某桥梁桩基础应用钻孔灌注桩施工技术分析
摘要：本文结合多年的施工经验并以目前正在建设的某桥桩基施工为例，对钻孔灌注桩的施工技术进行了探讨，希望对同行有借鉴作用。
关键词：钻孔灌注桩，桥梁桩基础，施工
引言
钻孔灌注桩在现阶段公路桥梁基础施工中广泛采用的一种桩基施工技术。桩基础沉入土中的施工方法不同,其采用的机具和施工工艺也不相同,并且影响桩与桩周边土接触边界处的状态,也会影响桩与土之间的共同作用性能。钻孔灌注桩是按施工方法分类中的一种,另外还有打入桩、振动下沉桩及管柱基础。本文结合作者多年的施工经验,以某桥梁桩基础施工为例,谈谈钻孔灌注桩的施工技术。
1机具的选择
目前常用的钻具有旋转钻、冲击钻及冲抓钻3种类型。旋转钻主要用于粘质土、砂土、砾、卵石粒径小于钻杆内径2/3,含量少于20%的碎石土;成孔直径80～250cm,成孔深度一般不大于50m。
冲击钻主要用于各类土;成孔直径80～200cm,成孔深度一般不大于50m。
冲抓钻主要用于淤泥、粘质土、砂土、砾石及卵石。成孔直径60～150cm,成孔深度20～40m。根据工程土质情况、桩基直径、桩长选用适合的机械。桩径1.2m,桩长10m至18m,河床底1～4m为粘土或卵石土,下为白云岩,岩石致密坚硬,局部岩层倾角达80°,溶洞较发育,个别桩有3～4层溶洞,对施工影响较大。
2施工准备工作
(1)场地准备。施工前将场地平整好,以便安装钻机。本桥位1～4#墩处于水中,且水深常年在3～5m左右,采用土袋围堰筑岛,用粘土修筑一条长70m、顶宽8m的E形岛,并压实,平台高于常水位0.5m,填土外部包编织袋,以防冲刷。在0#台与1#墩之间留了一条17m宽的泄水道。若墩台位于无水岸滩,钻机位置处应清除杂物、换填软土、平整夯实;场地有浅水时,可用土或草袋围堰筑岛;场地有深水或陡坡时,可用木桩或钢管桩架设平台;水深但水流平稳时,条件许可,也可将施工平台设在浮船上(需计算结构强度、刚度,验算稳定性)。
(2)埋置护筒。护筒制作要求:坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便并能重复使用。一般用木材、薄钢板或钢筋混凝土制成。这里采用直径为1.4m长度2m的钢护筒。
护筒的作用:
1)固定桩位,并作钻孔导向;
2)保护孔口防止孔口土层坍塌;
3)隔离孔内孔外表层水,并保持孔内水位高出施工水位以稳定孔壁。
护筒埋置需注意事项:
1)护筒平面位置埋设准确,偏差不大于50mm2)护筒顶部标高应高出地下水位和施工水位1.5～2.0m。护筒溢浆口应高出地面0.2～0.3m3)护筒底应低于施工最低水位(一般低于0.1～0.3m即可)。埋设护筒挖坑只需比护筒直径大0.5～1.0m就行,护筒四周用粘土夯填密实,护筒底必须在稳定的粘土层中,否则换填粘土并夯实,厚度不小于50cm。
(3)制备泥浆。在0#台、1#和2#墩、3#和4#墩、5#台的位置修建泥浆池。泥浆最好采用优质纯粘土或膨润土;若没有好的纯粘土或膨润土,或者远运都困难,可掺配少量添加剂改善泥浆的性能。泥浆在钻孔中的作用:在孔内产生较大的静水压力,可防止坍孔;泥浆向孔外土层渗漏,在钻进过程中,因钻头的作用,孔壁表面形成一层胶泥,具有护壁作用,同时将孔外水流切断,能稳定孔内水位;泥浆比重大,具有挟带钻渣作用,利于钻渣排出。泥浆比重在1.1～1.3之间,由于本桩基处于卵石及岩层中,泥浆比重为1.3左右。粘度在22～30Pa/S,含砂率≤4%。
(4)安装钻机。钻机是钻孔、吊放钢筋笼、灌注砼的支架。在钻孔过程中,成孔中心必须对准桩位中心,钻机必须保持平稳,不发生位移、倾斜和沉陷。钻机安装就位时,应详细测量,底座用枕木垫实塞紧,并在钻进过程中经常检查。
3钻进成孔
利用钻锥(45kN)不断地提锥、落锥反复冲击孔底土层,把土层中泥砂、石块挤向孔壁或打成碎渣,钻渣悬浮于泥浆中,利用掏渣筒取出,重复以上过程冲击钻进成孔。在钻孔过程中应防止坍孔、孔形扭歪或孔斜,甚至把钻头埋住或掉进孔内等事故,因此要注意下列各点:
(1)在钻孔过程中,始终保持孔内外的水位差和泥浆浓度,以起到护壁固壁作用,防止坍孔。
(2)在钻孔过程中,应根据地质勘探情况控制钻进速度、调整泥浆稠度,防止坍孔、钻孔偏斜、卡钻等情况发生。由于本桩基岩溶较发育,有时一条桩中有三、四层溶洞,给施工增加了难度。在快进入溶洞时,准备了充足的稠度很高的泥浆和块石,缓慢地钻进,尽可能地使溶洞填充满,不至于钻穿溶洞顶时,孔内水头高度突然下降而引起坍孔和钻头突然失重引起掉钻头。再者因岩层倾斜角度较大,多呈石笋状且岩层软硬不匀,经常造成钻孔偏斜,为保证桩的垂直度我们在施工中加强检校,出现偏斜,马上采取多填强度较高的块石(必须高于偏斜面标高),采用轻钻慢钻的方法,纠正偏斜效果较好。这种方法比浇注水下砼纠偏效果要好,同时节约资金和时间。
(3)钻孔宜一气呵成,不宜中途停钻以避免坍孔,若坍孔严重应回填重钻。
(4)钻孔过程中应加强对桩位、成孔情况的检查工作。终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底情况按质量标准进行检查。合格后立即清孔、安放钢筋笼、灌注砼。
4清孔及吊装钢筋笼
清孔的目的是除去孔底沉淀的钻渣和泥浆,以保证灌注的砼质量及承载力。清孔的方法:换浆清孔。钻孔完成后不再进尺,继续循环换浆清渣,直至达到清理泥浆的要求(泥浆比重不大于1.1)。另外还有抽浆清孔和掏渣清孔的方法,根据实际情况采用适合的方法。
清孔时要注意的要点:
(1)必须保持孔内水头高度;
(2)灌注砼前孔底沉淀厚度不大于设计规定;
(3)不得用加深孔底的方法代替清孔。
钢筋笼的制作应按设计要求预先焊成钢筋骨架,用大吨位吊车吊入钻孔内就位,校正钢筋笼的位置并固定,防止灌注砼的时后钢筋笼上浮。若钢筋笼超过吊车的最高长度,钢筋笼宜分段安装,焊接就位。
5灌注水下砼
终孔后待钢筋笼安装就位,接着安装导管。导管内径为30cm的钢管,壁厚4mm,每节2m,另有调整节,长度0.5～1.0m,最下面一节为4.9m,根据孔深确定导管长度。导管两端用法兰盘及螺栓连接,并垫橡皮圈保证不漏水。在浇注砼前必须检查导管的密封性,确保导管密封不渗水。将导管居中插入到离孔底0.2～0.3m(不得插入孔底沉淀的泥浆中),导管上口接漏斗,并设隔水栓。待漏斗中砼储备量足够后,放开隔水栓,砼从漏斗底迅速下落,孔内水位骤涨外溢,说明砼灌入孔内。足够数量的砼将导管内水全部压出,并使导管下口埋入孔内砼内1.0m以上,随着砼不断通过导管灌入孔内,孔内初期灌注的砼及上面的水、泥浆不断被顶托升高,不断提升导管和拆除导管,直至钻孔灌注砼完毕。
灌注水下砼是钻孔灌注桩施工最后一道关键性的工作,其施工质量严重影响桩的质量,必须注意以下几点:
(1)砼材料的要求:认真做好水下砼配合比设计,砼必须具有良好的流动性及和易性,为防止卡管,碎石粒径为1～3cm,最大粒径不大于4cm。C25水下砼配合比:P.O32.5级水泥:河沙:碎石:水:减水剂=1:1.82:2.51:0.44:0.03。坍落度为200mm,每立方米砼水泥用量为420kg,水灰比为0.44(实际操作中水灰比为0.5),砂率为42%。坍落度为20mm。
(2)必须保证首批砼数量。为了保证首批砼能将导管内水全部压出并满足导管初次埋入深度的要求,应确定漏斗的最小容积。
(3)砼必须拌合均匀,尽可能缩短运距和减少颠簸,防止砼离析而发生卡管事故。
(4)灌注砼必须连续作业,避免任何原因中断灌注。砼的拌制和运输必须满足连续作业的要求。
(5)在灌注过程中,要随时测量和记录孔内砼高度和导管入孔长度,以控制和保证导管埋入砼内有适当的深度,防止导管提升过猛,管底提离砼面或埋入过浅,而使导管内进水造成夹泥断桩,也要防止导管埋入过深,造成管内砼压不出或导管被砼埋住不能提升,导致中止灌注而断桩。埋管深度宜控制在2～4m。若钢筋笼悬空,砼接近钢筋笼底部时,为防止钢筋笼上浮,一要放慢灌注速度,二是砼进入钢筋笼1～2m时,适当提高导管,减小导管埋置深度和加大钢筋笼下部的埋置深度。
(6)灌注的桩顶标高应比设计值预加一定高度,此范围内的浮浆和砼应凿除,确保桩顶砼质量。预加值为0.5～1.0m。待砼灌注完毕后扒出钢护筒,及时清除多余的砼,但清理完后的砼还必须比设计高20cm,待砼达到强度后再凿除至设计标高。(实际施工中可留3～5cm)
(7)在灌注即将结束时,应核对砼灌入数量,确定所测砼灌注高度是否正确。
(8)养生,进行成桩检测。
6结束语
随着我国交通基础设施建设的快速发展，钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点仍将被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。灌注桩属于隐蔽工程，但由于影响灌注桩施工质量的因素很多，对其施工过程每一环节都必须要严格要求，对各种影响因素都必须有详细的考虑。作为工程技术人员，要不断从工程施工中总结工作经验，共同探讨交流，确保工程质量！