王世江 蒋雪峰
摘 要:灌注桩是桥梁工程最重要的受力构件之一,钻孔灌注桩具有成本低、适用广、技术成熟及操作简单等优势,被广泛用于公路、市政及铁路桥梁的施工建设中。钻孔灌注桩的施工环境较为隐蔽,工序环环相扣,稍有疏忽便可能引起缩径、断桩等病害。本文探讨了桥梁灌注桩的施工技术要点,以及质量控制策略。
关键词:桥梁;灌注桩;施工技术;改进
中图分类号:U445.551 文献标识码:A
0 引言
在桥梁工程的基础施工中,钻孔灌注桩是应用最为广泛的一种施工技术,具有操作简单、承载力大的特点,而且施工成本低,能够充分保障施工质量,提升桥梁结构的稳定性。当然,对于基础这种隐蔽工程,很容易因成桩环节较多而引发施工事故。正因如此,才要严格控制钻孔灌注桩施工流程,充分发挥这一施工技术的优势,提高成桩质量。
1 钻孔灌注桩的施工技术要点
1.1 护筒制作及埋设
护筒采用钢板卷制,护筒内径应大于设计桩径不少于20 cm。某桥桩径设计为1.2 m钻孔桩,使用钢板(8 mm)
材料制作直径1.5 m的护筒,与设计桩相比,桩径超出30 cm。为了让护筒的刚度满足施工要求,护筒的上下两端均采取加焊与加劲肋的处理方式。精准设置4根护桩,将护桩用混凝土固定,要求护筒的四周与底部緊紧贴在一起,用粘土回填后,充分捣实。误差控制:护筒倾斜度<1%;护筒和桩位中心<5 cm。护筒的顶面高出工作平台面0.3 m或者水面1~2 m,高于设计桩顶高程至少1 m。特殊工况应进行专项设计,保证护筒埋置符合要求。护筒的埋深要求,如表1所示:
1.2 钻孔
在导向或者钻头完全进入地层之前,都要用缓慢的速度钻进。钻头要保持匀速起落,不可钻进过猛,或者突然改变速度。如果使用冲击钻,则需要应用小冲程开孔的方式,维持孔壁的垂直与圆顺,提高孔壁的坚实度。冲击钻钻进时,应采取措施防止坍孔,出渣或停钻时,加强泥浆循环补充浆液,保持水头压力。
1.3 钻孔泥浆配制
泥浆的配合比和配制方法应通过试验选定,泥浆的相对密度、黏度、含砂率、胶体率等指标应与钻孔方法、土层情况相适应。可参照下表执行。钻进过程中,应随时检查其指标,不符合要求时及时调整配置。同时,泥浆可以采用泥沙分离器进行重复循环利用,有效排除钻渣,提高钻孔效率。
表2 泥浆性能主要指标
1.4 成孔、清孔与钢筋笼制作、吊装
钻孔施工结束后,使用专业的测绳测量孔的深度,并且验收孔径,检查孔底的沉渣厚度以及孔的倾斜度是否符合标准。倾斜度通过钻杆测斜法检测,初始测量点为钻孔的平台顶面,一直测量到孔底,满足施工标准再清孔,严格控制孔内的水头压力,以免清孔过程中出现塌孔问题。应用换浆法清孔,泥浆的最大泵量循环设置10~20 min、泥浆密度1.05~1.15 g/cm3。停止清孔后,用测绳测量孔沉渣。最终各项指标应满足以下标准:①泥浆的相对密度:1.03~1.10 g/cm3。②泥浆黏度:17~20 Pa·s。③含砂率:<2.0%。④胶体率:>98.0%。
钢筋笼的制作方法为长线法,参考设计的桩长来决定分节段加工长度。对于15 m以下的桩长可以一次性制作完成,如果桩长>15 m,则需要分段制作,并且要让骨架刚度满足施工要求,错开布置主筋的接头。将垫块放置在主筋上,让混凝土保安层的厚度符合要求,垫块之间的竖向距离控制在2 m以内,横向距离≥4块垫块。采用25 t的吊机安装钻孔灌注桩的钢筋笼,设置对称吊点,妥善固定护筒。配合吊架,在指定位置安装好钢筋笼。钢筋笼不得直接支撑在孔底,应将其吊挂在钢护筒上,或设置专门的装置承受钢筋笼自身重量,并精准定位,保证钢筋笼中心与桩位中心基本重合。
1.5 导管安装
根据施工要求选择导管,检查导管的规格、质量以及拼接构造,导管长度应符合浇筑施工的要求,还要对导管进行试压和试拼。水密试验压力不小于孔内水压的1.3倍。所有导管都要标号,以便区分,导管的性能必须正常,不影响正常使用。缓慢的下放导管,下放过程中始终保持垂直,下放数量与长度均要记录在案,并且应满足施工要求,一切正常后稍微上提导管,让导管的底口距离孔底约30 cm,然后安装导管。需要在监理工程师的指导下进行二次清孔,以更好的满足后续施工。
1.6 灌注施工
桥梁桩基础的质量、性能均与灌注施工质量密切相关,灌注施工应注意以下几点:①根据桥梁工程混凝土结构的使用要求,确定混凝土的配合比,选择质量良好的原材料,以保证混凝土的和易性、强度符合要求,通过加入适量的缓凝剂、粉煤灰来提高混凝土的和易性,保证良好的工作性能,坍落度18~22 cm,扩展度控制在450~550 mm。同时,水下混凝土配制强度应比设计强度提高10%~20%,规定水泥最小用量不得少于300 kg/m3。②控制混凝土的初凝时间>4 h、要求整根桩混凝土的灌注时间不得超过首批混凝土的初凝时间。③导管的埋深深度为2~6 m,整个施工过程必须连续、无间断。第一次混凝土的灌注量应维持在导管初次埋进混凝土的1 m以上。计算方法如下:
式中:V—灌注首批混凝土所需数量(m3);D—桩孔直径(m);H1—桩孔底至导管底端间距(m),一般为0.3~0.4 m;H2—导管初次埋置深度(m);d—导管内径(m);h1—桩孔内混凝土达到埋置深度H2时,导管内混凝土平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m),即h1=;Hw—桩孔内水或泥浆的深度(m);—桩孔内水或泥浆的重度(kN/m3);—混凝土拌合物的重度(24 kN/m3)。
④在混凝土灌注施工中,需要采取科学措施来避免钢筋骨架的上浮。
严格控制桩顶泥浆的密度,如果密度太大,则会形成泥团,影响桩顶混凝土的密实度。灌注即将完成后,认真检查混凝土的使用量与桩身的高度,计算扩孔系数。以设计桩顶作为参考依据,灌注混凝土的高程≥0.5 m,在桩检之前处理掉超灌的部分,保证混凝土表面足够密实,不存在松散层,混凝土的强度满足等级要求。
2 灌注桩施工质量改进措施
2.1 桩孔缩径的控制
软塑状的亚黏土地层中尤其容易发生桩孔缩径现象,选择与钻孔直径相匹配的钻头。泥浆护壁施工所用的膨润土,应满足无分散、黏度强、固相和失水率低的要求。施工工艺为气举反循环钻孔工艺,使用低压钻,保持中速成孔,严格控制进尺的深度。参考钻进情况、试桩工艺的孔径来合理调整钻孔参数,发现缩径现象时,可以在允许范围内调整泥浆的性能指标,通过降低失水率增强孔壁的稳定性。
2.2 断桩的防范措施
导管的埋置深度应达到2~6 m,可有效避免桩身混凝土断裂,通过重锤实测或者现场监督的方式来测量混凝土面的高度,通过计算混凝土的灌注量来准确确定混凝土面的高度,将较低的数值作为拔管长度的参考依据。
2.3 堵管的防范措施
安装导管之前检查导管,保证导管接头的封闭性、厚度符合标准要求。对灌注导管采取接头抗拉试验、水密承压试验,以保证其质量符合标准要求。严格按照规范标准拌和、运输混凝土,以免混凝土中掺入了大块的卵石造成卡管现象。此外还应严格检查灌注用到的设备,以免混凝土中导管的留置时间太长造成堵管。
2.4 漏浆的防范措施
实时监测泥浆面,如果发现漏浆问题,应第一时间停工,通过循环泥浆方法提高泥浆黏度、比重等参数,再采取补浆措施,解决泥浆液面下沉问题,然后继续施工。如果漏浆问题始终无法有效控制,可以将适量的锯末掺入浆液中,在反复的注入过程中堵塞空隙。如果漏浆部位出现在护筒顶端,可以增加护筒的长度,然后填充粘土。
2.5 掉钻的防范措施
引起掉钻的主要原因是安装钻杆时不够紧密,因此影响了钻杆结构的稳定性。如果没有及时处理卡钻问题,很可能会导致钢丝绳断裂,引起掉钻。此外,接触不良也是引起卡钻的重要原因,所以应定期检查设备性能,及时更换老化、损坏的零部件。遇到卡钻问题,禁止强行、粗暴的拉扯钻头;如果遇到掉钻问题,应使用专业工具进行打捞。
3 结束语
综上所述,桥梁工程通常都会涉及水下施工,而钻孔灌注桩技术能够很好的适应外界环境,提高桥梁的稳定性。具体施工中,应该根据施工区域的桩基情况、地质特点以及水文条件来合理安排机械设备、钻机数量,避免设备闲置,造成不必要的资源浪费。同时还应合理配备人力资源,详细记录施工过程。
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