桥梁工程中灌注桩施工技术的应用
1、工程概述
该工程包括大桥两座、高架桥多座、道路排水、交通工程及人行道块辅设等。桥梁设计都采用钻冲孔灌注桩基础,共有112根,桩径1.0m、1.5m及1.8m三种,桩长44m～51m,要求嵌入微风化岩大于1倍桩径。从地质资料反映,第四系覆盖土层厚度为3.7m～44.8m,上覆土层主要有人工填土、淤泥、粉细砂、中砂、粗砂、砾砂、粘土、粉土和粉质粘土,下伏基岩主要有泥岩、泥质粉砂岩、灰岩、辉绿岩和角砾岩等,其岩性及其在水平和垂直方向的分布变化较大,部分地层反映到断层泥、溶洞等不良地质。江面宽约230m,河床水深2m～10m。主要分布为4个地层组合:①人工堆积层,以杂填土、素填土为主,结构松散，稍密,层厚1.8m～11m不等;②冲积层，主要由淤泥、淤泥质砂土组成，灰黑色，流塑状,层厚0.4m～5.7m不等;③坡积层,以粉质粘土、粘土、砂、砂土为主，松散～稍密状态,层厚1m～20m不等;④基岩,以白垩系的泥岩、泥质粉细砂灰岩、辉绿岩为主,基岩深10m～50m不等,按风化程度分为强风化带、中风化带、微风化带。主桥桩基为大直径钻孔桩,整个场地的工程地质条件复杂,地质条件变化大,部分地层反映到断层泥与溶洞等不良地质,主桥桩基位于深约8m的水中,具有一定的施工难度。桩基础经过检测85%为Ⅰ类桩,其余为Ⅱ类桩。
2、施工技术
桩基础施工分为岸上和水中两部分,岸上桩采用常规的钻冲孔桩工艺,水中桩基则通过搭设的水上施工平台和栈桥进行施工。桩基施工顺序:护筒埋设→钻孔→清孔→安放钢筋笼→水下混凝土灌注→桩基检测。
2.1护筒埋设
陆地上的桩基础在放出桩位后,查明桩位处有无地下管线即可开始埋设护筒,护筒高2.0m～2.5m,让钻头的中心对准桩位,然后根据护筒的大小挖埋护筒,护筒应高出地面30cm～50cm,埋入土中应不少于1.0m。
2.2泥浆处理系统
陆地上的桩基施工除现有的道路外,在每个桥墩轴位之间设置泥浆沟池,作为泥浆处理系统,泥浆沟池采用砖砌筑；主墩桩则在每个主墩施工平台上设置一台QJ-250型反循环电动空压机及一台BAVER-BE250型泥浆处理器排渣,并利用自行加工的泥浆罐进行排渣。排出的泥浆渣土用泥浆船运走。成孔过程中,泥浆具有护壁、排渣、冷却机具和切土、润滑作用。泥浆配制是保证成孔质量的关键措施。
2.3钻孔
为了保证施工质量及施工进度,根据本工程的施工特点,主桥墩桩基采用KTL-300型反循环回转钻机进行施工,两岸桩基采用BRM-2型钻机及5t冲桩机配合进行施工。
成孔是控制桩基质量的关键工序。岸上桩基采用常规的钻进施工工艺进行施工即可；主桥墩桩基由于处于水中施工,地质条件比较复杂,基岩有溶洞存在,钻进过程中要对溶洞区进行处理,钻进时要控制好泥浆的质量。桩基钻孔前需对泥浆进行反循环,先往孔底注入优质的膨润土泥浆,置换出孔内的清水,钻进过程中不断补充优质泥浆。
在河床冲积粗砂层钻进时,加大泥浆的浓度,必要时抛填粘土、片石以防漏浆,若发现有泥浆漏失,应及时补充泥浆,使孔内液面保持稳定后方可继续钻进。在溶洞区施工时,根据溶洞具体情况进行处理,如钻孔必须穿越溶洞时,桩基应嵌入溶洞以下微风化岩1.0m,并保证桩底以下至少有5m完好的基岩。当溶洞范围不大,洞高<1m，溶洞内有填充物时,使用优质的膨润土泥浆进行护壁,保持孔内的水位高度,适时向孔内投入潮湿泥块或袋装粘土小块片石,采用慢速钻进将抛填物挤入溶洞孔壁或溶洞裂缝,以加固护壁,防止漏浆和塌孔;当溶洞高度>1m,但钻进时无坍孔情况能顺利成孔时,为防止灌注水下混凝土时流失,要在溶洞上下各1m范围内采用钢护筒防护,钢护筒壁厚4mm,定位采用将其焊搭在钢筋笼的定位筋上,随着钢筋笼的下放下沉就位;当溶洞范围较大,洞高>1m,漏水严重,钻进中无法使钻孔保持一定的静水压力,钻进时有可能出现严重的坍孔致使钻进困难时,采用壁厚10mm的钢护筒进行护壁,随钻孔桩钻进过程,边钻进边振沉钢护筒的方法穿越溶洞,同时抛填片石及粘土块,及时补充优质的膨润土泥浆至孔内,保持孔内的水位高度。穿越溶洞后还要继续嵌岩时,进入微风化岩石的桩径可缩小至1.5m。
2.4清孔
钻孔达到设计深度后,经监理确认后,开始清孔。清孔采用抽浆换浆法进行,钻头提起距孔底20cm～30cm时,采用稍高的转速转动钻头,一边继续气举反循环,把孔底泥浆、钻渣混合物排出孔外,一边向孔内补充已净化后的优质泥浆,保持孔内液面稳定,直到孔内泥浆的各项指标及沉渣厚度符合规范及设计要求为止。
2.5钢筋笼的制作和吊放
钢筋笼就近于桥墩柱位处成型,钢筋笼主筋搭接采用焊接,箍筋与主筋梅花点焊,主筋与加劲箍100%点焊牢固。由于钢筋笼直径比较大,故在钢筋笼内加焊十字撑,以加强钢筋笼结构的整体性,防止钢筋笼在吊装过程中变形。钢筋笼制作时注意安装声测管,声测管上下管口用木塞封口。钢筋笼保护层用7cm厚混凝土垫块在每个加劲箍四周各垫一块。
钢筋笼制作完成后,须通过监理验收方可吊放,岸上桩基钢筋笼采用桩机与汽车吊进行台吊安放,水中桩基钢筋笼采用桩机与起重船配合进行台吊安放,若钢筋笼过长时可分段制作和吊装,两段钢筋笼的主筋须错开搭接,焊接对接,搭接长度应符合设计要求,十字撑在钢筋笼下放过程中割除。
2.6水下混凝土灌注
灌注水下混凝土是桩基施工的关键工序。本工程水下混凝土采用商品混凝土,岸上桩基采用汽车吊配合桩机进行灌注,主桥墩桩基础采用混凝土输送泵进行输送。混凝土下料采用φ300mm导管。导管使用前和使用一段时间后要进行水密性和承压性试验，并检查防水胶垫是否完好。导管下放至距孔底部30mm～40mm。灌注前应检查孔底沉渣情况,如下放钢筋笼时间过长,应进行二次清孔,导管内吊放混凝土柱状塞头,开塞前堵料斗应有足够的混凝土初存量才能剪塞,保证第一批混凝土灌注后导管埋管1m以上。本工程桩基直径大,桩底比较深,混凝土量大,浇注过程中必须保证混凝土的连续供应,并设专人进行测量孔深记录,准确掌握混凝土面的上升高度,严格控制导管埋深在2m～6m的范围内,灌注后混凝土面要比设计桩顶标高高出0.5m～0.8m，每根桩应做3组混凝土块试验。
2.7桩基础检测
全部桩基都要求在桩身埋设超声波检测管,进行检测。主桥跨江桩基按规范要求进行抽心检测,抽心桩随机抽检至少2根；陆地连续梁每联桩基按规范要求进行混凝土抽心检测,随机抽检至少2根；凡在施工中出现塌孔等事故的桩,应行抽心检测因此对需要做检测的桩,在施工时必须注意预埋测试管线。
3、常见事故及防治
3.1孔壁坍塌
原因:泥浆浓度不够,护筒埋深不够,成孔速度太快,孔内水位高度不够,在地质条件不好的情况下处理不及时。
技术措施:在松散砂土钻进时,控制钻进速度,选用较大密度、粘度、胶体率的优质泥浆;确定护筒埋设已进入硬土层;钻进时及时补充孔内泥浆,保证孔内水位高于承压水水位。
3.2孔斜
原因:当遇到岩面倾斜,一边软一边硬时,如稍有不注意就会造成孔斜。
技术措施:在有倾斜状的软硬地层钻进时,吊住钻杆,控制钻进速度并低速钻进,或往孔内填入片石,改用冲击桩机将斜面硬层冲平后,再用回转钻机钻进。
3.3卡钻或卡锤
原因:钻进速度太快,地质情况不明,岩面倾斜,遇有孤石或溶洞等。
技术措施:严格按操作规格进行钻孔作业,当遇有岩面倾斜或溶洞时,应采取有效措施先期进行处理后再按常规进行钻进。
3.4沉渣过厚
原因:泥浆指标不符合要求,含砂率过大;下放钢筋笼时间过长或钢筋笼碰撞孔壁,造成塌方。
技术措施:清孔时严格控制泥浆指标,保证清孔后孔内泥浆各项指标符合设计要求;尽量缩短下放钢筋笼的时间,下放时应徐徐下放,不得快速冲下。如钢筋笼安放完毕后,孔内沉渣仍超出要求,采用二次清孔,直到沉渣符合要求为止。
3.5灌注混凝土时钢筋笼上浮
原因:灌注混凝土时,埋管过深;或混凝土供应不上,混凝土已初凝,抱死导管。
技术措施:经常上下提动导管,控制埋管深度在2m～6m范围内,混凝土的供应要连续。
3.6断桩
原因:混凝土坍落度太小,骨料不符合要求;料径太大,灌注过程未及时提升导管,造成导管堵塞;混凝土供应不及时,间歇时间过长;提升导管时碰撞钢筋笼,使孔壁土体混入混凝土中。
技术措施:经常测定混凝土坍落度,检查骨料是否符合规范要求;边浇灌混凝土边提升导管,并测量混凝土顶面高度,随时掌握埋管深度,避免堵管及导管脱离混凝土面;做好混凝土的供应工作,保证混凝土的连续供应;提升导管时,应保证导管垂直上升,并注意钢筋笼有否上浮或移动。
4、结束语
该工程严格按照正常工序进行,使得工程顺利完成,克服了一些现实困难,所使用的灌注桩技术是有效可行的,也可推荐用于其他同类工程的建设。
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