鉆孔灌注樁作為一種基礎形式以其適應性強、成本低、施工簡便等特點仍將被廣泛地應用于公路橋梁領域。灌注樁屬于隱蔽工程,橋梁鉆孔灌注樁的施工大部分是在水下進行的,其施工過程無法觀察,成健后也不能進行開挖驗收。施工中任何一個環節出現問題,都將直接影響到整個工程的質量和進度,甚至給投資者造成巨大的經濟損失和不良的社會影響。
1 大直徑鉆孔灌注樁施工控制
大直徑鉆孔灌注樁因地質適應性強、承載力高、施工方便,為大中型橋梁基礎的首選形式。但其施工質量受工程地質條件、水下混凝土灌注工藝、現場管理等因素的影響,樁質量離散性大,缺陷事故時有發生,工期及造價也因此較難控制。為保證工程的質量,必須加強灌注樁施工現場質量控制,嚴格成樁后的質量檢測。
1.1 鉆進工藝選擇與孔徑控制
開鉆時應輕壓慢轉,及時加入重塊,降低鉆具重心,防止傾斜。正常鉆進時,應根據土層變化、孔徑、孔深等因素,合理地選擇鉆進參數,結合常見地質特點:
⑴粘土,可塑,厚度2—3 m,鉆進參數選用中等壓力,快轉速,大泵量,低密度泥漿;
⑵淤泥,飽和,軟塑,厚度10—15m,宜用籠式鉆頭鉆進,采用快轉速,大泵量,低密度泥漿并反復掃孔;
⑶雜填土,松散,該層鉆進速度快,鉆進參數選用中等壓力,快轉速,大泵量,采用高粘度、大密度的泥漿護壁,力求快速鉆穿;
⑷中風化花崗巖,采用金剮牙輪鉆頭鉆進,選用中等壓力,中慢轉速,大泵量,優質高密度泥漿。
孔徑的大小與鉆頭的直徑有直接的關系,選用鉆頭的直徑宜比設計樁小50mm徑,為減少因鉆頭晃動而產生超徑,應使用同心度好的鉆頭。鉆進時,應保持孔內有足夠的水頭高度和合理的泥漿技術指標,平衡土層壓力,防止縮孔及塌孔。施工時應經常測定泥漿比重,定期測定粘度、含砂量和膠體率,及時調整泥漿技術指標,必要時使用泥漿添加劑。優質泥漿對孔壁既有良好的保護作用。
1.2 終孔鑒定及孔底沉渣控制
在終孔鑒定中,渣樣是判斷的重要依據。孔底沉渣直接影響著嵌巖樁端承作用的發揮,必須進行嚴格控制。下鋼筋籠、導骺,在灌注混凝土前,進行二次清孔,同時調制優質泥漿,使其能降低顆粒下沉速度;采用先進的反循環清孔工藝,沉渣測定符合要求后,立即灌注混凝上,保證二次清孔后至第一盤混凝土間隔時間不超過30min,防止土渣回落;盡量加大混凝土初灌量,利用初灌量的沖力,沖開殘余孔底的少量沉渣。
1.3 水下混凝土灌注控制
水下混凝土灌注一般采用導管法灌注水下混凝土技術進行灌注。第一盤混凝土的灌注采用剪球工藝,根據不同樁徑計算混凝土的初灌量,保證第一盤混凝土灌人時能將導管埋入2m以上的深度。灌注混凝土時,隨著灌注高度的不斷上升,要及時提升導管,提升時要保證導管底端埋入管外混凝土以下的深度不少于4-6m,但也不宜大于8m,嚴禁將導管底端提出混凝土面,避免造成斷樁或局部離析。混凝土灌注時應隨時上下抽動導管,確保混凝土的密實性。混凝土灌注時應經常測量導管內外混凝土面高度,控制導管在混凝土內的埋深。避免出現質量事故。
2 樁身質量事故補救
2.1 縮孔
縮孔是鉆孔灌注樁最常見的質量問題,主要由于樁周土體在樁體澆注過程中產生的膨脹造成。針對這種情況,應采用優質泥漿,降低失水量。成孔時,應加大泵量,加快成孔速度,在成孔一段時間內,孔壁形成泥皮,則孔壁不會滲水,亦不會引起膨脹。或在導正器外側焊接一定數量的合金刀片,在鉆進或起鉆時起到掃孔作用。另外,可采用上下反復掃孔的辦法,以擴大孔徑。
2.2 孔壁塌陷
鉆孔成形后,孔口坍塌容易被發現,而孔內坍塌則需要仔細觀察才能被發現。孔內坍塌時一般會出現如下現象:孔內水位突然下降;孔口水而冒細密水泡;出土量顯著增加,沒有進尺或進尺甚小;孔深突然變淺,鉆頭達不到原來孔深;鉆機負荷顯著增加等均。孔內坍塌的主要原因:地基上土質較差、土體張力小、泥漿護壁效果不好、護筒周圍未用粘土緊密填封以及護筒內水位不高,或者鉆進速度過快、空鉆時間過長、成孔后待灌時間和灌注時間過長等。
防治措施:
⑴在松散易坍塌的土層中,應適當埋深護筒,用優質粘土分層夯實填筑,必要時加塊石擠壓護筒四周,且使用優質的泥漿,提高泥漿的比重和粘度,并保持護筒內泥漿水位高于地下水位;
⑵搬運和吊裝鋼筋籠時應防止鋼筋籠變形,安放要對準孔位,避免碰撞孔壁,鋼筋籠接長時要加快焊接時間,盡可能縮短沉放時間;
⑶成孔后,待灌時間一般不應小于2h,并控制混凝土的灌注時間,在保證施工質量的情況下,盡量縮短灌注時間。
2.3 斷樁
由于混凝土灌注不連續,中間被泥土填充形成間斷樁。造成原因及防治措施如下:
⑴施工中若發生導管底端距孔底過遠,則混凝土被稀釋,水灰比增大,造成混凝土不凝固,形成混凝土樁體與基巖之間被不凝固的混凝土填充。為避免斷樁質量事故的發生,樁成孔后,必須認真清孔,清孔后要及時灌注混凝土,避免孔底沉渣超過規范規定。這就要求在灌住混凝土前,應認真進行孔徑測量,準確算出全孔及首次混凝土灌注量。
⑵地下水活動的影響或導管密封不良,沖洗液浸入混凝土,水灰比增大,形成樁身中出現混凝土不凝體。在地下水活動較大的地段,事先要用套管或水泥進行處理,止水成功后方可灌注混凝土。確保導管的密封性,導管的拆卸長度應根據導管內外混凝土的上升高度而定,切勿起拔過多。
3 樁底注漿
為消除樁底沉渣的影響,對于灌注樁目前普遍采用樁底注漿技術,該技術是樁體后注漿技術的一種。
3.1 樁底注漿機理
在樁底注漿中,注漿載體為樁端以下和接近樁端的部分樁側土體。在一般地質條件下,這些主要是粉細砂土和粗砂,也有粘性土。表現為塑性體。樁端注漿過程中,漿液產生作用包括了充填注漿、滲透注漿、劈裂注漿及壓密注漿的作用,因此采用單一的某一種洼漿機理分析其注漿范圍都不合適。樁底注漿后,使得樁端土體的力學性質得到提高,可增灌注樁的樁端承載能力。
3.2 樁底注漿分類
⑴開式注漿。開式注漿工藝是把漿液通過注漿管(單、雙或多根),經樁端的預留注漿空腔、預留注漿通道或預留的特殊注漿裝置等,直接注入樁端土層、巖體中,漿液與樁端沉渣和周圍土體呈混合狀態,呈現出滲透、填充、置換、劈裂等效應,在樁端顯示出復合地基的效果。
⑵閉式注漿。閉式注漿工藝是將預制的彈性良好的腔體(又稱承壓包、預壓包、注漿膠囊等)或壓力注漿室隨鋼筋籠放入孔底,成樁后在壓力作用下,把漿液注入腔體內;隨注漿壓力和注漿量的增加,彈性腔體逐漸膨脹、擴張,在樁端土層中形成漿泡,漿泡逐漸擴大、壓密沉渣和樁端土體,井用漿體取代(置換)部分樁端土層;隨著注漿壓力和注漿量的加大,擴大頭逐漸形成,壓密區范圍也逐漸增大,直至達到設計要求為止。