橋梁鉆孔灌注樁施工技術常見問題與對策

摘要：混凝土鉆孔灌注樁技術由于適應性較強、造價較低，在鐵路、公路、港口、水利電力和高層建筑等工程中廣泛應用。而橋梁基礎工程的施工中，鉆孔灌注樁技術已經(jīng)成為優(yōu)先選擇的最具競爭力的設計施工方案，在砂卵石巖、巖層和沖積土壤等各種不同的基礎中普遍應用。由于缺陷的頻發(fā)也使得橋梁工程的鉆孔灌注樁施工與加固成為保證橋梁安全使用的重要手段。

關鍵詞：橋梁 鉆孔灌注樁 施工技術 問題

近年來，隨著施工機械設備和施工技術的發(fā)展，灌注樁已用于大直徑、深覆蓋層、深水、較高高承載力的工程中。灌注的直徑已經(jīng)增加至2.2m，甚至能夠達到3m以上，灌注樁的長度能夠達到百米，單根承載力可達到幾萬kN，使每個橋墩的樁數(shù)減少，而每根樁的承載能力提高，更為橋梁工程安全性提供了保證。鉆孔灌注樁的施工由鉆孔開始到完成澆筑的環(huán)境都是在水下完成的，而河床的地質(zhì)特征多種多樣，施工項目的施工技術、機械設備、施工人員素質(zhì)都存在差異，灌注樁的原材料與配合比等細節(jié)也多有不同，常會對工程質(zhì)量產(chǎn)生影響，造成灌注樁的缺陷事故。根據(jù)國內(nèi)一些建筑和橋梁工程資料初步統(tǒng)計，有缺陷的灌注樁比例可達2％～30％，國外資料大約也有5％～10％。

1 缺陷的判別與類型

混凝土灌注樁質(zhì)量檢測，主要有三種，分別為動力測試法、超聲脈沖法與鉆芯取樣法。鄭州的黃河公路橋梁施工中曾經(jīng)應用超聲脈沖法對288根直徑為2.2m的基樁進行檢測并獲得成功。其方法一般是在樁身混凝土內(nèi)預埋三根直徑50mm的聲測鋼管，沿著鋼筋籠的外沿布置成等邊三角形，檢測儀器為CTS-25型的非金屬超聲波檢測儀。檢測方法是在兩根鋼管內(nèi)置入超聲換能器(一個發(fā)送一個接收)，超聲脈沖呈周期性并由發(fā)射換能器穿過被測樁體的混凝土，以達接收超聲換能器，記錄顯示超聲波傳播的時間、波幅和波形等。以這些信號做為參數(shù)通過數(shù)據(jù)的處理分析，判別混凝土的質(zhì)量。在各工程實踐中，經(jīng)過大量超聲脈沖檢測與鉆取巖芯對比，用超聲脈沖法判別缺陷的位置范圍準確可靠，所用參數(shù)也比較直觀。

鉆孔灌注樁施工中缺陷的發(fā)生有很多種情況，以大量工程鉆芯的取樣結果進行分析，鉆孔的質(zhì)量缺陷類型主要包括以下幾種：①斷樁（夾層的嚴重缺陷）：在混凝土的灌注施工時，提脫的導管超過混凝土工作面的頂面，導致泥沙之類的夾層在樁中形成。導管的提脫通常是因為各種原因導致導管在灌注時卡住，混凝土無法不流動，灌注無法繼續(xù)而形成。通常的原因有在混凝土的施工時配合比不合適導致的流動性差；或者在澆筑中機械故障以及氣候等原因導致停灌的時間過長，造成過大的坍落度損失；或者由于導管出現(xiàn)漏水，混凝土由破損處開始稀釋所流失水泥砂漿并則導致石子堆集等。②局部夾泥砂：孔底的沉淀太厚、孔內(nèi)的泥漿太濃稠、灌注施工前清孔工作不徹底或灌注過程中發(fā)生局部坍孔、在混凝土工作面上較厚的泥砂在灌注過程中卷入混凝土內(nèi)等都可能造成局部加泥沙。缺陷的大小、面積、厚度和范圍可能呈現(xiàn)各種形態(tài)，泥砂夾層可能分散分布、也可能集中。③混凝土出現(xiàn)局部蜂窩、疏松、氣孔：由于在灌注中混凝土產(chǎn)生離析、摻氣，使混凝土內(nèi)部疏松，或產(chǎn)生氣孔、蜂窩等缺陷。④樁底軟弱基礎：鉆孔時樁底沉積過厚，清孔不徹底，某些淤泥狀沉淀物被埋在混凝土下形成樁底軟弱基礎。⑤樁頭不密實：在灌注過程中，混凝土達到樁頂時由于壓力減小，經(jīng)常發(fā)生泥漿混入，導致樁頭的密實度和強度降低。

2 灌注樁的加固措施

檢測后質(zhì)量存在缺陷的樁的處理，首先對缺陷產(chǎn)生的大小、范圍、部位和性質(zhì)進行更深一步的檢查，為加固措施的制定提供可靠的依據(jù)。如有必要應當通過不同的檢測手段進行驗證，比如用動測法提供事故樁承載能力的數(shù)據(jù)，用鉆取芯樣驗證缺陷的性質(zhì)等。由于缺陷發(fā)生的范圍、性質(zhì)、位置的不同，所影響灌注樁的承載能力的程度也有區(qū)別；同樣灌注樁的不同位置產(chǎn)生同樣的缺陷，對所影響的樁受力的影響也有區(qū)別，均需要逐一進行驗算。如果缺陷的強度較低且局部的范圍不大，而且缺陷位置在樁受力的次要部位，經(jīng)驗算后存在不需進行加固處理的可能。

2.1 夾層(斷樁)嚴重缺陷處理

外護筒法：在存在夾層缺陷的灌注樁外置入鋼護筒使其下沉，直徑較原樁的直徑大。兩者的中間空隙能夠進行開挖操作，護筒的下沉深度要比夾層缺陷位置更深。在護筒內(nèi)進行開挖到達夾層的缺陷位置，清除夾層之后進行混凝土的回填處理。這種加固方法有兩個問題：其一是夾層以上要進行開挖至缺陷位置一定深度，用人工或其他設備在護筒內(nèi)開挖至夾層面并回填處理(全部或部分)，破壞了周圍土體與樁壁的結合，對摩擦樁受力影響較大。其二是護筒底部的土層須不發(fā)生漏水涌砂現(xiàn)象，以保證施工順利實施。

加樁法：如果發(fā)生斷樁則需要加樁，必須增加移動工程量且耗費大量資金，還會導致橋的外觀構成雜亂，影響整體外觀效果，但有時發(fā)生斷樁卻又需要選用加樁法，例如，黃河大橋的主河槽中有一個雙柱式的主墩，以筑堤法在枯水期進行施工，需要在洪水之前完成整個墩身的施工。施工過程中出現(xiàn)一例斷樁，如果進行其他的加固措施，因為機械設備和施工技術沒有可靠的把握，肯定會導致工期的延誤，為了保證整個工程的按期完工，采用了加樁方案，確保整個大橋建成的按期完成。雙柱式墩的加樁方案，包括幾種形式：①橫橋向加單樁；②橫橋向加雙樁；③順橋向加雙樁。

樁芯鑿井法：某橋的灌注混凝土樁設計直徑2.2m，其中一樁在距樁頂14.5m處發(fā)生斷樁夾層，采用樁芯鑿井法加固。從樁中心采用風鎬開挖豎井至缺陷位置，豎井直徑足以使人下井操作，利用原灌注樁外壁作護筒，當豎井挖至缺陷位置后，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與原資料不符，井內(nèi)發(fā)生漏水涌砂，經(jīng)采用多種措施，最后從豎井內(nèi)向外壓注水玻璃(Na2O·nSiO2)和水泥漿堵漏才取得成功。施工方法用兩根導管分別壓注，采用525號水泥，水灰比0.4～0.5，水泥漿經(jīng)過篩，待兩種漿液混合后，幾十秒鐘內(nèi)很快凝結，7d強度達7.0MPa，然后繼續(xù)向下開挖豎井至無滲水涌砂時，清除原柱內(nèi)夾層后，按設計要求灌注新混凝土。為防止漏水涌砂施工困難，也可在樁外注漿或先用旋噴樁法加固原樁周圍土體后再灌漿加固。采用樁芯鑿井法加固，如果原樁徑較小，也可以采用大直徑的鉆機鉆芯成井方法進行加固。此法在黃河公路大橋某橋墩中曾經(jīng)采用成功。

2.2 局部缺陷的處理 可以采用預理骨料灌漿法，鉆大孔并加設勁性骨架法。某橋梁工程中，混凝土灌注樁在深度為25m的位置發(fā)現(xiàn)存在局部夾泥砂，夾層面積約為1.26m2，以正常樁的面積和慣矩相等的計算，采用孔徑為37cm的鉆大孔，并加設勁性鋼筋進行處理。鉆孔后先用直徑為30mm的小管沖洗夾泥砂處的周壁，把浮漿和碎渣等沖落，以直徑為102mm的大鋼管伸入孔底，以壓縮空氣的方式吹出碎渣。在孔內(nèi)放置勁性鋼筋至后再進行混凝土關注處理。全橋用此方法處理5根灌注樁，處理后經(jīng)檢測，聲速提高至3600～4300m/s。勁性鋼筋的截面積由計算確定，缺陷區(qū)段用多層鋼板，上下錨固區(qū)用單層鋼板，每端錨固長度3.5～4m。施工時應采用水下灌注混凝土工藝，利用勁性鋼筋內(nèi)腔作導管，采用細石混凝土泵車灌注。

3 結束語

鉆孔灌注樁是地下或水下的隱蔽工程，具有工序較多、施工技術的要求高和工作量大的特點，并需要在短時間內(nèi)連續(xù)完成。因此施工單位簽訂合同之后，接受施工任務開展施工前，必須組織相關工作人員對設計圖紙、文件、資料進行深入研究，并在現(xiàn)場進行實地探勘，確定資料的齊全和清楚程度，保證圖紙不存在矛盾和錯誤等，以設計文件的要求做為依據(jù)，對水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、機械設備、施工材料的供應和勞動力等因素進行綜合考慮，確保工程的工期和質(zhì)量。

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