中铁十二局集团第三工程有限公司 山西太原 030024
摘要:广东省西部沿海地区随着城市发展、新建铁路、公路线路越来越普及,受城市土地稀缺与地层地质影响,新建线路多为桥梁。
桥梁工程中桩基施工是桥梁施工的重中之重,钻孔灌注桩由于适应性强、成本低、施工简便等特点应用较为广泛。在西部沿海地区淤泥地质条件下,钻孔灌注桩成桩质量成为工程施工重点。
1:工程概况
广州南沙港铁路位于广东省西部沿海地区,根据钻探揭露,结合区域地质资料对比分析,沿线所经过的地层岩层按成因和时代分类主要有:第四系全新统人工堆积层;第四系冲洪积层淤泥质土、粉质粘土、砂类土;三角洲海陆交互沉积层淤泥质土、粉质粘土、砂类土等;侏罗系中上统泥质砂岩、细砂岩、钙质砂岩及燕山期花岗岩、花岗片麻岩等侵入岩体。
西江特大桥公铁合建段根据地质勘察报告,场地地表以下20m范围内存在饱和淤泥质粉砂、粉砂、中砂且地下水位高。设计桩基为端承桩,桩径为2米,桩长为35~20米,嵌入岩层深度为3米。公铁合建段双层门式墩,上层为公路盖梁,下层为铁路盖梁,桩基荷载大,对桩基施工质量提出了更高的要求,为保证成桩质量,特展开了沿海地区淤泥层桥梁钻孔灌注桩施工技术研究。
2:桩基施工扩孔问题
桩基施工过程,现场采用2米、3米两种护筒,下钢筋笼前对桩基钻孔的孔径通过探笼检测,桩径满足设计要求;成桩后对成桩结果进行低应变反射检测,桩基检测报告结果显示:20% 的桩基都存在异常波动,且异常波动的位置基本在桩顶下 4~ 15m。 根据地质勘探报告可知,该段范围多为淤泥层、淤泥质粉砂层。施工前期每根桩基的混凝土灌注方量统计,灌注桩平均充盈系数达到1.4,混凝土超方严重,且其中3米护筒桩基超方明显少于2米护筒桩基;钻进速度每日2~ 5米的桩基混凝土超耗量,明显少于每日钻进速度6~ 10m桩基混凝土超耗量。据此推断桩基在护筒底淤泥层范围内,存在局部桩身扩径现象。施工过程中正逢雨季个别钻机有钻头不垂直、钻机倾斜、护筒出现轻微倾斜下沉等现象,会造成钻头角度偏差,对钻头的角度调易整造成扩孔现象。
3:原因分析
施工平台基础排水不及时,雨水浸泡使钻机基础下方产生不均匀沉降,冲击钻在钻孔过程中,钻机前后震动受力不均匀,均会造成钻机倾斜,从而造成孔口处钻杆中心与桩位中心水平偏差,对钻机钻头角度的纠偏过程,会导致孔径轴线的变化从而造成在纠偏范围出现扩孔现象。
护筒埋设深度不足,同时护筒外侧加固不牢固,钻进过快造成护筒下方土体护壁效果差,有坍塌扩孔现象,进而造成护筒下沉。
淤泥层厚度达到 20m 厚,且设计要求嵌入弱风化花岗岩3米,花岗岩钻进速度慢,从护筒就位到灌注成孔需要15~20天时间,同时由于现场地处市区,夜间22:00凌晨6:00不允许作业,相对作业时间较长,钻进过快则护壁的效果较差,容易造成扩孔现象。 设计钢筋笼需深入桩底,钢筋笼长度长,保护层为8cm,采用吊车下笼,下笼过程钢筋笼如不垂直易对护壁产生扰动,造成扩孔。桩基深度长,桩基成孔后,清孔时间长,清孔过程有局部坍塌扩孔现象。
4:解决措施
4.1施工平台及护筒埋设
钻机作业平台采用建筑垃圾填筑法搭建平台,平台填筑后采用压路机层碾压3遍,设置排水坡,防止施工平台基础因水浸泡出现不均匀沉降等现象,造成钻机偏移和倾斜。可采取钻机底架垫平后,在平台上铺设大块钢模板,淤泥局部沉降对平台影响较小,增加平台的稳定性,开孔时应注意以下几点:①每个墩位只摆放一台钻机,桩位采用对角跳打法,减少打桩过程桩基相互间振动影响造成的塌孔。 ②桩位开孔前应确定已灌注完成的桩基混凝土强度达到2.5MPa以上。③每天对护筒中心检查,对钻头的对角锤径、周长和垂直度进行检查。
根据护筒长度的不同对比,长度加长可很好的防护扩孔现象,一般在校核桩位中心后,开挖1.5米,采用挖机配合振动锤将护筒下压,顶部1.5米采用人工配合挖机埋设,四周用黏土分层回填夯实,护筒中心与桩中心重合。
保证钻机和护筒的垂直度,减少钻进过程小角度的纠偏,避免大角度的调整,可有效的减少扩孔现象。
4.2钻进方法
根据现场渣样以及地勘报告,判断钻进地质地层,在不同地质层灵活调整钻进速度。在淤泥层中钻孔过程中,最重要的是保证护壁将护筒底部的孔壁护住,因为护壁是护筒与土衔接的部位,也是整个孔壁的最薄弱部位,因此护筒底5米范围内可采用低速低压钻进,钻孔时有效控制 “悬距 ”,即钢丝绳放松量,同时提高护筒内泥浆高度,增大泥浆比重,并保持泥浆循环通畅。在淤泥层钻进需控制每日钻进进尺,从而保证护壁效果。
进入全风化岩层后,加大对钻机钢丝绳垂直度和锤径的检测频率,防止出现偏锤,孔径偏位。
4.3钢筋笼吊装
钢筋笼在加工场制作,在钢筋笼内每隔3米布置一道架立筋,架立筋采用主筋同型号的钢筋与主筋焊接,避免钢筋笼在吊装和运输过程中局部应力过大而变形,造成下放钢筋笼刮伤孔壁,刮伤淤泥质软土地层孔壁造成孔底沉渣,增大泥浆内粉粒含量,而且软土层孔壁破坏极易造成坍孔扩孔。成孔前现场提前将钢筋笼运输到现场,吊车就位准备无误,终孔后及时下放钢筋笼,减少等待时间。钢筋笼采用吊车分节吊装连接,钢筋笼吊装过程要保持垂直。现场钢筋笼连接除接地钢筋外尽可能采用机械连接,专人安装,提高钢筋笼连接质量,加快钢筋笼下放速度。
钢筋骨架采用箍筋成型法,钢筋笼加强筋绑扎每圈绑扎圆形滚动垫块数量保证每个面不少于4块。圆形滚动垫块保证钢筋笼保护层的同时,可有效防止钢筋笼与护壁刮碰。
4.4泥浆比重
在钻孔开始前,为保证护筒下方淤泥土层的护壁效果,应提前制浆,考虑现场为淤泥质土,可通过低垂慢击在桩基孔位内制浆。钻孔过程需检测泥浆黏度和胶体率,如不能达标,则需通过试验在泥浆中掺入适量正电胶、碳酸钠,烧碱等。成孔后清孔过程,泥浆比重逐渐降低,孔内静水压力小,淤泥质软土因其强流动性和低韧性,在孔内静水压力小的情况下易出现孔壁剥落甚至坍塌现象。所以应尽可能缩短二清时间。
4.5 灌注混凝土
二清后及时安装导管灌注混凝土,减少工序间间隔时间。导管现场摆放位置要便于安装操作,根据导管安装时间可提前拌料,从而减少导管安装后等料时间。
因淤泥质地层孔壁地层较软,在进行水下浇筑混凝土时,若混凝土流动性能差,难以顶升,就会在软土地质层蹭掉护壁,致使孔壁淤 泥质土进入桩身混凝土,形成坍塌扩孔现象从而造成桩身质量缺陷。试验员需旁站确保每车混凝土的和易性和流动性。技术人员需要观察护筒内泥浆面、护筒周围有无异常,准确探测混凝土面离地面高度,根据混凝土上升高度与灌注方量计算是否有缩径或扩孔现象。
5:结束语
广东省西部沿海地区淤泥质土层较为普遍,在此类土层施工钻孔灌注桩,极易出现塌孔、缩颈、扩径等质量问题。此类问题严重时会导致成桩质量差,甚至出现断桩等严重质量事故。以西江特大桥公铁合建段桩基施工为例,对桩基扩孔现象进行问题分析、过程控制、事后检验,灌注桩平均充盈系数由1.4降到1.11,混凝土超方量得到很好的控制,淤泥质土层桩径塌孔、缩颈、扩径等质量得到了较好的控制,在对成本控制的同时保证了成桩质量,对相同标段同类地质施工起到重要指导意义。
参考文献:
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[2] 王敏帅 江门站深厚淤泥地质条件下钻孔灌注桩施工质量分析与控制 2019
[3] 孙西平,张发斌 冲击反循环钻机在粉砂和淤泥质地层中灌注桩的施工技 2012
[4] 张勇顺 钻孔灌注桩在泥质滩涂地质条件下的施工方法 2014