冲击钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。20世纪40年代初, 随着大功率钻孔机械的研制成功钻孔灌注桩首先在美国问世, 二战后, 世界各地特别是欧美发达国家经济复苏与发展, 时至今日, 随着科学技术的迅猛发展, 钻孔灌注桩在高层、超高层的建筑物和桥梁以及重型构筑物中被广泛应用, 在我国冲击钻孔灌注桩设计及施工水平也有了长足的发展。
1 工程概况
根据前期的地质勘探显示, 锁蒙高速公路南盘江特大桥建设地址的地貌从地层由上而下基本为碎石、石灰岩、灰岩、泥灰岩。在设计中南盘江大桥全桥设计基桩174根, 其中主桥为70根直径2.0m的基桩、引桥为104根基桩, 除桥台采用扩大基础外, 各墩均采用群桩基础。
2 施工工艺流程
场地平整及填筑→测量组放桩位→埋设钢护筒→冲击钻机钻孔 (清孔) →制作 (安装) 钢筋笼→水下灌注桩身混凝土→桩身完整性检测。
3 施工步骤及工艺
(1) 场地的平整及填筑。根据施工沿线的地形地貌的特点, 各墩位均需修筑施工便道, 同时还要进行清表工作, 平整场地构筑钻孔平台。
(2) 埋设钢护筒。根据施工现场的条件及桩身的直径, 埋设相应直径的钢护筒, 钢护筒直径比钻孔桩设计直径大0.2m~0.4 m, 长度长2 m~2.5 m, 埋设后护筒还要留出地面高0.3m~0.5m, 同时为了保证施工的质量, 护筒顶面偏差不大于5cm, 倾斜度不大于1%, 护筒底部及周边夯填黏土密实, 防止漏浆。
(3) 泥浆的调配和循环系统的布置。在调配泥浆时要考虑的是泥浆的性能指标, 它的主要性能指标有:相对密度、粘度、静切力、含沙率、胶体率、失水率、酸碱度 (p H值) 、泥皮厚等指标。在冲击钻孔施工时, 当钻具搅拌冲击成孔时, 将粘土原料投入孔底, 利用冲击钻头上下冲击, 搅拌成泥浆。泥浆从孔口经由出浆管进入泥浆池, 经过沉淀池, 再由泥浆泵将泥浆经进泵管送回孔底。进泵管的下管口是一节长约0.6m的特制钢管, 钢管上焊接一个圆环, 套在钻头顶部钢丝主绳上, 上下用卡环夹住, 使钢管不会上下移动, 又能绕钢丝主绳转动, 从而避免在钻孔的过程中进浆管与钢丝主绳缠结在一起。含渣泥浆再从孔底上翻至孔口, 经出浆管进入泥浆池。通过泥浆循环, 孔底的钻渣即可在泥浆池中沉淀下来, 再将钻渣清除, 达到清渣的目的。
(4) 钻孔施工。在进行钻孔施工开孔前要向孔内注水, 利用孔内自身粘土或投入的粘土开孔造浆。开孔时向孔内添加适量粒径不大于15cm的片石, 顶部抛平, 用0.5m~1.0 m的低冲程冲砸, 钻进0.5 m~1.0 m, 再回填粘土, 如此反复, 直至钻入护筒低部3米以下, 再转入正常的钻进。钻孔施工中的废渣, 泥浆的排放, 受施工现场的影响, 一般采取就近原则, 即在其墩位附近布设泥浆循环池, 选择的位置应不影响吊机走道位置, 利用泥浆循环池进行钻孔桩的成孔施工。而钻孔排出的泥浆及废浆, 均要定期清除到指定地点埋弃。
在冲击钻孔钻进时当停机后再钻, 钻机应由低冲程逐渐加高到正常冲程。如果钻机在钻进的过程中钻头发生了磨耗, 磨耗不能超过1.5cm, 同时在施工时要经常检查钻头的磨损情况, 如有磨耗则可采用耐磨焊条补焊。但为了防止补焊后钻头在钻近的过程中发生卡钻的情况, 所以补焊时不宜过多, 且补焊后在原孔进行钻空作业时, 要先采用低冲程冲击一段时间, 在用较高冲程钻进。当在钻进的过程中, 孔内泥浆含渣增多, 影响钻进的速度时, 应及时进行清渣或投泥换浆。
当钻孔达到设计标高后, 先自检, 技术员会同测量组对桩位、护筒标高、孔底标高全面进行检查, 合格后在报请监理工程师现场终孔检查, 由于施工中都是摩擦桩, 它的终孔要求不小于设计孔深, 支撑柱要求比设计深度超深不小于5cm。当终孔检查完毕后进行清孔, 清孔的目的在于使孔底沉淀层尽可能减薄, 提高桩底承载力, 同时也为了保证灌注混凝土的质量。在清孔时要保证孔内的水位差, 避免塌孔;当有超钻时, 在计算沉渣厚度时应以实际钻孔的孔底标高来计算;在吊入钢筋笼后, 灌注水下混凝土之前, 应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉渣厚度, 如有超过规定, 则进行第二次清孔, 直到合格为止。
(5) 钢筋笼的制作和安装。南盘江特大桥的主墩桩基钢筋笼长68m和67m, 在施工中由于受施工现场环境的影响, 我们采取现场分段加工制作的办法, 分段情况根据吊装条件决定。制作前, 先将钢筋加工场整平硬化, 沿纵向间距2m布置方木, 并按间距做好永久标记。用墨线在方木中部弹出一条直线, 钢筋笼的第一根主筋位于该直线上, 然后在方木的2m标记处安放加强筋, 与主筋焊接。焊接时用测锤测垂直度, 并用辅助物固定。然后安装其他主筋, 最后安装箍筋和定位筋。在进行钢筋笼的安装时, 应轻放、慢放, 若遇阻障, 则上下起落或正反旋转下放, 仍无效, 则停止下放查明原因, 处理后再施工。在钢筋笼下放的过程中严禁高起猛落, 强行下放, 以防碰撞而引起坍塌, 下放时要注意观察孔内水位情况, 如发现异常现象马上停放, 检查是否坍孔。钢筋笼下放对接时, 接头要按规范要求错开。同时在钢筋笼安装时, 同时安装一个声测管声测管采用外径57cm, 壁厚不小于3mm的黑铁皮管。按照设计的要求每根桩布置3~4根, 按等距布置在钢筋笼的内侧, 声测管下端与钢筋笼平齐, 并用6mm钢板封口, 与钢筋笼的主筋焊接牢固。声测管根据材料长度分节接长, 接长采用外套管法。套管长5cm~8cm, 内径与声测管外径匹配。钢筋笼入孔后, 根据护筒口的护桩进行定位, 固定要牢固, 定位偏差不能大于5cm。
(6) 灌注桩身混凝土。桩体水下混凝土施工采用竖向导管法灌注, 由于混凝土集中在搅拌站拌和, 用搅拌运输车运输到墩位, 利用搅拌车直接输送到钻机起吊混凝土漏斗入孔;导管的安装中, 由于主桥墩桩基较大, 桩身较长, 导管需要承受的压力较大, 在施工时我们采取加厚的措施;导管安装前逐根组拼顺直, 并做密水承压实验和接头抗拉试验, 不得用空气试压, 检查合格后方可使用。导管下放应竖直、轻放、以免碰撞钢筋笼, 下放时要记录下放的节数, 下放到孔底后, 进行比较实际下放的长度和计算出来的长度是否吻合, 并轻轻提起导管, 控制底口距离孔底0.25m~0.40m。灌注水下混凝土施工时, 采用双漏斗配合灌注连接导管的一个漏斗由钻机吊架提吊, 容量不能小于4.0;另一个漏斗由现场起重机提吊, 用于补充首批混凝土量, 两个漏斗分别由专人控制阀门, 确保补料及时避免断料出现卡管等事故。在施工中每灌注一斗砼, 均应用重1.8kg~2.0kg的测锤测试一次砼面上升高度, 并做好记录。灌注完砼后, 应及时将导管、漏斗等进行清理和检查, 以备下一次使用。
(7) 桩基检查与验收。在进行桩基浇注时, 每根桩要制作混凝土试件2~4组, 以检查桩身混凝土抗压强度。同时采用声测法逐根对桩基进行整体性检测, 如在检查中发现桩有疑问, 则采用钻芯样法检测。
4 施工的注意事项及预防措施
4.1钻孔事故的预防及处理
(1) 坍孔。护筒底口以下3m之内, 应反复冲砸密实;孔内坍塌不严重者, 可加大泥浆比重继续钻进, 较严重可回填砂石和粘土混合物到坍塌位置以上1m~2m, 甚至全部回填再钻, 若坍塌埋住钻头, 应先清孔, 后提出钻头。
(2) 歪钻。钻孔过程中, 要注意孔中大绳的变化情况。当提、落钻头时, 主绳有明显的偏移和升降时, 则极有可能出现歪钻。若出现歪钻应回填粘土类砂卵石或小片石至弯孔以上0.5m, 用低冲程密实后钻进。不得用冲击钻头直接修孔, 以免卡钻。
(3) 卡钻。导致卡钻的情况一般有以下两种:一种在是比较软弱的地层由于缩孔产生卡钻;在比较硬的地层中由于钻头倾斜或探头物等产生卡钻。当发生卡钻时, 通常可以上下提动钻头, 使之旋转, 并用撬棍配合, 左右反复拔动大绳使钻头能沿下落的原道提出。另外也可以用小钻头冲击卡钻一边孔壁或钻头, 使钻头松动后, 再起吊。如果钻头卡死了, 没有活动的余地的情况下, 则用强提, 具体就是用滑车组杠杆、千斤顶等办法施力拉拔钻头。
5 结语
公路桥梁钻孔灌注桩施工应结合工程的实际情况, 按照设计文件与施工规范的要求, 坚持以预防为主的原则, 采取有效的措施进行施工控制, 及时解决施工中出现的各种常见问题, 不断总结经验教训, 提高施工技术水平, 保质保量地完成任务, 高度重视并严格控制钻孔灌注桩的施工质量尽量避免发生事故及减少事故造成的损失, 促进我国公路桥梁钻孔灌注桩施工水平进一步发展以及我国公路桥梁建设的顺利进行。
摘要：随着我国交通基础设施的快速发展, 冲击式钻孔灌注桩被广泛应用于桥梁建设领域和其他工程建设中。在施工中准确把握施工工艺和细部施工的控制要点对工程的质量提供可靠的保证, 争创优质工程。文章通过介绍冲击式钻孔灌注桩的施工工艺、施工技术的选择以及施工中要注意的问题和解决方法进行阐述。
关键词：冲击钻孔灌注桩,施工,工艺,控制要点
参考文献
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