低温冻土区桥梁桩基混凝土质量控制措施研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言在我国的北方存在低温冻土区。由于低温冻土区的情况较为特殊，在该区域内修建桥梁时，会对桥梁桩基混凝土的质量造成不利影响。为确保桩基质量达标，应在施工中采取有效的质量控制措施。借此就低温冻土区桥梁桩基混凝土质量控制措施进行分析。1 工程概况某桥梁工程，桥址所在地为低温冻土区域。该地区多年冻土的平均温度在-0.41.7 之间，整个区域内分布多种不良地质，包括高寒冰量冻土、冻胀丘等，给桥梁桩基混凝土施工质量控制增添了一定难度。桥梁桩基采用的是钻孔灌注桩，混凝土的质量直接关系到桩基的整体质量。要采取有效的技术措施严格控制桩基施工过程，确保混凝土质量达标。本文重点对低温冻土区桥梁桩基混凝土质量控制措施进行分析。2 低温冻土区桥梁桩基混凝土质量控制2.1 桥梁桩基施工要点2.1.1 埋设护筒1）在埋设护筒前，要先全面清理并整平场地，在低洼、凹陷的部位填筑石粉后整平，回填的面积应符合灌注桩钻孔作业需要。在制作护筒及埋设时，应采取相应的措施确保桩基顺利施工。2）用钢板卷制并焊接成钢护筒，直径比桩径略大，用平板车将制作好的钢护筒运至桩基础施工现场；通过吊车将钢护筒垂直起吊，对准桩位后，借助振动锤振动力使钢护筒不断下沉，当需要接长护筒时，用起重机将护筒垂直吊起，采取水平焊接。2.1.2 桩孔钻设桩孔钻设是桥梁桩基础施工中的重要工序之一，与成桩质量密切相关，为避免坍孔等问题的发生，除了要选择适宜的钻孔机械设备外，还要严格控制钻孔过程，具体的操作方法及要点如下：1）钻机进场就位前，要检查钻孔的相关准备工作，确认符合施工要求后，钻机才能就位；支立钻架，调整并安装轮吊系统，将钻头吊起后，缓慢放入护筒内。随后启动卷扬机，吊起转盘，将方木垫在转盘座下方，调整钻机，并使钻头对准桩位中心，装上转盘，确保钻杆位置准确，偏差不得超过 20 mm。钻孔过程中，要经常检查转盘，发现问题及时纠正。2）为避免钻孔过程中，钻头的吸碴口发生堵塞的情况，可将钻头提高至距离孔底30 cm左右的位置处。随后向真空泵内注入清水，并关闭出水控制阀和沉淀室放水阀，使管路形成封闭状态，开启真空管路阀门，使气水保持畅通，再启动真空泵，将管路内的气体全部抽出，以此来产生负压。将水引入泥石泵，通过沉淀室的观察窗观察泥石泵的情况，当充满水后，便可将真空泵关闭，同时启动泥石泵。当泥石泵出口真空压力达到0.2 MPa以上，便可将出水控制阀打开，使管路中的泥水混合物排入沉淀池内，形成反循环，启动钻机慢速钻进1。3）由于桩孔较深，所以一个钻杆无法钻设到设计深度，需要接长钻杆，操作方法如下：一节钻杆钻设完毕后，要停止转盘，通过反循环系统延续工作至孔底沉渣基本排除干净，这个时间大约需要12 min左右，随收稿日期：2023-03-16作者简介：李靖言（1988），男，高级工程师，从事公路工程监督管理工作。低温冻土区桥梁桩基混凝土质量控制措施研究李靖言（唐山市交通运输综合行政执法支队，河北 唐山 063000）摘要：以某桥梁工程项目为例，对低温冻土区域内桥梁桩基混凝土质量控制技术进行分析论述。主要对桥梁桩基施工要点及桩基混凝土质控措施进行研究，研究结果表明，在低温冻土区的桥梁桩基础施工过程中，应掌握相关的施工要点，这是确保桩基整体质量的前提和基础。同时，可针对混凝土配制、运输、灌注、养护等主要施工环节采取有效措施，控制桩基混凝土的质量，确保桩基础达到现行规范标准的质量要求，提高桥梁桩基承载力。关键词：低温冻土区；桥梁桩基；混凝土中图分类号：U445.4文献标识码：B173总651期2023年第21期（7月 下）后将泥石泵关闭，开始接长钻杆，在接头的法兰盘之间，垫设橡胶圈，将螺栓拧紧，避免漏水、漏气。4）在质地较为坚硬的黏土上钻进时，钻机应调至一挡，将起吊钢丝绳放松，使钻机自由进尺。而在液限比较高的黏土及含砂的低液限黏土中钻进时，可将钻机调至2挡和3挡，钻进含少量卵石的地层时，可以用1挡或2挡，要控制好进尺，避免钻头陷没。钻进粉质土层，钻机应改为低档、慢速，以此来减少钻锥对粉质土的搅动，并加强护壁，避免发生塌孔。钻进弱风化层时，由于岩层的硬度较大，导致进尺较慢，此时要控制好钻速，减少扩孔率。5）桩孔钻至设计深度后，应及时停止钻进，并略微向上提升钻杆，使钻头与孔底之间保持20 cm左右的距离，此时钻头空转泥浆保持正常循环，将新的浆液送入孔内，通过泥浆置换出孔底的钻渣，达到清孔的目的。2.1.3 钢筋孔制安1）制作钢筋笼时采用卡板成型法，操作要点如下：选用厚度为30 mm左右的模板，制成两块半圆形的卡板，依据主筋的位置，在卡板的边缘处凿出支托。制作钢筋骨架时，每隔3.0 m放置一块，并将主筋置于凹槽中，钢筋一端顶在钢板上，使长短钢筋保持在同一个平面上，套入加劲箍筋，与主筋牢固焊接后将卡板卸掉；加工好的钢筋笼骨架放在平整、坚硬的场地上，用方木将钢筋笼垫起，使其与地面保持30 cm左右的距离，用防雨篷布覆盖，避免钢筋笼雨淋锈蚀。2）钢筋笼用平板车运至桩位附近，安装声测管后用汽车吊将钢筋笼一端吊起，以装载机配合吊装，避免变形。起吊的钢筋笼中心要对准桩孔中心，缓慢下放。钢筋笼下放至设计标高后，可用定位钢筋将钢筋笼与护筒焊接固定，避免移位或上浮2。2.1.4 灌注混凝土桩基混凝土灌注前，要二次清孔，待孔底沉渣清除干净，且各项指标均符合规定要求后，便可开始灌注水下混凝土。具体方法及操作要点如下：1）本工程桩基混凝土灌注的方量较大，为避免施工中发生意外，要尽可能缩短作业时间，按照现场实际确定灌注方法。由拌和站集中拌制混凝土，以泵送的方式将混凝土输送到桩位处的运输车中，经再次拌和后，卸放到容量为3.0 m的料斗内，由汽车吊将料斗吊至桩口上方的大料斗直接灌入桩孔内。2）桩孔内的混凝土经灌注后不断增加，导管在桩孔内的埋设也随之增加，当埋深达到9.0 m时，便可将两节3.0 m长的导管拆除，确保导管在混凝土的埋深为3.0 m左右。需要注意的是，拆除导管时，混凝土不停产，直接泵送给输送车进行二次搅拌，等到继续灌注。3）桩基混凝土施工需要注意的是，应避免混凝土从料斗溢出或掉入桩孔，造成孔内泥浆含有水泥而凝结，影响测深结果的准确性。2.2 桩基混凝土质控措施2.2.1 混凝土配制环节的质量控制在冻土区域内施工桥梁桩基混凝土的过程中，混凝土配合比是质控的关键环节，主要的控制指标包括水胶比、胶凝材料用量、矿物掺合料和外加剂等。1）混凝土的强度在很大程度上取决于水胶比，设计桩基混凝土配合比时，应按强度等级要求选取适宜的水胶比。研究结果表明，水胶比过大，混凝土强度越低，耐久度越差，这是因为过多的自由水在混凝土凝结硬化后形成孔隙，导致混凝土的密实性降低，表现为抗压强度低、耐久性差；水胶比过小，混凝土的流动性会有所下降，收缩变形大。桥梁桩基混凝土的强度等级要求为C30，水胶比以0.45为宜3。2）研究结果显示，混凝土中胶凝材料用量过多，会导致早期开裂的风险增大，后期收缩徐变也会随之增加，严重影响了混凝土的体积稳定性，对冻土的热扰动也有所增大。强度等级为C30的混凝土，胶凝材料用量以380 kg/m为宜。3）优质的矿物掺合料能够促进混凝土性能的提升，因此为有效降低冻土区域内桥梁桩基混凝土水化热对冻土产生的热扰动影响，可在拌制混凝土时，掺入适量的矿物掺合料，如粉煤灰等。为促进混凝土早期强度的发展，也可掺入适量的硅灰。实际操作中，可将粉煤灰与硅灰联合使用，从而发挥出二者的优势，形成互补，提高混凝土的性能。试验显示，强度等级为C30的桩基混凝土，粉煤灰的最佳掺入量为10%，硅灰的最佳掺入量为5%4。4）在冻土区域内，桩基混凝土的早期强度会受到低温条件的影响，由此使得早强剂成为混凝土拌制过程中不可或缺的外加剂之一。目前市面上的早强剂种类很多，常用的有亚硝酸钙、三乙醇胺等。前者是无氯、无碱的早强剂，能降低混凝土中孔隙水的冰点，避免混凝土在负温下冻结，且还能促进水泥的水化反应，对于混凝土内部的钢筋而言，亚硝酸钙是一种缓蚀剂；后者可以吸附在水泥颗粒表面，从而产生悬浮稳定效应，溶于水后，能使溶液表面张力降低，水泥可以更好的与水结合。相关研究结果显示，在低温条件下，亚硝酸钙对桩基混凝土早期强度的改善效果要优于三乙醇胺。因此，在冻土地区施工桩基混凝土时，可将亚硝酸钙作为早强剂。2.2.2 混凝土运输环节的质量控制1）在低温冻土区施工桥梁桩基的过程中，选择专用的运输车将拌制好的混凝土运送到施工现场，运输途中要在混凝土储存容器外部覆盖保温罩。2）选取路线最短、路况相对较好的线路运输混凝174交通世界TRANSPOWORLD土，运输车要保持匀速行驶，运输过程中，以24 r/min 的转速搅拌混凝土，卸料前改为常规的转速再次搅拌。3）混凝土出机温度超过15 时，运输过程允许延续30 min；出机温度为1014 时，允许延续45min；出机温度在10 以下时，允许延续时间为75 min5。4）混凝土从搅拌站运至桩基灌注现场的时间以1020 min为宜，到场的混凝土要做坍落度及泌水率试验，符合规范要求后，方可在施工中使用。5）为保证混凝土的抗冻性与强度，冻土区桥梁桩基施工中，要求混凝土含气量为4.06.0，这样能够增加混凝土的抗冻性。2.2.3 混凝土施工环节的质量控制桥梁桩基施工时间长，影响因素相对较多，容易导致混凝土的品质下降。在各类影响因素中，人员专业能力参差不齐，所以在冻土区域内桥梁桩基混凝土施工中，要采取有效的控制措施，这是确保混凝土质量的关键。1）冻土地区的作业环境恶劣，会对桩基混凝土施工质量造成影响。针对各类环境问题，可以采取计算分析的方法对混凝土的施工温度加以控制并合理养护，从而达到如下目标：在负温条件下使混凝土能够持续硬化，并在规定的时间内达到预期的强度和耐久性；减少混凝土对冻土的热影响；降低环境因素对水泥水化过程的影响，避免因温差过高形成裂缝，避免养护期间失水6。2）在冻土区域内，作业环境的温度相对较低，为最大限度减轻温度对桩基混凝土施工质量的影响，应采取有效的措施对温度进行控制。作业环境的温度为-15 时，暖棚内的温度为 0，除了要使用热水之外，还要将砂加热；暖棚内的温度达到5 时，如混凝土的运输时间超过45 min，则应对砂做加热处理；作业环境的温度为-10 时，暖棚内的温度为0，除了要加热水外，还要对砂做加热处理；暖棚内的温度达到5 时，如混凝土的运输时间在30 min以内，只要提前将砂运入暖棚内；作业环境的温度为-5 时，暖棚内的温度为0，混凝土运输时间较短，只需要加热水即可，当运输时间在3045 min之间时，要提前将砂运至暖棚内，使其温度与暖棚相同，混凝土的运输时间超过45 min时，要将砂加热；当暖棚的温度为5 时，运输时间在45 min以内，只加热水即可。当作业环境的温度0 时，只加热水即可7；通过上述分析可知，当冻土区域内作业环境的温度在-10-15 时，暖棚的温度以15 为宜，如混凝土的运输时间过长，即超过45 min，则应提前将砂运至暖棚内预热；作业环境的温度在-5-10时，暖棚内的温度以10 左右为宜。3）在冻土区域内，桥梁桩基混凝土施工要做好养护，这是确保混凝土质量的重要环节。在养护方法的选择上，应综合考虑以下因素：施工现场的自然条件、混凝土的结构、原材料、工期等。因冻土区域的施工现场较为偏远，交通不便，但对工期的要求较宽松。所以，可从节能的角度出发，选取费用较低的养护措施，如蓄热法、负温法等8。然而，冻土区域内适宜混凝土施工的时间较短，在低温条件下，如不采取加热养护的方法，则无法使混凝土的施工质量得到保障。不仅如此，部分桥梁改造工程有工期限制，不采取加热养护，无法实现连续作业。因此，可将暖棚或蒸汽养护作为首选。3 结束语在低温冻土区域内修筑桥梁时，为避免低温和冻土对桥梁桩基混凝土质量造成不利影响，除了要了解并掌握桥梁桩基施工要点外，还要采取有效的技术措施对桩基混凝土施工过程进行控制，确保混凝土质量达到现行规范标准要求，保障桩基的强度和承载力。参考文献：1 刘昊栋.公路桥梁桩基施工质量影响因素分析及防治措施J.四川水泥，2022（7）：228-230.2 单杰.深汕大道扩建工程中的桥梁桩基施工工序及关键技术J.工程技术研究，2022（2）：86-87，90.3 张熙胤，于生生，王万平，等.多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础地震破坏机理及易损性研究J.土木工程学报，2022（7）：77-89.4 王桂茵.多年冻土区桥梁工程钻孔灌注桩温度场研究J.四川水泥，2021（7）：270-271.J 祁鹏娟.研究高寒冻土地区公路桥梁的病害机理及加固方法J.交通世界，2021（Z2）：151-152，162.5 李保华.桥梁桩基首件工程施工要点及质量控制以引江济淮工程四鼓墩桥1#桥台0号桩基为例J.工程技术研究，2021（20）：57-58.6 胡琪勇.山区高速公路桥梁桩基及下部施工技术分析J.工程技术研究，2021（21）：72-73.7 陈敬轩.北方冻土地区桥梁桩基混凝土施工质量控制技术J.建筑施工，2019（6）：1035-1037.8 崔俊敏.中-活载和ZKH活载模式下冻土上限变化对既有桥梁桩基的影响分析J.公路交通科技（应用技术版），2016（9）：171-173.175