橋梁鉆孔灌注樁施工處理技術(shù)研究
摘要：根據(jù)筆者從事公路工程管理多年經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)就對(duì)鉆孔灌注樁施工技術(shù)及灌短樁頭處理的具體方法和步驟進(jìn)行了探討與分析。
關(guān)鍵詞：橋梁建筑，鉆孔灌注樁，混凝土，施工技術(shù)
隨著我國(guó)的公路橋梁快速發(fā)展,對(duì)樁基的要求越來越高,我們金華市轄區(qū)內(nèi)的橋梁基礎(chǔ)形式大多采用灌注樁基礎(chǔ)。為了滿足設(shè)計(jì)要求,灌注樁的持力層要求是較為完整的巖石層,但由于地質(zhì)條件復(fù)雜多變，樁長(zhǎng)和樁徑尺寸往往很大,使得下部結(jié)構(gòu)的造價(jià)在整個(gè)工程總造價(jià)中占較大的比例;同時(shí),由于樁長(zhǎng)很長(zhǎng),也給施工造成很大的困難。鉆孔灌注樁是采用不同的鉆孔方法，在土中形成一定直徑的孔，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將鋼筋骨架吊入井孔中，再灌注砼。由于鉆孔灌注樁對(duì)地質(zhì)狀況的適應(yīng)性強(qiáng)、承載力高、施工方便，已成為大中型橋梁基礎(chǔ)的首選形式。但在施工過程中，由于對(duì)施工管理的重視不夠或者施工人員操作失誤又恰好鉆到兩種不同地質(zhì)條件的結(jié)合部，發(fā)生坍孔、擴(kuò)孔等現(xiàn)象，造成了灌短樁頭等缺陷。根據(jù)筆者多年經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)就對(duì)鉆孔灌注樁施工技術(shù)及灌短樁頭處理的具體方法和步驟進(jìn)行了探討與分析。
一、鉆孔灌注樁的施工控制
根據(jù)大直徑灌注樁的荷載傳遞特性可知，基樁承載力除了與樁身混凝土強(qiáng)度、樁徑、樁長(zhǎng)、長(zhǎng)徑比等內(nèi)在因素有關(guān)外，還與孔壁、泥皮、清孔、水下混凝土灌注等諸多外部因素有關(guān)。另外樁穿越的各土層的層厚、力學(xué)性質(zhì)、嵌巖段的長(zhǎng)度及地基強(qiáng)度等因素的影響也較大。對(duì)于這些外部因素，在施工過程中必須注意并嚴(yán)格控制。
1、鉆孔
安排鉆孔是灌注樁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在鉆機(jī)就位前，檢查鉆機(jī)和各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括場(chǎng)地布置與鉆機(jī)坐落處的平整和加固，主要機(jī)具的檢查與安裝，配套設(shè)備的就位及水電供應(yīng)的接通、造泥漿的黏土是否足夠等，鉆孔就位后，底座和頂端平穩(wěn)。開孔時(shí)必須以主動(dòng)鉆桿自由對(duì)中轉(zhuǎn)盤中心的辦法來調(diào)平鉆機(jī)底座。開鉆時(shí)應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，及時(shí)加入重塊，降低鉆具重心，防止傾斜。鉆孔時(shí)采用三班連續(xù)作業(yè)制度，每班必須及時(shí)填寫鉆孔施工記錄，包括本班進(jìn)尺、地層情況、停鉆原因及處理情況等多項(xiàng)內(nèi)容，交接班時(shí)交代鉆進(jìn)情況及下一班應(yīng)注意的問題。鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)保持孔內(nèi)有足夠的水頭高度和合理的泥漿技術(shù)指標(biāo)，平衡土層壓力，防止縮孔及坍孔。施工時(shí)，可以專門配一位技術(shù)人員經(jīng)常測(cè)定泥漿比重，定期測(cè)定粘度、含砂量和膠體率，及時(shí)調(diào)整泥漿技術(shù)指標(biāo)，必要時(shí)使用泥漿添加劑。優(yōu)質(zhì)泥漿對(duì)孔壁既有良好的保護(hù)作用，又不產(chǎn)生泥皮效應(yīng)，也不影響樁周摩阻力。在土層變化處撈取渣樣，判明土層，并記入記錄表中，以便采取相應(yīng)措施對(duì)鉆孔中泥漿的性能隨時(shí)控制。
2、鉆孔施工中遇到的問題及處理辦法
2.1坍孔的原因分析
坍孔是施工中常見的事故，一般表現(xiàn)為孔內(nèi)水位突然下降或出渣量顯著增加而不見進(jìn)尺或進(jìn)尺很慢而鉆機(jī)的負(fù)荷明顯增加，發(fā)生異響，甚至鉆頭被埋住等，這些都說明孔內(nèi)已有坍塌。分析坍孔的原因主要有：土層松軟；孔內(nèi)水頭高度不夠或水頭太高；護(hù)筒周圍填土不密實(shí)；附加于孔口附近的荷載增大；清孔時(shí)間過長(zhǎng)或操作不當(dāng)，或清孔時(shí)空壓機(jī)擾動(dòng)孔壁；泥漿比重不夠，護(hù)壁不可靠等。
2.2坍孔的處理
在基樁施工中，曾有一例較嚴(yán)重的坍孔現(xiàn)象，孔中埋有鋼板、方木等雜物，我們?cè)诖驌瞥鲭s物后，用砂和黏土混合物回填坍孔，等回填沉積穩(wěn)定后，重新埋設(shè)護(hù)筒，再開始鉆孔，經(jīng)過實(shí)施，達(dá)到了預(yù)期的效果。
3、終孔鑒定及孔底沉渣控制
終孔時(shí)應(yīng)采用探籠器檢測(cè)孔徑，利用鉆孔的鋼絲繩把探籠器放入孔內(nèi)，如上下順暢即符合要求，否則進(jìn)行掃孔。終孔鑒定中，泥漿循環(huán)的觀察是重要的輔助手段，孔底沉渣必須進(jìn)行嚴(yán)格控制。下鋼筋籠導(dǎo)管后、灌注混凝土前，進(jìn)行二次清孔，同時(shí)調(diào)制優(yōu)質(zhì)泥漿，使其能降低顆粒下沉速度；采用先進(jìn)的反循環(huán)清孔工藝，沉渣測(cè)定符合要求后，立即灌注混凝土，保證二次清孔后至第一盤混凝土剪球時(shí)間不超過30min，防止土渣回落；盡量加大混凝土初灌量，利用初灌量的沖力，沖開殘余孔底的少量沉渣。
4、水下混凝土灌注控制
水下混凝土灌注是成樁的最后一道工序，也是保證樁身質(zhì)量的最關(guān)鍵的工序。灌注混凝土?xí)r,著灌注高度的不斷上升，要及時(shí)提升導(dǎo)管，提升時(shí)要保證導(dǎo)管底端埋入管外混凝土以下的深度不少于4-6m，但也不宜大于8m，嚴(yán)禁將導(dǎo)管底端提出混凝土面，造成斷樁或局部離析�；炷凉嘧r(shí)應(yīng)經(jīng)常測(cè)量混凝土面高度，控制導(dǎo)管在混凝土內(nèi)的埋深，避免出現(xiàn)質(zhì)量事故。
二、鉆孔灌注樁的樁身質(zhì)量檢測(cè)
根據(jù)大直徑灌注樁荷載傳遞原理，樁身質(zhì)量是制約基樁承載力的一個(gè)主要因素，對(duì)樁身完整性、樁底沉渣等情況進(jìn)行檢測(cè)是必不可少的一項(xiàng)工作。一般檢測(cè)樁身的結(jié)構(gòu)完整性用無破損法進(jìn)行檢測(cè)，包括超聲波檢測(cè)和低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)等。設(shè)計(jì)有規(guī)定時(shí)或不能保證成樁質(zhì)量時(shí)，采用鉆取芯樣法對(duì)樁進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)柱樁應(yīng)鉆到0.5m以下。檢測(cè)后，成樁質(zhì)量不符合要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行處理。
1、灌短樁頭及處理方法
在灌注混凝土的施工過程中，孔壁斷續(xù)發(fā)生小塌方，施工人員未發(fā)覺未處理，探測(cè)捶達(dá)不到混凝土表面造成。灌注結(jié)束后，樁頭高程低于設(shè)計(jì)高程，出現(xiàn)樁頭灌短現(xiàn)象。的處理方法：
1.1導(dǎo)管已經(jīng)拔出井孔，間隔時(shí)間較短，混凝土還未初凝，導(dǎo)管還能插入混凝土中時(shí)。處理方法如下：仔細(xì)測(cè)量井孔內(nèi)斷樁處混凝土面的深度，計(jì)算導(dǎo)管長(zhǎng)度及充滿導(dǎo)管所需的混凝土體積數(shù)，將導(dǎo)管檢查拼接合格后下入井中。將球栓置于漏斗頸口處，球下設(shè)一層塑料布或若干水泥袋紙墊層，用細(xì)鋼絲引出，連接于鉆機(jī)副吊鉤或其他提升設(shè)備上，當(dāng)達(dá)到混凝土初存量后(即灌注混凝土的第一盤料數(shù)量)，迅速將球向上拔出，這種方法稱為拔球法�；炷翂褐芰喜�?jí)|層與水隔絕的狀態(tài)，排出導(dǎo)管內(nèi)的泥漿而至口底，球栓多用混凝土或木料制成，球徑直徑可大于導(dǎo)管直徑1.5-2.5cm。當(dāng)儲(chǔ)料斗中的混凝土表面達(dá)到制作的標(biāo)志位置時(shí)，即混凝土已到達(dá)導(dǎo)管底口位置，導(dǎo)管中的泥漿已被排到口底，此時(shí)應(yīng)迅速將儲(chǔ)料斗和導(dǎo)管一起下放，使導(dǎo)管底口插入井孔內(nèi)斷樁處混凝土面以下50cm，儲(chǔ)料斗內(nèi)的剩余混凝土繼續(xù)下灌。導(dǎo)管底口混凝土外翻和井孔內(nèi)斷樁位置以下的混凝土結(jié)合，推動(dòng)井孔內(nèi)混凝土上升，直至第一盤料灌注完畢。為了提高樁的質(zhì)量，在灌注第二盤料時(shí)，將儲(chǔ)料斗和導(dǎo)管繼續(xù)緩慢下放，使導(dǎo)管底口插入斷樁位置以下100-200cm的混凝土中，按正常灌注方法灌注混凝土。從斷樁到二次開盤灌注混凝土所需時(shí)間不能超過30min，否則混凝土初凝，即使導(dǎo)管重新插入混凝土中，二次灌注的混凝土也不能沖破井孔內(nèi)的原有混凝土，導(dǎo)致失敗。
1.2導(dǎo)管已經(jīng)拔出井孔，間隔時(shí)間較長(zhǎng)，混凝土已經(jīng)初凝，導(dǎo)管插入混凝土中困難或無法插入混凝土中。處理方法如下：清理施工現(xiàn)場(chǎng)，加固護(hù)筒，防止護(hù)筒坍落井中。將鋼筋骨架的主筋上端焊接在護(hù)筒壁上，避免鉆頭擾動(dòng)彎曲、鋼筋骨架中的主筋無法提降鉆頭。如果鋼筋骨架位于護(hù)筒之下，應(yīng)將泥漿排至鋼筋骨架頂面以下30-50cm，將主筋接長(zhǎng)并焊于護(hù)筒壁上。當(dāng)鋼筋骨架頂和護(hù)筒底部的距離相差較大時(shí)，為防止泥漿過多而導(dǎo)致坍孔，可采用其它方法，如加長(zhǎng)護(hù)筒等，更換小鉆頭(小鉆頭的直徑較成孔鉆頭的直徑小約30-40cm)進(jìn)行造漿，泥漿指標(biāo)符合鉆孔要求即可。開動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行二次鉆孔，由于時(shí)間較短，井孔內(nèi)的混凝土強(qiáng)度還較低，鉆頭進(jìn)尺較快，混凝土中的碎石被泥漿浮出井孔外，保證了二次鉆孔的成功性，但應(yīng)注意二次鉆孔不可傾斜，以免鉆頭被鋼筋骨架掛住。當(dāng)鉆至樁的設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，提出鉆頭，用鉆機(jī)或其他提升設(shè)備，或用千斤頂和反力架配合，將鋼筋骨架中的主筋單根單根抽拔出來。由于混凝土強(qiáng)度不高，鉆孔樁的內(nèi)孔已經(jīng)形成，整個(gè)鉆孔灌注樁成為一個(gè)壁厚為15-20cm管柱，當(dāng)?shù)谝桓鹘畋话纬鰰r(shí)，管柱已出現(xiàn)破碎，其他主筋的抽拔就比較簡(jiǎn)單容易。鋼筋骨架中的螺旋筋可用有關(guān)的打撈器打撈出來，更換成孔時(shí)的鉆頭，開動(dòng)鉆機(jī)將管柱破碎在井孔內(nèi)的混凝土塊進(jìn)行粉碎，利用泥漿將其浮出井孔外。當(dāng)碎塊被清除后，該樁孔重新形成，可按灌注混凝土的步驟進(jìn)行施工成樁。
2、注意事項(xiàng)
2.1鋼筋骨架中的螺旋筋采用點(diǎn)焊而非扎絲綁扎方式固定在主筋上，而點(diǎn)焊間距較小時(shí)不得使用該法。因?yàn)檎麄�(gè)鋼筋骨架成為一體，不能單根抽拔，使井孔中鋼筋骨架無法清除。
2.2孔中鋼筋骨架長(zhǎng)度大于30m時(shí)，不能使用該法。因?yàn)殡m然管柱的壁厚為15-20cm，但主筋被混凝土握裹長(zhǎng)度較長(zhǎng)，握裹力很大，單根抽拔主筋的力不能克服其握裹力，有時(shí)即使將主筋拔斷也不能將其抽拔出來，無法清除孔內(nèi)鋼筋骨架。以上兩種方法實(shí)際應(yīng)用中成功率接近100%，關(guān)鍵在于分析處理好每個(gè)細(xì)節(jié)。這兩種方法處理的斷樁，必須經(jīng)過檢測(cè)后，確定無質(zhì)量問題時(shí)，方可使用，否則應(yīng)按斷樁處理。檢測(cè)時(shí)可先進(jìn)行無破損檢測(cè)，無質(zhì)量問題時(shí)，再進(jìn)行取芯檢測(cè)，合格后即可使用。
三、結(jié)束語
本文在對(duì)鉆孔灌注樁施工技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)提出了灌短樁頭處理的具體方法、步驟，在許多實(shí)例中取得很好的效果，為鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)和施工提供了有益的幫助和指導(dǎo)。
