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浅议灌注桩的施工方法
2013年第四期    发布时间:2014-2-17 10:31:20

浅议灌注桩的施工方法

河北华热工程设计有限公司   张志博

    摘要:本文主要结合工程案例,探讨了灌注桩钻孔、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等工艺,对灌注桩施工中经常出现的问题进行分析并提出了建设性意见。
    关键词:灌注桩   水下浇筑混凝土  桩基处理  解决方法

    灌注桩属于隐蔽工程,但由于影响灌注桩施工质量的因素很多,对其施工过程每一环节都必须要严格要求,对各种影响因素都必须有详细的考虑,如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。若稍有不慎或措施不严,就会在灌注中发生质量事故,小到塌孔、缩颈,大到断桩报废,给国家财产造成重大损失,以致影响工期并对整个工程质量产生不利影响。所以,必须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,以利于工程的顺利进行。
    一、水下浇注混凝土施工是灌注桩质量控制中最重要的一个环节
水下浇注混凝土是用混凝土从孔底开始灌注,将孔内泥浆置换出来,成为混凝土桩;浇注过程中,应及时掌握孔内混凝土面上升的高度及导管插入深度,测定每个混凝土面位置应取两个以上的测点,测绳受拉伸、湿度等因素影响,所标长度变化较大,须经常校正。浇注混凝土必须连续进行,否则先浇灌进去的混凝土达到初凝,将阻止后浇灌的混凝土从导管中流出。施工中,混凝土浇注速度应尽可能地快一些,终止浇注混凝土前,须确定混凝土面真实高度,以见混凝土中粗骨料为准。注意首批混凝土量必须满足导管埋深不能小于1.5M,所以漏斗和储料斗及漏斗和输送泵的混凝土储存数量要充足。根据导管内混凝土压力与管外水压力平衡的原则,导管内混凝土必须保持的最小高度为:Hd=RwHw/Rc。而管中混凝土的体积就应为Vd=πd2·Hd/4(d为导管直径)。首批混凝土若埋深不足,混凝土下灌后不能埋没导管底口,会导致泥水从导管底口进入。如果出现这种导管入水现象应立即将导管提出,将散落在孔底的混凝土拌合物用空气吸泥机或抓斗机清出,然后重新下导管灌注。首批混凝土灌注正常后,必须连续进行,不得中断。否则先灌入的混凝土达到初凝,将阻止后灌入的混凝土从导管中流出,造成断桩。同时在灌注过程中,应经常用测锤探测混凝土面的上升高度,并适时提升、逐级拆卸导管,保持导管的合理埋深。此时要注意,混凝土灌到孔口不再返出泥浆时可以微向上提动导管,而如果要提升导管0.5到1M以上才能灌入混凝土就应该拆除部分导管。要注意观察孔口是否返出泥浆。当混凝土接近钢筋笼时,宜使导管埋得较深。要注意正确控制导管埋深,如果导管埋人混凝土过深,易使导管与混凝土间摩擦阻力过大,致使导管无法拔出造成事故。而提管过程中要缓缓上提,如过猛易使导管被拉断。所以埋管深度一般应控制在2到6m,或使用附着式震捣器,使导管周围的混凝土不致过早的初凝。同时应注意灌注速度。
    对于诱发灌注事故的因素,必须在施工初期就彻底清除其隐患,同时又必须准备相应的对策,预防事故的发生或一旦发生事故及时采取补救措施。
    二、水下浇注混凝土经常遇到的几个工程事故原因预防及处理
   (一)初灌未封底:桩底沉渣量过大,使初灌不能正常反浆,或导管距孔底太远,初灌量不够没有埋住导管。造成这种原因是检查不够认真,清孔不干净或没有进行二次清孔。认真检查,采用正确的测绳与测锤;一次清孔后,不符合要求时,要采取措施:如改善泥浆性能,延长清孔时间等进行清孔。在下完钢筋笼后,再检查沉渣量,如沉渣量超过规范要求,应进行二次清孔。导管底端距孔底高度依据桩径、隔水阀种类、大小而定,最高不超过0.5m。 
   (二)导管堵塞:灌注时间过长,而上部砼已接近初凝,形成硬壳,而且随时间增长,泥浆中残渣将不断沉淀,从而加厚了积聚在砼表面的沉淀物,造成砼灌注极为困难,造成堵管,尽可能提高混凝土浇注速度,开始浇砼时尽量积累大量砼,产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力。快速连续浇注,使砼和泥浆一直保持流动状态,可防导管堵塞;浇注混凝土过程中,应匀速向导管料斗内灌注,如突然灌注大量的混凝土导管内空气不能马上排出,可能导致堵管,若管内空气从导管底端排出,可能带动导管拔出混凝土面。混凝土的质量是堵塞导管的主要原因,必须把好质量,混凝土和易性不好或离析使石子聚集在一起流动性差,导致堵管。导管使用后应及时冲洗,保证导管内壁干净光滑。如发生堵管在导管上部可用钢筋疏通,在下部提取导管上下振击。
    (三)导管漏水:导管使用前须做密封试验,灌注前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷,发现问题要及时更换。在灌注过程中发现漏水应加快灌注速度,并加大混凝土埋深,使管内混凝土超出漏水处。
    (四)导管拔出混凝土面:导管提漏有两种原因:a.当导管堵塞时,一般采用上下提振法,使混凝土强行流出,但如果此时导管埋深很少,极易提漏。b.因泥浆过稠,在测量导管埋深时,对砼浇注高度判断错误,而在卸管时多提,使导管提离砼面,也就产生提漏。灌注混凝土过程中,测定已灌混凝土表面标高出现错误,导致导管埋深过小,出现拔脱提漏。特别是灌注后期,易将泥浆中混合的坍土层误为混凝土表面。因此,必须严格按照规程用规定的测身锤测量孔内混凝土表面高度,并认真核对,保证提升导管不出现失误。如误将导管拔出混凝土面,必须及时处理。孔内混凝土面高度较小时,终止浇注,重新成孔;
    孔内混凝土面高度较高时,可以用二次导管插入法,其一是导管底端加底盖阀,插入混凝土面1.0m左右,导管料斗内注满混凝土时,将导管提起约0.5m,底盖阀脱掉,即可继续进行水下浇注混凝土施工。由于要克服泥浆对导管的浮力,混凝土面较深时,不宜采用;
此方法使用时,必须由有经验的工程师现场指导,导管长度、吊预制混凝土球阀铁丝长度、铁丝抗拉强度、混凝土面实际位置等数据,必须在事先正确确定。
     提升导管要准确可靠,灌注砼过程中随时测量导管埋深,并严格遵守操作规程;
    (五)导管被混凝土埋住、卡死:在灌注过程中,导管的埋置深度是一个重要的施工指标。导管埋深过大,以及灌注时间过长,导致已灌混凝土流动性降低,从而增大混凝土与导管壁的摩擦力,加上导管采用已很落后而且提升阻力很大的法兰盘连接的导管,在提升时连接螺栓拉断或导管破裂而产生断桩。导管插入混凝土中的深度应根据搅拌混凝土的质量、供应速度、浇注速度、孔内护壁泥浆状态来决定,一般情况下,以2~6m为宜。
    如果导管插入混凝土中的深度较大,供应混凝土间隔时间较长,且混凝土和易性稍差,极易发生“埋管”事故。
    如果预料到不能及时供应混凝土(超过1h),混凝土运输距离远,交通堵塞等因素时,除混凝土中加缓凝剂外,导管插入混凝土中的深度不宜太小,据已往经验,以5~6m为宜,每隔15min左右,将导管上下活动几次,幅度以2.0m左右为宜,以免使混凝土产生初凝假象。浇注混凝土中断超过2h,应判为断桩。卡管现象是混凝土配合比在执行过程中的误差大,使坍落度波动大,拌出混合料时稀时干。坍落度过大时会产生离析现象,使粗骨料相互挤压阻塞导管;坍落度过小或灌注时间过长,使混凝土的初凝时间缩短,加大混凝土下落阻力而阻塞导管,都会导致卡管事故。所以严格控制混凝土配合比,缩短灌注时间,是减少和避免此类事故的重要措施。导管插入混凝土中拔不起来或被拔断,如果桩径较大,可以采用二次导管插入法处理,否则只能补桩、接桩。接桩一般用人工孔的办法处理,清除桩顶残渣,接钢筋笼,浇注混凝土至设计标高。
   (六)钢筋笼上浮:当灌注到钢筋笼底部时,应缓慢放料,尽量减小埋深,减小对导管的冲力。
   (七)混凝土拌制不符合要求:混凝土配合比中水灰比控制在0.5~0.6,砂率应在40%~50%,粗骨料最大粒径应小于40mm,混凝土坍落度控制在18~20cm,要有良好的流动性、和易性,用料上优先采用中粗沙,级配较好的卵石,矿渣硅酸盐水泥,避免使用普通硅酸盐水泥。
    混凝土和易性与水泥品种、砂率有极大的关系,砂率小、粗骨料级配不好,搅拌出的混凝土极易离析,影响水下浇注混凝土质量。
在灌注中出现的种种事故有很多都和混凝土质量有关,所以一定要把好混凝土的质量关。
    (八)桩顶空心:产生桩顶空心的因素有:导管插入混凝土中的深度较大,混凝土坍落度小,桩顶空心呈不规则漏斗形,其深度、位置与导管拔出时的位置、桩顶混凝土状态有关。导管埋得太深,拔出时底部已接近初凝,导管拔上后砼不能及时冲填,造成泥浆填入。                        
    防止桩顶空心灌注结束前导管插入混凝土中深度不超过6.0m;灌注结束后,导管拔出混凝土之前,导管上下活动几次,幅度不超过50cm,或者用机械、人工振捣桩顶混凝土,时间不超过20s.尽可能缩短灌注时间,避免使桩顶混凝土产生假凝现象、降低桩顶混凝土的流动性。
   (九)桩身有夹渣、夹泥、蜂窝:浇注过程中,须不断测定混凝土面上升高度,并根据混凝土供应情况来确定拆卸导管的时间、长度,以免发生桩身夹渣、夹泥、蜂窝事故。
    泥浆过稠,如泥浆比重大且泥浆中含较大的泥块,增加了浇注砼的阻力,因此,在施工中经常发生导管堵塞、流动不畅等现象,有时甚至灌满导管还是不行,最后只好提取导管上下振击,由于导管内储存大量砼,一旦流出其势甚猛,在砼流出导管后,即冲破泥浆最薄弱处急速返上,并将泥浆夹裹于桩内,造成夹泥层;
    灌注砼过程中,因导管漏水或导管提漏而二次下球也是造成夹泥层的原因。
    使砼面处于垂直顶升状,不使浮浆、泥浆卷入砼是防治夹渣、夹泥、蜂窝的关键。
    三、桩基处理的一般原则
   (一)处理前应具备的条件。①事故性质和范围清楚。②目的要明确,应有预定处理方案。③参加的人意见基本一致,并确定处理方案。④设计人员认可签字。
   (二)事故处理应满足的基本条件。①对事故处理方案要求安全可靠,经济合理,施工期短,方法可靠。②对未施工部分应提出预防和改进措施,防止事故的再次发生。
   (三)事故应及时处理,防止留下隐患。①桩成孔后,应检查桩孔嵌入持力层深度,岩石强度,沉渣厚度,桩孔垂直度等数据必须符合设计要求,只要有一项不符合设计要求,就应及时分析解决,建设单位代表签字认可后,方能灌注混凝土、移动钻机,防止以后提出复查等要求而产生不必要的浪费。②基坑开挖前必须全面检查成桩记录和桩的测试资料,发现质量上有争议问题,必须意见一致后方能挖土,防止基坑开挖后再来处理造成不必要的麻烦。
   (四)应考虑事故处理对已完工程质量和后续工程方式的影响。如在事故处理中采取补桩时,会不会损坏混凝土强度还较低的邻近桩。
   (五)选用最佳处理方案。桩基事故处理方法较多,但对方案要进行技术经济比较,选择安全可靠,经济合理和施工方便的方案。
    四、桩基事故的常用处理方法
    常用方法有接桩,补桩,补强,扩大承台(粱),改变施工方法,修改设计方案等。下面结合事故发生的原因分别介绍几种方法的应用情况。
    (一)接桩法。当成桩后桩顶标高不足,常采用接桩法处理,方法有以下二种:①开挖接桩。挖出桩头,凿去混凝土浮浆及松散层,并凿出钢筋,整理与冲洗干净后用钢筋接长,再浇混凝土至设计标高。②嵌入式接桩。当成桩中出现混凝土停浇事故后,清除已浇混凝土有困难时,可采用此法。
    (二)补桩法。桩基承台(梁)施工前补桩,如钻孔桩距过大,不能承受上部荷载时,可在桩与桩之间补桩。
    (三)钻孔补强法。此法适应条件是基身混凝土严重蜂窝,离析,松散,强度不够及校长不足,桩底沉渣过厚等事故,常用高压注浆法来处理,但此法一般不宜采用。高压注浆补强。桩身混凝土局部有离析,蜂窝时,可用钻机钻到质量缺陷部位下一倍桩径处,进行清洗后高压注浆。桩长不足时,采用钻机钻至设计持力层标高;对桩长不足部分注浆加固。
    (四)扩大承台(梁)法。①桩位偏差过大,原设计的承台(梁)断面宽满足不了规范要求,此时采用扩大承台(梁)来处理。②考虑桩上共同作用,当单桩承载力达不到设计要求,可用扩大承台(梁)并考虑桩与天然地基共同分组上部结构荷载的方法。需要注意的是在扩大承台(粱)断面宽度的同时,适当加大承台(梁)的配筋。
    (五)改变施工方法。桩基事故有些是因为施工顺序错误或方式工艺不当所造成,处理时一方面对事故桩采取适当的补救措施;另一方面要改变错误的施工方法,以防止事故的发生。常用的方法有以下二种。①改变成桩施工顺序。如桩布置太密不便施工时,可采用间隔成桩法。②改变成桩方法。如成孔桩出现较大的地下水时,采用套管内成桩的方法。
    (六)修改设计。①改变桩型,当地质资料与实际情况不符时,造成桩基事故,可采用改变桩型的方法处理,如灌注桩成桩困难时,可采用打预制桩。②改变桩位,灌注桩出现废桩或遇到地下管线障碍,可改变桩位方法处理。③上部结构卸荷,有些重大桩基事故处理困难,耗资巨大,只有采取削减建筑层数或用轻质材料代替原设计材料,以减轻上部结构荷载的方法。