肖 潛
摘要:文章從具體事例入手,對如何提高粘質(zhì)泥巖的樁基成孔進尺和質(zhì)量控制進行了探討。
關(guān)鍵詞:粘質(zhì)泥巖;粉砂質(zhì)泥巖;微風(fēng)化泥巖
中圖分類號:TU47 文獻標識碼:A
文章編號:1674-1145(2009)20-0075-03
一、工程概況
某大橋位于南寧市邕江一橋下游約750m,主橋橫跨邕江河,河面寬約400m。主橋樁基采用鉆孔灌注樁,樁徑2.4m,平均樁長為63.8m。地質(zhì)情況帶明顯的盤地地質(zhì)特點,第三系巖層屬半成巖的極軟質(zhì)巖,巖性主要為粉砂巖,泥質(zhì)粉砂巖,泥巖,粉砂質(zhì)泥巖。土層1.5~47m為弱風(fēng)化泥巖,47~78m為微風(fēng)化泥巖,巖質(zhì)強度高。樁基嵌入微風(fēng)化巖深,因此在樁機選用時采用沖擊型樁機,由于邕江汛期在6月份左右,項目部定出洪水前結(jié)構(gòu)物露出水面的節(jié)點目標,樁基施工自2月中旬開工以來面臨極大的進度壓力。樁機施工過程中,進入弱風(fēng)化后,進尺緩慢,基本在0.1m/h,為了加快進度,確保樁基質(zhì)量,項目部成立了QC攻關(guān)小組。
二、問題分析過程
經(jīng)初步分析,造成進度緩慢的主要原因是巖質(zhì)堅硬,尤其是進入弱風(fēng)化巖后,進尺相當(dāng)緩慢,嵌巖深度過深,沖進過程中,巖渣未能充分反上泥漿池進行過濾清理,沖進中巖渣抵消了大部分的沖擊力,影響進尺。為了解決好幾個問題,首先要加大泥漿比重,讓巖渣能充分循環(huán)到泥漿池、溝沉淀清理;同時定時采用反循環(huán)清干凈孔內(nèi)沉渣,并用探測錘測試孔底干凈后才繼續(xù)沖進。經(jīng)過方法改進后的施工情況,雖然對進尺略有改善,但沒有明顯的改觀,反上了的巖渣也比較少。其次,向設(shè)計院申請優(yōu)化設(shè)計,縮短樁長,在設(shè)計院要求下,對幾個主要墩位重新進行地質(zhì)勘探,勘探結(jié)果顯示巖層為粘質(zhì)泥巖,干時強度高,遇水軟化,軟化后成高粘度的、可塑性強、強度低(約為干時1/3),不能作為支承樁持力層。
在重新鉆探結(jié)果出來后,發(fā)現(xiàn)原來的分析是錯誤的,通過對勘探巖芯做了對比試驗后發(fā)現(xiàn),造成進尺緩慢的主要原因是泥巖粘性強,泥漿比重大,樁底形成高粘度糊狀“泥潭”,樁錘在沖進中,錘擊力度已大大削減,同時泥巖的粘性嚴重影響提錘的速度,甚至經(jīng)常發(fā)生粘錘事故的原因。為了提高進尺,尋找最適合該類粘質(zhì)泥巖沖進的各類指標,做了一系列對比試驗。
根據(jù)沖進速度公式:Vc=0.13*Q*a*n*h/(d2*c)
式中:Q—沖錘錘重(Kg);
N—為沖擊次數(shù);
h—沖程(m);
d—孔徑(m);
a—鉆具下落加速度,由于有巖渣的影響,沖錘在孔內(nèi)下落加速度其值不為重力加速度g,而小于g,巖渣越多,阻力越大,a越小。
根據(jù)上公式,Vc沖進速度可控制參數(shù)——規(guī)程參數(shù)為:沖錘錘重、沖次、沖程、以及沖錘加速度。為確定最佳的施工參數(shù),做了以下對比試驗:
1.不同錘重在其他指標基本相同的情況下的通過每4小時測量其進尺情況,由于受機械影響,最大錘重為6.5T,其他指標:泥漿比重1.35~1.4,含沙4%~5%,沖程4m,如下表:
2.同一泥漿指標下,同一樁機,不同沖程的對進尺的影響,沖程h越大,使時效增高,但沖擊時間變長,又使時效降低,為了使試驗簡單化,只作了沖程與頻率的對比試驗(數(shù)據(jù)10次平均數(shù)):
3.不同泥漿比重,由于在樁底黏質(zhì)“泥潭”產(chǎn)生影響,直接影響沖進加速度,對進尺造成很大的影響(由于黏性大,比重很難調(diào)的很稀,沒有對更底比重做了試驗,以下試驗是在進入弱風(fēng)化、微風(fēng)化巖后取得):
同時還做了一些加速度的測試,通過a=2*h/t2以及其他一些測試,經(jīng)過這些對比試驗發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的巖層施工的參數(shù)運用在黏質(zhì)泥巖中產(chǎn)生不理想的結(jié)果,其他巖層由于巖質(zhì)堅硬,需要較大的泥漿比重,才能較徹底地把孔底巖渣充分循環(huán)到泥漿池進行沉淀清理,同時通過撈渣時間間隔和次數(shù)可以增加清理孔底沉渣的效果,增大其沖擊加速度,加快進尺。在黏質(zhì)泥巖中,由于泥巖遇水軟化,軟化后巖體可塑性強,顆粒狀巖渣少,增大泥漿比重,加大孔底的黏度,減少沖擊加速度。在對比試驗后,以最佳的參數(shù)指導(dǎo)沖進施工,錘重全部選用6T沖錘,沖程選在4~5m(均用尺量做記號),泥漿比重控制在1.2~1.3等,有效提高了進尺,加快了成孔速度,后面樁基施工平均在10~15天完成,很好地完成了節(jié)點計劃。在此類地質(zhì)施工中,可考慮選用鉆機。
三、質(zhì)量控制
本橋樁基設(shè)計均為摩擦樁,從摩擦樁設(shè)計原理看,其設(shè)計承載力為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。因此,對于摩擦樁的質(zhì)量控制,首先,要保持樁身與土層緊密的接觸,確保摩柱力。其次,要保證樁身砼的質(zhì)量,樁身強度取決于鋼筋籠的制作質(zhì)量與砼質(zhì)量。砼的缺陷往往是由于施工工藝不合理引起的,砼質(zhì)量不僅與澆筑工藝有關(guān),還與成孔工藝有很大關(guān)系。再次,控制沉渣量。因此,在樁基施工中必須做好每一道工序,才能確保樁基質(zhì)量:
(一)施打鋼護筒
采用震動錘振入,施工中,先對導(dǎo)桁架準確定位,在振入過程中,用兩臺全站儀全程跟蹤、調(diào)整護筒的垂直度。鋼護筒垂直度偏差大會引起樁基施工時卡錘。
(二)開鉆
樁機準確就位后,開鉆前,在護筒內(nèi)多加一些黏土、片石,借助鉆頭的沖擊把泥膏、石塊擠向孔壁,以加固護筒角。當(dāng)沖進至護筒腳時,適當(dāng)減慢沖擊速度,反復(fù)拋填黏土,以防漏漿,如發(fā)生護筒腳漏漿時,可拋填水泥,水泥凝固后有效地密封縫隙。為防止沖擊振動使鄰孔坍塌或影響鄰孔已灌注砼的凝固,必須等鄰孔砼灌注完畢并達到一定的強度后方可開始鉆孔。
(三)成孔
屬于常規(guī)施工,地質(zhì)情況為黏質(zhì)泥巖,基本沒有孔壁塌陷及縮頸的危險,本工程在施工中,主要面臨施工進度的影響,在經(jīng)過對成孔中的各方面指標的調(diào)整后,有效加快沖進進尺。另外經(jīng)常發(fā)生粘錘事故。
(四)清孔
采用氣舉反循環(huán)法清孔,有效縮短清孔效率,減少孔底沉渣。
(五)鋼筋籠的制作與安裝
制作鋼筋籠時,對鋼筋的調(diào)直、除銹、截斷、彎折與焊接均按設(shè)計圖紙和技術(shù)規(guī)范要求進行。鋼筋籠的主筋盡量為整根,需要對接時,采用雙面焊搭接,搭接的長度不小于5d,末端不設(shè)彎鉤。成品鋼筋籠保證其順直、尺寸準確,其直徑、主筋間距、箍筋間距及加強箍筋間距施工誤差,均不大于20mm。安裝中:
1.為保證鋼筋籠外砼保護層的厚度符合設(shè)計要求,在其上下端及中間每隔2m在一橫截面上設(shè)置四個鋼筋“耳環(huán)”。
2.鋼筋籠吊裝之前,先對鉆孔進行檢測。檢測使用的探孔器直徑和鉆孔直徑相符,主要檢測鉆孔內(nèi)有無坍塌和孔壁有無影響鋼筋安裝的障礙物,以確保鋼筋籠的安裝。
3.鋼筋籠吊裝時對準孔位,盡量豎直輕放、慢放,遇障礙物可慢起慢落和正反旋轉(zhuǎn)使之下落,無效時,立即停止下落,查明原因后再安裝。不允許高起猛落,強行下放,防止碰撞孔壁而引起坍塌。
4.入孔后牢固定位,容許偏差不大于5cm,并使鋼筋籠處于懸吊狀態(tài)。
(六)砼的質(zhì)量控制
本工程采用商品砼,通過加入緩凝劑后初凝時間大于10小時,塌落度控制在180~200mm,灌注采用兩臺地泵同時進行。砼施工是樁基的質(zhì)量控制中最關(guān)鍵的一步,主要控制好以下幾點:
1.首批砼灌注。砼灌注量與泥漿至砼面高度、砼面至孔底高度、泥漿的密度、導(dǎo)管內(nèi)徑及樁孔直徑有關(guān)??讖皆酱?首批灌注的砼量越多,由于砼量大,攪拌時間長,因此可能出現(xiàn)離析現(xiàn)象,首批砼在下落過程中,由于和易性變差,受的阻力變大,常出現(xiàn)導(dǎo)管中堵滿砼,甚至漏斗內(nèi)還有部分砼,此時應(yīng)加大設(shè)備的起重能力,以便迅速向漏斗加砼,然后再稍拉導(dǎo)管,若起重能力不足,則應(yīng)用卷揚機拉緊漏斗晃動,這樣能使砼順利下滑至孔底,下灌后,繼續(xù)向漏斗加入砼,進行后續(xù)灌注。
2.后續(xù)砼灌注。砼灌注工作開始后,必須連續(xù)不斷地進行并且每斗砼灌注間隔時間盡量縮短,拆除導(dǎo)管所耗時間嚴格控制,一般不超過15min,不能中途停工;在灌注砼過程中,隨時探測砼高度,及時拆除或提升導(dǎo)管,注意保持適當(dāng)?shù)穆裆?導(dǎo)管埋深一般保持在2~4m,最大埋深不大于6m。注砼注意的幾個問題:
(1)導(dǎo)管下端距樁底控制為0.3~0.4m;在一切工作就緒,經(jīng)量測孔底沉淀層超標時,采用射水(射風(fēng))管沖射3~5min。
(2)導(dǎo)管埋入砼的深度在任何時候不小于1.0m。
(3)水下灌注砼的實際樁頂標高應(yīng)高出樁頂設(shè)計標高0.5m左右。
(4)嚴禁導(dǎo)管漏水或?qū)Ч艿卓谶M水(即封不住底)而造成斷樁事故,保證施工質(zhì)量。
(5)當(dāng)砼灌注完畢后,待樁上部砼開始初凝,解除對鋼筋籠固定措施,保證鋼筋籠隨著砼的收縮而收縮,避免黏結(jié)力的損失。
3.后期砼的灌注。在砼灌注后期,由于孔內(nèi)壓力較小,往往上部砼不如下部密實,這時應(yīng)稍提漏斗增大落差,以提高其密實度。
4.灌注中意外情況的處理
(1)后續(xù)砼灌注中,當(dāng)出現(xiàn)非連續(xù)性灌注時,漏斗中的砼下落后,應(yīng)當(dāng)牽動導(dǎo)管,并觀察孔口返漿情況,直至孔口不再返漿,再向漏斗中加入砼,牽動導(dǎo)管的作用如下。
1)有利于后續(xù)砼的順利下落,否則砼在導(dǎo)管中存留時間稍長,其流動性能變差,與導(dǎo)管間摩擦阻力隨之增強,造成水泥漿緩緩流墜,而骨料都滯留在導(dǎo)管中,使砼與管壁摩擦阻力增強,灌注砼下落困難,導(dǎo)致斷樁,同時,由于粗骨料間有大量空隙,后續(xù)砼加入后形成的高壓氣囊,會擠破管節(jié)間的密封膠墊而導(dǎo)致漏水,有時還會形成蜂窩狀砼,嚴重影響成樁質(zhì)量。
2)牽動導(dǎo)管增強砼向周邊擴散,加強樁身與周邊地層的有效結(jié)合,增大樁體摩擦阻力,同時加大砼與鋼筋籠的結(jié)合力,從而提高樁基承載力。
(2)剪球時卡管。在灌注水下混凝土?xí)r,經(jīng)常會產(chǎn)生剪球時卡管的情況,出現(xiàn)這種情況的原因有兩個。
1)剪球制作不合理。塞球直徑與導(dǎo)管直徑差別太小,剪球前由于砂漿或細石料滲入導(dǎo)管與球壁之間造成堵塞。如果是這種情況,在不浪費混凝土方量的前提下,應(yīng)急處理辦法有兩個:用一定長度(一般比漏斗長2m左右)直徑為20~25mm的鋼筋捅塞球,使混凝土下落;利用機械振動使混凝土下落,這種方法要求操作技術(shù)嫻熟,以保證混凝土下落時導(dǎo)管回落到正常埋管的位置。
2)混凝土不合格。如果開盤后的混凝土坍落度過小或拌和不均勻,加上累積混凝土過程中粗骨料下沉,可能導(dǎo)致漏斗口處粗骨料相互擠壓密實而堵塞漏斗口,導(dǎo)致剪球后混凝土難以下落。
補救的辦法同上,同時必須注意:第一斗混凝土坍落度一般以控制在水下混凝土坍落度規(guī)范要求的高限為宜,為確保剪球順利,可適當(dāng)控制石料用量,等剪球完成后再按正常配合比進行拌和。如果采取措施后混凝土仍不下落,時間又長,只能放棄這斗混凝土,適當(dāng)清孔或用空壓機對孔底進行擾動后重新灌注混凝土。
(3)灌注中途卡管。因機械故障(如斷電)使混凝土在導(dǎo)管內(nèi)停留時間過長,或者灌注時間過長,部分混凝土已經(jīng)初凝使下落阻力增大而堵在導(dǎo)管內(nèi)。這種事故應(yīng)以預(yù)防為主。灌注前應(yīng)全面檢修設(shè)備。盡可能使灌注連續(xù)快速,在灌注初期混凝土中摻入適量緩和劑,以避免混凝土過早初凝。如果已灌注混凝土厚度3m以內(nèi)出現(xiàn)卡管又無法補救到繼續(xù)灌注時,建議停止?jié)仓?拔出導(dǎo)管,采用吸泥機吸出混凝土,并重新清孔再灌注,或者提起鋼筋籠,重下鉆頭,加大泥漿濃度鉆至設(shè)計標高并排出已灌混凝土,再按常規(guī)辦法清孔,重新灌注,以小的損失換取高質(zhì)量工程。如果已灌注混凝土厚度較大,重鉆清孔不太可能,只能采取更換導(dǎo)管重新灌注的辦法,但如何保證更換導(dǎo)管后不斷樁值得研究。
(4)埋管。澆注過程中導(dǎo)管無法拔出有兩種可能:
1)鋼筋籠制作質(zhì)量差,部分鋼筋脫離主筋后插入導(dǎo)管吊環(huán)內(nèi)(這種情況一般會浮籠)。這時應(yīng)正反轉(zhuǎn)動導(dǎo)管,使導(dǎo)管與鋼筋籠分離并居鉆孔中心,再繼續(xù)澆筑。
2)導(dǎo)管埋深過大或混凝土初凝使導(dǎo)管內(nèi)外摩擦力增大,水下混凝土灌注應(yīng)嚴格控制埋管深度,不得大于6m,且不小于1m。為防止混凝土初凝,除適當(dāng)加緩凝劑外還應(yīng)振動導(dǎo)管。
一旦埋管發(fā)生,應(yīng)先查明究竟是何種原因,盡可能增大拔力拔起導(dǎo)管(但要防止拔漏導(dǎo)管),拔起過程中應(yīng)正反搖動導(dǎo)管,使其易于拔起。
(5)浮籠。浮籠事故在灌注水下混凝土過程中并不鮮見,對于只下半籠(即鋼筋籠長度小于成孔深度)的鉆孔樁更是有可能發(fā)生。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因與混凝土的頂推力有關(guān),但預(yù)防不力是一個因素,所以下籠時應(yīng)采取相對固定措施,盡可能多焊幾條主筋在鉆機底座上,增大固結(jié)力。
在灌注過程中混凝土何時接近或進入鋼筋籠應(yīng)做到心中有數(shù)。在混凝土面接近和進入鋼筋籠時,應(yīng)保持許可范圍之內(nèi)的較深埋管,并連續(xù)灌入混凝土盡可能減少混凝土從導(dǎo)管底口出來后對鋼筋籠的沖擊力;當(dāng)混凝土面進入鋼筋籠一定深度后,適當(dāng)提升導(dǎo)管,以增加鋼筋籠的埋深,使得混凝土與鋼筋籠的握裹力保證鋼筋籠不至上浮。
如果出現(xiàn)浮籠,應(yīng)盡快處理,扼制繼續(xù)上浮,最好用多根直徑6cm左右鋼管套住鋼筋籠主筋再焊在護筒上,并用鋼筋或方木成網(wǎng)狀壓住所焊鋼管及護筒,這樣,還能保證鋼筋籠上浮時不至過分偏位。
四、結(jié)語
該大橋主橋樁基施工中,面臨巨大的進度壓力,通過成立QC攻關(guān)小組對粘性泥巖的樁基施工指標的試驗,尋找最佳的成孔指標,有效加快成孔施工進度,同時,加強質(zhì)量的控制。經(jīng)過小組成員的共同努力,很好地指導(dǎo)樁基施工,使施工在制定工期內(nèi)完工,為洪水前結(jié)構(gòu)物露出水面打下堅實的基礎(chǔ)。樁基全部采用超聲波檢測,其中兩根樁增加大應(yīng)變檢測,檢測結(jié)果全部為Ⅰ類樁。
作者簡介:肖潛(1981- ),男,中交四航局第一工程有限公司助理工程師,研究方向:施工管理。