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橋梁鉆孔灌注樁常見病害成因及對策
橋梁鉆孔灌注樁常見病害成因及對策 【摘要】文章針對黃織線橋梁鉆孔灌注樁施工中常見斷樁、串樁等病害和處理措施,介紹了橋梁鉆孔灌注樁常見病害成因及對策,為今后的類似問題提拱參考。
鉆孔灌注樁包括成孔和成樁兩大過程,是一項工序環(huán)節(jié)較多,工藝比較復(fù)雜,技術(shù)要求較高,工作量較大,并需在一個較短時間內(nèi)快速完成水下灌注混凝土的隱蔽工程。施工過程控制受人為因素影響較大,稍有疏忽,就難免出現(xiàn)質(zhì)量病害,造成病樁或斷樁等重大質(zhì)量事故,危及樁基工程的質(zhì)量。為此,必須以系統(tǒng)工程的觀點,推行全面質(zhì)量管理,明確工序質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),建立嚴格的施工管理和工序質(zhì)量檢查制度,以工序過程控制,來保證成樁質(zhì)量。在完善施工工藝、提高操作技能的基礎(chǔ)上,認真分析成孔、成樁過程常見病害的產(chǎn)生原因,總結(jié)研究其預(yù)防治理措施,以期將施工質(zhì)量病害的影響減至最低限度,高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量地完成樁基施工任務(wù)。
一、成孔過程
1.護筒冒水:護筒外壁冒水,嚴重的會引起地基下沉、護筒傾斜和位移,造成成孔偏斜,甚至無法施工。
病因分析:埋設(shè)護筒時周圍填土不密實;或護筒內(nèi)水位相差太大;或鉆頭起落時碰撞。
防治措施:埋護筒時,坑底與四周選用最佳含水量的粘土層分層夯實;在護筒適當(dāng)高度開孔,使護筒內(nèi)保持有1~1.5m的水頭高度;起落鉆頭時,防止碰撞護筒。
2.樁孔孔壁坍塌:成孔中或成孔后,孔壁不同程度塌落。成孔中,排出的泥漿不斷出現(xiàn)氣泡,有時護筒內(nèi)的水位突然下降,均為塌孔的兆頭。
病因分析:主要是由于土質(zhì)松散,加之泥漿護壁不好;護筒埋設(shè)不好;筒內(nèi)水位不高;提住鉆頭鉆進,鉆頭鉆速過快,或空鉆時間太長,都易引起鉆孔下部坍塌;或成孔后待灌時間和灌注時間過長。
施工對策:在松散易坍土層中適當(dāng)深埋護筒,密實回填土;使用優(yōu)質(zhì)泥漿,提高泥漿比重和粘度;升高護筒,終孔后補給泥漿,保持要求的水頭高度;保證鋼筋籠制作質(zhì)量,防止變形;吊放時要對準(zhǔn)孔位,吊直扶穩(wěn),緩緩下沉,防止碰撞孔壁;成孔后,待灌時間一般不應(yīng)超過3h,并應(yīng)盡快灌注速度,縮短灌注時間;在鋼筋籠未下入孔內(nèi)情況下,將砂、粘土混合物回填到坍孔深以上1~2m,或全孔回填并密實后,再用原徑鉆頭和優(yōu)質(zhì)泥漿掃孔;在鋼筋籠碰孔壁而引起輕微坍塌的情況下,用直徑小于鋼筋籠內(nèi)徑的鉆頭以優(yōu)質(zhì)泥漿掃孔或用導(dǎo)管清孔。
3.樁孔局部縮徑:指局部孔徑小于設(shè)計孔徑。
病因分析:泥漿性能欠佳,失水量大,引起塑性土層吸水膨脹,或形成疏松、蜂窩狀厚層泥皮;鄰樁施工間距和時間間隔不當(dāng),土層中應(yīng)力尚未消散,新孔孔壁軟土流變;鉆頭直徑磨損過大。
施工對策:采用優(yōu)質(zhì)泥漿,控制泥漿比重和粘度,降低失水量;當(dāng)設(shè)計樁距<4D時,應(yīng)跳隔1~2根樁施工;或新樁孔盡可能在鄰樁成樁36h后開鉆。
4.樁孔偏移傾斜:成孔后樁孔出現(xiàn)較大垂直偏差或彎曲。
病因分析:鉆機安裝不平,或鉆臺下有虛土產(chǎn)生下均勻沉陷:樁架不穩(wěn),鉆桿導(dǎo)架不垂直,鉆機磨損,部件松動,護筒埋設(shè)偏斜,鉆桿彎曲,主動鉆桿傾斜,遇舊基礎(chǔ)或大弧石等地下障礙物,土層軟硬不均或基巖傾斜。
施工對策:鉆機安裝周正、水平、穩(wěn)固,護筒不偏斜,鉆桿不彎曲,主動鉆桿保持垂直;增添導(dǎo)向架,控制提引水龍頭,盡可能采用鉆鋌加壓,清除地下障礙物;除軟硬互層采用輕壓慢轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)外,從軟塑粘土層,尤其流塑粘上層和砂層進入硬塑粘土層或從軟土層進入基巖時,籠狀鉆頭下端的錐形導(dǎo)向小鉆頭需改用平底導(dǎo)向小鉆頭,或者直接用不帶導(dǎo)向小鉆頭的平底鉆頭鉆進;用砂、粘土混合物回填至偏斜處以上1~2m,待密實后用平底合金鉆頭輕壓慢轉(zhuǎn)糾斜,在基巖面發(fā)生傾斜時,可投入20~40mm粒徑碎石,略高于偏斜處,沖擊密實后用平底合金鉆頭。
5.孔底沉渣過多:孔底沉淤、殘留泥砂過厚,或孔壁泥土塌落在孔底,使沉渣超標(biāo)。
原因分析:泥漿過稀,清孔未凈;清孔汜漿比重過小或清水置換;鋼筋籠吊放未垂直對中,碰刮孔壁泥土坍落孔底;或清孔后待灌時間過長,泥健沉淀;沉渣厚度測量的孔底標(biāo)高下統(tǒng)一。
施工對策:終孔后,鉆頭提離孔底1~20cm,保持慢速空轉(zhuǎn),維持循環(huán)清孔時間不少于30min;清孔采用優(yōu)質(zhì)泥漿,控制泥漿比重和粘度下要直接用清水置換,鋼筋籠垂直緩放入孔;避免碰撞孔壁;清孔完畢立即迅速灌注混凝土;采用導(dǎo)管二次清孔,沖孔時間以導(dǎo)管內(nèi)側(cè)量的孔底沉渣厚度達到規(guī)范要求為準(zhǔn);提高混凝土初灌時對孔底的沖擊力;導(dǎo)管底端距孔底控制在40~50cm,初灌混凝土量,必須滿足導(dǎo)管底端能埋入混凝土中0.8~1.3m的要求。
二、成樁過程
1.導(dǎo)管堵塞:灌注過程中,混凝土在導(dǎo)管中不能下落,影響灌注工作順利進行。
病因分析:初灌時隔水塞堵管;粗骨料粒徑過大:混凝土坍落度不合要求和易性、流動性差;拌合不均勻,產(chǎn)生離析;導(dǎo)管連接部位和焊縫不密封,發(fā)生漏水,管內(nèi)形成水塞,當(dāng)管內(nèi)內(nèi)混凝上不滿而含有空氣時,混凝土整斗傾入導(dǎo)管,導(dǎo)致管內(nèi)形成高壓氣塞,或氣塞擠破管節(jié)間密封墊繼而導(dǎo)致導(dǎo)管漏水。
施工對策:先灌儲0.2~0.3m3水泥砂漿,后灌儲混凝土,防止骨料卡阻水塞;選用粒徑小于25mm的粗骨料,其最大粒徑不大于導(dǎo)管內(nèi)徑和鋼筋籠主筋最小凈距的1/4;嚴格混凝土配合比,坍落度控制在18~22cm,坍落度降低至l5cm的時間,一般下宜小于1h;混凝土拌合均勻.攪拌機拌合時間大于90s,確保導(dǎo)管連接部位焊縫的密封性,導(dǎo)管應(yīng)在大于0.5~0.77Mpa下試壓時間大于15min而下泄漏,以免在導(dǎo)管內(nèi)形成水塞:在澆灌過程中,混凝土宜徐徐倒入漏和導(dǎo)管,避免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣塞;確保機械運轉(zhuǎn)正常,必須有備用攪拌機,必要時,可在混凝土中摻加緩凝劑;當(dāng)隔水塞堵塞導(dǎo)管時,可將提管時散落在孔底的混凝土拌合物清除,重新下隔水塞澆灌;當(dāng)孔內(nèi)混凝土尚未初凝時,盡決清理導(dǎo)管,重新下至混凝土面,開泵沖洗浮漿后,重新下隔水塞澆灌。隔水塞沖出后,盡可能將導(dǎo)管向下插入原先澆灌的混凝土內(nèi),原位上下串插導(dǎo)管,使混凝土混合密實,再繼續(xù)澆灌。
2.鋼筋籠上浮或下沉:系指鋼筋籠的位置高于或低于設(shè)汁位置的現(xiàn)象。上浮較大時,降低了樁體抗水平剪切能力;下沉過多,給土建施工帶來麻煩和損失。
病因分析:鋼筋籠放置初始位置過高或過低;混凝土流動性過小,導(dǎo)管在混凝土中埋置深度過大(6m以上)鋼筋籠被混凝土頂托上浮;導(dǎo)管掩埋過長,提升時易搖晃,難以對準(zhǔn)籠的中心,易發(fā)生掛籠現(xiàn)象;導(dǎo)管提升過猛,混凝土下沉太快,瞬時反沖力使鋼筋籠上浮;鋼筋籠制作質(zhì)量不佳,或吊裝下當(dāng)而變形;或樁孔傾斜,鋼筋籠隨之而變形,增加了混凝土上升阻力。
施工對策:鋼筋籠放置初始位置準(zhǔn)確無誤,并與孔口固定牢固;為防止鐵絲拉長下沉或頂住上升力,可采用吊筋加套管等方法頂住鋼筋籠上口;加快澆灌速度,縮短澆灌時間,或添加緩凝劑,防止混凝土頂層進入鋼筋籠時流動性變小;混凝上陷近籠底時,控制導(dǎo)管埋深1.5~2m,盡量減少串插導(dǎo)管,改用轉(zhuǎn)動導(dǎo)管密實混凝土;每澆灌一斗混凝土,檢查一次埋深,直到鋼筋籠埋牢后,恢復(fù)正常埋置深度;鋼筋籠制作平直下變形,主筋底端可適當(dāng)向外彎折,井增加封底箍筋:導(dǎo)管對中樁孔,導(dǎo)管接頭處套裝錐形活動護罩或加密焊接防護斜筋;導(dǎo)管正常埋置深度一般控制在2~4m,最大不超過而6m,便于轉(zhuǎn)動移位;鋼筋籠上升時,停止?jié)补嗷炷翙z查埋管深度,拆除部分導(dǎo)管,保持埋管l.5~2m,導(dǎo)管鉤掛鋼筋籠時,要下降導(dǎo)管,轉(zhuǎn)動移位脫鉤后上提。
3.串樁:指灌注的混凝土跑到另一樁孔內(nèi)的現(xiàn)象。串樁不僅增加待灌樁孔內(nèi)沉渣厚度,且不易消除,增加成孔難度,還大量增加混凝上用量,造成浪費影響施工進度,孔斜過大不僅降低了樁的承載力,在受力后樁身還可能被剪斷。
病因分析:開挖舊基礎(chǔ)鋼筋混凝土土梁或石板時,造成樁位在淺部連通;遇抽水滲井時,由于滲井被大量淤泥質(zhì)雜物充填,井周土質(zhì)松散,致使一定范圍樁位連通,孔距過小,土層軟弱、松散,在混凝土沖力作用下,通過側(cè)向擠壓使混凝土侵入到相鄰樁孔中;孔斜過大或塌孔嚴重未及時處理,使深部樁位相連。
施工對策:若樁體上部連通,當(dāng)灌注至連通部位,先排開返出的泥水,同時在連通部位加保護圈,以防泥水及混凝土進入另一樁孔內(nèi),而引起塌孔或增加孔內(nèi)沉渣量,向滲井中下水泥套管,邊鉆進邊下套管,以確保施工進度和成樁質(zhì)量。
4.樁頂段砼質(zhì)量差:指樁頂上部混凝土疏松、夾泥、斷裂等質(zhì)量問題。上部樁身由于缺乏壓力,與樁周土接觸應(yīng)力低,而受荷時樁身上部荷載應(yīng)力最大,因此樁身破壞最易在上部發(fā)生。
病因分析:沒有勤測混疑土面,預(yù)加的灌注混凝土高度不足,上部壓力小,混凝土密度低;導(dǎo)管內(nèi)混凝土高度減少,超壓力降低,而導(dǎo)管外的泥漿及所含渣土稠度增加,比重增大,混凝土升頂困難,甚至與泥漿、浮漿接觸摻混,造成夾泥、疏松、離析;導(dǎo)管縮短,重量減輕,導(dǎo)管上下串插圖難,或串插程度不夠;護筒起拔過猛,或起撥護筒不垂直,使護筒粘帶未初凝的混凝土,導(dǎo)致混凝土抗拉強度低而摻入泥漿,形成夾泥或斷裂面。
施工對策:勤測混凝土面,并在樁頂設(shè)計標(biāo)高以上加灌一定高度的混凝土,其最小高度不宜小于樁長的5%,且不小于2m,以保證設(shè)計標(biāo)高以下的混凝土符合設(shè)計要求,孔口加水稀釋渣漿,沖出部分稠漿,減小泥漿比重;導(dǎo)管重量減輕時,可以改為人工左右轉(zhuǎn)動導(dǎo)管加壓串插密實混凝土,護筒吊繩要周正,起拔護筒要穩(wěn)、慢,混凝土疏松、夾泥、斷裂、可采用壓漿補強或樸樁。
2.5 斷樁:混凝土凝固后不連續(xù),中間被沖洗液等疏松體及泥土充填的間斷樁,影響了樁身的整體性,降低了樁體強度和承載力,以致不能滿足設(shè)計要求。
病因分析:坍落度損失大的配方和澆灌過程不連續(xù)是造成斷樁的重要原因;灌注過程中發(fā)生埋管、卡管及其他一些情況都將造成斷樁。
埋管:導(dǎo)管在混凝土中掩埋過長,鋼筋籠變形,灌注時間過長,混凝土已初凝,內(nèi)阻力倍增長,導(dǎo)管被卡死在混凝土內(nèi),法蘭盤頂住鋼筋籠下端,由于孔斜大,籠與孔壁壁摩阻力過大,加上籠內(nèi)已有一定高度的混凝土導(dǎo)管無法提升。
卡管:骨料級配不合理,含有大粒徑的卵石、漂礫;混凝土出拌合機時間或運輸路程過長,已產(chǎn)生離析或局部初凝現(xiàn)象而直接用于灌注;導(dǎo)管密封不良,局部漏水。
施工對策:按有關(guān)規(guī)范要求,通過計算和試配確定混凝土配合比,混凝土應(yīng)具良好的和易性和流動度,坍落度損失應(yīng)能滿足灌注要求,初凝時間應(yīng)為正常灌注時間的2倍;要求灌注過程連續(xù),快速、防止出現(xiàn)上述埋管、卡管及其他情況。
三、結(jié)語
鉆孔樁事故處理的方法很多,難度也較大,無論采取什么先進的辦法處理都將對工程的進度、質(zhì)量及施工企業(yè)的信譽帶來不可忽視的影響。因此,在鉆孔樁施工中必須做到每個工序嚴格按照規(guī)范操作,水下混凝土灌注統(tǒng)一指揮、緊張而有序,對可能出現(xiàn)的問題制定切實有效的防范措施,盡最大努力杜絕事故的發(fā)生。
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