起、坍孔等。发生事故后应清楚事故的性质和范围,目的要明确,应有预定处理方案。处理要及时,防止留下隐患。对事故处理方法较多,选择的处理方案要求安全可靠,经济合理,施工方便,方法可靠;对未施工部分应提出预防和改进措施,防止事故的再次发生。

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