在水利工程中, 經常會遇到修建跨河橋工程, 而樁基礎又是橋梁設計中最常用的一種施工方法。近年, 筆者在工作中遇到的幾個工程均采用了鉆孔灌注樁的施工。下面簡要介紹橋基鉆孔灌注樁的施工工藝, 具體流程見圖1。
1 前期準備工作
(1)認真讀圖, 熟悉樁的參數, 結合實際情況編制施工方案。
(2)在編制施工方案前熟悉工程地質和水文地質資料,查明并作好地下障礙物的拆遷工作, 以確定鉆孔順序、施工方法和選擇機具設備。
(3)場地平整。鉆孔灌注樁工程, 應創造條件在陸地上施工。在基坑中施工時, 要挖除表面過于軟弱的泥層。對空中架設物或地下埋設物予以清除或妥善處理。注意做好泥漿、鉆渣和廢水的排除。場地平整的高度及范圍應根據地形、施工水位、樁頂標高、施工需要等因素考慮。
(4)構筑鉆機平臺。鉆機平臺可以根據孔方式的不同因地制宜通過填土、鋪砂石、墊道板、枕木或鋪設輕軌等多種措施來構筑。鉆機平臺應略高于周圍場地。若在水上、陡坡或過于軟弱的地基上施工時, 應當筑島或搭架棧橋。
(5)埋設護筒。為了保護孔口, 隔離地面水, 形成孔內水頭和定位導向, 鉆孔灌注樁孔口必須埋設護筒。
(6)樁位放樣。在平整好的場地上, 依據已測定的橋位中線將基樁鉆孔位置定出放樣樁與控制樁, 布設并牢固。
(7)根據土質、樁徑、樁長選擇鉆具和鉆孔方法。鉆孔方法選擇:①正循環回轉鉆。適用土層為黏土、粉土、砂、含少量砂卵石的土、軟巖。主要特點是在黏土和砂土中鉆進速度快, 孔型規則, 可用于長樁施工。②反循環回轉法。適用土層為輕亞黏土、亞黏土、砂、含少量礫石的土、軟巖。主要特點是鉆進速度快, 抽渣能力強。但泥沙泵磨損快,有時卵石堵塞管路。③沖擊鉆。適用土層輕亞黏土、亞黏土、砂卵石、卵石、漂石以及軟硬巖石。主要特點是適用范圍大, 是克服堅硬地層和多種地層交錯的好方法, 對地層有擠密作用, 在軟土層中較其他鉆孔方法效率低。④沖爪錐。適用土層為淤泥、腐殖土、密實黏土、砂、砂礫卵石；主要特點是設備簡單、操作方便, 在松散地層和地下水低的情況下功效高。孔徑大于1m和孔深大于20m時, 功效低、噪音大。⑤人力大鍋錐。適用土層為輕亞黏土、亞黏土、砂、含少量砂礫石的土。主要特點是機具簡單, 適用交通不便、缺少鉆孔機械和動力而樁長不大的情況, 使用人力多, 勞動強度大。⑥水沖鉆。適用土層松軟黏土、砂土。主要特點是設備簡單, 操作方便, 在松散地層中功效高, 不適用于砂礫石層。
2 鉆孔施工工藝
2.1 埋設護筒
鉆孔前應在測定的樁位, 淮確埋設護筒, 護筒定位時應先對樁位進行復核。然后以樁位為中心定出相互垂直的十字控制樁, 使十字中心與樁位中心一致, 用以固定鉆孔位置隔離地面水提高井內水頭以增大井內的靜水壓力;穩定孔口土壤和保護孔壁不坍以利鉆孔工作進行。
(1)護筒內徑應比樁徑稍大, 一般大于設計樁徑15-20cm。
(2)護筒在構造上必須堅固、耐用、輕便、不漏水。
(3)護筒埋入土中深度, 在砂土中不宜小于1m, 在黏性土中不宜小于0.5m。護筒內的水位應高于地下水位1.0-1.5m, 護筒頂面必須高出地面施工水位, 筒底要穿透凍層。
(4)護筒就位后, 用黏土分層夯填牢固, 填土時每一層對稱夯打。在分層夯實時要檢查護筒底中心位置和垂直度, 發現偏差立即糾正。
2.2 鉆機就位
(1)護筒埋好經檢驗位置無誤后, 將鉆機就位, 鉆機就位要保證平正穩固, 確保施工不發生傾斜、移動。為準確控制成孔深度, 在樁架上應設置控制深度的標尺, 以便在施工中進行觀測記錄。鉆標卡孔與護筒中心必須在一根豎直線上, 以保證鉆孔的豎直方向。
(2)孔口周圍必須有良好的排水系統, 確保鉆機處地面不受水浸泡, 以維持機身平穩, 確保樁位準確。
2.3 泥漿制拌
(1)在砂性土層或砂卵石層河床中鉆孔, 必須用泥漿護壁。泥漿護壁使用的黏土, 一般要求塑性指數大于17,泥漿比重采用1.1-1.25。
(2)開鉆前, 要準備足夠數量的泥漿, 泥漿稠度和用量應隨土質的不同而增減, 一般豁土質不用砂質土少用粗砂、砂卵石多用。在鉆孔旁作好泥漿拌和池, 并調制和儲備足夠的泥漿, 再開始進行鉆孔作業。
2.4 鉆孔作業
(1)鉆機就位后檢查試車, 開始下鉆時要特別注意, 要確保鉆尖對準樁尖后, 再開始往護筒內加泥漿, 開始施鉆。
(2)在鉆進過程中要使速度均勻, 不得突然加快要經常檢查鉆頭最大直徑有無變動, 是否符合設計孔徑;要檢查鉆機有無位移、傾斜現象;要檢查護筒位置有無變動或漏水現象;檢查水頭高度和泥漿稠度是否合格。
(3)鉆進過程中, 必須測記鉆孔深度和通過的土層。要根據土層的變化, 調配泥漿比重。
(4)鉆孔周圍地面不得堆放重物和雜物, 要保持孔口附近排水良好, 場地干燥。施鉆過程中應隨時檢查護筒四周填土變化。
(5)成孔后, 用孔規檢查孔徑及孔深, 看是否滿足設計要求。鉆孔工作應連續進行, 一次成孔, 不宜中途停頓。鉆進大直徑樁孔時, 根據設備性能, 也可采用分徑成孔的辦法。
2.5 清孔
清孔是灌注樁施工中關鍵的一項工序, 鉆孔達到設計深度后應盡量把孔底沉渣清除, 以免影響樁端承載能力,應認真做好此項工作。
常采用的清孔方法及特點:
(1)抽漿清孔法。這種方法使用的機具一般為空氣吸泥機、水利吸泥機和真空吸泥泵或反循環鉆機。其特點是使用設備不多, 清孔徹底, 速度快, 并可在吊放鋼筋籠和下入澆筑混凝土的導管以后清孔。適用于各種鉆孔方法, 但應注意抽渣過久易引起塌孔。
(2)換漿清孔法。使用機具一般為正循環機。適用于正循環回轉和水沖錐鉆孔時, 不需添加專用設備, 但清孔速度較慢。
(3)掏渣清孔法。這種方法一般采用大鍋錐或抽渣筒。其特點是用于沖擊、沖抓和鍋錐鉆進時, 增加設備少, 操作簡單, 清孔時間長, 質量不易保證。
(4)噴射清孔法。使用機具一般采用射水(風)管等。其特點為配合其他清孔方法使用。在澆混凝土之前, 用風壓力和水沖管沖射水底, 使沉淀物懸浮, 隨后立即澆筑混凝土。沖射時間一般為3-5min, 壓力大于孔底泥漿壓力0.5MPa。需要注意的是, 清孔時可將高壓膠管與空氣吹吸管接好吊進孔底, 噴出口彎管應高出水面, 必要時可插入吹氣管直到孔底, 用氣流擾動渣漿和清掃孔底, 在開動空壓機吸取泥漿時, 要開動水泵向孔內注入泥漿或清水, 隨時注意保持孔內漿面高度, 以保持孔壁的穩定。
3 鋼筋籠制作與吊裝
(1)鋼筋骨架要求無局部彎折, 鋼筋接頭采用電焊焊接, 尺寸符合設計要求。
(2)鋼筋骨架要每隔2m增設加勁箍筋一道, 以增強吊裝時的剛度。在場內移動鋼筋骨架時, 應保證不彎曲、變形。人工抬運骨架時吊點應分布均勻, 以保持骨架平順, 并設專人指揮確保安全。
(3)骨架吊裝前應先丈量孔深, 檢查沉積厚度和有無坍孔現象, 經檢查符合要求后, 方可使鋼筋骨架就位。
(4)為保證鋼筋骨架在起吊過程中不彎曲、變形, 起吊時在吊點處綁設短杉桿以增加骨架剛度, 待骨架進入樁孔就位時由下而上逐個解去綁繩, 取出杉桿。
(5)為保證鋼筋骨架的保護層滿足設計要求, 骨架吊裝下孔前, 要在同一截面箍筋上對稱設置混凝土環形墊塊。
(6)骨架下落過程中要始終保持骨架居中, 不得碰撞井壁, 下落速度要均勻, 不宜猛落, 就位后使骨架軸線與樁軸線吻合。鋼筋骨架標高達到設計標高后, 用鋼軌或井字形方木在孔口固定, 防止混凝土灌注過程中骨架浮起或位移。
(7)吊裝過程中, 要保持孔內水位不落, 還要注意安全。
4 灌注水下混凝土
導管法施工是鉆孔灌注樁較為常見的一種混凝土灌注施工方法:
(1)導管直徑一般選用25-30cm, 內壁光滑, 內徑一致, 接口緊密不漏水。每次使用前要進行拼裝和試壓。導管內要安裝止水球或用其他方法代替。
(2)調試后的導管表面要標出刻度, 一般以0.5m為單位, 并注明導管全長尺寸, 以使灌注混凝土時掌握導管提升高度和埋深。
(3)導管吊入鉆孔中的深度應使導管下口與鉆孔底留有30-40cm的距離, 以便灌注時木球能沖出導管。
(4)導管上的漏斗箱內容積應大于孔底1.3-1.5m深的體積, 而且開始灌時要連續補足漏斗箱內混凝土, 以確保混凝土沖擊下落到孔底后向上返, 并將導管埋入1m以上。
(5)混凝土的配比是關鍵, 因此為保證灌注質量要采用商品混凝土, 強度等級要比設計要求提高一個等級, 坍落度在16-22cm為宜。選用商品混凝土可以保證開始灌注時混凝土的最小儲備量。
(6)澆注時要做好孔深和導管在混凝土中的埋置深度的測量記錄, 確保導管埋深在1m以上, 且埋深不影響導管提升。
(7)灌注過程中, 要保持導管位置居中。混凝土必須連續澆注, 并掌握邊灌注混凝土邊提升和拆除導管, 使混凝土經常處于流動狀態。混凝土灌注到樁孔上部5m以內時, 可不再提升導管, 直到應灌注的標高后, 一次拔出。灌注混凝土頂面應高于設計標高0.5-0.8m, 待混凝土終凝后, 再鑿去設計標高以上部分。灌注時要填寫記錄, 并每灌一裸樁留取3組以上混凝土抗壓強度試塊。在澆筑混凝土時, 最忌諱斷樁。所以, 在澆筑過程中, 一定要控制好各項指標。
5 質量標準檢測
(1)灌注樁混凝土的質量。可由澆筑時孔口取樣的試塊進行評價。一般每根樁制作1組(3塊)試塊, 混凝土配合比改變時應相應留出試塊。混凝土試塊28d平均抗壓強度不得低于設計標號的95%。并且質量記錄要填寫齊全,保存完整。
(2)樁的允許偏差。在橋基的施工中, 執行《公路橋涵施工技術規范》(JTJ41-79)中的規范要求。
(3)樁體承載能力。檢查時需進行垂直荷載和水平荷載試驗。
上述幾點是鉆孔灌注樁施工時要必須做到的, 否則將影響工程質量。灌注樁的施工看似簡單, 但要求準備充分、施工組織更加嚴密, 在保證施工質量的前提下, 才會獲得更大的效益。
