钻孔灌注桩的施工工艺研究
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作者: 郭长洪
摘要: 钻孔灌注桩基础作为深基础的一种,由于它具有适应性强、对邻近建筑物影响较小、抗震性能强、施工噪音小、无振动、所需设备简单、操作方便、施工安全等优点,在世界范围内得到了广泛的应用。笔者结社自身工作实践,探讨和研究了钻孔灌注桩的施工工艺。
关键词: 钻孔灌注桩;施工工艺;深基础
引言
钻孔灌注桩是目前公路桥梁中广泛采用的基础形式,具有适应性强、成本适中、施工简便等特点。钻孔灌注桩适用于除淤泥及流砂地质以外的任何地质情况,如砂性土、粘性土、碎石、卵石等。钻孔灌注桩还能适用于不同的水文条件,深水水流平衡时可采用架设平台的方法施工,浅水时可采用围堰筑岛的方法施工,同时桩结构的不同还可以适应不同荷载性质和上部结构特征。采用钻孔灌注桩施工还可以加快施工速度。
施工工艺
一、钻孔
1、施工准备
钻机进场后,应对钻机及相应机械进行检查维修,并进行运转调试。施工队伍要合理配置场地,做好桩机就位时的场地整理,钢筋棚的规划设置工作。陆地桩采用推土机配合人工平整场地、清除杂物。水中桩则打入木桩搭设水中平台,或采用围堰的方法。钢筋加工场地高出地面10cm以上,并且地面要求硬化处理,成型钢筋笼架空放置,高出地面20cm以上。并准备数根木桩,用来护桩。相应的探孔器、测绳等也应逐步落实就位。
2、测量定位
采用全站仪进行放样。放样完成后采用换复测和拉距(纵、横向)检查的办法反复定测,确保正确无误,然后设置十字型护桩。注意在埋设护桩时必须用水泥砂浆(或砼)包裹,并标识明确,钻机就位前认真核对桩位。
3、钻孔准备
埋设护筒: 护筒采用钢护筒,壁厚在6mm以上,陆地桩护筒埋置深度在2m以上,水中桩护筒刃脚插入粘土中,深度不小于2m。护筒埋设水平偏差小于5cm,竖直倾斜不大于1%。在护筒四个方向对称设置定位钢筋,以检测钢筋笼是否偏位,同时护筒底部和四周所填粘质土必须分层夯实,护筒高度宜高出地面0.3m,若在水中,则应高出最高水位1.5m。
泥浆的制备:泥浆由粘土和水拌和而成,必要时掺入一定比例的外加剂,使制备的泥浆满足以下列指标:比重1.2~1.05,粘 度16~22秒,含砂率8~4%。在桥旁设置制浆池、沉淀池,并用循环槽连接。制浆池的尺寸可以根据桩径大小、桩长的长短来灵活的制备。
4、钻机就位
安装钻机时,要求转盘中心同钻架上的起吊滑车在同一垂直线上,钻杆位置偏差不得大于2cm。安装钻机底座应支垫平稳,以防钻机倾斜或位移。钻机就位后,其护筒底标高及转盘标高必须由现场技术员亲自测量,并对测绳进行标验。在钻机就位后,应把相应的钻机铭牌、所施工的桩号、日期、负责人等填写完善,挂在钻机旁。
5、钻孔
开钻准备工作完成后,经监理工程师对钻机位置、水平度、垂直度及钢筋笼等检验合格后,方可进行开钻。开始钻孔时,应稍提钻杆,在护筒内旋转造浆,开动泥浆泵进行循环,待泥浆均匀后,以低档、慢速开始钻机,使护筒脚处有牢固的泥浆护壁。钻至护筒脚下100厘米后,方可按土质情况以正常速度钻进。钻进过程中应经常注意土层变化,每进尺2m,或在土层变化处应捞取渣样,判断土层,记入钻孔记录表并与地质剖面图核对。
6、清孔
钻孔达到图纸规定深度后,开始清孔。
清孔结束后,沉淀厚度应符合图纸要求。
二、灌注水下砼
1、钢筋骨架及导管的安装
钢筋骨架应严格按设计图纸制做,在现场采用整体制做制作成型,运至井边吊装放到井下。钢筋骨架吊装时,应有临时加强措施,防止钢筋骨架在吊装过程中变形。吊装中应使钢筋骨架保持垂直稳定,缓慢下放,不碰触井壁;钢筋吊装就位后,应做好定位检查工作,保证定位准确。并采取措施进行固定,防止在砼灌注过程中钢筋骨架上升、移位。导管吊装:吊装时导管应始终保持垂直,并位于井孔中心,不得斜靠钢筋骨架。
2、水下砼的灌注
灌注砼前,再次探测孔底泥浆沉淀厚度,如大于设计规定值时,应再次采取清孔措施,但应注意孔壁的稳定,防止坍孔;运至现场的砼应检查其均匀性和坍落度,如不符合要求不得使用;首批砼灌注时,导管下口距孔底为20-40cm,导管埋入砼中应不少于1m,并应检查导管内确无漏水现象。水下砼灌注工作应连续作业,自起始浇注至全部桩孔浇注完成,中间不得停止作业或间断操作,拆卸导管时间应尽量缩短,并应事先做好夜间照明措施;在灌注过程中应随时探测井孔内砼的位置与导管下口的位置,以计算导管埋置深度。导管埋深最少2m,最大不应超过6m。探测砼表面高度时使用测探锤;在整个灌注过程中,都应认真记录。把砼灌注情况包括灌注时间、砼埋置深度、导管拆除、砼坍落度以及天气情况、灌注过程中发生的问题等记录清楚。
灌注过程中砼在不同部位时注意事项:砼面接近钢筋骨架下口时,使导管保持稍大的埋深,并放慢灌注速度,以减少砼的冲击力,防止钢筋骨架上浮;砼表面进入钢筋骨架一定深度后,应适当提升导管,以增加砼对下部钢筋骨架的埋深,增加握裹力;在灌注将近结束时,应设法加大砼冲击力,进一步稀释泥浆,尽可能掏出部分沉淀渣,使灌注工作顺利进行;砼最后灌注高度一般要高出设计高程0.5-1.0m,以便基坑开挖后凿除。在拨除最后一节导管时应放慢速度,防止泥浆挤入导管下孔口。砼灌注后,应立即拨出整体式刚性护筒。砼灌注是整个灌注桩的中心环节,从灌注一开始就必须认真注意,严格要求进行,防止出现任何事故。一旦出现差错,发生事故,无论在灌注之初、灌注中期和后期发生问题,都应采取相应措施和办法,进行处理。
3施工中应做好以下七方面的工作
随着公路建设的飞速发展,公路等级的提高,市场竞争的激烈,在施工中要达到各项规范的要求。具体做法是:分项分部工程不达到标准不准进行下道工序的施工;质量与材料控制、过程控制要全部达到规范标准的要求;合理的进度安排、优良的技术措施为保证施工质量打下基础。同时还应建立“四检”制度,即:各工种的自检、工种间的相互交接检查以及质控人员的专业检查、最后由监理验收。
施工中应做好以下工作:
1、钻机安装就位后精心调平,确保施工中不发生倾斜位移。
钻机就位前,对钻机的各项准备工作进行检查,钻机就位后,底座平整,立架牢固,以免在钻进运行中产生位移和沉陷。在钻进过程中要经常检查钻机,如有倾斜或位移,要及时纠正。
2、做好终孔前的清孔工作,并尽量缩短清空后至灌注前的时间。
清孔的目的是抽换孔内泥浆,清除孔内的钻渣和孔底沉淀层,尽量减少孔底的沉淀厚度,以保证钻孔桩水下混凝土的灌注质量保证原有基桩承载力,并给混凝土灌注创造良好的条件,使探测准确,从而保证导管底端与孔底的距离准确。钻孔时决不能以加深孔底深度的方法代替清孔。如果不清孔,或者清孔不彻底,则泥浆浓度过大,使孔底沉淀加厚,影响混凝土灌注的顺利进行且降低基桩的承载力。同时,钢筋骨架表面粘着一层薄的泥浆膜,减小钢筋与混凝土之间的粘着力,影响桩的强度。在实际施工中清孔后泥浆比重控制在1.03~1.1之间最为合适。
3、重视灌注前的准备工作
在灌注之前,仔细检测孔底标高,使沉淀厚度既不影响设计桩长又满足规范要求。实践证明,在开始灌注混凝土时导管底部距孔底在0.3~0.4米左右高度最佳。如果导管底端距孔底过低,则混凝土冲不出导管,导致灌注失败。而导管底端距离孔底过高,会使混凝土埋深小或混凝土埋不住导管,使导管进水出现断桩事故。此外,在首批混凝土灌注前,由质控人员认真检查混凝土的和易性也非常重要,如果混凝土不符合要求应打回,以确保首批混凝土的顺利灌注。
4、加强混凝土现场质量控制,保证混凝土有良好的塌落度和施工连续性。
混凝土是桥梁工程的重要建筑材料之一,而且又是唯一能在施工过程中实行现场控制确保其各种性能指标的材料。因此,混凝土灌注直接关系到桥梁的质量,由于在施工过程中,每棵桩的灌注需要一定时间,所以在灌注时如果把和易性差的混凝土、初凝硬化了的混凝土倒入导管中,失去流动性的混凝土就会导致灌注混凝土失败,出现断桩事故,造成严重后果。这样不仅影响施工进度,还会给施工造成很大的经济损失。所以保证混凝土质量是完成灌注桩的关键,那么怎样才能保证混凝土质量呢?
⑴集料宜采用天然无棱角的颗粒,且具备良好的级配。
⑵控制最大粒径,骨料最大粒径不应大于导管内径的1/6~1/8和钢筋最小净距的1/4,同时卵石最大为40mm、碎石最大为25mm。
⑶细骨料宜采用级配良好的中砂。混凝土的含砂率宜采用40%~50%,水灰比宜采用0.5~0.6。
⑷通过0.25mm筛孔的集料的重量为集料总重的6~10%。
⑸水泥初凝时间不宜早于2.5小时,水泥标号不宜低于325号(即32.5MPa),每立方米混凝土水泥用量不应少于350kg。
⑹施工塌落度控制在18~22之间。
施工使用的配合比一定要通过实验室混凝土配合比试验后方可使用。工地施工中还要控制现场砂、石的含水量,使施工配合比趋近于设计值。在实际施工中,质控人员除用塌落度控制混凝土的和易性外,还应在水泥用量、骨料级配等各方面严格控制。经常校正拌和机械计量仪器,使各材料用量尽量准确,这样才能更有效地保证灌注混凝土的顺利完成。
5、保证导管埋置深度
施工中保证导管的埋置深度,避免提升导管时,把导管拔漏造成断桩事故。在灌注后期,考虑到桩底沉渣和桩壁不稳定颗粒由于混凝土的冲击与流动,一部分沉渣和不稳定颗粒将混入混凝土上面,使表层混凝土上面有一层较厚而且比重较大的泥浆,使测深出现误差,应适当加大导管埋置深度,保障混凝土的灌注质量,使混凝土内无沉渣等杂物。
6、防止钢筋骨架上浮
在混凝土灌注过程中,有时会出现钢筋骨架上浮现象。在混凝土浇筑过程中,当混凝土未灌注到钢筋骨架前,尽量加快混凝土的灌注速度,来缩短混凝土的灌注时间,使表层混凝土接近骨架底端,混凝土有良好的和易性。当混凝土面上升至钢筋笼底部附近时,应放慢浇筑速度,以免钢筋笼随混凝土面上升而造成钢筋笼的上浮。当混凝土进入钢筋骨架4~5m以后,适当提升导管,减小导管埋置深度,以增加钢筋骨架在导管口以下的埋置深度,从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。
7、施工中易出现的问题及对策
遇有坍孔,应仔细分析,查明原因和位置,然后进行处理。坍孔不严重时,可回填至坍孔位置上,并采用改善泥浆性能、加高水头、埋深护筒等措施,继续钻进。坍孔严重时,应立即将钻孔全部用砂或砂砾加粘土回填,待回填物沉积密实后,重新开钻。发生孔口坍塌时,可立即拆除护筒并回填钻孔,重新埋设护筒再钻。
灌注混凝土时经常出现:
1、首批混凝土灌注后导管进水,应将灌注的混凝土吸出,重下导管,重新灌注。
2、在混凝土面处于井孔水面以下不很深的情况下导管进水时,可采用导管底部设置防水塞,将导管重新插入混凝土内,恢复灌注。
3、灌注开始不久发生导管堵塞时,可用长杆冲捣或用附着式振捣器振动导管。
4、灌注过程中如发生坍孔,要查明原因,采取加大水头、排除振动等。然后用吸泥机吸出坍入的泥土,如不继续坍孔,可恢复灌注。
5、灌注开始后不久发生故障,用前述方法处理无效时,应及时将导管拔出,将已灌注的混凝土吸出,将钢筋骨架抽出,然后重新清孔、吊装钢筋骨架和灌注混凝土。
参考文献:
[1]刘自明.桥梁深水基础.北京:人民交通出版社,2003
[2]李世京,刘小敏,杨建林.钻孔灌注桩施工技术.北京:地质出版社,1990
[3]吴运华.钻(冲)孔混凝土灌注桩施工方法与措施.土工基础,2005
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