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旋挖钻孔桩施工质量控制

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旋挖钻孔桩施工质量控制


【摘 要】通过对旋挖钻孔成桩工艺优缺点的了解,以及对旋挖钻成孔常见事故处理措施的研究,在理论与实践相结合的基础上,得出了旋挖钻孔桩质量控制的要点。

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  新疆库尔勒至库车高速公路第六合同段互通式立交工程位于轮台县阳霞镇,本桥上部结构采用整体式现浇砼连续箱梁;下部结构采用单独柱墩,基础采用钻孔灌注桩,桥台采用肋板式桩桥台,桥梁总长为129.66m。由于施工场地狭小,地质、水文及工期等一些内外因素,本桥桩基采用旋挖钻机进行施工作业。

  1.旋挖钻成孔工艺

  旋挖钻成孔是利用带有斗式钻头的转杆旋转及自身的自重,将切削的土削刮入斗筒内,提升斗筒至孔外,借助斗筒的特殊机构弃土,重复上述过程即形成桩孔。用这种方式成孔可以用套筒护壁,也可用泥浆护壁,当泥浆无循环时,称“静泥浆”。如土质很好,可以自立,则也可不用护壁措施成孔。

  1.1旋挖钻成孔优点

  (1)振动与噪声较低。

  (2)旋挖钻机成孔速度快,尤其在砂质土内成孔,斗筒取土及弃土都比较容易,每一斗都是实土,不像钻吸式钻头成孔,排出的都是泥浆,速度必然慢于斗筒取土。

  (3)机械设备较简单、方便,仅需一台自行式吊机,装在吊机上的转盘,钻杆及斗筒式钻头,这些都可预先组装在一起,到工地后,设备自行走至桩位即可开钻。

  (4)垂直度、孔径、标高及孔地虚土等均能较好控制,对确保工程质量非常有利。

  1.2旋挖钻成孔不足之处

  (1)对于黏性较高的粘土成孔,成孔速率不高,主要粘土吸附在斗筒周壁,不易卸下,往往须假振动或用人工才能清理干净斗筒。

  (2)斗筒底板的开启机构,常发生故障,有时需配专人开启底门,驾驶员不能单独操作。

  (3)砂卵石层中钻进也存在困难。

  (4)设备均系进口,施工成本与其他成孔方式相比较高,市场竞争力较差。

  1.3旋挖钻成孔施工要点

  (1)确保桩架、钻杆的垂直度,是保证所成孔不倾斜的关键。进口的钻机,其桩架及钻杆都能精确调整。在钻成前校准垂直后,一般在成孔过程中就无需再进行调配。伸缩式钻杆如果使用期过长,应检查其节间的公差配合是否过松,节间与节间的配合过松,成孔时钻杆晃动,这都会影响成孔的垂直度及孔径扩大。

  (2)根据不同的土质选择不同的钻头。

  (3)成孔过程中,钻头上下升降频繁,宜控制升降速度。速度过快时,孔底的负压会造成部分虚土或底部塌孔。当有泥浆护壁时,大量泥浆随着斗筒的提升,从简外侧空隙中快速流入筒底部,形成对孔底的冲刷,也是造成扩孔或塌孔的原因。此外,升降速度在有泥浆护壁的孔中会形成较大的扰动,影响孔壁稳定。

  (4)对不同的土层,钻头的转速也应控制,在软土中可稍高,在硬土、砂卵石层中要适当放慢。

  (5)旋挖钻成孔,一般均用泥浆护壁,但这类泥浆非循环使用,与循环式钻机桩成孔不同,往往成孔结束后,孔底淤泥较多,如不作处理,则影响桩的承载力,甚至在上部结构施工完毕后产生极大的沉降。处理方式可用专用泥浆斗捞出,也可在放钢筋笼之前,用泥浆泵或气举法吸出,但同时应灌入新泥浆。

  2.灌注水下混凝土时导管出现问题的处理方法

  2.1导管进水

  导管进水分初灌导管进水和中期导管进水。初灌导管进水是由于首批混凝土储量不足或导管底口距孔底距离过大,混凝土下落不能埋置导管,造成泥水从导管底口进入。其处理方法是:立即将导管提出,并将散落在孔底的混凝土拌和物用泥石泵吸出,不得已时需将钢筋笼提出采取复钻清孔,然后重新下放钢筋笼、导管,并投入足够储量的首批混凝土或改正操作工艺,重新灌注。在灌注混凝土的过程中,由于导管接头不严,接头间橡皮垫被导管高压气挤开,或焊缝开裂,水从接头或焊缝中流入,导管提升过猛,或探测出错,导管底口超出原混凝土面,发生中期导管进水,这种情况可按下面方法进行处理:拔换原管重新安新管。在操作时必须用潜水泵将新管内的泥水抽干,才可继续灌注混凝土。同时为防止抽水后导管外的泥水穿透原灌混凝土从导管底翻入,导管插入混凝土应有足够的深度,一般宜大于2m。由于潜水泵不可能将导管内的水全部抽干,续灌的混凝土配合比应增加水泥量,提高稠度后灌入新导管内,灌入前将导管进行小幅度抖动或挂振捣器予以震动片刻,使原混凝土损失的流动性得以弥补。以后灌注的混凝土可恢复正常的配合比。

  若混凝土面在水面以下不很深,且初凝时,可将导管拔出,用吸泥机或潜水泥浆泵将原灌注混凝土拌和物表面的沉淀土全部吸出,将装有底塞的导管压重插入原混凝土拌和物表面2m深处,然后在无水导管中继续灌注混凝土。灌注时,将导管快速提升0.5m,继续灌注的混凝土拌和物即可冲开导管底塞流出。

  若前述混凝土面在水面以下不深,但已初凝,导管不能重新插入混凝土时,可在原护筒内面加设直径稍小的钢护筒,用重压或锤击方法压入原混凝土面以下适当深度,然后将护筒内的水(泥浆)抽出,并将原混凝土顶面的泥渣和软弱层清除干净,再在护筒内灌注普通混凝土至设计桩顶。

  2.2塞管

  塞管分初期导管堵塞和中期导管堵塞。初期塞管多因隔水栓卡管,有时也可能由于混凝土本身原因,如坍落度过小、流动性差、夹有大颗粒石块、拌和不均匀,以及运输途中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等,使混凝土中的水泥浆被冲走,超集料集中而造成堵管。处理办法可采用长杆冲捣管内混凝土,用吊绳抖动导管,或提升迅速下落振冲,或在导管上安装附着式振捣器。如仍不能下落时,则需将导管连同其内的泥凝土提出钻孔,进行清理修整(注意切勿使导管内的混凝土落入井孔),然后重新吊装导管,重新灌注。一旦有混凝土拌和物落入井孔,需散落在孔底的拌和物予以清除。

  中期塞管多因灌注时间过长,表层混凝土已初凝产生;或因某种故障,混凝土在管内停留过久而发生堵塞。其处理方法是:将导管连同堵塞物一起拔出,若原灌注混凝土表面尚未初凝,可用新导管插入原灌拌和物内2m深,用潜水泥浆泵下入导管孔底,将底部水泵抽出,再用圆杆接长的小掏渣筒下入管底,升降多次将残余渣土清理干净,然后在新导管内继续灌注。当灌注时间已久,孔内混凝土已经初凝,导管内又堵塞了混凝土,此时应将导管拔出,重新安设钻机,用较小钻头将钢筋笼以内的混凝土钻挖吸出,用钻架将钢筋骨架拔出,然后回填重新钻孔成桩。


  3.旋挖钻机钻孔过程中事故的原因及处理

  在钻孔过程中,如发现孔壁内水(泥浆)位忽然上升溢出护筒,随即冒出气泡,出渣量显著增大而不见进尺,钻机负荷显著增加,应怀疑是坍孔现象,可用探测仪或探测锤进行探测,工地现场一般采用探测锤探测。坍孔原因可能是泥浆性能不符合要求,护筒底脚周围漏水,孔内水位降低,若施工操作不当,如提钻头、下钢筋笼时碰撞孔壁,在松软沙层中钻进,进尺太快,以及由于护筒周围堆放重物或机械震动等均可引起坍孔。发生坍孔后,应及时查明原因,采取如何移开重物、排除震动等相应措施以防继续坍孔。对少量坍孔,如坍孔不继续扩大,可恢复正常钻孔。坍孔不严重时,可回填到坍孔位以上,并采取改善泥浆性能、深埋护筒等措施,继续钻进。坍孔严重时,应立即将钻孔全部用砂类土或砾石土回填,无上述类土时,可采用粘质土并参5%~8%的水泥砂浆,待回填土沉实后,重新钻孔,此时钻孔要吸取上次教训,采用相应措施,如改善泥浆浓度,减缓钻孔速度等。坍孔部位不深时,可采取深埋护筒,将护筒填土夯实,重新钻孔。

  旋挖钻机钻孔施工如何保证成孔质量:钻孔施工中可能出现的质量问题,一般的坍孔、井孔偏斜、弯曲、扩孔、缩孔、钻孔漏浆、梅花孔(或十字孔)、埋钻等。为防止此类事故的发生,确保成孔质量,在施工中应注意以下问题:

  (1)旋挖钻机施工前认真检查地质资料,掌握地质状况,分析可能发生的问题并制定预防措施。

  (2)旋挖钻机自开孔起,在钻孔所有时段,始终要注意泥浆的质量,并确保护筒内泥浆面标高不低于地下水位或河中施工水位,这是防止“坍孔”的基本保证。

  (3)护筒要埋入不透水土层中,宁可深不可浅。对不能埋入不透水土层中的护筒要增加泥浆的相对密度和粘度,以增加黏土土层厚度,防止漏浆。

  (4)旋挖钻机对于冲击钻锤来说,要注意观察自动转向装置,泥浆相对密度和黏度不能太大,冲程不能过小,防止梅花桩。

  (5)旋挖钻机施工前注意钻机安装平稳,施工中经常检查钻架位移量并测量其倾斜度,当发现有倾斜趋势时,及时处理控制,以防扩孔。

  (6)旋挖钻机从开始清孔到浇筑前这段时间里,由于换浆及吊装钢筋笼,要注意泥浆面的标高及钢筋笼下放的位置,泥浆面要保持高于地下水位1.5m~2m为宜。

  4.水下砼凝土灌注的质量保证措施

  (1)首批混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度(≥1m),以及填充导管底部的要求。

  (2)混凝土拌和物运至灌注地点时,应检查其均匀性和坍落度等,如不符合要求,进行第二次拌和,二次拌和后仍不符合要求时,不得使用。

  (3)首批混凝土拌和物下落后,混凝土应连续灌注。

  (4)在灌注过程中,应注意保持孔内水头。

  (5)在灌注过程中,导管的埋置深度应控制在2m~6m。当导管内的混凝土不饱满时,应慢慢地灌注,禁止在导管内形成高压气带。

  (6)在灌注过程中,应经常测探井孔内混凝土面的位置,及时地调整导管的埋深,导管拆除要迅速。

  (7)为防止钢筋骨架上浮,当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时,应降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌和物上升到骨架底口4m以上时,提升导管,使其底口高于骨架底部2m以上高度,即可恢复正常的灌注速度。

  (8)灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度,一般为50cm~100cm,以保证混凝土强度,多余部分接桩前必须凿除,残余桩头应无松散层。

  5.结束语

  为了更好控制旋挖钻孔桩的成桩质量,要做到以下几点:

  (1)旋挖钻机做好钻孔前的准备工作,如:地质条件的了解、钻孔场地的整置、泥浆配制。

  (2)旋挖钻机钻孔过程中及时做好钻孔记录及地质柱状图,随时了解地质情况;对孔位、孔倾斜度泥浆各项指标经常检查,发现问题及时调整。

  (3)当孔深、孔径等达到设计要求后,进行清孔,(本桥桩孔主要采用掏渣筒清孔法清孔,清孔的目的是使孔底沉渣(虚土)、泥浆浓度、泥浆中含渣量及孔壁垢厚达到设计及规范要求,为浇筑水下混凝土创造先行条件)。钢筋笼就位后,应复测桩底沉渣厚度如不满足,必须二次清孔。

  (4)灌注水下混凝土时,导管的埋入深度不得小于1m,也不宜大于3m。如埋深太小,或拔出砼面,可能形成断桩,因此灌注时,一定要作好记录。砼标高应高于设计高层0.5m~1m,以便清除浮浆。


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