橋梁溶洞區鉆孔樁聲測管施工的質量保證與策略研究

鉆孔樁聲測管施工是用鉆孔機械在土中鉆成樁孔,達到設計標高后在孔內吊入鋼筋骨架,灌注樁身混凝土而形成的,它在我國公路橋梁及其它建筑行業得到了廣泛的應用。但橋梁溶洞區鉆孔樁聲測管施工度比較大,不可預見因數多,施工質量難控制,這就要求我們對施工過程中出現的質量問題進行系統地調查、分析,從中發現一些有規律性的東西,使工程質量問題盡可能在事前得到控制,達到進一步完善鉆孔樁聲測管施工工藝、提高成樁質量的目的。

一、工程概況

某橋梁區域地層分布較全,除侏羅紀地層缺失外,其它地層自元古界至第四紀均有出露。橋梁區域覆蓋層主要為第四紀沖湖積物,大部地段厚20.00～40.80m,局部厚43.70～59.30m;巖性為淤泥、粘土、淤泥質粉質粘土、粉土、粉～礫砂、圓礫土和卵石土,局部揭露有厚幾厘米～2.50m的砂礫膠結層,橋梁兩端山前分布有少量坡殘積角礫土。根據同類型地質鉆孔樁聲測管施工經驗及試樁經驗,采用小扭矩回旋鉆機不能有效地穿越卵石、漂石層;大扭矩回旋鉆機自重太大,需要大型起重設備,安裝周期太長,無法滿足多工點的需要?；匦@機處理工勘遺留物困難,在地質巖層破裂帶施工難度大。采用沖擊鉆可有效地處理工勘遺留物,沖擊鉆施工的孔壁比回旋鉆機施工的孔壁穩定,處理溶洞和裂隙漏漿時,更能防止塌孔,且移位、安裝均比較快。

從上述思路出發,決定在溶洞區采用深埋護筒,正循環、沖擊鉆機(手搖式沖擊鉆和磕頭鉆)成孔。施工時,護筒之間澆注混凝土形成整體,防止護筒不均勻下沉,影響鉆孔平臺安全。在砂巖、頁巖地段采用旋轉鉆機和沖擊鉆機成孔,其中在斷層及裂隙發育地段采用沖擊鉆機。

二、橋梁溶洞的地質處理

溶洞容易造成掉鉆、卡鉆,當孔深至溶洞部位時,孔內水位會突然迅速下降而極易造成塌孔。因此安全通過溶洞非常重要,為此采用超聲波探測儀并根據地質報告,在鉆孔至溶洞頂1～0.5m時,減小沖擊鉆沖程,在1～1.5米范圍內變換沖程,逐漸將洞頂擊穿,防止卡鉆。同時備足粘土、水泥、片石或狗頭石(直徑10～20cm),對于半充填和無充填物的溶洞要組織足夠的水源。待沖穿溶洞后迅速提鉆,按粘土、片石4:1的比例分層交替拋投。數量擬按溶洞大小,漏漿多少而定,拋投之后小沖程重新開鉆,2小時后泥漿比重應達到1.35～1.40,PH值8～10。

鉆頭穿越溶洞時要密切注意大繩的情況,以便判斷是否歪鉆。若歪鉆應按1:1的比例回填粘土和片石至彎孔處0.5米以上,重新沖砸。

三、鉆孔樁聲測管施工的質量保證

1、泥漿指標

鉆孔過程中,泥漿起著極其重要作用:保護孔壁,防止塌孔;懸浮鉆渣,加快鉆進速度。要充分發揮泥漿的作用,其指標的選取致關重要:⑴埋設護筒深水施工時,既要保護孔壁,防止坍孔;又要不使泥漿反串。⑵既要能懸浮鉆渣,又要使鉆渣在泥漿池中循環時迅速下沉。尤其是在橋梁鉆孔樁聲測管施工中,完全采用泥漿循環(或泥漿分離器)進行清渣,泥漿指標顯得更為重要。我們嚴格控制不同地層中的泥漿指標,見表⑴。

2、主要施工工序

⑴鋼護筒埋設

鋼護筒外徑φ1.8米,入土深度15～20米。水中墩鋼護筒通過導向船導向,采用震拔機插打,要求水中墩鋼護筒上端高出水面1.5米以上,鋼護筒中心偏位≤5cm,豎直度≤1%。鋼護筒插打完畢,在鋼護筒之間澆注混凝土,將鋼護筒連成整體,防止鉆孔過程中平臺塌陷。

⑵泥漿循環系統的設置

泥漿從孔口經由出漿管進入泥漿池,經過沉淀,再由泥漿泵將泥漿經由進漿管送回孔底。進漿管的下管口是一節長約0.6米的特制鋼管,鋼管上焊接一個圓環,套在鉆頭頂部鋼絲主繩上,上下用卡環夾住,使鋼管不致上下移動,又能繞鋼絲主繩轉動,避免在鉆孔過程中進漿管與鋼絲主繩纏繞在一起。含渣泥漿再從孔底上翻至孔口,經出漿管進入泥漿池。通過泥漿循環,孔底的鉆渣即可在泥漿池中沉淀下來,再人工將鉆渣清除,達到清渣的目的。泥漿循環系統不需掏渣筒取渣,節約了清渣時間,提高了鉆孔效率。

⑶鉆孔施工

開孔時,直接向孔內投入狗頭石與粘土1:1的混合物,以鉆頭沖擊造漿。開孔時采用2米以下的小沖程。特別是在護筒底口以下3米以內,須反復投入片石(或狗頭石)與粘土的混合物,采用小沖程沖砸密實,防止縮孔或塌孔?？變人粦３指哂诳淄馑?.5米。對于水中樁,在鉆過護筒底口以下3米之前,孔內水位應適當降至高于孔外水面1米左右,以防孔內泥漿反竄。鉆孔過程中,須密切注意泥漿的濃度和鉆孔進度,以此決定是否需要投粘土造漿。

⑷清孔

采用換漿法或泥漿分離器清孔。清孔分兩次進行,**次,鉆孔深度距設計孔底標高1米左右時,將泥漿池中的泥漿全部放掉,向孔中投入粘土重新造漿替換原來的泥漿;孔深達到設計孔底標高后,鉆頭在孔底1.5米范圍內上下緩慢活動,泥漿繼續循環約2小時,并適當加入清水降低泥漿比重。泥漿指標滿足要求:相對密度1.05～1.2、粘度17～20s、含砂率<4%之后,再將鉆頭提出,下檢孔器,檢查合格后,即可下鋼筋籠和砼灌注聲測管,然后進行第二次清孔。第二次清孔時,先將泥漿管從砼灌注聲測管中插入孔底,然后蓋上悶頭,開動泥漿泵,讓泥漿循環,直到孔底檢測沉渣厚度滿足驗標要求。

⑸鋼筋籠的制安

采取每隔兩米在鋼筋籠的四向焊上定位鋼筋以保證鋼筋籠四周具有足夠的保護層厚度,采取在每道加勁筋內必須增設六角內撐,快要進入孔口時再將其割除,以防止鋼筋籠吊裝時變形。

⑹灌注水下砼

采用泵送灌注水下砼。施工中需防出現夾泥缺陷樁。聲測管埋深控制在2～6米。砼灌注完畢之后,在砼初凝之前,要及時清理樁頭。

⑺樁基檢測

所有樁基均采用超聲波檢測儀進行聲測檢查。聲測管接頭要嚴密,防止孔內泥漿和水泥漿進入聲測管內而堵塞聲測管。檢測之前,在各聲測管內加滿清水。

四、施工質量的策略研究

1、鉆孔中護筒問題的對策

護筒傾斜和移位,外壁冒水,嚴重的會引起地基下沉,造成鉆孔偏斜,甚至無法施工。

原因:埋設護筒的周圍土不密實;護筒水位差太大;鉆頭起落時碰撞護筒。

處理措施:下護筒時,護筒底與四周應選用黃土分層夯實。在護筒的適當高度開孔,使護筒內保持1.0～1.5m的水頭高度。鉆頭起落時,應防止碰撞護筒。發現護筒冒水時,應立即停止鉆孔,用黃土在四周填實加固,若護筒嚴重下沉或移位時,則應重新安設護筒。

2、灌注中卡管問題的對策

灌注混凝土過程中,無法繼續進行。

造成原因:初灌時,隔水栓堵管;混凝土的離析原因,造成和易性、流動性差;混凝土中粗骨料粒徑過大;各種機械故障引起混凝土澆筑不連續,在聲測管中停留時間過長而卡管。

處理辦法:可用長桿沖搗管內混凝土,用吊繩抖動聲測管,提升聲測管迅速下落振沖,在聲測管上安裝附著式振搗器。若無效,應取出聲測管,解決卡管后重新灌注混凝土。如在灌注初期取出的聲測管,在有混凝土拌和物落入井孔時,需將散落在孔底的拌和物清除后再灌注。如在灌注初期以后取出的聲測管,且原灌注混凝土表層尚未初凝時,可用新聲測管插入原灌注的混凝土內2m深,用潛水泥漿泵下入聲測管孔底,將底部水抽出,再用桿臂接長的小掏渣桶下入管底,將殘余渣土掏除干凈,然后在新聲測管內繼續灌注,但灌注結束后此樁應作為斷樁予以補強。

3、斷樁問題的對策

斷樁是泥漿等雜質或離析的混凝土混合料形成強度低的薄弱層,把灌注的混凝土隔成上下兩段,造成混凝土變質或截面積受損,極大的降低了灌注樁的承載能力,危害性極大。

其產生的主要原因有:由于灌注時間過長,首批混凝土已近初凝,形成硬殼,且隨時間增長,泥漿中殘渣不斷沉淀,加厚了積聚在混凝土表面的沉淀物,使混凝土上面壓力較大,灌注困難,造成堵管與聲測管拔不上來,引發斷樁事故;或因混凝土上表面流動性降低,繼續灌注的混凝土頂破頂層而上升,在混凝土中夾有泥漿渣土層,甚至整樁夾有泥漿渣土形成斷樁;當混凝土堵管、嚴重漏水、埋管拔出聲測管處理事故后,未能將已灌注的混凝土徹底清除干凈;對孔深及聲測管的埋置深度量測不準,使聲測管提出混凝土面;由于其他操作失誤、設備不良及水文地質條件等的影響都是造成斷樁的原因。

解決方法:可根據斷樁的位置、地質條件、工程的重要性等具體情況選擇處理辦法

(1)原位復樁,對在施工過程中及時發現和超聲波檢測出的斷樁,重新用專用鉆機徹底清除原斷樁后,在原位置重新澆筑一根新樁,這種方法處理的徹底、效果好,但難度大、周期長、費用高;

(2)接樁,對于斷樁位置距離地面不太深的情況,首先準確測定斷樁位置,采用挖孔至斷樁位置,清除不合格混凝土后,在該斷面采取增加鋼筋等加強措施,用挖孔樁方法澆筑混凝土接樁施工;或在該斷面邊降水邊用風鎬在樁中心鑿一直徑為80cm,深至少超過一個樁徑的井,然后封閉清洗泥沙,放置鋼筋籠,用挖孔樁方法澆筑膨脹混凝土接樁施工。

(3)鉆孔補強法,此法適應條件是樁基混凝土嚴重蜂窩,離析,松散,強度不足時,常用高壓注漿法來處理,但此法施工質量控制及檢測難度大,一般不宜采用。

參 考 文 獻

1.《公路橋涵施工技術規范》(JTJ041-89),人民交通出版社

2.《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTG D63-2007),人民交通出版社

3.《公路施工手冊-橋涵》(上冊)人民交通出版社■