跨河桥的桩基础施工处理方法探讨_周军洋.pdf

142跨河桥的桩基础施工处理方法探讨周军洋甘肃建投交通建设有限公司甘肃兰州730050摘 要：跨河桥作为市政工程的一项重要工程，对国民经济发展起着举足轻重的作用，人民群众的生产和生活都与之密不可分。建设跨河桥时，桥梁设计时采用桩基础最为普遍。近年来，作者在工作中所遇多个项目都采用灌注桩水下施工，现就灌注桩水下处理作一简述。关键词：跨河桥；桩基础；施工处理DOI:10.19569/119313/tu.202318048桩基为桥梁结构之根本，承担着全桥之静载与动载，承载力须符合设计之要求，同时因结构位于地下，地下空间构造复杂性和不可见性加大施工难度，文章根据桩基处理的实际工作经验，就跨河桥桩基础的施工与处理方法作一论述，并提出如下看法，经供大家参考。1 桥梁桩基础施工概念1.1 桥梁桩基础施工质量控制原则第一，坚持科学性质量控制体系建设。桥梁桩基础施工要时刻坚持科学是第一生产力这一思想，积极实施可持续发展国家战略任务，建设基于科学技术和先进理论的桥梁工程基础施工质量控制体系。第二，遵循实用性，可行性等原则。由于桥梁桩基础施工质量通病控制的内容比较多，以降低施工过程中出错率，同时降低外界环境因素对于桥梁桩基础施工技术所造成的影响，应用技术要适当标准化，简单化，实现经验操作向规范操作的转变，减轻工作难度与力度，为了保证桥梁基础工程质量控制应用能够高效地发挥作用。1.2 桥梁桩基础施工的重要性桥梁桩基础施工在桥梁工程中处于基础建设的地位，它的施工质量对于桥梁结构的安全性，服务体验、使用年限的长短均产生直接的影响。从当前的实际调查资料来看，在许多桥梁的桩基础施工过程中，由于其本身的问题（主要是人员素质，技术，管理，经费，物资）以及外界因素，质量控制难以有效的保障，致使桥梁的建设质量不达标。从而解决了桥梁桩基础施工中的质量通病，就成了现在社会关注的焦点，对质量通病进行有效控制，不仅能够确保工程质量，延长其使用年限，提高了桥梁建设稳定性与安全性，同时也能减少运行成本，增加施工单位经济效益，增加市场占额1。2 跨河桥地桩基础施工处理方法 2.1 护筒埋设筑捣结束后，就开始埋设护筒。护筒长度为3.5m，直径为2.3m，振锤施入土体中，穿透河床并深入不透水粘质土层11.5m为宜，以防漏浆；护筒顶距填筑面3050cm。2.2 泥浆处理在每个桥墩的施工平台上设置QJ-250型反循环电动空气压缩机和BAVER-BE250型泥浆处理机（排渣），利用自行加工的泥浆槽排渣。所排泥浆渣土由泥浆船运输。基础成孔时泥浆有护壁，排碴，冷却机具及切土，润滑等功能。泥浆的制备对于确保成孔质量至关重要。针对该项目地层含砂率较高，砂层较厚等情况，选用优质粘土+膨润土制备泥浆。对新制泥浆，循环重复利用泥浆和浇砼前孔泥浆都测定了物理性能指标，所有指标都满足规范和设计要求后才能投入使用。在泥浆循环过程中，泥浆携带的渣屑首先流过沉淀池析出，泥浆进入循环池二级沉淀，然后进入储浆池最终被泥浆泵经胶管喷入孔内。在施工过程中，应针对不同层位的地质条件对泥浆比重进行控制，从而提高成孔质量及进尺速度。2.3 钻孔为确保施工质量和进度，针对该项目特点，桩基选用KTL-300反循环回旋钻机。在桩基质量控制中，成孔至关重要。因施工于水中，地质条件比较复杂，钻进时应对泥浆的质量加以控制。桩基钻孔之前需要反循环泥浆：先将优质膨润土泥浆灌注到孔底，将孔内水置换掉，并在钻孔过程中持续补注优质泥浆。钻进河床冲积粗砂层时应提高泥浆浓度，需要时应抛填粘土和片石，防止漏浆，如发现泥浆泄漏，要及时补浆，使孔口液面稳定后才能继续钻进。桩孔钻进要分班次连续进行，中间不允许停钻。常留意土层和岩屑变化情况，对土层和岩层均应取渣样判断土层和岩层情况，记上记录表，对照地质剖面图，告知监理签证。每一次岩样在项目竣工验收前都要编号封样。2.4 清孔待钻孔到达设计深度并得到监理的肯定时开始清孔。清孔用抽浆换浆法，当钻头抬起离孔底2030cm后，用转速略大的速度旋转钻头，边旋转边不断反循环，将孔底泥浆，钻渣混合物从孔内排出，同时将净化的优质泥浆补充到孔内，使孔内液面处于平稳状态，直至孔内泥浆指标和沉渣厚度均满足规范和设计要求。2.5 制作并吊放钢筋笼钢筋笼形成于桥墩柱位附近。钢笼的主筋搭接为焊接而成，箍筋和主筋之间为梅花点焊而成，主筋和加劲箍之间要100%点焊牢固。因钢筋笼直径较大，故采用钢筋笼内加路桥隧道 143焊十字撑的方法来增强钢筋笼结构整体性和防止钢筋笼吊装时发生变形。钢筋笼在制造过程中注意装设声测管并在声测管得上、下管口采用木塞密封。钢筋笼保护层采用厚度为7cm的砼垫块分别垫设于各加劲箍的周围。钢筋笼在生产结束后必须经监理验收合格才能吊放。水中桩基钢筋笼由桩机和起重船协同吊装放置。如果钢筋笼太长可以分段制作、吊装，必须将两段钢筋笼主筋交错搭接、焊接对接。搭接长度要满足设计要求，十字撑下放钢筋笼时切割2。2.6 水下混凝土灌注在桩基施工中，灌注水下混凝土又是一个至关重要的过程。该项目使用商品混凝土由混凝土汽车泵运输。砼下料使用300mm的导管。导管使用前后均应做水密性及承压性试验，并检查防水胶垫的保存情况。导管下放到离孔底3040cm左右。灌注前需查孔底沉渣，下面放置钢筋笼太久，需二次清孔。将砼柱状塞头悬挂在导管中，在打开塞头之前储料斗要有足够砼储存量进行剪塞以确保首批砼灌注完成时导管埋管深达到1m以上。后期严格控制导管埋深26m。3 溶洞处理方法3.1 溶洞处理的要求及传统方法的弊端设计中要求桩身及桩端下10 m深溶洞应完全填实，桩底10 m深及桩身、桩侧岩溶经过治理，保证了岩溶空腔和裂隙填充有一定强度水泥或者土泥混合物，和洞周基岩紧密结合，保证了桩底岩溶顶板的安全、桩侧土体趋于稳定且抗变形能力强，避免了桩基“刺入”性损伤和顶板垮塌损伤及沉降过大，避免了桥墩后期运营期间出现不均匀沉降现象，确保了上部结构的安全性。该桥在设计文件中明确指出桩基采用摩擦端承桩形式，其桩顶竖向荷载受桩侧阻力与桩端阻力联合作用，进一步勘察结果表明该桥位溶洞构造异常复杂，3处勘测孔揭露溶洞顶板高程差异达8 m以下2 m以内。如果按常规抛填片石混凝土处理溶洞，溶洞并不一定能够被填实，如此一来，桩基即使能够顺利成孔也无法确保其侧壁摩擦力符合要求，用加长钢护筒也有此缺点，不易通过河床面卵石层。3.2 处理方案比选及确定 因地层复杂、岩面高程差异较大，多数溶洞有坍落填充物存在，有的深溶洞充填少水效果明显，与现有地面处理面积50.3560.85 m左右、砂石相比、用小口径钻孔填筑混凝土是比较困难的，唯有灌注流动性强、凝结后具有较高强度的水泥浆才能填筑溶洞，达到桩侧土体的强度。水泥浆灌注方法主要包括静压注浆填充法和高压旋喷与循环清孔联合静压注浆后处理填充法，针对地质特点单纯使用静压注浆法扩散半径较小且钻孔量较大，因此，宜用高压旋喷和循环清孔相结合的静压注浆：1）对于外侧孔用高压旋喷桩连接成帷幕构成浆液阻断墙。2）内侧孔采用旋喷机将安有水平喷嘴（溶洞内）的旋喷管延伸到孔底，用2030 MPa高压水流从上至下向溶洞内流动、自下而上多次冲击切割使其充填物被削落成松散颗粒物，再通过气举反循环多次清渣使充填和削落后松散沉淀物，淤泥绝大部分甚至全部被清出桩身形成空腔。对于内侧循环清水清渣的孔洞进行静压注浆处理。优点在于：岩溶清孔结束时注浆扩散半径由约1 m扩展至23 m，减少灌浆孔数量和对应注浆配套费用，注浆效果较好；外侧孔结束时，内侧孔返浆，压力都可以很好地控制，使得浆液能够完全填满周围间隙，使持力层既持续又完整地进行加固。4 施工难点与要点4.1 钢围堰模板与桩基套箍钢围堰模板在施工中既是重点也是难点；要求以刚度和密封性为主，能够确保35m水压条件下的安全工作环境。钢围堰模板和桩基加固模板都是委托生产厂家加工而成，围堰所用钢模板以组合方式，连接法兰上加工有止水线，水胶垫在安装过程中可抵抗35m水压力。围堰钢板加强肋和法兰都布置在内、外表面是光滑平面以降低对筑岛砂面摩擦力、下面第一节模板底60cm高由12mm厚度钢板处理制成刃脚以便于沉底。所述钢围堰模板的末端制成弧形。法兰采用12mm厚钢板进行加工，强化76 CMTM 2010.08肋采用10mm厚钢板进行加工，面板采用6mm厚钢板。套箍钢模板和常规立柱模板的构造是一样的。4.2 混凝土施工在混凝土中掺入早强外加剂和聚丙烯纤维网后，坍落度按1012cm设计，其强度可达到水下混凝土C30。混凝土运抵场地后，用手推车运至桩位上，用漏斗和小串微组合下入桩底12m左右方可下落，以防混凝土离析。混凝土捣震用长管震棒进行捣震（6m长）。在建设过程中的每道工序都严格执行公路桥梁的有关建设规范3。4.3 安全措施图1 跨河桥桩基础施工施工过程中对职工进行了安全教育，使用懂得水性的职工到水上操作，配置了救生衣，救生圈和其他必需的安全用品。工人下堰操作时，钢围堰上应有挂梯。对于围堰钢模板的上、中、下各个位置都应进行焊接支撑以保证施工路桥隧道 144的安全性。施工期对该桥定点使用的所有仪进行了监控，发现异常应立即停工并向上级主管部门报告。对于桩基开挖原覆盖层下大于3m时，应采取在桩基纵、横方向布置临时支撑等措施确保墩柱稳定。用电安全：在水中工作时，用电设备全部采用三级漏电保护设备并采用单机独立防护措施，保证施工人员安全，图1为跨河桥桩基础施工现场。5 钻孔施工中易出现的问题、原因分析及防治处理5.1 偏孔成因分析：由于河床内大多为粗圆砾土，砾砂和卵石土，从河床面到设计桩底之间较为疏松，多为石质地层，再加上存在孤石和其他偏孔容易产生，纠偏工作最为频繁，并贯穿始终；防止措施：（1）钻机到位前应整平、压实施工场地，将钻机调至水平，钻进时要勤检查，让钻机一直保持水平作业；（2）钻孔过程中每钻进12m就进行自检，若发现偏孔建议钻头、抛12m厚的片石进行低冲程撞击，通常情况下即可改正。若重复抛填尚难纠偏，则需清孔后在C25级水下混凝土（掺早强剂）中注入11.5m，强度达70%后继续钻孔；5.2 卡钻、掉钻成因分析：（1）因岩面偏斜，有挤钻现象，同时钻头转向装置不够灵活生成梅花孔和卡钻现象；（2）由于河床内部地质构造的复杂性，误判还容易导致卡钻。加工卡钻过程中，钢丝绳断裂或钻头被挤死不能打捞形成掉钻；防治措施：（1）钻孔时，要定期检查钻具，钢丝和钻头直径的磨损情况；（2）将角钢穿过钢丝绳和引套与钻头焊接，对卡钻进行了加工，取得了良好效果；当出现卡钻和掉钻现象时，可通过钢丝绳或者引套轻轻提起钻头。如不能提出钻头可根据具体情况对待。如果有一个桩基在20cm处就能成孔，钻头落入河床，根据地质勘探情况，下段已经到了完整岩层的情况下，可采取回填1m厚片石进行较大的撞击，并测量沉降量，直达完整岩层而不发生沉降；5.3 坍孔成因分析：（1）泥浆稠度低、护壁效果不好、有漏水现象；或者护筒埋深浅，四周封堵不严；或者护筒底黏土层不够厚、护筒底渗漏等，导致泥浆水头高不够、向孔壁施加压力降低；（2）泥浆相对密度太小使水头作用于孔壁压力很小；（3）松软砂层钻孔进尺过快，泥浆护壁成形慢，井壁渗水严重。钻进过程中不连续操作，长期处于中途停钻状态，孔内水头不能维持在孔外水位或者地下水位线之上2.0m以上，水头对孔壁产生的压力减小；（4）操作不规范，在吊放钢筋笼的过程中与孔壁相撞；（5）钻孔周围存在大型设备作业或者存在车辆行驶过程中发生震动的暂行就道；（6）清孔时没有及时浇筑砼且摆放时间太长；防治措施：（1）因地处河道，围堰以便道填土为主，埋设护筒时应将底夯填入50cm厚粘土中，护筒四周亦应夯填入粘土中，同时注意打牢，护筒四周应回填均匀，确保护筒牢固，避免地面水渗透；（2）钻孔时要连续操作，中途不允许在没有特殊条件下停止钻孔；（3）提升钻头和下放钢筋笼要确保竖直，并尽可能不与孔壁相撞；（4）若发生微小坍孔，可以通过加大泥浆比重和抬高泥浆水位等方法来确保水头压力；（5）坍孔位置不深的，可用深埋护筒代替，并在护筒四周回填夯实后再钻孔；（6）如出现严重坍孔要立即撤出钻机。回填粘土，回