瀟河大橋鉆孔樁施工工藝及對清孔問題的探討

柳祥祿

1 工程概況

瀟河大橋位于南同蒲鐵路K 376+310.28處,為10孔32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁雙線橋,全長 339.72m。該橋設(shè)計為鉆孔樁基礎(chǔ),雙線圓端形橋墩,雙線T形橋臺,預(yù)應(yīng)力混凝土簡支 T梁,樁基直徑 1.0m,長度為 43m～54m,樁基總數(shù)為108根。該處地層巖性為砂土、砂粘土和粉土。

2 鉆孔灌注樁施工

根據(jù)橋位地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況,鉆孔樁施工時采用泥漿護壁、旋轉(zhuǎn)鉆機鉆孔,反循環(huán)出碴,導(dǎo)管法灌注水下混凝土。

鉆孔樁施工順序為:測量定位→埋設(shè)護筒→鉆機就位→鉆進→換漿法清孔→檢測→吊裝鋼筋籠→吊裝導(dǎo)管→灌注水下混凝土→拆除護筒、處理樁頭→樁檢測→承臺施工。

2.1 施工準(zhǔn)備

1)樁位測量。鉆孔樁施工前采用全站儀進行精確測量,并與兩端路基聯(lián)測,形成閉合三角網(wǎng)后,精確測定橋梁墩、臺位,進而測放出鉆孔樁位置,并測定、埋設(shè)護樁。

2)埋設(shè)護筒。護筒采用 3mm厚鋼板制成,其直徑為 1.2m,每節(jié)高2.0m,上口開一個30 cm×30 cm的缺口作為泥漿循環(huán)口。護筒采用挖埋法施工,護筒埋好后,檢查護筒埋設(shè)平面位置及垂直度。

護筒頂高出施工水位或地下水位 2m,并高出地面 0.5m,安裝位置偏差在 5 cm以內(nèi),傾斜度在 1%內(nèi),符合《鐵路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》要求。

3)鉆機安裝。鉆機就位后,調(diào)平機座,確保鉆頭中心與護筒中心在一條鉛垂線上,與孔位中心的偏差在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。

鉆架安裝穩(wěn)定,鉆機定位時采用細(xì)線掛重錘檢測,保證鉆頭中心與護筒中心偏差不大于2 cm。

2.2 鉆孔作業(yè)

確保鉆孔作業(yè)的進度、質(zhì)量,是鉆孔灌注樁施工的重要環(huán)節(jié),必須根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,做好鉆孔作業(yè)的工藝設(shè)計,我們的具體做法如下。

2.2.1 通過現(xiàn)場試驗選定合理的鉆進方式,解決護壁泥漿的取用問題

設(shè)計單位提供的地質(zhì)資料表明,地表以下 25m為砂土、砂粘土相互不規(guī)則夾層構(gòu)成,25m～41m為砂粘土、粉粘土相互夾層構(gòu)成,41m以下為粉粘土。在這種地質(zhì)條件下鉆孔,需要采用泥漿護壁法施工,通過對橋址附近村莊的粘土土樣進行了試驗,結(jié)果表明土質(zhì)符合造漿要求。

根據(jù)地質(zhì)情況投入適合砂土、砂粘土地層的旋轉(zhuǎn)鉆機。

2.2.2 統(tǒng)一規(guī)劃,一池兩用

由于本工地左右兩側(cè)為鐵路既有上、下行橋梁,場地狹窄、施工干擾大,因此在規(guī)劃場地時把泥漿池和沉淀池合并為一個,其尺寸為5m×5m×1m,一端排漿,一端供漿。

2.2.3 旋轉(zhuǎn)鉆機鉆進的作業(yè)要點

開鉆后,將鉆機調(diào)平對準(zhǔn)鉆孔,把鉆頭吊起徐徐放入護筒內(nèi),對正樁位,啟動泥漿泵和轉(zhuǎn)盤,待泥漿進入孔內(nèi)一定數(shù)量后,方可開始鉆進。開始鉆進時,進尺應(yīng)當(dāng)控制,采用低速低擋鉆進。減壓鉆進:鉆入深孔時,將主吊鉤稍提起一些,采用減壓鉆進的方法,在鉆進過程中維持垂直狀態(tài),避免或減小斜孔、彎孔和擴孔現(xiàn)象。在鉆進過程中,嚴(yán)格控制鉆速。鉆進時,經(jīng)常進行檢孔,防止出現(xiàn)偏孔。

2.3 清孔

鉆孔深度符合要求后,停止鉆進,稍提鉆頭離孔底 10 cm～20 cm空轉(zhuǎn),保持原泥漿比重循環(huán) 4h,加入清水繼續(xù)循環(huán),泥漿比重則下降,待泥漿比重降至 1.02～1.10,泥漿的含砂率降到4%以下,粘度為 17 s～20 s,且孔底沉淀土厚度小于 20 cm,達(dá)到所要求的清孔標(biāo)準(zhǔn)時,即可停止清孔。采用檢孔器對孔深、孔徑、孔位、孔形和垂直度進行檢查,經(jīng)檢查合格,準(zhǔn)備下鋼筋籠。

2.4 下鋼筋籠

為確保工序銜接,所用鋼筋籠應(yīng)在鉆孔清孔完成前加工好(以 10m為一節(jié))。為了使鋼筋籠不挨靠孔壁而確保有足夠厚的混凝土保護層,在鋼筋籠每隔2m綁一圈預(yù)制混凝土墊塊。

清孔結(jié)束移走鉆機,用吊車吊起鋼筋籠扶正后徐徐送入鉆孔(要防止鋼筋籠碰撞孔壁),待鋼筋籠下至最后一個加強箍時,在箍下穿入木棍將鋼筋籠臨時支于孔口,然后吊來第二節(jié)鋼筋籠,調(diào)準(zhǔn)位置后與第一節(jié)焊接牢固,如此循環(huán)直至下到設(shè)計標(biāo)高為止。

2.5 設(shè)導(dǎo)管

導(dǎo)管的內(nèi)徑為300mm,壁厚4 mm,長度有 1m,2m,4 m三種。導(dǎo)管使用前要先在現(xiàn)場試拼試壓,以檢查其是否順直和滲漏,然后將合格者按預(yù)拼方案編號并用紅油漆標(biāo)在導(dǎo)管上。使用時按編號懸吊拼接,沿鉆孔中心置入鉆孔,至距孔底 30 cm時,用卡環(huán)把導(dǎo)管固定在灌注臺上。

2.6 灌注水下混凝土

水下混凝土拌合所用粗骨料優(yōu)先選用滿足規(guī)范要求的碎石,并適當(dāng)增加含砂率,確?；炷恋暮鸵仔詽M足施工要求,坍落度控制在 19 cm～21 cm之間。灌注首批混凝土的數(shù)量進行精確計算,確保導(dǎo)管初次埋置深度不小于 1.5m,且滿足導(dǎo)管內(nèi)外壓力平衡,防止管外壓力過大將泥漿壓入管內(nèi),造成斷樁。灌注時經(jīng)常測量混凝土的高度和導(dǎo)管埋深,導(dǎo)管提升、拆除時,保持位置居中,根據(jù)導(dǎo)管埋置深度確定提升高度,提升后導(dǎo)管埋深不得小于1m,不大于 5m。

3 對清孔問題的進一步探討

在鉆孔過程中,只要孔壁的受力狀態(tài)發(fā)生變化都可能塌孔,因此,在鉆孔特別是清孔時應(yīng)盡量不改變孔壁的受力狀態(tài),原漿清孔則是其有效辦法之一。但是,原漿清孔會不會導(dǎo)致沉碴加厚、樁的摩擦力減小和灌注水下混凝土困難等問題的發(fā)生,我們對此進行了探討。

3.1 沉碴問題

一般情況下人們往往會認(rèn)為,比重大的泥漿在相同時間內(nèi)的沉淀要比比重小者多。但在鉆孔樁施工中要解決的是沉碴而不是泥漿沉淀。因此,我們在施工中注意到以下情況:

當(dāng)清孔時間足夠長(6 h以上)時,采用原漿或減小比重的泥漿均能把鉆碴排凈,直至灌注水下混凝土之前沉碴情況無多大變化。當(dāng)清孔在 5 h以內(nèi)時用原漿清孔排碴效果好,沉淀少,而用減少比重的泥漿清孔,排碴效果差,沉淀厚,且時間越短越明顯。

從上述情況可以看出,用原漿清孔不但沒有導(dǎo)致沉淀增加,而且達(dá)到了清孔時間短、沉淀少、排碴效果好的目的。

3.2 樁周摩擦力問題

從理論上講,泥漿比重小、護壁薄,混凝土樁與孔壁的摩擦力就大。但實際情況并非如此,原因有二:1)泥漿在孔壁形成的保護層并不因清孔時短時間泥漿比重減小而減薄;2)灌注混凝土?xí)r會使原漿護壁厚度減薄(這是因為混凝土的比重遠(yuǎn)大于泥漿,灌注過程中混凝土?xí)皵D”走一部分泥漿護壁),但混凝土的水泥漿會浸滲到護壁泥漿中,使之得到加強。所以樁周摩擦力不會因原漿清孔而減少。

3.3 原漿比重對灌注混凝土的影響

灌注水下混凝土?xí)r,泥漿比重直接影響漏斗設(shè)置高度。規(guī)范規(guī)定:當(dāng)鉆孔樁頂?shù)陀阢@孔中水面時,漏斗底口至少高出水面4m,當(dāng)樁頂高出水面時,漏斗底口高出樁頂在 4m以上。當(dāng)計算值大于上述規(guī)定時,我們認(rèn)為應(yīng)采用計算值。計算值按下式求得:

Hc≥(Po+RwHw)/Rc。

其中,Po為使導(dǎo)管內(nèi)的混凝土被擠出管外造成管外混凝土上升所需的壓力,取 100 kPa～150 kPa;Rw為鉆孔內(nèi)泥漿比重, kN/m2;Rc為混凝土拌合物容重,kN/m2;Hw為孔內(nèi)混凝土面以上泥漿深度,m。

我們用上式對換漿清孔的 Hc做了計算,發(fā)現(xiàn)它與原漿清孔的 Hc相差極小,完全可以忽略不計。

從上述三個問題可以看出,原漿清孔不但沒有影響樁的質(zhì)量,也沒有給灌注水下混凝土帶來困難,所以,對直徑大、鉆孔時間長、地質(zhì)又較差的鉆孔樁,原漿清孔是保證灌注樁質(zhì)量行之有效的方法之一。

4 結(jié)語

鉆孔灌注樁施工工序較多,主要工序都在水下及地下進行,不便于直觀監(jiān)視,影響施工正常進行和工程質(zhì)量的因素又很多,很難全部預(yù)見。然而,如果能根據(jù)具體情況采取一系列切實可行的方法和措施,在鉆進時把握住斜孔和塌孔兩個問題,清孔時如有可能塌孔的采用原漿清孔,灌注混凝土抓住第一斗和以后導(dǎo)管埋深控制,鉆孔灌注樁的質(zhì)量是完全可以保證的。

[1] TB 10415-2003,鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] TB 10002.5-2005,鐵路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].