錢大高

橋梁鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制分析

錢大高

(安徽省高速公路總公司,安徽合肥 310051)

鉆孔灌注樁是橋梁施工中易出現(xiàn)各種事故的一項(xiàng)重要隱蔽工程,為避免給工程帶來(lái)的隱患,應(yīng)采用合適的方法對(duì)灌注樁事故進(jìn)行預(yù)防和處理。介紹鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn),對(duì)施工中出現(xiàn)的事故原因進(jìn)行分析。并提出處理方法。

灌注樁;施工;質(zhì)量控制;處理方法

鉆孔灌注樁是橋梁施工中易出現(xiàn)各種事故的一項(xiàng)重要的隱蔽工程,灌注水下混凝土是成樁的關(guān)鍵性工序。灌注過(guò)程應(yīng)分工明確,密切配合,統(tǒng)一指揮,做到快速、連續(xù)施工,灌注成高質(zhì)量的水下混凝土,防止發(fā)生質(zhì)量事故。若出現(xiàn)事故時(shí),應(yīng)分析原因,采取合理的施工措施,及時(shí)設(shè)法補(bǔ)救。對(duì)于確實(shí)存在缺點(diǎn)的鉆孔樁,應(yīng)盡可能設(shè)法補(bǔ)強(qiáng),不宜輕易廢棄,以免造成過(guò)多的損失。筆者根據(jù)多年在橋梁一線進(jìn)行施工管理的經(jīng)驗(yàn),對(duì)如何控制鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量加以介紹。

1 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

1.1 地基承載力

地基承載力應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,否則將會(huì)使灌注樁失效[1]。對(duì)摩擦樁,地基承載力取決于地質(zhì)土層的構(gòu)造情況;對(duì)嵌巖樁,地基承載力取決于巖層的構(gòu)造情況、樁嵌入巖石的深度、巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度等。如果施工地區(qū)處于斷裂帶,在施工中就要注意夾層的存在。

1.2 樁基質(zhì)量

樁身強(qiáng)度是樁質(zhì)量控制的另一關(guān)鍵。樁身質(zhì)量控制主要在于控制混凝土的質(zhì)量。樁基質(zhì)量的缺陷往往是由于施工工藝不合理引起的,因此必須確保措施到位,嚴(yán)格控制樁基工程的施工工藝,否則,起不到質(zhì)量控制的效果,具體要求如下:

(1)控制好混凝土質(zhì)量的和易性,防止出現(xiàn)堵管、埋管,引起斷樁事故。

(2)控制導(dǎo)管埋深2～6 m,使砼面處于垂直頂升狀態(tài),不使浮漿、泥漿卷入砼,防止提漏引起斷樁事故。

1.3 沉渣量

對(duì)于摩擦樁,由于其受力機(jī)理是通過(guò)樁表面和周圍土壤之間的摩擦力或依附力逐漸把荷載從樁頂傳遞到周圍的土體中,如果在設(shè)計(jì)中樁底反力不大,樁底的沉渣量對(duì)樁承載力亦影響不大;而對(duì)于鉆孔端承樁,如果沉渣量過(guò)大,勢(shì)必造成樁受荷時(shí)發(fā)生大量沉降,使樁的承載力失效。

2 施工中出現(xiàn)的事故原因分析及處理方法

2.1 卡管

2.1.1 原因

(1)初灌時(shí)隔水栓卡管,或由于混凝土本身的原因,如塌落度過(guò)小、流動(dòng)性差、夾有大卵石、拌和不均勻,以及運(yùn)輸中產(chǎn)生離析、導(dǎo)管接縫處漏水、雨天運(yùn)送混凝土未加遮蓋等,使混凝土中的水泥漿被沖走,粗集料集中而造成導(dǎo)管堵塞[2]。

(2)機(jī)械發(fā)生故障或其他原因使混凝土在導(dǎo)管內(nèi)停留時(shí)間過(guò)久,或灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng),最初灌注的混凝土已經(jīng)初凝,增大了導(dǎo)管內(nèi)的混凝土下落的阻力,混凝土堵在導(dǎo)管內(nèi)。

2.1.2 處理辦法及預(yù)防措施

對(duì)于原因(1),可用長(zhǎng)桿沖搗管內(nèi)混凝土,用吊繩抖動(dòng)導(dǎo)管,或在導(dǎo)管上安裝附著式振搗器等使隔水栓下落。如仍不能下落時(shí),則應(yīng)將導(dǎo)管連同其內(nèi)的混凝土提出鉆孔,進(jìn)行清理整修,然后重新吊裝導(dǎo)管,重新灌注。一旦有混凝土拌和物落入井孔,須將散落在孔底的拌和物粒料等予以清除。

對(duì)于原因(2),預(yù)防方法是灌注前應(yīng)仔細(xì)檢修灌注機(jī)械,并準(zhǔn)備備用機(jī)械,發(fā)生故障時(shí)立即調(diào)換備用機(jī)械,同時(shí)采取措施加速混凝土灌注速度,必要時(shí)可在首批混凝土內(nèi)摻入緩凝劑,以延緩混凝土的初凝時(shí)間。

如果灌注時(shí)間已久,孔內(nèi)首批混凝土已初凝,導(dǎo)管內(nèi)又堵塞混凝土,此時(shí)應(yīng)將導(dǎo)管拔出,重新安設(shè)鉆機(jī),利用較小鉆頭將鋼筋籠內(nèi)的混凝土鉆挖吸出,用沖抓錐將鋼筋骨架逐一拔出。然后以粘土摻砂礫填塞井孔,待沉實(shí)后重新鉆孔成樁。

2.2 坍孔

在灌注過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)井孔護(hù)筒內(nèi)水(泥漿)位忽然上升溢出護(hù)筒,隨即驟降并冒出氣泡,應(yīng)懷疑是坍孔征象,可用測(cè)探儀探頭或測(cè)探錐探測(cè)。

2.2.1 坍孔原因

(1)護(hù)筒底腳周圍漏水,孔內(nèi)水位降低。

(2)在潮汐河流中漲潮時(shí)或河流下游發(fā)電開(kāi)閘放水,孔內(nèi)水位減少,不能保持原有靜水壓力。

(3)由于護(hù)筒周圍堆放重物或機(jī)械振動(dòng)等。

2.2.2 處理措施

保持水壓或加大水壓、移開(kāi)重物或機(jī)械振動(dòng)等,然后用吸泥機(jī)吸出坍入孔中的泥土。如不繼續(xù)坍孔,可恢復(fù)正常灌注。如坍孔仍不停止,坍塌部位較深,宜將導(dǎo)管拔出,將混凝土鉆開(kāi)抓出,只求保存孔位,再以粘土摻砂礫回填,重新鉆孔成樁。

2.3 縮徑

(1)主要原因塑性土膨脹。

(2)防治措施成孔時(shí),應(yīng)加大泵量,加快成孔速度,快速通過(guò),成孔一段時(shí)間后,孔壁形成泥皮,孔壁不會(huì)滲水,亦不會(huì)引起膨脹;如出現(xiàn)縮徑,采用上下反復(fù)掃孔的辦法,以擴(kuò)大孔徑。

2.4 鋼筋籠上浮

2.4.1 原因

(1)當(dāng)混凝土灌注至鋼筋籠下,此時(shí)提升導(dǎo)管,導(dǎo)管底端距離鋼筋籠僅有1 m左右的距離時(shí),由于灌注的砼自導(dǎo)管流出后沖擊力較大,推動(dòng)了鋼筋籠上浮。

(2)由于砼灌注過(guò)程鋼筋籠和導(dǎo)管埋置較深,其上層砼因灌注時(shí)間較長(zhǎng),已近初凝,表面形成硬殼,砼與鋼筋籠有一定握裹力,如果此時(shí)導(dǎo)管底端未及時(shí)提到鋼筋底部以上,混凝土在導(dǎo)管流出后將以一定的速度向上頂升,同時(shí)也帶動(dòng)鋼筋籠上移。

(3)混凝土頂面接近鋼筋籠底口以下3～1m時(shí),混凝土灌注的速度過(guò)快,使混凝土下落沖出導(dǎo)管口向上反沖,其頂托力大于鋼筋的重力。

為了防止鋼筋籠上升,當(dāng)導(dǎo)管底口低于鋼筋籠3 m至高于1 m之間,且混凝土表面在鋼筋籠上下1 m之間時(shí),應(yīng)放慢混凝土灌注速度,允許的最大灌注速度與樁徑有關(guān),當(dāng)樁長(zhǎng)為50 m以內(nèi)時(shí)可參照表1處理。

表1 灌注樁的混凝土表面靠近鋼筋籠底部時(shí)允許最大灌注速度

2.4.2 防治措施

(1)灌注砼過(guò)程中,應(yīng)隨時(shí)掌握砼灌注標(biāo)高及導(dǎo)管埋深,當(dāng)砼埋過(guò)鋼筋籠底端2～3 m時(shí),應(yīng)及時(shí)將導(dǎo)管提至鋼筋籠底端以上。

(2)當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼筋籠開(kāi)始上浮時(shí),應(yīng)立即停止灌注,并準(zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)管埋深和已澆砼標(biāo)高,提升導(dǎo)管后再進(jìn)行灌注,上浮現(xiàn)象即可消除。

(3)在規(guī)范允許的情況下適當(dāng)減少鋼筋籠下端的箍筋數(shù)量,可以減少混凝土向上的頂托力。

(4)鋼筋籠上端焊固在護(hù)筒上,可以承受部分頂托力,具有防止其上升的作用。

2.5 斷樁

2.5.1 主要原因

(1)首批混凝土儲(chǔ)量不足,或雖然混凝土儲(chǔ)量已夠,但導(dǎo)管底口距孔底的間距過(guò)大,混凝土下落后不能埋沒(méi)導(dǎo)管底口,以至泥水從底口進(jìn)入。

(2)導(dǎo)管接頭不密封,接頭間橡皮墊被導(dǎo)管高壓氣囊擠開(kāi),或焊縫破裂,水從接頭或焊縫中流入。

(3)導(dǎo)管提升過(guò)猛,或測(cè)深出錯(cuò),導(dǎo)管底口超出原混凝土面,底口涌入泥水。

(4)灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng),而上部砼已接近初凝,形成硬殼,而且隨時(shí)間增長(zhǎng),泥漿中殘?jiān)鼘⒉粩喑恋?從而加厚了積聚在砼表面的沉淀物,造成砼灌注極為困難,造成堵管或?qū)Ч馨尾簧蟻?lái),引發(fā)斷樁事故。

(5)導(dǎo)管埋得太深,拔出時(shí)底部的混凝土已接近初凝,使砼不能及時(shí)充填,造成泥漿填入。

(6)泥漿過(guò)稠,增加了澆注砼的阻力,如泥漿相對(duì)密度大或泥漿中含較大泥塊的情況,因此,在施工中經(jīng)常發(fā)生導(dǎo)管堵塞、流動(dòng)不暢等現(xiàn)象,有時(shí)灌滿導(dǎo)管還是不行,最后只好提取導(dǎo)管上下振擊,由于導(dǎo)管內(nèi)儲(chǔ)存大量砼,一旦流出其勢(shì)甚猛,在砼流出導(dǎo)管后,即沖破泥漿最薄弱處急速返上,并將泥漿夾裹于樁內(nèi),造成夾泥層。

(7)灌注砼過(guò)程中,因?qū)Ч苈┧驅(qū)Ч芴崧┒蜗虑蛞彩窃斐蓨A泥和斷樁的原因。

(8)由于灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng),首批混凝土已凝固,流動(dòng)性降低,而續(xù)灌的混凝土沖破頂層而上升,因而也會(huì)在兩層混凝土中夾有泥漿渣土,甚至全樁夾有泥漿渣土形成斷樁。

斷樁大都是以上原因引發(fā)的次生結(jié)果。對(duì)已發(fā)生或估計(jì)可能發(fā)生夾泥斷樁的樁,應(yīng)采用地質(zhì)鉆機(jī),鉆心取樣,作深入的探查,判明情況?；蛘哂梅瞧茡p檢驗(yàn)混凝土樁質(zhì)量的方法進(jìn)行判定[3]。

2.5.2 處理方法

如果是原因(1)引起導(dǎo)管進(jìn)水,應(yīng)立即將導(dǎo)管提出,將散落在孔底的混凝土拌和物用反循環(huán)鉆機(jī)的鉆桿通過(guò)泥石泵吸出,或者用空氣吸泥機(jī)、水力吸泥機(jī)以及抓斗清出。不得已時(shí)需要將鋼筋籠提出采取復(fù)鉆清除,然后重新下放骨架、導(dǎo)管并投入足夠儲(chǔ)量的首批混凝土,重新灌注。

如果是原因(2)、(3)引起導(dǎo)管進(jìn)水,應(yīng)視具體情況,拔換原管,下新管,或用原導(dǎo)管插入續(xù)灌,但灌注前應(yīng)將進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。如重新下管,必須用潛水泵將管內(nèi)的水抽干才可繼續(xù)灌注混凝土。為防止抽水后導(dǎo)管外的泥水穿透原混凝土壓入上部凝固層導(dǎo)管內(nèi),續(xù)灌的混凝土配合比應(yīng)增加水泥量,提高稠度后灌入導(dǎo)管內(nèi),灌入前將導(dǎo)管進(jìn)行小幅度抖動(dòng)或掛振搗器予以振動(dòng)片刻,使原混凝土損失的流動(dòng)性得以彌補(bǔ)。以后灌注的混凝土可恢復(fù)正常的配合比。

若混凝土面在水面以下不很深,未初凝時(shí),可在導(dǎo)管底部設(shè)置防水塞(應(yīng)使用混凝土特制),將導(dǎo)管重新插入混凝土內(nèi)(導(dǎo)管側(cè)面增加重力,以克服水的浮力)。導(dǎo)管內(nèi)裝灌混凝土后稍提導(dǎo)管,利用新混凝土自重將底塞壓出,然后繼續(xù)灌注。若混凝土面在水面以下不很深,但已初凝,導(dǎo)管不能插入混凝土?xí)r,可在原護(hù)筒內(nèi)加設(shè)直徑稍小的鋼護(hù)筒,用重壓或錘擊方法壓入原混凝土面以下適當(dāng)深度,然后將護(hù)筒內(nèi)的水(泥漿)抽除,并將原混凝土頂面的泥渣和軟弱層清除干凈,再在護(hù)筒內(nèi)灌注普通混凝土至設(shè)計(jì)樁頂。

2.5.3 防治方法

(1)認(rèn)真做好清孔,防止孔壁坍塌。

(2)盡可能提高混凝土灌注速度:①開(kāi)始灌砼時(shí)盡量積累大量砼,產(chǎn)生極大的沖擊力可以克服泥漿阻力;②快速連續(xù)灌注,使砼和泥漿一直保持流動(dòng)狀態(tài),可防止導(dǎo)管堵塞[4]。

(3)提升導(dǎo)管要準(zhǔn)確可靠,灌注砼過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量導(dǎo)管埋深,并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。

(4)灌注水下砼前檢查導(dǎo)管是否漏水、彎曲等缺陷,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)更換。

3 結(jié)語(yǔ)

灌注樁質(zhì)量事故引發(fā)的后果相當(dāng)嚴(yán)重,作為施工單位在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)管理、協(xié)調(diào),采取科學(xué)的施工方案,并制定切實(shí)可行的備用方案。人員、機(jī)械應(yīng)有適當(dāng)?shù)母挥?主要機(jī)械設(shè)備應(yīng)配備雙套,以防萬(wàn)一,只有這樣,才能避免質(zhì)量事故或把質(zhì)量事故降低到最小限度。

[1] 許克賓.橋梁施工[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[2] 王進(jìn).怎樣當(dāng)好路橋施工員[M].濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

[3] 夏云,呂芝林.路橋工程施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2005.

[4] 孫明強(qiáng).橋梁工程施工與管理[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

責(zé)任編輯:文 月

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錢大高(19752),男,安徽安慶人,安徽省高速公路總公司工程師。研究方向:路橋工程技術(shù)。