在水利工程中, 经常会遇到修建跨河桥工程, 而桩基础又是桥梁设计中最常用的一种施工方法。近年, 笔者在工作中遇到的几个工程均采用了钻孔灌注桩的施工。下面简要介绍桥基钻孔灌注桩的施工工艺, 具体流程见图1。
1 前期准备工作
(1)认真读图, 熟悉桩的参数, 结合实际情况编制施工方案。
(2)在编制施工方案前熟悉工程地质和水文地质资料,查明并作好地下障碍物的拆迁工作, 以确定钻孔顺序、施工方法和选择机具设备。
(3)场地平整。钻孔灌注桩工程, 应创造条件在陆地上施工。在基坑中施工时, 要挖除表面过于软弱的泥层。对空中架设物或地下埋设物予以清除或妥善处理。注意做好泥浆、钻渣和废水的排除。场地平整的高度及范围应根据地形、施工水位、桩顶标高、施工需要等因素考虑。
(4)构筑钻机平台。钻机平台可以根据孔方式的不同因地制宜通过填土、铺砂石、垫道板、枕木或铺设轻轨等多种措施来构筑。钻机平台应略高于周围场地。若在水上、陡坡或过于软弱的地基上施工时, 应当筑岛或搭架栈桥。
(5)埋设护筒。为了保护孔口, 隔离地面水, 形成孔内水头和定位导向, 钻孔灌注桩孔口必须埋设护筒。
(6)桩位放样。在平整好的场地上, 依据已测定的桥位中线将基桩钻孔位置定出放样桩与控制桩, 布设并牢固。
(7)根据土质、桩径、桩长选择钻具和钻孔方法。钻孔方法选择:①正循环回转钻。适用土层为黏土、粉土、砂、含少量砂卵石的土、软岩。主要特点是在黏土和砂土中钻进速度快, 孔型规则, 可用于长桩施工。②反循环回转法。适用土层为轻亚黏土、亚黏土、砂、含少量砾石的土、软岩。主要特点是钻进速度快, 抽渣能力强。但泥沙泵磨损快,有时卵石堵塞管路。③冲击钻。适用土层轻亚黏土、亚黏土、砂卵石、卵石、漂石以及软硬岩石。主要特点是适用范围大, 是克服坚硬地层和多种地层交错的好方法, 对地层有挤密作用, 在软土层中较其他钻孔方法效率低。④冲爪锥。适用土层为淤泥、腐殖土、密实黏土、砂、砂砾卵石；主要特点是设备简单、操作方便, 在松散地层和地下水低的情况下功效高。孔径大于1m和孔深大于20m时, 功效低、噪音大。⑤人力大锅锥。适用土层为轻亚黏土、亚黏土、砂、含少量砂砾石的土。主要特点是机具简单, 适用交通不便、缺少钻孔机械和动力而桩长不大的情况, 使用人力多, 劳动强度大。⑥水冲钻。适用土层松软黏土、砂土。主要特点是设备简单, 操作方便, 在松散地层中功效高, 不适用于砂砾石层。
2 钻孔施工工艺
2.1 埋设护筒
钻孔前应在测定的桩位, 淮确埋设护筒, 护筒定位时应先对桩位进行复核。然后以桩位为中心定出相互垂直的十字控制桩, 使十字中心与桩位中心一致, 用以固定钻孔位置隔离地面水提高井内水头以增大井内的静水压力;稳定孔口土壤和保护孔壁不坍以利钻孔工作进行。
(1)护筒内径应比桩径稍大, 一般大于设计桩径15-20cm。
(2)护筒在构造上必须坚固、耐用、轻便、不漏水。
(3)护筒埋入土中深度, 在砂土中不宜小于1m, 在黏性土中不宜小于0.5m。护筒内的水位应高于地下水位1.0-1.5m, 护筒顶面必须高出地面施工水位, 筒底要穿透冻层。
(4)护筒就位后, 用黏土分层夯填牢固, 填土时每一层对称夯打。在分层夯实时要检查护筒底中心位置和垂直度, 发现偏差立即纠正。
2.2 钻机就位
(1)护筒埋好经检验位置无误后, 将钻机就位, 钻机就位要保证平正稳固, 确保施工不发生倾斜、移动。为准确控制成孔深度, 在桩架上应设置控制深度的标尺, 以便在施工中进行观测记录。钻标卡孔与护筒中心必须在一根竖直线上, 以保证钻孔的竖直方向。
(2)孔口周围必须有良好的排水系统, 确保钻机处地面不受水浸泡, 以维持机身平稳, 确保桩位准确。
2.3 泥浆制拌
(1)在砂性土层或砂卵石层河床中钻孔, 必须用泥浆护壁。泥浆护壁使用的黏土, 一般要求塑性指数大于17,泥浆比重采用1.1-1.25。
(2)开钻前, 要准备足够数量的泥浆, 泥浆稠度和用量应随土质的不同而增减, 一般豁土质不用砂质土少用粗砂、砂卵石多用。在钻孔旁作好泥浆拌和池, 并调制和储备足够的泥浆, 再开始进行钻孔作业。
2.4 钻孔作业
(1)钻机就位后检查试车, 开始下钻时要特别注意, 要确保钻尖对准桩尖后, 再开始往护筒内加泥浆, 开始施钻。
(2)在钻进过程中要使速度均匀, 不得突然加快要经常检查钻头最大直径有无变动, 是否符合设计孔径;要检查钻机有无位移、倾斜现象;要检查护筒位置有无变动或漏水现象;检查水头高度和泥浆稠度是否合格。
(3)钻进过程中, 必须测记钻孔深度和通过的土层。要根据土层的变化, 调配泥浆比重。
(4)钻孔周围地面不得堆放重物和杂物, 要保持孔口附近排水良好, 场地干燥。施钻过程中应随时检查护筒四周填土变化。
(5)成孔后, 用孔规检查孔径及孔深, 看是否满足设计要求。钻孔工作应连续进行, 一次成孔, 不宜中途停顿。钻进大直径桩孔时, 根据设备性能, 也可采用分径成孔的办法。
2.5 清孔
清孔是灌注桩施工中关键的一项工序, 钻孔达到设计深度后应尽量把孔底沉渣清除, 以免影响桩端承载能力,应认真做好此项工作。
常采用的清孔方法及特点:
(1)抽浆清孔法。这种方法使用的机具一般为空气吸泥机、水利吸泥机和真空吸泥泵或反循环钻机。其特点是使用设备不多, 清孔彻底, 速度快, 并可在吊放钢筋笼和下入浇筑混凝土的导管以后清孔。适用于各种钻孔方法, 但应注意抽渣过久易引起塌孔。
(2)换浆清孔法。使用机具一般为正循环机。适用于正循环回转和水冲锥钻孔时, 不需添加专用设备, 但清孔速度较慢。
(3)掏渣清孔法。这种方法一般采用大锅锥或抽渣筒。其特点是用于冲击、冲抓和锅锥钻进时, 增加设备少, 操作简单, 清孔时间长, 质量不易保证。
(4)喷射清孔法。使用机具一般采用射水(风)管等。其特点为配合其他清孔方法使用。在浇混凝土之前, 用风压力和水冲管冲射水底, 使沉淀物悬浮, 随后立即浇筑混凝土。冲射时间一般为3-5min, 压力大于孔底泥浆压力0.5MPa。需要注意的是, 清孔时可将高压胶管与空气吹吸管接好吊进孔底, 喷出口弯管应高出水面, 必要时可插入吹气管直到孔底, 用气流扰动渣浆和清扫孔底, 在开动空压机吸取泥浆时, 要开动水泵向孔内注入泥浆或清水, 随时注意保持孔内浆面高度, 以保持孔壁的稳定。
3 钢筋笼制作与吊装
(1)钢筋骨架要求无局部弯折, 钢筋接头采用电焊焊接, 尺寸符合设计要求。
(2)钢筋骨架要每隔2m增设加劲箍筋一道, 以增强吊装时的刚度。在场内移动钢筋骨架时, 应保证不弯曲、变形。人工抬运骨架时吊点应分布均匀, 以保持骨架平顺, 并设专人指挥确保安全。
(3)骨架吊装前应先丈量孔深, 检查沉积厚度和有无坍孔现象, 经检查符合要求后, 方可使钢筋骨架就位。
(4)为保证钢筋骨架在起吊过程中不弯曲、变形, 起吊时在吊点处绑设短杉杆以增加骨架刚度, 待骨架进入桩孔就位时由下而上逐个解去绑绳, 取出杉杆。
(5)为保证钢筋骨架的保护层满足设计要求, 骨架吊装下孔前, 要在同一截面箍筋上对称设置混凝土环形垫块。
(6)骨架下落过程中要始终保持骨架居中, 不得碰撞井壁, 下落速度要均匀, 不宜猛落, 就位后使骨架轴线与桩轴线吻合。钢筋骨架标高达到设计标高后, 用钢轨或井字形方木在孔口固定, 防止混凝土灌注过程中骨架浮起或位移。
(7)吊装过程中, 要保持孔内水位不落, 还要注意安全。
4 灌注水下混凝土
导管法施工是钻孔灌注桩较为常见的一种混凝土灌注施工方法:
(1)导管直径一般选用25-30cm, 内壁光滑, 内径一致, 接口紧密不漏水。每次使用前要进行拼装和试压。导管内要安装止水球或用其他方法代替。
(2)调试后的导管表面要标出刻度, 一般以0.5m为单位, 并注明导管全长尺寸, 以使灌注混凝土时掌握导管提升高度和埋深。
(3)导管吊入钻孔中的深度应使导管下口与钻孔底留有30-40cm的距离, 以便灌注时木球能冲出导管。
(4)导管上的漏斗箱内容积应大于孔底1.3-1.5m深的体积, 而且开始灌时要连续补足漏斗箱内混凝土, 以确保混凝土冲击下落到孔底后向上返, 并将导管埋入1m以上。
(5)混凝土的配比是关键, 因此为保证灌注质量要采用商品混凝土, 强度等级要比设计要求提高一个等级, 坍落度在16-22cm为宜。选用商品混凝土可以保证开始灌注时混凝土的最小储备量。
(6)浇注时要做好孔深和导管在混凝土中的埋置深度的测量记录, 确保导管埋深在1m以上, 且埋深不影响导管提升。
(7)灌注过程中, 要保持导管位置居中。混凝土必须连续浇注, 并掌握边灌注混凝土边提升和拆除导管, 使混凝土经常处于流动状态。混凝土灌注到桩孔上部5m以内时, 可不再提升导管, 直到应灌注的标高后, 一次拔出。灌注混凝土顶面应高于设计标高0.5-0.8m, 待混凝土终凝后, 再凿去设计标高以上部分。灌注时要填写记录, 并每灌一裸桩留取3组以上混凝土抗压强度试块。在浇筑混凝土时, 最忌讳断桩。所以, 在浇筑过程中, 一定要控制好各项指标。
5 质量标准检测
(1)灌注桩混凝土的质量。可由浇筑时孔口取样的试块进行评价。一般每根桩制作1组(3块)试块, 混凝土配合比改变时应相应留出试块。混凝土试块28d平均抗压强度不得低于设计标号的95%。并且质量记录要填写齐全,保存完整。
(2)桩的允许偏差。在桥基的施工中, 执行《公路桥涵施工技术规范》(JTJ41-79)中的规范要求。
(3)桩体承载能力。检查时需进行垂直荷载和水平荷载试验。
上述几点是钻孔灌注桩施工时要必须做到的, 否则将影响工程质量。灌注桩的施工看似简单, 但要求准备充分、施工组织更加严密, 在保证施工质量的前提下, 才会获得更大的效益。
