常见灌注水下混凝土导管事故的防治

高秋丽,孙连忠

(1.河南中州路桥建设有限公司;2.河南省周口市宏达工程监理有限公司)

桩基础是最古老的基础形式之一,它历史悠久,而且经久耐用;在我国桥梁工程中大规模应用和发展还在 50年代以后,木桩逐渐被钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩所取代。灌注水下混凝土是成桩的关键性工序,灌注过程中应分工明确,密切配合,统一指挥,做到快速、连续施工,灌注成高质量的水下混凝土,防止发生质量事故,如出现事故时,应分析原因,采取合理的技术措施,及时设法补救。对于确实存在缺陷的钻孔桩,应尽可能的补救,不宜轻易放弃,造成过多的损失,结合工程中常见的钻孔灌注桩中现浇水下混凝土事故原因及处理措施分述如下。

1 现浇水下混凝土施工中常见的事故

1.1 卡管

卡管在灌注水下混凝土过程中经常发生,其主要原因如下。

(1)混凝土质量欠佳。水灰比掌握不平;材料计量不准确;粗、细骨料级配不合理;水泥进库时间太长或受潮结块;混凝土拌和时间过短,拌和不均匀;以及阴雨天运送混凝土未加遮盖使水泥浆流失,运送道路起伏不平等,导致混凝土和易性能差,甚至产生离析而卡堵在导管内。

(2)混凝土供应不及时。机械故障或运距较远,导致管内混凝土长时间停止,影响其流动性。

(3)导管进水。接头不严密,橡皮垫圈被导管内高压气囊挤开;焊缝破裂线导管使用时间过长使管壁磨损而造成砂眼,水渗进导管。

(4)首批混凝土卡管。隔水球长在导管内,线是导管下端距孔底间隙小,甚至插入土中使混凝土不能向管底流动。

1.2 导管吊断或滑扣

提升导管一般是将灌注漏斗和导管连接一起,下列原因易造成导管拔断或滑扣脱落。

(1)混凝土埋管过深。刚开灌时由于混凝土落差较大,而易形成包管过大,有时 7～8m,致使导管易被混凝土牢牢握裹住,产生很大的摩阻力。

(2)机械故障,混凝土供应持续时间过长,使混凝土初凝。

(3)漏斗与导管螺栓拧紧不足,使导管提升是螺栓滑落。

(4)法兰盘被钢筋笼够住。在小孔径桩易发生此类事故,由于导管并接不顺直,浇灌时偏位,或钢筋笼底端钢筋变形勾住法兰盘,使导管拔不出。

(5)坍孔造成导管深埋。由于水压或地下水位变化使孔内静水压力失去平衡而造成坍孔。

1.3 无混凝土包管

无包管将导致导管内进水,使灌注桩形成断层,其主要原因如下。

(1)集料斗偏小。首批混凝土供应量不足或导管底端提升过高,开灌后无包管。

(2)测深有误。测量器具不标准,导管尺寸不明确,仰或倾经验或理论数据估测,从而造成判断失误,将导管拔离混凝土,形成无包管。

(3)拌和或运输机械故障,使浇灌时间长而使导管拔出。

2 事故处理

2.1 卡管的补救措施

(1)疏通法:对由于混凝土欠佳、隔水球卡管或机械故障排除后,可用长钢钎或 Φ25以上钢筋冲捣管内混凝土,用铁锤敲震导管法兰,起吊绳抖动,必要时还可以在导管上安装附着震动器,使之疏通。

(2)重插法:上述方法无效后将导管提出孔外,进行清理修整调整,若孔内表层混凝土尚未凝结成硬壳,可将导管插入混凝土面层下 50～80cm深,将管内泥浆和沉淀土用潜水泵抽干,并用取污小桶,反复冲洗提取,清除管内污物后,继续灌注混凝土。若导管插不进时,该桩只好作废桩处理。

(3)提升法:可将导管缓慢提升一定高度,一般上提 80～100cm,待混凝土开始流动下落时,再将导管下降 40～50cm。

2.2 导管拔断或滑扣的处理方法

(1)首先将断落导管拔出,如拔不出时,对桩径大于1.2m的桩且混凝土未初凝,可再插入一根导管,按重插法处理。否则或因坍孔卡管则为废桩。

(2)接桩法:当孔内混凝土面层距桩桩顶设计高程 3m左右发生事故时,将护筒加震埋深,并将护筒内泥浆抽干,然后把桩顶泥渣和软弱混凝土层清除干净,刷抹一层纯水泥浆,安装同直径的模板,重新浇普通混凝土至设计高程。

2.3 无混凝土包管的处理方法

(1)清孔法:首批混凝土供量不足或开灌不久即出现无包管时,采取二次清孔,清除孔底混凝土重新灌注。

(2)灌注过程中因测量失误,或混凝土供应不及时误将导管拔出造成无包管时,可采用重插法处理。如表面混凝土已初凝则为废桩。

(3)若混凝土灌注距桩顶 4m以内,此时因混凝土落差较小,泥浆稠度大,导管内混凝土灌不进而拔脱无包管可按接桩法处理。

2.4 出现废桩的补救方法

(1)钻孔法:出现废桩且混凝土位置于素混凝土或刚进入钢筋笼不久,应抢在混凝土终凝进将钢筋笼拔出,重新钻孔清除混凝土,采用反循环钻孔,可直接通过吸排钻渣将混凝土排出孔外。

(2)挖孔法:若废桩混凝土超过终凝期,采取直接钻孔比较困难,可在不影响该桩设计技术要求的前提下,将原桩径进行扩大,在地质情况变化不大时,扩大孔径D2=D1H/h (D1为原桩径、H为设计桩底至扩径桩顶高度、h为扩径桩高度)并在河床冲刷线以上在按原设计桩径进行接桩。

(3)加桩法:若断桩位置在弹性零点以上,且确定为废桩时,可在原桩位两侧各增钻一根灌注桩,其钻孔桩径可与原设计相同也可不同,一般小于原设计桩径,以减小两桩间距。然后在河床冲刷线以上浇筑平台,再在承台上原桩位轴线接桩。

3 预防措施

3.1 防止导管事故

(1)配置备用导管:经计算孔深45m时,导管须以5mm厚的钢板制成,且施工现场必须配一套备用导管。

(2)防止导管法兰被钢筋笼勾挂,可在导管外套上直径比法兰大 20cm的“橄榄筒”,即锥形活动护罩,也可采用无法兰的螺旋接头。

(3)导管防漏。灌注前应对拼接须直的导管进行严格检查,做水密、水压实验,其强度应在 1.5倍水深压强即0.7MPa,持续时间15mm左右,发现不合格时应坚决调换。

(4)导管提升。用两根钢丝绳对称套扣在底节导管的耳环上,安装时要认真测量孔内沉淀层厚度,以便控制提升高度。

(5)控制导管埋深。在混凝土浇注过程中,要注意观测混凝土的上升情况,当灌注正常时,一般导管埋深控制在3.5m左右即可。若遇阴雨天气或混凝土供应不畅,埋管可适当增大,但不宜超过 5m,如发生机械故障,间隔时间较长无混凝土供应则应经常震动导管。

3.2 防止机具故障

(1)为了首批灌注的混凝土数量能保证将导管内水全部压出并满足导管出次埋入深度的需要,按下式准确计算出漏斗和储料槽最小容量。V=h1×1/4πd2+Hc×πD2/4(Hc导管出次埋深加开始导管底孔底的间距;h1=Hwyw/yc;Hw孔内水面到混凝土水柱高m;yw、yc孔内水或泥浆混凝土容量。d、D导管、桩孔直径m)

(2)用猫头鹰闸门打料方法,避免隔水球卡管。

(3)控制和探测孔内灌入混凝土的上升情况,应采用4kg重圆锥形侧锤及标准测量用绳。

(4)工地现场应有备用的易损配件和主要机具,如搅拌机,钢丝绳及运输机械等,浇灌平台上应备有平板震动器,钢钎等。

3.3 混凝土的配置与灌注

(1)进场的材料应严格按质量标准进行级配和强度试验。导管内径为30cm时碎石粒径不大于 4cm。配料时应由专人认真计量,控制坍落度在 18～20cm。为延缓初凝时间,首批混凝土应掺入一定比便的塑化剂或缓凝剂。

(2)混凝土灌注过程中应反复探测孔内混凝土面的上升情况,控制导管埋深,并做好详细记录,以便分析桩在各土层扩缩情况。

(3)灌注混凝土应连续作业,一气呵成,避免任何原因的中断灌注。孔内混凝土上升到接近钢筋笼底时应防止钢筋笼被混凝土顶起。

(4)提升导管不能过猛且应保持轴线竖直和位置居中,同时要防止导管埋入过深,当导管内含空气时,后续的混凝土应徐徐灌入,以免形成高压气囊。

(5)在灌注将近结束时,导管外泥浆稠度增大,混凝土灌注困难,可用水冲法稀释泥浆,并且提高灌注落差,使灌注工作顺利进行。

(6)灌注的桩顶标高应此设计值预加一定高度,一般为0.5m。此范围内的泥浆和混凝土应凿除,以保证桩顶混凝土的质量。