郝兔魁
钻孔灌注桩的发明及使用已有100多年的历史,随着工业化的发展,城市的扩张,人口的膨胀,高层建筑的不断增加,地基承载力较差的地区无法满足建筑承载力的要求。随着建筑桩基技术的发展,钻孔灌注桩凭借其自身特点的优势在城市高层、超高层的建筑物以及各种重型、关键型构筑物中被广泛应用。随着我国经济的快速发展,钻孔灌注桩设计及施工水平也有了长足的进步。
本工程位于太原市杏花岭区,东起规划路,南至北河湾路,北临北河湾东街。场地地层自上而下可划分为:
①层:人工填土,②层:湿陷性黄土,厚度0.9 m ~6.1 m,③层:粗砾砂,层厚 0.40 m ~6.80 m,④层:粉土,⑤层:粉质粘土,厚度4.50 m ~7.60 m,⑥层:粉质粘土、粉土层,平均厚度6.64 m,⑦层:粉质粘土层,平均厚度7.71 m,⑧层:粉质粘土,平均厚度11.31 m,⑨层:粉质粘土,平均厚度 11.31 m,⑩层:粉质粘土,平均厚度 9.55 m,○11层:粉土。
钻孔灌注桩工艺成熟、成本低、质量可靠,结合本工程施工场地空旷,周围无重要建筑物,因此采用冲击钻成孔,水下灌注混凝土工艺。
本工程钻孔灌注桩有以下特点:
1)本工程钻孔灌注桩直径大、入土深,可有效提高地基承载力;
2)采用墙下布桩,无需桩顶承台,简化了基础结构形式;
3)钻孔灌注桩布桩间距大,群桩效应小;
4)可以穿越各种土层,提高施工的可操作性;
5)施工设备简单轻便,能在较低的净空条件下成桩。
钻孔灌注桩在施工中,影响成桩质量的因素较多,质量不够稳定,有时候会发生缩颈、桩身局部夹泥等现象,桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺而变化,且又在较大程度上受施工操作影响。
1)护筒周围土体塌陷,造成护筒倾斜、移位。
原因:护筒底有杂填土,杂填土坍塌造成护筒失稳;护筒周围土体不密实以及施工中钻头起落碰撞。
处理措施:如遇到杂填土时应使用长护筒穿越杂填土;埋设好护筒后,护筒周边应用粘土分层夯实;在施工过程中应做好技术交底,正确操作钻机,尽量避免钻头磕碰护筒。
2)塌孔。
原因:地质条件较差,土质松散,泥浆性能差,护壁效果不好;施工用水不足,造成孔内缺水,无法护壁;钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁的坍陷。
处理措施:孔位上部土质条件不好时,应适当采用长护筒,穿越上部土层;当土质条件较好时可以采用自然造浆,但是如果土质条件较差,必须使用红粘土或者钻孔液进行辅助护壁;在施工过程中,严格要求工人按照技术交底进行操作,避免因人为操作不当,造成塌孔。
3)缩颈。
原因:成孔时间较长,塑性土膨胀。
处理措施:合理配置泥浆,加快成孔速度,保证护壁泥皮厚度,防止孔壁渗水,引起膨胀。如果出现缩颈,使用钻头进行扫孔以扩大孔径。
4)钻孔偏斜。
原因:钻机就位时,支撑腿不稳定或者地面土质较软造成支撑腿失稳;钻进过程中遇到大孤石或其他硬物。
处理措施:施工前应将施工场地平整压实,钻机及支撑腿应用枕木保证均匀着地;安装钻机时要求钻头、钻架上起吊滑轮以及桩位中心在同一轴线。遇到孤石应低挡低速钻进。在开孔、钻进、成孔时分别进行桩位复测,发现钻孔偏斜时,及时纠正,如无法纠正应当用好土填埋后重新钻进。
5)桩底沉渣量过多。
原因:泥浆性能较差,成渣沉淀较快;未进行二次清孔;钢筋笼吊放过程中刮刷孔壁;清孔后,待灌时间过长,致使泥浆沉积。
处理措施:成孔后,应使用掏渣筒将孔底沉渣清理干净。钢筋笼吊放时,使钢筋笼的中心与桩中心保持一致,避免碰撞孔壁。下完钢筋笼后,检查沉渣量,如沉渣量超过规范要求,则应利用导管进行二次清孔。初灌混凝土时,导管底部至孔底的距离宜为30 mm~50 mm,并应有足够的混凝土储备量,使导管一次埋入混凝土面以下1.0 m以上,以利用混凝土的巨大冲击力达到清除孔底沉渣的目的。
1)卡管。原因:因操作不当,导管清洗不干净,使导管内壁挂混凝土,摩擦力增大;初灌时,隔水栓安装不正确导致堵管;混凝土和易性、流动性差造成离析;混凝土中粗骨料粒径过大;各种机械故障引起混凝土浇筑不连续,在导管中停留时间过长而卡管;导管进水造成混凝土离析等。
处理措施:导管使用完毕应及时清理干净;使用的隔水栓直径应与导管内径相配,同时具有良好的隔水性能,保证顺利排出;在混凝土灌注时,应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必须具备良好的和易性,配合比应通过实验室确定,为改善混凝土的和易性,水下混凝土宜掺外加剂;导管使用前应进行密封压水试验;经常检查机械设备等的安全性能,保证机械正常运转,保证灌注的连续性。
2)钢筋笼上浮。原因:钢筋笼下放标高计算错误,钢筋笼放置初始位置过高;混凝土流动性过小,导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升;浇筑时间过长,上部混凝土已经初凝形成硬壳,混凝土拖动钢筋笼造成上浮。
处理措施:钢筋笼标高应多人计算,保证初始标高计算正确;开始浇筑前,应检查混凝土的坍落度,如不符合规范要求,不应使用。应保证混凝土浇筑的连续性,尽量缩短浇筑时间。在钢筋笼顶部设置固定措施,例如固定在护筒或其他可靠物体上并控制导管埋深在2 m~6 m。
3)断桩。原因:由于导管底端距孔底过远,混凝土被冲洗液稀释,使水灰比增大,造成混凝土不凝固,形成混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土填充;由于在浇筑混凝土时,导管提升和起拔过多,露出混凝土面,或因停电、待料等原因造成夹渣,出现桩身中岩渣沉积成层,将混凝土桩上下分开的现象;浇筑混凝土时,没有从导管内灌入,而采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土,产生混凝土离析造成凝固后不密实坚硬,个别孔段出现疏松、空洞的现象。
处理措施:严格按照规范操作,导管距离孔底在30 cm~50 cm之间,成孔后,必须用掏渣筒认真清孔,清空后及时下笼灌注混凝土。混凝土浇筑过程中,应随时控制混凝土面的标高和导管的埋深,提升导管要准确可靠,并严格遵守操作规程。严格确定混凝土的配合比,混凝土应有良好的和易性和流动性,坍落度损失应满足灌注要求,灌注混凝土应从导管内灌入,要求灌注过程连续、快速,准备灌注的混凝土要足量,在灌注混凝土过程中应避免停电、停水。确保导管的密封性,导管的拆卸长度应根据导管内外混凝土的上升高度而定,切勿起拔过多。采用灌注桩后注浆可以很好的改善孔底沉渣和护壁泥皮对灌注桩承载力的影响,显著提高灌注桩的承载力。
通过北河湾棚户区改造项目混凝土灌注桩存在的问题分析研究,对混凝土灌注桩的诸多优点有了一定的了解,同时也明确了在施工过程中灌注桩存在的质量通病以及处理方法。为同类工程的施工提供了可靠的经验总结。
[1]张 辉.钻孔灌注桩通病的防止及处理措施[J].辽宁工程大学学报,2010(8):9-15.
[2]JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].