赤石特大桥主墩钻孔灌注桩桩基施工监理中的质量控制方法研究

黄正雄

(湖南省交通建设工程监理有限公司,湖南长沙 410015)

赤石特大桥是国干厦蓉线汝郴高速公路上第十九合同段的一座特大桥,位于湖南宜章县赤石乡境内,桥位跨青头江河道。主桥为165 m+3×380m+165 m。四塔预应力混凝土斜拉桥”,主塔塔高286m。主塔5#墩为扩大基础,主塔6#、7#、8#墩为钻孔灌注桩群桩承台基础,每墩34根大直径钻孔灌注嵌岩桩(其中11根φ3.1 m和23根φ2.8m)。本监理组在赤石特大桥主塔桩基础施工监理过程中,采取了目标管理、工序管理、指令管理、工艺管理、整体管理等控制方法,为抓好大直径钻孔灌注嵌岩桩桩基础的施工质量,进行了有效的探索。

1 以图纸、规范和合同为依据,明确桩基施工质量的控制目标

赤石特大桥桥位处于溶岩发育区,地质条件十分复杂,主墩区位于河流及冲积区内,地层岩性多样,覆盖层为种植土、粘土、卵石、漂石、块石等冲积堆积而成,厚度不均,从11m到50m。基岩层为泥灰岩、灰岩、炭质灰岩、钙质页岩、构造断层角砾岩、构造断层泥岩。部分桩位于断层内,岩层受构造挤压褶曲,岩石被断层错开,岩溶十分发育。

本监理组对地质勘察资料及设计图纸充分研究,摸清了相对应墩号桩基孔号的地质基本情况,便于正确地监控桩基入岩深度,判定安装内护筒高程,确认成孔地质条件是否符合设计要求,保证施工质量。同时,对施工方案中钻机选型、钻孔平台、外护筒、内护筒设置、护壁泥浆的制备、钻进方案、清渣清孔方案以及浇桩方案等关系到钻孔桩成孔、成桩质量的重点内容严格审查,监理对钻孔施工工艺、灌桩工艺,提出了许多切实可行的改进意见,对小W、大W布钻方案最后形成的少量相邻孔施工提出了具体要求,按审查批复后的施工工艺要求施工,不得随意降低工艺要求,造成进尺缓慢,泥浆循环作用不良,或引起坍孔、断桩等事故。在1 300多m2的平面内密集布桩34根,不允许补桩的现象发生,不允许返工的现象发生(工期不允许、场地不允许),监理明确了桩基的质量控制目标是全部Ⅰ类桩,要求工序验合格率100%,本道工序未经验收禁止进入下道工序施工,将质量问题消除在本道工序,从而对保证钻孔桩的质量,防范事故于未然,起到了很好的事前控制作用。

2 合理划分施工工序,把好施工现场工序质量关

监理组通过监理细则实施细则,对桩基施工过程和施工工序进行了合理的划分:桩位放样→外护筒安装→覆盖层钻进→内护筒安装→基岩层钻进→终孔、一清成孔检测→下放钢筋笼→二次清孔→浇筑桩身混凝土→桩身质量检测。对钻孔桩重要工序坚持旁站监理,掌握现场质量实际情况及第一手资料,并为业主、设计和施工会商处理技术质量问题提供参考。钻孔桩入岩的判定,安装内护筒高程的确认,终孔的判定、清孔的质量、钢筋笼与导管的安装、水下混凝土的浇筑等重要工序,监理工程师均须旁站跟踪检查,予以确认。现场监理每天对施工现场技术人员的到位情况进行登记,对钻孔的中心栓桩(骑马桩)进行查看,测量孔深,对钻孔记录进行检查和地层地质较对,对照地质勘探资料检查渣样是否与地质勘察文件相符,对泥浆各项指标进行常规检测,发现问题及时处理或上报。由于溶岩高度发育,钻孔入岩后经常发现大量漏浆甚至偏孔现象,采取及时回填片石、粘土、水泥,反复冲击反复回填,直至封堵良好、孔形合格、孔壁稳固、垂直度符合要求时,才继续钻进。由于处理实在,同一部位出现再次塌孔漏浆现象的机率大为降低,成孔质量得到保证。钻孔与成桩过程中出现的问题,现场监理工程师及时在场协助处理并予认可。本道工序验收合格才能进入下道工序施工。本道工序未经验收禁止进入下道工序施工,将质量问题消除在本道工序,从而对保证钻孔桩的质量。

3 用监理指令提高清孔标准,确保清孔质量

赤石特大桥全部采用冲击钻正循环钻进工艺,采用当地优质粘土造浆。但该处粘土显微酸性,黏土颗粒难于分解,黏度降低,失水量增加、流动性降低。为了改善泥浆性能,在泥浆中掺入羧甲纤维索CMC和纯碱,将泥浆的pH值提高到8～9,黏度控制在17～20 s。这时可增加水化膜厚度,提高了泥浆的胶体率和稳定性,降低失水量,钻孔过程泥浆比重控制在1∶1.3左右,有效提高了泥浆浮渣能力,冲击钻正循环施工效率大为提高。

赤石特大桥主塔桩基础由于地质复杂,最长桩长达到96 m,成孔深度达到102 m。根据桩基这个大直径、大深度、嵌岩支承的特点,依据设计要求采用反循环清孔。为了确保清孔质量,在清孔设备选型方面作了具体要求和实施,选用大功率160 kW的空压机(20m3/min)加黑旋风泥砂分离器加φ 150mm清孔专用导管进行2次清孔。一清必须达泥浆比重1∶1.20、基本无钻渣,对于孔底有结泥的,还需动用冲击钻头搅动辅助清孔。对于钢筋笼安放过程中的沉淀和孔壁擦落的泥皮泥块在二清时予以清除,监理指令明确要求二清标准必须达到泥浆比重1∶1.15以下、含砂率1%以下、沉淀厚度5 cm以下,才能进入浇桩工序。这样的清孔标准高于规范和设计的要求,但监理基于赤石特大桥桩基大直径、深孔桩、嵌岩桩三结合的现实质量要求和施工机具、施工工艺的能力极限提出来的,并以指令形式予以固定质量标准执行。有效地降低了泥浆含砂率,显著降低了孔底沉淀层厚度,减弱了混凝土浇筑过程中沉淀速率以及对混凝土的顶升阻力,有效预防了出现半边桩、桩头不完整的现象。同时,适当调整泥浆比重,对提高和保持泥浆胶体率,改善泥浆性能、提高了泥浆对孔壁的压力,防止人为加水稀释泥浆以降低泥浆比重通过监理检查验收的错误做法,确保了泥浆质量和浇桩过程中孔壁的稳定以及降低沉淀速率。由于制定了比规范要求更严的清孔标准,实现了“一清清渣,二清清砂”的目标。一清合格下笼子(钢筋笼)、二清合格下导管。在实际施工过程中得到较好贯彻,取得了良好的质量效果。关键工序施工自检、监理复检、第三方终检,监理总体把关,确保了清孔质量。

4 监理规定采用拔塞与嵌球法相结合进行灌注桩首封,确保桩端和桩身混凝土质量

嵌岩桩主要靠桩端来支承主塔承台传来的压应力,确保桩端和桩身混凝土质量是关键,因此监理处正副处长,根据以往特大桥桩基监理经验和赤石特大桥的桩基特点,要求施工方采用拔塞与嵌球法相结合进行每根桩的首封混凝土,确保桩端混凝土的质量。实际施工中得到了施工方的理解和执行。拔塞与嵌球法即导管安装好后,在导管内放置一个充气皮球(篮球也可),皮球直径比导管直径小3 cm,浮在导管内的泥浆面上,再与小料斗连接,在小料斗内与导管连接口处放置一个带有提控钢丝绳的钢制栓塞,小料斗装满混凝土,大料斗储满混凝土补充,拔塞时料斗中的混凝土从导管入口泻入导管中,混凝土顶压顶推皮球至导管底口排出,皮球在浮力作用下上浮至孔口,完成首封任务。由于皮球起到隔水栓塞的作用,导管中的混凝土直至导管底出口时才与泥浆短暂接触后迅速堆积,保证了桩端混凝土不被洗澡。为了确保首封埋管深度,大、小料斗储存混凝土超过18.5m3,对φ2.80m和φ3.10m桩孔浇桩导管实际首封埋管深度均超过2 m,并采用双拌双泵双管连续灌注,确保了桩端混凝土的质量和桩身混凝土的质量。

5 制定浇桩前会签制度,消除影响质量因素、确保成桩质量

大桥监理组为了确保每根桩的顺利和可靠灌注,制定了《大直径桩基混凝土浇筑施工准备情况会签表》,对主塔基础每一根桩基浇筑前,必须经过施工方自检会签、监理检查会签,检查内容除了要求双拌双管双泵备用发电等机械设备外,灌桩前还要求施工方对技术、质检、安全作业人员就位情况检查,对水泥、碎石、砂、粉煤灰、外加剂等原材料及混凝土施工配合比各项准备进行检查和会签,只有通过监理抽检和会签才能灌桩,没有通过监理检查验收会签的,一律禁止浇桩,多次出现不符合浇桩条件而拒签禁浇的情况,监理要求继续准备和整改,也得到施工方的较好执行,直至符合浇桩条件方可批准浇桩。在浇桩时间和环境温度控制上针对各个季节进行了调整:雨季白天浇,夏季晚上浇,秋季昼夜浇,冬季高温时段浇。由于较好地落实了桩基混凝土浇筑的各种保证体系和预案处置,尽管有些单桩浇筑量达600～700多m3,浇筑时间达12 h左右,仍能保证浇筑过程万无一失。从第一、二、三循环成桩质量检测报告来看,6#、7#、8#墩全部112根大直径钻孔灌注嵌岩桩均为1类桩,其中6～12#和7～17#桩的自平衡静载试验表明,单桩承载力已超过设计要求,取得了较好质量控制效果。

6 结语

桥梁工程的监理是一门系统化的科学,任何环节都不能有丝毫闪失,否则其所引起的损失是难以估量的,这就需要桥梁系统从上而下扎扎实实地开展这项工作,并制定各项措施,保证工程项目能在计划的投资、进度和质量目标内完成。监理组在赤石特大桥主塔桩基础施工监理过程中,采取了目标管理、工序管理、指令管理、工艺管理、整体管理等控制方法,为抓好大直径钻孔灌注嵌岩桩桩基础的施工质量,进行了有效的探索,将工程实施过程中的各种现象有机地联系起来,做到质量在我心中,我能掌握质量工作。

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