冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及病害的处理.doc

随着公路桥梁和高层建筑在我国的飞速发展，我国的钻孔灌注桩技术也得到了长足发展，积累了丰富的施工经验，但复杂地质条件下的冲击钻钻孔灌注桩及病害的处理还是一大难题，下面通过泉头大桥及黑河子中桥的桩基础施工经验，介绍一下冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及断桩和桩身夹泥的处理措施。仅供参考。 1工程概况泉头大桥位于国道102线k900+734公里处，为820米大桥，下部结构采用摩擦灌注桩，共有桩27根，其中墩桩21根，台桩6根，桩径1.2米，墩桩长19米，台桩长14米。黑河子中桥距泉头大桥2km,地质情况基本相同。2工程地质情况及机具的选择2.1桥址处主要地址情况：表层为6.58.1米左右的白色砂岩，坚硬；中层为细砂亚粘土互层，硬塑状态，细砂为灰色，稍松状态，每层厚3040公分总厚6米左右，此细砂亚粘土互层在钻孔施工的干扰下易液化、出现涌砂现象、导致坍孔；桩底落在红色泥岩上。整体地质条件比较复杂、特殊，表层和底层坚硬、中层稍松易液化。2.2机具的选择：施工前对机具进行了选择，循环钻钻进速度快、成孔好、清孔干净，但怕硬岩层及孤石、卵石；冲击钻适用广泛，但速度慢、成孔质量不高。经现场进行两种机具的比较，循环钻48小时只钻进1.5米，而冲击钻48小时只钻进3.4米，虽然，中层易采用循环钻，但更换机具耗时过多，决定在保证冲击钻工艺和泥浆质量的基础上采用4台30型冲击钻同时施工。3冲击钻钻孔灌注桩施工工艺钻孔灌注桩的施工顺序为：初步放样筑岛恢复定线护筒埋设钻孔成孔检测清孔下钢筋笼下导管砼浇注破桩头成桩检测。3.1初步放样：施工前先排水、修路、清除桩基位置的杂草和淤泥，换填山皮土并刮平压实，使施工机具顺利进出，能保证钻机在施工中平稳，然后根据设计提供的导线点（经导线复测闭合后）及水准点用光电全站仪及水准仪定位，桥墩中线在桥轴线方向上的位置中误差不应大于15cm，成排成列放样，放样后用钢尺校核。3.2筑岛：场地为浅水时，采用草袋围堰，普通土填充，筑岛高出水面1.5cm为准。3.3护筒埋设，恢复定线：护筒埋设是重要一环，起到定位、导向，靠筒内水位和泥浆比重使孔内水压大于外部水压，防止塌孔，护筒内径比桩经大200400mm，护筒高度宜高出地面0.3m或水面1.02.0m,护筒的埋设深度应根据设计要求或桩径及水文地质情况确定，一般情况埋置深度宜为24m，有冲刷影响的河床，应沉入冲刷线以下不少于1.01.5m。泉头大桥采用4m高护筒，1.6m，壁厚4mm，旱地及筑岛处采用挖坑埋设法，护筒底部和四周所填粘质土必须分层夯实，护筒顶高出地面0.3m，埋设时位置要准确，护筒要竖直。护筒中心竖直线应与桩中心线重合，平面允许误差50mm，竖直线倾斜不大于1，护筒顶部焊加强筋和吊耳，开出水口，钻进过程中要经常检查是否发生偏移和下沉，并及时纠正。3.4钻孔：分冲击钻和正反循环钻，应按设计资料绘制的地质剖面图，选用适当的钻孔和泥浆，泉头大桥根据实际情况选用冲击钻。3.4.1泥浆的配制：为保证中层易液化坍塌砂质层的成孔质量和最终能将孔底清理干净，对泥浆的比重与粘度制定了严格的指标，经过20余次的泥浆配比试验，决定采用当地的膨润土，泥浆配和比为 水：膨土：粘土：NaoH：CMC=1000：100：60：1.5：1.5。配制的泥浆比重为1.061.10；粘度1822Pa.s；含砂率0.30.5；PH值810，胶体率9598；静切力1.11.3；失水率1315ml。泥浆的好坏是成孔质量的重要保证之一，由于配置了高质量的泥浆，在长期停钻的情况下，沉积物很少，此外，优质的泥浆可使孔壁形成一层粘性好、密度大渗透性差的泥皮，这层泥皮可防止孔内泥浆外渗，大大减缓孔内水头降低的速度，这也是使孔壁稳定的有效措施。3.4.2冲击钻钻孔注意事项钻机就位前，应对钻孔前的各项准备工作进行检查，包括主要机具设备的检查和维修，钻机就位后，应平稳，不得产生位移和沉陷，开孔的孔位必须准确。冲锥的钢丝绳同钢护筒中心位置偏差不大于2cm，升降锥头时要平稳，不得碰撞护壁和孔壁。钻孔作业必须连续，并作钻孔施工记录，经常对钻孔泥浆进行检测和试验，不符合要求的随时改正，注意补充新拌的好泥浆，在整个施工过程中，泥浆的损失较小，水头始终保证在2m左右，有效地防止了孔壁坍塌，埋钻头的现象发生，确保了钻孔桩的成孔质量和成孔速度。钻进过程中，每进58尺检查钻孔直径和竖直度，注意地层变化，在地层变化处捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。根据实际地层变化采用相应的钻进方式，在钻至中层易液化砂层时，钻进速度必须放慢，以确保成孔质量。冲击钻应用小径钻钻到深度后，用大径钻扩孔，钻管内的泥渣和泥浆经常倒出，在钻孔排渣，提钻头除土或因故停钻时，应保持孔内水头和要求的泥浆指标。3.5成孔检测、清孔3.5.1成孔检测：成孔检测一般包括孔的中心位置、倾斜度、钻孔底标高、深度、直径、护筒顶标高等。孔的中心位置应在100mm范围内，孔径设计桩径，倾斜度小于1，孔深不小于设计规定。3.5.2清孔只有成孔检测合格后才可清孔。清孔方法一般有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射等。泉头大桥采用空压机喷射方法，采用高压泵向孔底射浆，用水下填充导管进行空气反循环清孔。喷射压力适中（0.81Mpa），使孔底及边角处的钻渣也能随之吸出，并注意射浆管必须插到孔底，射浆管的插入深度不到位就会引起喷射塌孔。清孔指标有孔内泥浆性能指标及沉淀厚度，实际工作中通常只测泥浆比重1.031.1，沉淀厚度30cm，即满足清孔标准。钢筋笼安放至设计标高后，如泥浆指标及沉淀厚度超出标准，应进行第二次清孔，直至达到标准。不能用加深钻孔深度的方法代替清孔。3.6钢筋笼的制造和安放3.6.1钢筋笼的制造：为保证钢筋笼安装的垂直度和安装效率，工地采取了平地整体胎膜长线法制造。每个钢筋笼在胎膜上一次成形，创造出可观的经济效益。全桥施工中未发生因钢筋笼弯曲而插不到设计标高的现象。钢筋笼的制造除满足设计要求外，在骨架处设置控制保护层厚度的垫块，竖向间距为2m，横向周围不少于4处，并在骨架顶端设吊环。3.6.2钢筋笼的安放：整个桩采用两段钢筋笼，在孔口进行单面邦条焊，接头错开1m。骨架下放时注意防止碰撞孔壁，放至孔内设计标高后将骨架吊环挂在孔口，并临时与护筒口焊接牢固。3.7下导管、灌注机具的准备、砼的配制3.7.1下导管：泉头大桥采用300mm钢导管，使用前进行了水密、承压和接头抗拉等试验。吊装时导管应位于井孔中央，并应在灌注砼前进行升降试验，应使位置居中，轴线顺直，稳步沉放，防止卡挂钢筋骨架和孔壁碰撞，导管下口到孔底的距离一般控制在2540cm之间。导管上口设置隔水猫头鹰和储料斗，储料斗口中盖钢扳，挂细钢丝，灌注时用吊车吊出。3.7.2灌注机具的准备：25t吊车1台；搅拌机3台（满足灌注桩在砼初凝时间内完成）；导管、储料斗、吊斗2个；1吨翻3台；备用水泵以及吸泥机，高压射水管等设备。为保持孔内水压和及时处理灌注故障，备用发电机2台。3.7.3砼的配制水泥，中砂，石子分别送权威机构检测合格后，由权威机构作出配合比。C25水下砼的配合比为水泥：中砂：石子：水=1：1.91：2.21：0.54，坍落度为180220mm，施工中根据砂石含量将设计配合比换算成施工配合比。水泥采用普通硅酸盐42.5水泥，初凝时间大于2.5h；碎石采用1020mm，1631.5mm各占一半，级配良好；砂子选用优质河砂。砼配制后要有良好的和易性，运输和灌注过程中无显著离析、泌水现象，保持足够的流动性。为保证灌注的顺利，坍落度尽量采取上限。3.8灌注水下砼及应注意事项3.8.1灌注水下砼是钻孔桩施工的重要工序，必须经过成孔质量检测和清孔检测（包括泥浆指标和沉淀厚度检测等）合格后，方可进行灌注工作，如沉淀量超标，应再次清孔，但应注意孔壁的稳定，防止塌孔。灌注的时间控制在初凝时间内2.5h。3.8.2首批砼的数量必须保证导管初次埋深1m和填充导管底部的需要。泉头大桥每桩首批砼数量1.8立方米加吊斗0.6立方米共2.4立方米，保证了初次埋深1.5m，首批砼拌和物下落后，砼应连续灌注，在灌注过程中，导管的埋置深度宜控制在26m。3.8.3砼拌和物运至灌注地点时，应检查均匀性和坍落度等，如不符合要求，应进行第二次拌和，二次拌和达不到要求，不能使用。3.8.4首批砼灌入孔底后，立即测探孔内砼面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求即可正常灌注，如发现导管大量进水，表现出现事故，按应急方法处理。3.8.5灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，要防止砼拌和物从漏斗处掉入孔中，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，而使测深不准确。灌注过程中应注意观察管内砼下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内砼面高度，正确指挥导管的提升和拆除。3.8.6导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，如导管法兰卡钢筋骨架，可移动导管，使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔中心。3.8.7当导管提升到法兰接头露出孔口以上有一定高度，可拆除1节和2节导管，（视每节导管和工作平台距孔口高度而定）。此时，暂停灌注，先取走漏斗，重新卡牢井口的导管，然后松开导管的接头螺栓，同时将起吊导管用的钓钩挂上待拆的导管上端的吊环，待螺栓全部拆除后，吊起待拆的导管，徐徐放在地上，然后将漏斗重新插入井口导管内，校好位置，继续灌注。3.8.8拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15分钟，要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中，并注意安全。已拆下的管节要立即冲洗干净，堆放整齐。3.8.9在灌注过程中，当导管内砼不满含有空气时，后续砼要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。3.8.10当砼面升到钢筋骨架下端时，为防止钢筋骨架被砼顶托上升，可采取以下措施：尽量缩短砼总的灌注时间，防止顶层砼进入钢筋骨架时，砼的流动性过小。当砼面接近和初进入钢筋骨架时（1m左右），应保持较深埋管，并徐徐灌入，以减小砼从导管底口出来后向上的冲击力，当孔内砼面进入钢筋骨架底口4m以上时，适当提高导管，减少导管埋置深度（不得小于1m），以增加骨架在导管底口以下的埋置深度，从而增加砼对钢筋骨架的握裹力。导管提升到高于骨架底部2m以上，即可恢复灌注速度。3.8.11在灌注过程中，应防止污染环境和河流。3.8.12为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上灌一定高度，可按孔深，成孔方法，清孔方法查定。一般为0.51m，深桩为1m。3.8.13处于地面及桩顶以上的井口整体式钢性护筒，应在灌注完后立即拔出，处于地面以下护筒，需待砼抗压强度达到5Mpa后方可拆除。3.8.14在灌注将近结束时，由于导管内砼柱高度减小，超压力降低，而导管处的泥浆及所含渣土稠度增加，比重增大，如出现砼顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀物，使灌注顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管，形成泥心。3.8.15在灌桩时，每根桩应做3组试块，施工单位二组，监理一组，强度测试后，如不合格，要及时提出报告补救处理。3.8.16有关砼灌注情况，各灌注时间，砼面的深度，导管埋深，导管拆除及发生的异常现象应由专人进行记录。3.9破桩头：由人工或汽镐、电镐进行，直至设计高程，要保持钢筋的完整，桩顶基本平整、干净。3.10成桩检测砼强度达到70后可做桩基无破损检测，用基桩动测仪和手提电脑，传感器用橡皮泥粘在桩顶（破桩头后桩顶清理干净），用大锤在桩顶砸5下，在电脑中显示声波图象，如振幅出现异常，说明有问题。4 二次灌注桩病害的处理由于操作失误和经验不足，黑河子中桥灌注桩共发生2次病害，如下：4.1 13台桩在灌注3.3m砼后，由于砼过干，提升导管剧烈，造成导管下口变形，灌注砼不能继续，3小时后宣布为断桩。当时进行了3种方案的比较：用大于 1.2m冲击钻硬冲，但中层易液化、塌孔，不宜采用。在孔内填入毛石，用1.2m冲击钻冲孔，将钢筋笼及桩底砼砸入桩四壁及桩底。用挖掘机挖出桩底砼，但必须做好强排水措施，后下1.2m水泥砼管，竖直叠起，砼管四周分层填筑砂砾粘土并夯实，在砼管中下钢筋笼，灌注砼。最后考虑13台桩比较浅（14m），而且中层细砂亚粘土互层，极易液化出现涌砂，塌孔现象，不宜采用前二种方案，决定采用第三种方案处理，后圆满解决。4.232桩在成桩检测时发现在9.5m处有桩身夹泥病害，传统的方法是将缺陷桩凿除再重新浇注，既费时又费力，而且造价昂贵。最后决定采用高压喷射注浆法，施工过程如下：4.2.桩身缺陷处理在桩顶布设3个钻芯孔，钻孔取芯至缺陷部分以下50cm，仔细分析缺陷处芯样，查明了缺陷位置和范围。将注浆管通过钻孔设置到夹泥区，用泵压大于20Mpa的高压水流对缺陷段自下而上进行切割喷射，喷射时喷管提升速度为10cmmin，旋进速度为20转/min，喷射处理长度上下各延长50cm，一孔进行切割而另一孔有水溢出时可认定病害区已打通，可换另外二孔，直至3个孔全部打通。钻孔之间连通后，压入清水利用水循环将废渣排出桩身，当出水口的水由浊变清时，再换其它孔轮流处理，直至所有的孔水流都为清水时，清渣工作结束。5结论冲击钻钻孔灌注桩是近年来桥梁建设中采用的基本方法之一，怎么掌握好冲击钻钻孔灌注桩的施工工艺及病害的处理也是难题之一。总之，采用正确的冲击钻钻孔工艺和配制高质量的泥浆是保证成孔的关键，采用正确灌注水下砼方法可有效地防止灌注桩病害的发生。另外，本文介绍的两种处理灌注桩病害的方法均取得了成功，受到了权威部门的肯定，不失为处理断桩和桩身夹泥两种病害的优秀方法。