王振宇, 梁學(xué)成, 李正全
(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 一分局,四川彭山 620860)
隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的發(fā)展,橋梁工程所占比重的進(jìn)一步提升,鉆孔樁基礎(chǔ)以其容易適應(yīng)持力層高低不平的變化和不同施工條件及外荷載的變化,省工、省料、施工速度快等特點(diǎn)而被廣泛采用。
鉆孔灌注樁施工時(shí)常易發(fā)生孔壁坍塌、斜孔、樁身夾泥、短樁等工程問(wèn)題,可以說(shuō)是“常發(fā)病”和“多發(fā)病”。水下混凝土灌注屬隱蔽工程,—旦發(fā)生質(zhì)量事故難以觀察和補(bǔ)救,從而給后期處理帶來(lái)困難,影響橋梁的施工進(jìn)度和使用性能。要想行之有效的控制鉆孔灌注樁的成孔質(zhì)量,就必須熟悉鉆孔施工過(guò)程中常見(jiàn)的工程質(zhì)量事故及處理方法,掌握水下混凝土灌注施工中常見(jiàn)病害的防治措施。筆者從施工中經(jīng)常遇到的實(shí)際問(wèn)題入手,主要針對(duì)沖擊鉆機(jī)的成孔方式,就鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量控制及病害產(chǎn)生原因和防治加以分析解答。
鉆孔施工中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題一般有坍孔、鉆孔偏斜、擴(kuò)孔、縮孔、卡鉆、埋鉆和梅花孔等。為防止此類(lèi)事故的發(fā)生,確保成孔質(zhì)量,防患于未然,在施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)施工前要認(rèn)真查看地質(zhì)資料,掌握地質(zhì)狀況,分析可能發(fā)生的問(wèn)題并制定預(yù)防措施。
(2)施工前注意檢查操作平臺(tái)及鉆機(jī)安裝的穩(wěn)定性,調(diào)整鉆頭的垂直度。
(3)在鉆進(jìn)過(guò)程中,始終要注意泥漿的質(zhì)量,確保護(hù)筒內(nèi)泥漿面標(biāo)高不低于地下水位或河水水位 1.5~2.0m,這是防止坍孔和縮頸的基本保證。
(4)泥漿相對(duì)密度和粘度不能太大,鉆機(jī)沖程不能過(guò)小,防止出現(xiàn)梅花孔。
在鉆孔過(guò)程中,如發(fā)現(xiàn)孔口護(hù)筒內(nèi)水位忽然上升溢出,隨即驟降并冒出氣泡,出渣量突增而不見(jiàn)進(jìn)尺,鉆機(jī)負(fù)荷顯著增加,應(yīng)懷疑是坍孔征象,可用測(cè)深探錘探測(cè),若測(cè)得的孔深與原孔深相差較大,可證實(shí)坍孔。
坍孔產(chǎn)生的原因一般為:孔內(nèi)外水位差減小,水頭不穩(wěn)定,不能保證原有的落水壓力;泥漿稠度小,起不到加固孔壁的作用;護(hù)筒埋設(shè)不良,埋深不夠,四周填土質(zhì)量差,造成護(hù)筒底周?chē)┧?容易引起護(hù)筒底附近坍孔;施工操作不當(dāng),鉆頭、抽渣筒起落不穩(wěn),碰撞、沖擊孔壁;停鉆時(shí)間過(guò)長(zhǎng),泥渣沉淀,泥漿稠度不夠,再鉆時(shí)未重新調(diào)配適當(dāng);清孔、抽渣措施不當(dāng),延續(xù)時(shí)間太長(zhǎng),破壞了護(hù)壁泥皮等。
預(yù)防和處理方法:坍孔部位不深時(shí),如果孔口或護(hù)筒底部坍塌,可采取深埋護(hù)筒法,將護(hù)筒周?chē)奶钔梁粚?shí)后再繼續(xù)鉆進(jìn);也可采取回填粘土、重埋護(hù)筒、重新鉆孔的方法。如果孔內(nèi)發(fā)生坍塌,應(yīng)查明坍孔原因、位置,然后進(jìn)行處理。坍孔不嚴(yán)重時(shí),可回填粘土到坍孔部位以上 1~1.5m,并采取改善泥漿性能、加高水頭、深埋護(hù)筒等措施,再進(jìn)行施鉆。坍孔嚴(yán)重時(shí),應(yīng)立即將鉆孔用砂類(lèi)土或礫石土回填,無(wú)上述土類(lèi)時(shí),可采用粘質(zhì)土并摻入 5%~8%的水泥,等待數(shù)日待回填沉實(shí)后重新鉆孔,此次鉆進(jìn)應(yīng)注意調(diào)整泥漿濃度,減緩鉆進(jìn)速度。
造成鉆孔偏斜的原因:鉆機(jī)安裝不平穩(wěn),鉆架發(fā)生位移;護(hù)筒埋設(shè)偏斜易造成鉆頭跟進(jìn)時(shí)發(fā)生引導(dǎo)性的偏斜;鉆進(jìn)過(guò)程中松繩過(guò)多,鉆頭落底時(shí)自由度過(guò)大;遇到凸起硬巖,由于硬巖與周?chē)临|(zhì)的軟硬程度相差較大,容易引起偏斜等。
預(yù)防和處理方法:鉆進(jìn)過(guò)程中,技術(shù)人員應(yīng)隨時(shí)檢查鋼繩的垂直度,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有傾斜趨勢(shì)時(shí)應(yīng)及時(shí)矯正,避免因發(fā)現(xiàn)不及時(shí)而造成鉆孔嚴(yán)重偏斜,增大處理工作的難度。
當(dāng)發(fā)生鉆孔偏斜時(shí),應(yīng)及時(shí)查明偏斜的初始位置并回填礫石土和片石,回填高度應(yīng)略高于偏斜處,并以小沖程施鉆,減緩鉆進(jìn)速度;鉆進(jìn)過(guò)程中,必須勤松繩、少量松繩,要注意均勻地松放鋼絲繩的長(zhǎng)度。
使用沖擊鉆鉆孔時(shí)常發(fā)生卡鉆現(xiàn)象,卡鉆的原因主要有:
在更換鉆頭時(shí),如果更換的鉆頭比原鉆頭的直徑大,容易發(fā)生卡鉆;鉆頭不轉(zhuǎn)動(dòng),孔底出現(xiàn)較深的梅花孔等容易形成卡鉆。孔內(nèi)有探頭石或坍落石等也容易引起卡鉆。
預(yù)防和處理方法:在更換鉆頭時(shí),要注意其直徑的大小,在焊補(bǔ)原鉆頭時(shí),也要注意其直徑是否增大。要預(yù)防和及早對(duì)不規(guī)則孔進(jìn)行處理,使孔圓順,以降低卡鉆機(jī)率。
發(fā)生卡鉆后,不宜強(qiáng)提鉆頭,以免鉆頭越卡越緊。應(yīng)分析清楚卡鉆的原因后再進(jìn)行妥善處理??刹捎眯″F沖擊或用沖、吸的方法將鉆錐周?chē)你@渣松動(dòng)后再提出。
掉鉆頭是鉆孔中經(jīng)常發(fā)生的事故之一。由于打撈一個(gè)鉆頭往往要耗費(fèi)幾個(gè)工班,影響工期,操作不當(dāng)不但撈不出來(lái),還會(huì)引起坍孔,以致不得不廢棄鉆孔,對(duì)施工影響很大,要盡力防止。
沖擊式鉆機(jī)掉鉆頭的原因主要為:鉆頭大繩卡子松動(dòng);鋼絲繩斷絲;鉆頭空打;卡鉆時(shí)硬提等都容易造成鉆頭掉落。
預(yù)防和處理方法:加強(qiáng)施工檢查,對(duì)磨損嚴(yán)重的鋼繩和卡環(huán)等及時(shí)更換;認(rèn)真按規(guī)定操作,遇到障礙物不能硬鉆,卡鉆時(shí)不可強(qiáng)提硬拔;鉆進(jìn)過(guò)程中均勻地松放鋼絲繩的長(zhǎng)度,防止松繩過(guò)少,形成“打空錘”。也可增加一根保險(xiǎn)鋼絲繩,當(dāng)主繩斷時(shí),可利用其提起鉆頭。
發(fā)生掉鉆事故宜首先加大泥漿濃度,然后用打撈叉、鉤、繩套等工具打撈,同時(shí),鉆頭上要預(yù)先焊一些掛鉤,以便打撈。打撈無(wú)效時(shí),應(yīng)盡快聯(lián)系有經(jīng)驗(yàn)的打撈隊(duì)伍,不能擱置太長(zhǎng),以免坍孔。值得強(qiáng)調(diào)的是:在任何情況下,嚴(yán)禁施工人員進(jìn)入沒(méi)有護(hù)筒或無(wú)其他防護(hù)設(shè)施的鉆孔中心處理故障。當(dāng)必須下入鉆孔時(shí),應(yīng)邀請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員,配備齊全防毒、防溺、防坍埋等安全設(shè)施后方可進(jìn)行。
鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,應(yīng)對(duì)孔深、孔徑、孔型、傾斜度進(jìn)行檢查??讖健⒖仔?、傾斜度的檢測(cè)宜使用專(zhuān)用儀器,當(dāng)缺乏專(zhuān)用儀器時(shí),可自制鋼筋檢孔器。檢孔器外徑為孔樁鋼筋籠直徑加100mm(不得大于鉆頭直徑),長(zhǎng)度為 4~6倍樁徑。
成孔后,更換清渣筒,進(jìn)行清底并測(cè)定孔深。清孔徹底與否對(duì)泥漿護(hù)壁成孔灌注樁的承載力和沉降量影響較大。
水下混凝土澆筑前,應(yīng)復(fù)查樁底沉渣厚度。利用清孔后孔深與混凝土灌注前量測(cè)沉渣頂面孔深的差值來(lái)計(jì)算沉渣厚度。不滿(mǎn)足要求時(shí)應(yīng)進(jìn)行二次清孔。端承樁沉渣厚度≤100mm,摩擦樁沉渣厚度≤300mm。
清孔后,應(yīng)盡快下鋼筋籠并灌注水下混凝土,間隔時(shí)間越短越好,以免坍孔。
分節(jié)吊裝的鋼筋籠拼裝焊接時(shí)需注意鋼筋籠的垂直度,并且兩節(jié)鋼筋籠的中心應(yīng)在同一條直線(xiàn)上,不得發(fā)生扭曲現(xiàn)象。
下放鋼筋籠時(shí)速度要緩慢均勻,隨時(shí)調(diào)整籠體的垂直度,盡量避免鋼筋籠傾斜及擺動(dòng),以防塌孔。下到設(shè)計(jì)標(biāo)高后用2根 φ16~20的吊筋進(jìn)行定位,采用工字鋼固定于護(hù)筒兩側(cè)的枕木上,并計(jì)算鋼筋籠位置是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)高。
(1)水泥的初凝時(shí)間不宜早于 2.5h,水泥強(qiáng)度等級(jí)不宜低于 42.5MPa。水泥摻入量不宜小于 350㎏/m3,當(dāng)摻有適宜數(shù)量粉煤灰時(shí),可不少于 300㎏ /m3。
(2)粗骨料宜優(yōu)先選用卵石,如采用碎石,宜適當(dāng)增加混凝土配合比的含砂率。最大粗骨料粒徑不應(yīng)大于 40mm。
(3)混凝土配合比的含砂 率宜采用 0.4~0.5,水灰比宜采用 0.3~0.4。
(4)混凝土拌合物應(yīng)有良好的和易性,在運(yùn)輸和灌注過(guò)程中應(yīng)無(wú)顯著離析、泌水現(xiàn)象。灌注時(shí)應(yīng)保持足夠的流動(dòng)性,其坍落度宜為 180~220 mm。
(5)混凝土的初凝時(shí)間要大于灌注完成時(shí)間。
采用導(dǎo)管法進(jìn)行水下混凝土灌注,對(duì)導(dǎo)管的法蘭盤(pán)、橡膠墊圈、連接螺栓做認(rèn)真檢查,并對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行試拼裝,檢查導(dǎo)管是否漏水。導(dǎo)管每節(jié)長(zhǎng)度宜為 2m,底節(jié)長(zhǎng)度可采用 4~6m,各節(jié)用法蘭盤(pán)連接。提升導(dǎo)管要做到慢升、快落,拆卸導(dǎo)管要快,一般不超過(guò) 20~30min。
儲(chǔ)料斗的容積要滿(mǎn)足首批混凝土灌入樁孔的要求,導(dǎo)管埋入混凝土中的深度應(yīng)不小于 1m并不宜大于 3m。灌注過(guò)程中,嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深(將埋置深度控制在 2~4m),保持導(dǎo)管下端埋入混凝土的深度在任何時(shí)候都不小于 1m,以防止導(dǎo)管提漏或埋管過(guò)深拔不出而出現(xiàn)斷樁。
灌注混凝土要連續(xù)進(jìn)行,中途不得停止。正常灌注間歇不大于 30min。隨著灌注工作的進(jìn)行,應(yīng)徐徐將導(dǎo)管向上提升,每次提升高度應(yīng)與混凝土灌注速度相適應(yīng),并應(yīng)保證導(dǎo)管內(nèi)經(jīng)常具有足夠高度的混凝土。
灌注完畢的水下混凝土頂面要比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高高出 1m,以保證頂面的浮漿或松散層鑿除后仍能保證設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。
系指樁身混凝土混進(jìn)泥土或形成浮漿泡沫軟弱夾層。其形成的主要原因是灌注時(shí)因?qū)Ч苊芊獠涣?泥漿滲入導(dǎo)管內(nèi);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;量測(cè)孔內(nèi)混凝土面高度不準(zhǔn)確,導(dǎo)管底口超出原混凝土面,導(dǎo)致底口涌入泥水,都會(huì)產(chǎn)生夾泥現(xiàn)象,這時(shí),應(yīng)全部提出導(dǎo)管和鋼筋籠,鑿掉已澆注的混凝土和未提出的鋼筋籠,清孔后重新灌注混凝土。
預(yù)防和處理方法:混凝土導(dǎo)管在下入樁孔前,必須對(duì)接頭、管壁等進(jìn)行詳細(xì)檢查,定期進(jìn)行導(dǎo)管水密性試驗(yàn);首批混凝土要準(zhǔn)備充足,并使導(dǎo)管底口至孔底的距離為 30~40cm;導(dǎo)管提升不要過(guò)快,量測(cè)混凝土面高程及導(dǎo)管埋深要準(zhǔn)確。
灌注完畢時(shí),導(dǎo)管埋置過(guò)深且拔管過(guò)快,形成窩洞,致使?jié){渣灌入造成夾泥;灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng),頂部混凝土流動(dòng)性減小,拔管后形成窩洞,造成夾泥;泥漿過(guò)稠,夾帶泥渣附于管壁,導(dǎo)致導(dǎo)管位置混凝土形成夾層。
預(yù)防和處理方法:確?;炷吝B續(xù)灌注,減少灌注時(shí)間。灌注將近結(jié)束時(shí),減小導(dǎo)管埋深,拔出導(dǎo)管時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行,使頂部混凝土能充分填滿(mǎn)孔洞。當(dāng)樁頭夾泥、形成孔洞時(shí),應(yīng)將夾泥段鑿除至完整混凝土面,并鑿成 10cm(寬)×5cm(深)井字槽,四周埋置直徑不小于 20mm的連接筋,并采用同標(biāo)號(hào)的混凝土進(jìn)行接樁。
鋼筋籠上浮除了是因?qū)Ч芴嵘龝r(shí)鉤掛等一些顯而易見(jiàn)的原因外,主要原因是由于導(dǎo)管底口在鋼筋籠底部以下 3m至以上2m時(shí)混凝土灌注速度過(guò)快,使混凝土下落沖出導(dǎo)管底口向上反沖,系其頂托力大于鋼筋籠的重力所引起的。
預(yù)防和處理方法:在混凝土面接近和進(jìn)入鋼筋籠時(shí),應(yīng)放慢混凝土灌注速度,當(dāng)混凝土面上升到骨架底部 4m以上時(shí),緩慢提升導(dǎo)管,切不可過(guò)猛,使其底口高于骨架底部 2m以上,即可恢復(fù)正常的灌注速度。除上述方法外,還應(yīng)從鋼筋籠自身加以考慮,一般的方法是將鋼筋籠頂端牢固焊在護(hù)筒上,或?qū)摻罟羌苤械?4根主筋伸長(zhǎng)至孔底,起牽制作用。
當(dāng)鋼筋籠出現(xiàn)上浮時(shí),立即停止灌注混凝土,利用護(hù)筒、鉆機(jī)等設(shè)施對(duì)其進(jìn)行控制。當(dāng)上浮高度較小時(shí),待其被控制住后,放慢速度繼續(xù)澆注,澆注完成后,會(huì)同設(shè)計(jì)單位對(duì)該樁進(jìn)行驗(yàn)算,對(duì)不合要求的樁按設(shè)計(jì)要求增加相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)措施;當(dāng)上浮高度較大時(shí),樁的要求遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,就要將鋼筋籠拔出、清孔,重新灌注混凝土。
縮頸樁又稱(chēng)瓶頸樁,是指部分樁徑縮小、樁截面積不符合設(shè)計(jì)要求。縮頸樁產(chǎn)生的原因:拔管過(guò)快,管內(nèi)混凝土存量過(guò)少,混凝土本身和易性差,出管擴(kuò)散困難造成縮頸;沉渣厚度過(guò)大或有大粒徑巖石,灌注過(guò)程中形成包泥,使樁身發(fā)生不同程度的縮頸現(xiàn)象。
防治措施:在容易產(chǎn)生縮頸的土層中施工時(shí),要嚴(yán)格控制拔管速度;混凝土坍落度要符合要求且管內(nèi)混凝土必須略高于孔內(nèi)混凝土面,以保持足夠的壓力,使混凝土出管擴(kuò)散正常。
施工時(shí)可設(shè)專(zhuān)人隨時(shí)測(cè)定混凝土的下落情況,遇有縮頸現(xiàn)象,可采取復(fù)打處理。
灌注結(jié)束后,若成樁樁頭高程低于設(shè)計(jì)高程,則屬樁頭灌短事故,即短樁。其產(chǎn)生的原因:灌注將近結(jié)束時(shí)漿渣過(guò)稠,用測(cè)錘難以準(zhǔn)確判斷混凝土面,或由于測(cè)錘太輕,沉不到混凝土面,發(fā)生誤測(cè)以至過(guò)早拔出導(dǎo)管終止灌注而造成短樁;還有些是灌注混凝土?xí)r發(fā)生孔壁坍塌未被發(fā)覺(jué),測(cè)錘達(dá)不到混凝土面,這種情況最為危險(xiǎn),有時(shí)會(huì)使成樁縮短數(shù)米。其預(yù)防和處理方法:
(1)在灌注過(guò)程中,必須時(shí)刻注意是否有發(fā)生坍孔的征兆。
(2)測(cè)錘的重量及形狀要滿(mǎn)足要求。
(3)灌注將近結(jié)束時(shí),可加清水稀釋泥漿并掏出部分沉淀土。
在灌注過(guò)程中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)塌方,用測(cè)錘測(cè)定塌方量,如果塌方量較小,可繼續(xù)灌注混凝土并增大成樁高度,保證頂面的浮漿或松散層鑿除后仍能保證設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。如果塌方量較大,可接長(zhǎng)護(hù)筒或在原護(hù)筒內(nèi)側(cè)加設(shè)護(hù)筒,壓入已灌注的混凝土內(nèi),然后用高壓水將泥渣和松軟層沖松,同時(shí)用吸泥機(jī)將泥漿沉渣吸除干凈,再進(jìn)行灌注。
若成樁以后發(fā)現(xiàn)短樁,可聯(lián)系設(shè)計(jì)單位,參照設(shè)計(jì)意見(jiàn)進(jìn)行接樁處理。
斷樁是泥漿或砂礫與混凝土混合把灌注的混凝土隔斷,形成松散層,使混凝土截面受損,是較嚴(yán)重的質(zhì)量事故。其產(chǎn)生的原因主要有以下幾種:
(1)對(duì)孔深及導(dǎo)管的埋深量測(cè)不準(zhǔn)確,導(dǎo)管被提出混凝土面;
(2)導(dǎo)管內(nèi)嚴(yán)重漏水,致使灌注時(shí)將已灌注的混凝土砂漿沖散,形成骨料堆積的松散夾層;
(3)施工中由于機(jī)械故障等原因長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法灌注混凝土,造成已灌注混凝土凝固;
(4)灌注過(guò)程中出現(xiàn)坍孔,無(wú)法進(jìn)行清理或清理不徹底,形成灌注中斷或混凝土中夾有泥石。
處理方法:澆筑時(shí)間不長(zhǎng),混凝土數(shù)量不大時(shí),可將孔中混凝土及泥石全部清除,重新灌注。
若斷樁面距地面深度較淺時(shí),可將護(hù)筒續(xù)接到混凝土面,抽干孔內(nèi)泥漿,鑿出新鮮混凝土面,再按無(wú)水混凝土澆筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高。
對(duì)于在灌注過(guò)程中發(fā)生的斷樁事故應(yīng)分析原因,采取相應(yīng)措施,對(duì)于計(jì)劃重做的樁,要立即拔出鋼筋籠,重新鉆孔,按新孔進(jìn)行灌注。若鋼筋籠無(wú)法取出,可回填低標(biāo)號(hào)混凝土至鋼筋籠頂部位置,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,再重新鉆孔。鉆進(jìn)過(guò)程中,利用大塊磁鐵將被鉆頭捶斷的鋼筋吸出,以免影響鉆進(jìn)速度。
對(duì)澆筑完成后才發(fā)現(xiàn)的斷樁,要采取補(bǔ)樁的方案。方案要通過(guò)計(jì)算并上報(bào)有關(guān)部門(mén),一般采用扁擔(dān)樁、壓漿補(bǔ)強(qiáng)等方法進(jìn)行處理。
由我單位承建的包西鐵路項(xiàng)目共有 731根鉆孔樁,經(jīng)低應(yīng)變反射波法無(wú)損檢測(cè)合格樁為100%,其中 I類(lèi)樁占 90%,II類(lèi)樁占 10%。
鉆孔樁病害的成因多種多樣,處理的方法也各有不同,上述方法是在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期施工中積累總結(jié)得到的,經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)證明其行之有效。當(dāng)然,有關(guān)橋梁鉆孔樁的通病成因及防治對(duì)策是很復(fù)雜的,有待進(jìn)一步研究。只有搞清楚其病害機(jī)理,才能對(duì)癥下藥;只有合理的防治措施,才能使國(guó)家有限的建設(shè)資金發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。