袋装聚合物泥浆

作者：赵利哲

来源：《中华民居旬刊》, 2013(1)

      摘要：本文主要探讨旋挖钻桩基施工及常见病害的防治。 

关键词：钻孔桩；施工技术；病害防治

 

1、工程概况
苏桥特大桥是许昌至禹州地方铁路铁路改造工程下行联络线的一部分，孔跨式样为2×24m+88×32m+2×24m预应力混凝土梁，桥梁全长为2967.48m，下部采用直径100cm钻孔桩基础，钻孔桩总计469根，总长为20065m，桩基深度在35～52m之间，均为摩擦桩。
　　

本桥桥址位于冲洪积平原，属黄淮冲积平原的一部分。根据区域地质资料及钻探成果分析，下部构造主要为粉质黏土层及粗砂层，桥址区构造简单，附近无深大断裂通过，无活动断裂，场地稳定，适宜建桥。地表以下15m范围内粉砂、粉土存在液化现象，属于抗震不利地段。 

2、旋挖钻施工原理及优势
根据本工程地质条件、桩型、桩长情况，在钻孔桩施工中采用旋挖钻机成孔。旋挖钻采用三一重工SR200D型旋挖钻机，旋挖钻机具备以下优势：成孔施工具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、无泥浆循环等优点。 
　　

旋挖钻成孔施工法，又称钻斗施工法。成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。 

3、桩基施工及质量控制
3.1　钻孔灌注桩施工工艺流程 
埋设护筒→钻机就位→钻孔→成孔检测→清孔→安装钢筋笼→安装混凝土导管→灌注水下混凝土→拔出导管、护管→基桩检测 
　　
3.2　钻孔灌注桩施工 
(1)埋设护筒：护筒采用壁厚4mm钢板焊制而成，内径为φ120cm：整平场地，测好桩位后，即可埋设护筒，护筒埋设时应在四周分层夯填黏土。护筒埋设深度不小于2m，顶端高程高出地下水位及原地面2m及和0.5m以上，护筒顶面中心与设计桩位偏差要小于5cm，倾斜度不大于1％。钻进过程中经常检查护筒是否偏移和下沉，及时处理。 
　　
(2)钻机就位：钻机就位前，对钻孔前的各项准备工作进行检查，包括主要机具设备的检查和维修。钻机安装就位后，底座和顶端平稳，不得产生位移和沉陷。钻机转盘中心与钢护筒中心位置偏差不得大于2cm。 
　　
(3)钻孔：开始钻孔时，稍提钻杆，在护筒内打浆，并开动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后方可开始钻进。进尺要适当控制，对护筒底部，低档慢速钻进，使底脚处有较坚固的泥皮护壁。如护筒底土质松软出现漏浆时，可提起钻头，向孔内倒入粘土块，再放入钻头倒转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆空隙，稳住泥浆后继续钻进。钻至护筒底部以下lm后，则可按土质情况以正常速度钻进。钻进过程中要经常注意土层变化，每进尺2m或在土层变化处捞取渣样，判断土层，记入钻孔记录表并与地质柱状图校对。 


钻孔泥浆采用优质粘土在泥浆池内制备，在路基用地范围外开挖泥浆池及泥浆沉淀池两个，串联并用。泥浆性能指标技术要求：泥浆相对密度1.1～1.3，黏度19～28s，含砂率＜4％，胶体率＞95％，pH值＞6.5。 
　　
(4)清孔：清孔采用换浆法清孔。清孔采用换浆法清孔，清孔时注意保持孔内水位。清孔的目的是清除钻渣和沉淀层，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留过厚沉渣而降低桩的承载力。清孔分两次进行，第一次清孔在钻孔深度达到设计深度后进行，第一次清孔就应满足规范要求，否则不应下放钢筋笼。待钢筋笼安装到位后下放导管再进行第二次清孔，灌注混凝土前清孔必须达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重≯1，含砂率＜2％，粘度17～20s：浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于30cm。孔底沉渣的测量：采用前端悬挂平砣的测绳在孔壁周围测量孔深，测点不少于4个，两者底标高之差为沉渣厚度，每次测量前必须采用钢尺对测量绳进行校核，严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔作业。 


(5)钢筋笼安装：钢筋笼采取在钢筋场集中加工制作，用平板车运至施工现场，用吊车分节吊入桩孔进行接长和下放。钢筋笼采用分节拼装的方法施工，首先吊装第一节钢筋笼，将其上段临时固定于孔口，然后吊装下一节钢筋笼，使上下两节钢筋笼位于同一竖直线上，进行焊接，焊接接头注意错开，下放钢筋笼就位时用临时焊接的吊耳固定，以防钢筋笼上浮。骨架的保护层厚度可用焊接钢筋或混凝土垫块，按竖向每隔2m设置一道，每道沿圆周布置4～6个。声测管绑扎在钢筋笼内，要固定牢靠，保持相平行，管内灌水，并对顶端封闭，确保管道畅通。 


(6)灌注混凝土：水下混凝土的灌注采用导管法。导管接头为卡口式，直径300mm，壁厚10mm，分节长度1～2m，最下端一节长4m。导管在使用前进行水密、承压和接头抗压试验。导管在吊入孔内时其位置要居中、轴线顺直，稳步沉放，防止卡挂钢筋骨架和碰撞孔壁。 
　　
水下混凝土的水灰比为0.5，坍落度20cm±2cm，通过实验确定掺入适量缓凝剂，初凝时间不小于6h，采用混凝土输送车运至现场，直接倒入导管内进行灌注，混凝土接近桩顶时，改用吊斗倾倒以提高漏斗高度。 
　　
灌注首批混凝土时，导管下口至孔底的距离控制在30～50cm，且使导管埋入混凝土的深度不小于1m。剪球灌注开始后，连续进行，并尽可能缩短拆除导管的间隔时间；灌注过程中经常用测深锤探测孔内混凝土面位置，及时调整导管埋深，导管的埋深位置控制在2～4m，特殊情况下不得小于1m或大于6m。当混凝土面接近钢筋骨架底部时，为防止钢筋骨架上浮，采取以下措施：使导管保持稍大的埋深，放慢灌注速度，以减小混凝土的冲击力。当孔内混凝土面进入钢筋骨架1～2m后，适当提升导管，减小导管埋置深度，增大钢筋骨架下部的埋置深度。为确保桩顶质量，桩顶加灌0.5～0.8m的高度。桩基灌注完成后清除桩头不良混凝土。同时派专人负责填写水下混凝土灌注记录。水下混凝土应连续浇筑，中途不能停顿，应尽量缩短拆除导管时间。 　　


(7)混凝土灌注完成后，位于地面以上及桩顶以下的护筒，应在混凝土初凝前拔出。
　　

(8)桩基检测：根据铁道部现行《铁路工程基桩无损检测规程》(TBl0218)的有关规定和设计要求，桩长超过40m者采用声波透射法检测，其他采用低应变检测法检测。

 

4、钻孔桩施工常见病害及防治
4.1　钻孔的质量问题及防治措施 
4.1.1　孔壁坍陷 
在松散易坍的土砂层中，适当埋深护筒，用粘土密实填封护筒四周，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度，必要时加入烧碱或纯碱提高泥浆粘度。钻进速度应根据地质情况选取，保持护筒内泥浆水位高度。搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，笼子下放要对准孔位，避免碰撞孔壁，钢筋笼焊接长时间不要过长，尽量要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。成孔后，待灌时间一般不应大于3h，并控制混凝土的灌注时间，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。 


4.1.2　护筒冒水及倾斜移位 
在埋筒时，孔四周应用粘土分层夯实。护筒内保持在护筒项部以下30cm处的水头高度。钻头起落时，应防止碰撞护筒。发现护筒冒水时，应立即停止钻孔，用粘土在四周填实加固，若护筒严重下沉或移位时，则应重新埋设护筒。 
　　
4.1.3　缩径 
采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。 
　　
4.1.4　孔内沉渣量大 
采用性能良好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不要用清水进行置换。钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。可采用钢筋笼冷压接头工艺和螺扣接头加快对接钢筋笼速度，减少空孔时间，减少沉渣量。下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，直至孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求开始灌注混凝土，导管底部至孔底的距离宜为30～50mm，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下1.Om以上，以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣达到清除孔底沉渣的目的。 
　　
4.2　水下混凝土灌注过程中出现的施工质量问题及防治措施 
4.2.1　堵管 
堵管现象主要分为两种，一种是气堵，当混凝土满管下落时，导管内混凝土(或泥浆)面至导管口的空气被压缩，当导管外泥浆压力和混凝土压力处于平衡状态时就出现气堵现象，解决气堵现象的措施有：首批混凝土浇注时，在泥浆面以上的导管中间要开孔排气，当首批混凝土满管下落时，空气能从孔口排掉，就不会形成堵管。首批过后正常浇注时，应将丝扣连接的小料斗换成外径小于导管内径的插入式轻型小料斗，使混凝土小于满管下落，不至于形成气堵；另外一种堵管现象为物堵，混凝土施工性能不好，石子较多，或混凝土原材料内有杂物等，在混凝土垂直下落时，石子或杂物在导管内形成拱塞，导致堵管。物堵现象的控制为：由于孔深，混凝土自由落至孔底时速度较大，易形成拱塞，要求混凝土有较好的流动性、不离析性能和丰富的胶凝材料，同时加强现场物资管理，使混凝土原材料中不含有任何杂物，并在浇注现场层层把关。确保混凝土浇注顺利。 
　　
4.2.2　钢筋笼上浮 
造成原因：
钢筋笼放置初始位置过高，混凝土流动性过小，导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升；当混凝土灌至钢筋笼下，若此时提升导管，导管底端距离钢筋笼仅有1m左右时，由于浇筑的混凝土自导管流出后冲击力较大，推动了钢筋笼的上浮；由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，己接近初凝，混凝土与钢筋笼有一定的握裹力，如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上升。 
　　
防治措施：
钢筋笼初始位置应定位准确，并与孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度，缩短灌注时间，或掺外加剂，防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小，混凝土接近笼时，控制导管埋深在1.5～2.0m。灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2～3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2～4m，不宜大于5m和小于1m。当发生钢筋笼上浮时，应立即停止灌注混凝土，并准确计算导管埋深和己浇混凝土面的标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消失。 
　　
4.2.3　断桩 
常见的断桩原因： 
(1)混凝土坍落度过小，或石料粒径过大、导管直径较小，在灌注过程中堵塞导管，形成桩身混凝土中断。 
(2)机械故障造原因使混凝土浇注中断时间过长 
(3)混凝土灌注过程中发生坍孔，无法清理，使灌注中断。 
(4)在提拔导管时，拔出混凝土面，形成断桩。由于导管埋置深度过深或钢筋笼卡住导管无法提起导管或将导管拔断，造成断桩。 
(5)导管接口渗漏，使泥浆进入导管，在混凝土内形成夹层，造成断桩。 
　　
预防措施及处理方法： 
(1)控制好混凝土的坍落度在18～22em范围内，集料的最大粒径应不大于导管内径的1／6～1／8以及钢筋最小净距的1／4，同时不大于40mm。 
(2)首批混凝土拌和物下落后，应连续灌注混凝土。在随后的灌注过程中，一般控制导管的埋置深度在2～6m范围内为宜，要适时提拔导管，不要使其埋置过深。 
(3)关键设备(如发电机、托泵、起重设备、运输车辆等)要有备用，材料要准备充足，以保证混凝土能够连续灌注。 
(4)处理断桩的几种方法 


①在混凝土浇筑首封时或首封结束不久后出现段断桩情况，则应立即停止灌注，并且将钢筋笼拔出，然后用冲击钻重新钻孔，清孔后下钢筋笼，再重新灌注混凝土。 


②若灌注中途时因严重堵管造成断桩，且己灌混凝土还未初凝时，在提出并清理导管后可使用测锤测量出已灌混凝土顶面位置，并准确计算漏斗和导管容积，将导管下沉到己灌混凝土顶面以上大约10cm处，加球胆。继续灌注时观察漏斗内混凝土顶面的位置，当漏斗内混凝土下落填满导管的瞬间(此时漏斗内混凝土顶面位置可以根据漏斗和导管容积事先计算确定)将导管压入己灌混凝土顶面以下，即完成湿接桩。 

③若断桩位置处于护筒内时，且混凝土己终凝，则可停止灌注，待混凝土灌注后将护筒内泥浆抽干，清除泥浆及掺杂泥浆的混凝土，露出良好的混凝土面并对其凿毛，清除钢筋上泥浆，然后以护筒为模板浇筑混凝土。 

5、结束语

桩基属于地下隐蔽工程，质量要求高，施工过程中容易发生各种质量事故，这就要求在施工中必须精心组织，合理安排，严格卡控各道工序，对容易出现事故的环节要及时总结、提前预防。

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