浅谈桥梁钻孔灌注桩施工技术与质量控制

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  关键词:钻孔灌注桩;施工技术;质量控制
   摘要:桥梁钻孔灌注桩属于隐蔽工程,因地下地质条件复杂;成桩环节过多,施工过程极容易出现质量事故。质量事故的出现将影响到整个工程的质量与进度,甚至会给整个工程造成巨大的经济损失和不良的社会影响。所以施工前要认真熟悉设计图纸及相关施工、验收规范,核查地质和有关灌注桩方面的资料,对灌注桩在施工过程中可能会发生的一些问题进行分析后制订出每根桩的施工记录、施工质量标准、验收实施方案,以便有效地对桩基施工质量加以控制。施工中要严格控制施工队伍在施工技术措施上的落实,并加强对施工质量的管理,密切注意抓好施工过程中每一个环节的质量,力争将隐患消除在成桩之前。 
   1、施工前的准备
   1.1钻孔灌注桩施工方案的审核
  根据设计图纸、地质报告、现行规范标准以及现场勘查结果,审查施工方案的编制依据、施工工艺流程、技术指标、安全措施等内容是否符合要求。同时还应审查施工方案中处置突发事件的应急预案是否符合要求。对于施工方案的审核应具有前瞻性,要善于提出问题、发现问题,避免在实施过程中处于被动境地。
   1.2钻孔灌注桩施工现场准备工作
  现场准备工作:(1)场地平整,清除杂物;回填土应夯打密实。(2) 挖泥浆池、沉淀池、储水池、准备合格粘土; 水、电源接通。(3) 埋设护筒,护筒四周应夯实,顶端高出地面30cm,底部埋深2.0—2.5m,护筒应上下正直,护筒中心线平面偏差小于5cm。(4) 机架要平直,机器应垫稳,不能软硬不均,钻孔过程中不能移位和不均匀沉陷。 (5)泥浆指标:粘土层16”—17”砂层17”—19”含砂率不超过8%,胶体率应在90%以上,泥浆比重1.2—1.4左右。 泥浆槽应挖成高20cm,宽30cm,长度不小于15m,泥浆流速不大于10cm/s”。 (6)安装钻机时要求转盘中心同钻架上起吊滑轮在同一轴线,钻杆位置偏差不大于20cm。
   2、成孔的制作以及質量控制
   2.1钻孔灌注桩成孔质量控制
   成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分,其质量如控制得不好,则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等,还将直接影响桩身质量和造成桩承载力下降。因此,在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作:(1)确保桩身成孔垂直精度 ,这是灌注桩顺利施工的一个重要条件,否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求,应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固,经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施。(2) 泥浆护壁是钻孔灌注桩施工技术关键之一。泥浆护壁的好坏直接关系到钻孔灌注桩的质量。泥浆护壁按土层的性质可以用原土造浆,即钻孔时直接注入清水使之与原位的粘土混合成护壁泥浆,也可用人工制备的泥浆。在砂层、砂夹层等易塌孔的土层中钻孔,应采用人工制备的特殊泥浆。泥浆的作用是护壁、携砂、冷却钻头和润滑,其中护壁和携砂是主要的。注入干净泥浆的比重应控制在1.1左右,泥浆稠度过大会影响钻进速度,而泥浆过稀则不利于护壁和排渣。排出泥浆的比重应控制在1.2-1.4左右;当穿过砂夹卵石层或容易塌孔的土层时排出泥浆的比重可增大至1.3-1.5。泥浆除控制比重外,还应定期测定它的粘度。在不同的土层中钻孔,泥浆粘度要求是不同的,在混有砂土的淤泥层中,合适的泥浆粘度为20-23 Pa.s;在砂土中为23一45 Pa.s;在沙砾层中大于45 Pa.s(3)在护筒定位后及时复核护筒的位置,严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm,并认真检查回填土是否密实,应保持护筒位置稳定,以防钻孔过程中发生漏浆的现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化,为准确地控制钻孔深度,在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录,以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度,但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当,或在提钻具时碰撞了孔壁,就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象,这将给第二次清孔带来很大的困难,有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此,在提出钻具后用测绳复核成孔深度,如测绳的测深比钻杆的钻探小,就要重新下钻杆复钻并清孔。为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象,除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外,还根据不同土层情况对比地质资料,随时调整钻进速度,并描绘出钻进成孔时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降,在软粘土钻进最快200m/min左右,在细粉砂层钻进都是15m/min左右,两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小,在施工过程中要经常复核钻头直径,如发现其磨损超过10mm就要及时调换钻头。(4)清孔的主要目的是清除孔底沉渣,而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。清孔则是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣,使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态,再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔,最终将桩孔内的沉渣尽量排除干净。清孔方法主要有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射和砂浆置换等。不论采用何种清孔方法,在清孔排渣时,必须注意保持孔内水头,防止坍孔。灌注桩成孔至设计标高,应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔,直到孔口返浆比重持续小于1.10-1.20,清孔后孔底残留的沉渣厚度应按图纸规定值进行检查,如图纸无规定时,对于直径等于或小于1.5m的摩擦桩的沉淀厚度应等于或小于300mm;当桩径大于1.5m或桩长大于40m或土质较差的摩擦桩的沉淀厚度应等于或小于500mm;支承桩的沉淀厚度应符合图纸规定。嵌岩桩的沉淀厚度应满足图纸要求,并不得大于50mm,不得加深孔底深度代替清孔。通常清孔分两次进行,既在钻孔结束后清孔一次,待钢筋笼、导管安放完毕后再清一次孔。第二次清孔后应马上进行水下混凝土的灌注工作,中间耽搁时间不宜过长
   3、钢筋骨架的制作以及质量控制
   3.1钢筋骨架制作和吊放的允许偏差:钢筋骨架主筋间距±10mm,箍筋间距±20mm;骨架外径土10mm;骨架倾斜度0.5%;骨架保护层厚度±20mm‘骨架中心平面位置20mm;骨架顶端高程±20mm。
   3.2钢筋骨架应有强劲的内撑架,防止钢筋骨架在运输和就位时变形,在顶层应采取有效方法固定,防止混泥土灌注过程中钢筋骨架上升。支承系统应对准中线防止钢筋骨架倾斜和移动。
   3.3钢筋骨架上应事先安设控制钢筋骨架与孔壁净距的混泥土垫块,这些垫块应可靠地以等距离绑在钢筋骨架周径上,其沿桩长的间距不超过2m,横向圆周不得少于4处。或者采用其他有效方法以保证图纸要求的保护层得到满足。钢筋骨架底面高程允许偏差为±50mm。
   4、灌注水下混泥土
   4.1水泥、细集料和粗集料、水和外加剂,以及混泥土的拌和、输送、灌注和养护等,都应符合规范的要求。混泥土级别应符合图纸规定。
   4.2水下灌注混泥土(导管灌注混泥土)应符合下列要求:
   (1)水泥的强度等级不应低于42.5级,其初凝时间不宜早于2.5h;
   (2)粗集料宜优先选用卵石,或采用级配良好的碎石;
   (3)粗集料的最大粒径不应大于导管内径1/6 -1/8和钢筋最小净距的1/4,同时不得大于40mm;
   (4)细集料宜采用级配良好的中砂;
   (5)混泥土的含砂率宜为40%-50%;
   (6)缓凝外掺剂,只有得到监理工程师的批准,才能采用;
   (7)抗硫酸盐水泥应该按图纸说明,或按监理工程师的要求采用;
   (8)坍落度宜为180-220mm;
   (9)水下混泥土的水泥用量不宜小于350kg/m3,档监理工程师同意掺入适宜数量的碱水缓凝剂或粉煤灰时,水泥用量可不少于300kg/ m3;
   (10)水灰比宜为0.5-0.6。
   4.3灌注水下混泥土前,應检测孔底泥浆沉淀厚度,如大于第405.07小节的清孔要求,应再次清孔。
   4.4混凝土拌合物运至灌注地点时,应检查其均匀性和坍落度,如不符合规范要求,应进行第二次拌和,二次拌和任不符合要求,不得使用。
   4.5灌注水下混泥土的搅拌机能力,应能满足桩孔在规定时间内灌注完毕,灌注时间不得长于首批混泥土初凝时间。若估计灌注时间长于首批混泥土初凝时间,则应掺入混凝剂。
   4.6孔身及孔底检查值得到监理工程师认可和钢筋骨架安放后,应立即开始灌注混泥土,并应继续进行,不得中断。当气温低于0℃时,灌注混泥土应采取保温措施。强度未达到设计等级50%的柱顶混泥土不得受凉。
   4.7混泥土一般用钢导管灌注。导管管径视桩径大小而定,由内径200-350mm的管子组成,用装有垫圈的法兰盘连接管节,导管应进行水密、承压和接头抗拉试验。在灌注混泥土开始时,导管底部至孔底应有250-400mm的空间。首批灌注混泥土的数量应能满足导管初次埋置深度≥1.0m和填充导管底部间隙的需要。在整个灌注时间内,出料口应伸入先前灌注的混泥土内至少2m,以防止泥浆及水冲入管内,且不得大于6m。应经常量测孔内混泥土面层的高程,及时调整导管出料口与混泥土表面的响应位置,并始终予以监视,导管应在无水进入的状态下填充,如为泵送混泥土,泵管应设底阀或其他装置,以防水和管中混泥土混合,泵管应在桩内混泥土升高时,慢慢提起。管底在任何时候,应在混泥土顶面以下2m。输送到桩中的混泥土,应一次连续操作。初凝前,任何受污染的混泥土应从桩顶消除。
   4.8灌注混泥土时,溢出的泥浆应引流至适当地点处理,以防止污染环境或堵塞河道交通。
   4.9处于地面或桩顶一下的井口整体式钢性护筒,应在灌注混泥土后立即拔出;处于地面以上能拆除的护筒部分,须待混泥土抗压强度达到5MPa后拆除。当使用全护筒灌注混泥土时,应逐步提升护筒,护筒底部应保持混泥土顶面一下1-2m。
   4.10混泥土应连续灌注,直至灌注的混泥土顶面高出图纸规定或监理工程师确定的截断高度才可停止浇筑,以保证截断面以下的全部混泥土均达到强度标准。
   4.11灌注桩顶标高应比设计高出一定高度,一般为0.5-1.0m以保证混泥土强度,多余部分应接桩前凿出,桩头应无松散层。
   4.12混泥土灌注过程中,如发生故障应及时查明原因,并提出补救措施,报请监理工程师经研究后,进行处理。补救费用由承包人承担
   5、质量检验
   5.1混泥土质量检查和验收,应符合规范的规定。每桩试件组数一般为2组。
   5.2承包人应在监理工程师在场的情况,对下列规定的钻孔桩,采用监理工程师同意的无损检测,进行桩的检验和评价。
   (1)小桥选有代表性的桩或重要部位的桩进行检测;
   (2)中桥、大桥及特大桥的钻孔桩,应逐根进行检测。
   5.3承包人应在工地配备能对全桩长钻取70mm直径或较大的芯样的设备和经过训练的工作人员,也可以分包给监理工程师认可的钻探队来承担钻芯取样工作。
   5.4若设计有规定和监理工程师对桩的质量有疑问时,或在施工中遇到任何异常情况,说明桩的质量可能低于要求的标准时,应采用钻芯取样对桩进行检测,以检测桩的混凝土灌注质量。对支承桩应钻到桩底0.5m以下。钻芯取样应在监理工程师指导下进行,检验结果若不合格,则应视为废桩。
   5.5当监理工程师对每一根成桩平面位置的复查、试验结果及施工记录都认可后,监理工程师应以书面形式进行批准,在未得到监理工程师的批准前,不得进行该桩基础的其他工作。
  【参考文献】 黎国安;关于钻孔灌注桩施工中常见问题及处理措施的探讨[J];科技创新导报;2010年02期; 公路工程国内招标技术规范第400章 ;林辉杰;浅谈钻孔灌注桩施工技术和质量控制[J];科技创新导报;2008年08期
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