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預應力混凝土簡支T梁雙線橋,全長 339.72m。該橋設計為鉆孔樁基礎,雙線圓端形橋墩,雙線T形橋臺,預應力混凝土簡支 T梁,樁基直徑 1.0m,長度為 43m～54m,樁基總數為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

根據橋位地質結構情況,鉆孔樁施工時采用泥漿護壁、旋轉鉆機鉆孔,反循環出碴,導管法灌注水下混凝土。

鉆孔樁施工順序為:測量定位→埋設護筒→鉆機就位→鉆進→換漿法清孔→檢測→吊裝鋼筋籠→吊裝導管→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,并與兩端路基聯測,形成閉合三角網后,精確測定橋梁墩、臺位,進而測放出鉆孔樁位置,并測定、埋設護樁。

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

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,傾斜度在 1%內,符合《鐵路橋涵施工技術規范》要求。

3)鉆機安裝。鉆機就位后,調平機座,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范允許范圍之內。

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

2.2 鉆孔作業

確保鉆孔作業的進度、質量,是鉆孔灌注樁施工的重要環節,必須根據現場的實際情況,做好鉆孔作業的工藝設計,我們的具體做法如下。

2.2.1 通過現場試驗選定合理的鉆進方式,解決護壁泥漿的取用問題

設計單位提供的地質資料表明,地表以下 25m為砂土、砂粘土相互不規則夾層構成,25m～41m為砂粘土、粉粘土相互夾層構成,41m以下為粉粘土。在這種地質條件下鉆孔,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,結果表明土質符合造漿要求。

根據地質情況投入適合砂土、砂粘土地層的旋轉鉆機。

2.2.2 統一規劃,一池兩用

由于本工地左右兩側為鐵路既有上、下行橋梁,場地狹窄、施工干擾大,因此在規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 旋轉鉆機鉆進的作業要點

開鉆后,將鉆機調平對準鉆孔,把鉆頭吊起徐徐放入護筒內,對正樁位,啟動泥漿泵和轉盤,待泥漿進入孔內一定數量后,方可開始鉆進。開始鉆進時,進尺應當控制,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,避免或減小斜孔、彎孔和擴孔現象。在鉆進過程中,嚴格控制鉆速。鉆進時,經常進行檢孔,防止出現偏孔。

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,保持原泥漿比重循環 4h,加入清水繼續循環,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,達到所要求的清孔標準時,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,經檢查合格,準備下鋼筋籠。

2.4 下鋼筋籠

為確保工序銜接,所用鋼筋籠應在鉆孔清孔完成前加工好(以 10m為一節)。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綁一圈預制混凝土墊塊。

清孔結束移走鉆機,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,然后吊來第二節鋼筋籠,調準位置后與第一節焊接牢固,如此循環直至下到設計標高為止。

2.5 設導管

導管的內徑為300mm,壁厚4 mm,長度有 1m,2m,4 m三種。導管使用前要先在現場試拼試壓,以檢查其是否順直和滲漏,然后將合格者按預拼方案編號并用紅油漆標在導管上。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,用卡環把導管固定在灌注臺上。

2.6 灌注水下混凝土

水下混凝土拌合所用粗骨料優先選用滿足規范要求的碎石,并適當增加含砂率,確保混凝土的和易性滿足施工要求,坍落度控制在 19 cm～21 cm之間。灌注首批混凝土的數量進行精確計算,確保導管初次埋置深度不小于 1.5m,且滿足導管內外壓力平衡,防止管外壓力過大將泥漿壓入管內,造成斷樁。灌注時經常測量混凝土的高度和導管埋深,導管提升、拆除時,保持位置居中,根據導管埋置深度確定提升高度,提升后導管埋深不得小于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發生變化都可能塌孔,因此,在鉆孔特別是清孔時應盡量不改變孔壁的受力狀態,原漿清孔則是其有效辦法之一。但是,原漿清孔會不會導致沉碴加厚、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為,比重大的泥漿在相同時間內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。當清孔在 5 h以內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致沉淀增加,而且達到了清孔時間短、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)灌注混凝土時會使原漿護壁厚度減薄(這是因為混凝土的比重遠大于泥漿,灌注過程中混凝土會“擠”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

灌注水下混凝土時,泥漿比重直接影響漏斗設置高度。規范規定:當鉆孔樁頂低于鉆孔中水面時,漏斗底口至少高出水面4m,當樁頂高出水面時,漏斗底口高出樁頂在 4m以上。當計算值大于上述規定時,我們認為應采用計算值。計算值按下式求得:

Hc≥(Po+RwHw)/Rc。

其中,Po為使導管內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為鉆孔內泥漿比重, kN/m2;Rc為混凝土拌合物容重,kN/m2;Hw為孔內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,發現它與原漿清孔的 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、地質又較差的鉆孔樁,原漿清孔是保證灌注樁質量行之有效的方法之一。

4 結語

鉆孔灌注樁施工工序較多,主要工序都在水下及地下進行,不便于直觀監視,影響施工正常進行和工程質量的因素又很多,很難全部預見。然而,如果能根據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管埋深控制,鉆孔灌注樁的質量是完全可以保證的。

[1] TB 10415-2003,鐵路橋涵工程施工質量驗收標準[S].

[2] TB 10002.5-2005,鐵路橋涵地基及基礎設計規范[S].