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钻孔灌注桩施工中的问题与对策

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摘要:桩基础是最常见形式之一。钻孔灌注桩其承载力大,适用于各种土质,在深水层或覆盖层很厚的条件下均可采用,被广泛地运用于桥梁的基础。但其施工技术复杂,工艺流程相互衔接紧密,施工过程隐蔽,且多在水下进行,影响施工的因素较多,每道施工工序都必须严格要求,任何一道工序出现问题将带来严重的后果。

关键词:钻孔;灌注桩;问题;防治

灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔,并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩,依照成孔方法不同,灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。

钻孔灌注桩遇到质量问题:

一、断桩

1.产生的原因。(1)混凝土拌和物发行离析使桩身中断。(2)灌注中,发生堵塞导管又未能处理好;或灌注中发重型导管卡挂钢筋笼,埋导管,严重坍孔,而处理不良时,都会演变为桩身严重夹泥,混凝土桩身中断的严重事故。(3)灌注时间过长,首批混凝土已初凝,而后灌注的混凝土冲破顶层与泥浆相混;或导管进水,未及时作良好处理,均会在两层混凝土中产生部分夹泥浆渣土的截面。

2.防治措施。(1)导管要有足够的搞拉强度,能承受其自重和盛满混凝土的重量;内径应一致,其误差应小于±2mm,内壁须光滑无阻,组拼后须用球塞、检查锤作通过试验;导管最下端一节导管长度要长一些,一般为4m,其底端不得带法兰盘。(2)导管在浇灌前要进行试拼,并做好水密性试验。(3)严格控制导管进而深与拔管速度,导管不宜进埋入混凝土过深,也不可过浅。及时测量混凝土浇灌深度,严防导管拔空。(4)经常检测混凝土拌合物,确保其符合要求。

二、缩径

1.产生的原因。(1)清孔不彻底,泥浆中含泥块较多,再加上终灌拔管过快,引起桩顶周边夹泥,导致保护层厚度不足。(2)孔中水头下降,对孔壁的静水压力减小,导致局部孔壁土层失稳坍落,造成混凝土桩身夹泥或缩颈。孔壁坍落部分留下的窟窿,成桩后形成护颈。

2.防治措施。(1)使用直径合适的钻头成孔,根据地层变化配以不同的泥浆。(2)成孔施工时应重视清孔,在清孔时要做到清渣而不表泥,预防清孔后的在浇筑的过程中局部坍塌,导致缩径的产生。

三、桩顶局部冒水、桩身孔洞

1.产生的原因。(1)水下混凝土灌注过程中,导管埋深过大,导管内处混凝土新鲜程度不同,再加上灌注过程中上下活动导管过于频繁,致使导管活动部位的混凝土离析,保水性能差而泌出大量的水,这些水沿着导管部位最后灌入的、最为新鲜的混凝土往上冒,形成通道(即桩身孔洞)。(2)水下混凝土灌注过程中,混凝土倾倒入导管速度过快过猛,把空气闷在导管中,在桩内形成高压气包。

2.防治措施。(1)控制导管的埋深,灌注过程中做到导管勤提勤拔。(2)混凝土倾入导管的速度应根据混凝土在管内的深度控制,管内深度越深,混凝土倾入速度越应放慢。在可能的情况下,应始终保持导管内混凝土,以防止桩身形成高压气包。实际施工中,往往因为导管每次起拔后管内都会形成空管,再次灌注时,桩身形成高压气包就很难避免。因此,应在灌注过程中适当上下活动导管,把已形成的高压气包引出桩身。(3)加适当缓凝剂,确保混凝土在初凝前完成水下灌注。

四、桩头问题

1.产生的原因。(1)清孔不彻底,桩顶浮浆过深过厚,影响下混凝土灌注时测量桩顶位置的精度。(2)导管起拔速度过快,尤其是桩头直径过大时,如未经插捣,直接起拔导管,桩头很容易出现混凝土中间高、四周低的“烂桩头”。(3)浇筑速度过快,导致孔壁局部坍塌,影响测量结果。

2.防治措施。(1)认真做好清孔工作,确保清孔完成后孔口没有泥块返出;在空孔较长的桩内测量混凝土上升面时,应控制好测量重锤的质量。通常认为使用5~40mm碎石混凝土时,重锤的质量可以控制在1kg左右。在设计桩顶与地面距离

五、灌注混凝土时桩孔坍孔

灌注水下混凝土过程中,发现护筒内泥浆水位忽然上升溢出护筒,随即骤降并冒出气泡,为坍孔征兆。如用测深锤探测混凝土面与原深度相差很多时,可确定为坍孔。

1.原因分析。(1)灌注混凝土过程中,孔内外水头未能保持一定高差。在潮汐地区,没有采取措施来稳定孔内水位。(2)护筒刃脚周围漏水;孔外堆放重物或有机械振,使孔壁在灌注混凝土时坍孔。(3)导管卡挂钢筋笼及堵管时,均易发生坍孔。

2.预防方法。(1)灌注混凝土过程中,要采取各种措施来稳定孔内水位,还要防止护筒及孔壁漏水。(2)用吸泥机吸出坍入孔内的泥土,同时保持或加大水头高度,如不再坍孔,可继续灌注。(3)如用上法处治,坍孔应不停时,或坍孔部位较深,宜将导管、钢筋笼拔出,回填粘土,重新钻孔。

六、技术问题

(一)嵌岩深度

1.岩石力学性状

在确定嵌岩深度之前,应对岩石的力学性状有所了解,尤其是抗压强度。工程中还常把强风化岩层视为软弱下卧层,即使在强风化上有很厚的卵石层也不敢将桩端置于其上;此外,不论强风化层有多厚也非得钻穿,直到中微风化为止。实际上强风化岩层本身就是低压缩坚硬层,其承载力q能达1000~1500kPa,侧摩阻力qs能达40~ 50kPa,不亚于较硬的卵石层.

2.施工工艺水平

加大桩的嵌岩深度,主要目的是增加侧摩阻力。要使入岩段桩的侧摩阻力能充分发挥,必须使砼与岩石孔壁很密实地结合为一体,这就需要清除泥皮,目前国内施工水平还解决不了这个问题(日本在导管端部外周围安装一环状管,可喷射高压水,喷射力能达2000N/cm2以上,在比重1.2左右的泥浆中,射程达1.5m以上,此法可用来清渣、清淤和清洗孔壁),因此片面强调增加嵌岩深度有时效果适得其反。

3.上覆土层力学性状

上覆土层能提供的侧摩阻力qs越大,桩尾段承载力发挥的比例就越小,增加入岩深度也就更无意义。总之,增加嵌岩深度并不能保证承载力提高,有时适得其反。桩的承载力与成桩用时关系极大,空孔时间长,孔壁浸泡时间就长,不但泥皮增厚,孔壁一定范围的土质也会泡得松软,无疑降低了摩阻力,使质量事故的发生率提高。

随嵌岩深度的增加,桩的造价也增加。粗略统计表明,入岩深度占桩长比例增加10%,每米桩长平均造价约增40%。

(二)极限承载力

桩的承载力尤其是桩下部和端部的承载力就得不到充分发挥,结果是安全系数增大,经济效益降低。在确定桩的极限承载力时,大直径中长桩Q-s曲线常常是缓变形,这时的取值以变形控制为主。

总之,浆液压入桩端后首先和桩端的沉渣、离析的“虚尖”、“干碴石”相结合,增强该部分的密实程度,提高了承载力;浆液沿着桩身和土层的结合层上返,消除了泥皮,提高了桩侧摩阻力,同时浆液横向渗透到桩侧土层中也起到了加大桩径的作用。以上几点均对提高灌注桩的单桩承载力起到不可忽视的作用。