熔岩地貌的桩基础施工质量控制

摘要：针对熔岩地质结构，结合具体工程，研究总结熔岩地质冲击桩基础工程施工技术及质量控制。

关键词：熔岩地质 钻孔灌注桩 成孔 钢筋笼 灌注混凝土

中图分类号： U443.15+4 文献标识码： A 文章编号：

1、概述

本桥为客运专线铁路桥，桥址地理位置紧靠长江江边，地表水较浅。工程所处位置地质结构复杂,岩溶发育程度属一般发育地区,规模不等,溶洞成串出现。冲孔桩基础要穿过多层溶洞,大部分溶洞内充填物复杂,多为流塑状黏土,部分溶洞为空溶洞。

2、工程概况

本桥基础为群桩基础，每个墩为8根桩基。根据地质情况分析采用冲击钻冲击成孔,持力层为灰岩和灰岩角砾岩,持力层地基承载力在800-1000Mpa，岩层起伏较大，桩基嵌岩深度不小于2m,桩径为1.0m、1.2m共 2种规格,桩长从11.5m到69.5m不等。

3、施工工艺控制要点

3.1 冲击成孔

3.1.1施工程序

根据溶洞分布情况,按先长后短的原则确定各墩桩基的施工顺序。

3.1.2埋设护筒

护筒采用整体式钢制护筒，壁厚4mm，内径大于钻头直径20cm。护筒的埋设其顶面高出施工地面0.3m，护筒顶面中心与设计桩位偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。采用护筒顶拉十字线吊垂球与桩位对比进行复核。

3.1.3钻孔

钻孔开始时，采用自然造浆方式，往护筒内投入粘土，控制好钻头起落高度，边造浆护壁边慢慢钻进，待泥浆均匀护筒脚处有牢固的泥皮护壁，钻至护筒以下1.0m钻头完全进入土层后，按正常速度钻进。钻进过程中，应及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度，以增加压力，保证护壁的质量。应经常注意地层变化，在地层变化处应捞取样渣保存，随时根据不同地质情况调整泥浆指标和钻进速度。

3.2第一次清孔

钻孔完成后，下钻继续向孔内注入泥浆，采用泥浆循环的方式使孔底沉碴，泥浆密度、泥浆中含钻碴量和孔壁垢厚度符合质量要求和设计要求，为在泥浆中灌注混凝土创造良好的条件。

3.3钢筋笼制作与安装

3.3.1钢筋笼制作

钢筋笼由钢筋加工厂分段制作，以定尺钢筋长度为宜，主筋一般尽量用整根钢筋，分段后的钢筋接头应相互错开，保证同一截面内的接头数目不超过主筋总数的50%。声测管采用φ48mm钢管，3根成等边三角形布置在钢筋笼内，每根管长大于桩长不小于30cm，管的下口封死,管接头丝口连接牢固，防止漏浆，防止堵管。

3.3.2钢筋笼的安装

钢筋笼分段制作，孔口对接焊接。顶端节钢筋笼顶端根据孔顶标高设置吊筋。下放过程中，时刻注意观察孔内水位情况，如发现异常现象，马上停放，检查是否塌孔。钢筋笼下放至标高后，要检查钢筋笼是否中心偏位，使之满足规范要求，并用4根Φ16钢筋将其与钢护筒焊接，或与灌注平台连成一体，以防止钢筋笼在混凝土灌注过程中下沉或上浮。

3.4安装导管

导管采用直径φ250mm、壁厚6mm的无缝钢管。导管的连接采用丝扣式。并在两法兰盘之间垫有4～5mm厚的橡胶止水垫圈。 在下导管前，采用水密承压和接头抗拉试验，检查其是否损坏，密封圈、卡口是否完好，内壁是否光滑圆顺，接头是否严密。

3.5第二次清孔

待安放钢筋笼及导管就绪后，利用导管进行第二次清孔。清孔的方法是用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外置换沉碴。清孔标准是孔深达到设计要求，孔底泥浆相对密度控制在1.03～1.10，复测沉碴厚度在5cm以内，此时清孔就算完成，立即浇注水下砼。

3.6混凝土的灌注

砼灌注前，首先根据桩孔直径、导管内径等要素计算首批砼的需要量，确保首批砼灌注时能将导管埋置在1m以上。首批砼的数量按式3.6计算：

V=πD2(H1+H2)/4+πd2h1/4 (式3.6)

式中：V-灌注首批混凝土所需数量(m3)；

D-桩孔直径(m)；

H1-桩孔底至导管底端间距(m)；

H2-导管初次埋置深度(m)；

d-导管内径(m)；

h1-桩孔内混凝土达到埋置深度时，导管内混凝土柱平衡导管外压力所需的高度(m)；h1=Hw*γw/γc，式中Hw指桩孔内水或泥浆的深度(m)，γw指桩孔内水或泥浆的重度(kN/m3),γc指混凝土的重度，取24 kN/m3。

尽量缩短自砼搅拌至运输到现场的时间，砼灌注时间不得超过首批砼的初凝时间，当砼运至灌注地点时，检查其均匀性和塌落度，不符合要求时坚决不得使用。在灌注砼的过程中，每灌注一盘后，及时用测绳检测砼面的上升高度，计算出导管在砼中的埋深，一般情况下导管的埋深控制在2～6m，即拆导管前埋深不大于6m，拆导管后埋深不小于2m。为保证桩顶砼质量，应比桩顶设计标高超灌不小于1.0m以便清除浮浆。

4、施工质量控制

4.1质量标准

孔垂直度偏差不大于1%；孔顶水平偏差不大于5cm；底沉渣厚度不大于5cm。4.2质量控制措施与对策

4.2.1漏浆、塌孔

遇到溶洞较大或无充填物，当冲锤击穿顶板时,孔内失水失压发生孔塌地陷。为此,要求机械操作人员随时检查孔内水位高度、泥浆稠度,排渣时要及时补水并认真分析泥浆颜色,渣样是否与抛填物和提供的钻探资料相符,发现异常及时处理。将坚硬片石、粘土及水泥作成混合物,视漏浆程度反复抛填、冲击,一次1~3m直至不漏为止。当漏浆太快,散填难以达到目的时,应采取集中抛填,即将黄土装袋,水泥整包,片石集中,短时间内大方量投入。

4.2.2偏孔

因溶沟、溶槽岩面凹凸不平,溶洞顶板厚度不均匀,加上溶洞内孤石侵入孔径,孔底处于一边软一边硬的状态(半边岩),于是出现偏孔。纠偏是熔岩地质地区冲孔最频繁的内容,其方法是否得当关系到冲孔的质量和进度。

为此,当冲孔穿过覆盖层或溶洞填充物接触溶洞顶板时,由于岩面倾斜被溶沟、溶槽切割成块状或蜂窝状产生偏孔。此时冲孔速度会明显降低,主绳摆动大。遇此情况应马上提出冲锤,抛入料径300mm左右的坚硬片石和块状黄土,将孔回填2.5~3.0m,保证冲锤平稳,以30cm小冲程冲击,如仍有偏孔将重复进行。反复抛填仍难以达到目的时,则进行孔内水压爆破或掏渣清孔,将孔底洗净用C20级水下混凝土,搁置48h再冲孔处理。

4.2.3卡锤

卡锤是熔岩地质冲孔中频率最高最棘手的事故。若冲锤卡在孔底往往使孔报废,重新补孔,经济损失极大。

对此:①预防为主,主要措施有:机械操作人员随时观察冲机负荷和主绳摆动情况,严格按照机械冲孔工艺操作,发现卡锤征兆及时提起锤头进行抛填处理。②在距溶洞顶板以上30~50cm处改变冲孔冲程和冲击次数,采用慢打轻击,进入溶洞后反复抛填片石、黄土及水泥,抛一次进1.5m左右,直至达到人工造孔的目的。③改变冲锤形式。在原十字形锤头上焊圈,把十字形连接起来,使之减慢冲进速度,一次成孔并圆顺。④卡锤后防止强行提主绳,强扭和操作不当使钢丝绳断裂而增加处理难度,应及时测量冲锤被卡标高,查明原因采取以下相应对策。慢试法:冲锤卡在中间任何部位时,应将主绳徐放—收紧—徐放—收紧,反复进行使冲锤旋转从原位提出。冲击法:将主绳放松3~5m,用冲锤副绳吊一重物向下冲击冲锤,使之产生松动,主绳重复慢试法。

4.2.4断桩和短桩

灌注水下混凝土是冲孔成桩的关键阶段,往往由于机具、材料准备工作及管理抓不好出现断桩、短桩事故,处理起来时间长、难度大。

对此,①每次灌注混凝土前要对拌合机(留一台备用),输送泵进行试运输,对导管进行高压水试验检查,使设备保持良好的工作状态,并备足水泥和砂石；②组织好人员,分工明确,各司其职,严把工序衔接关,保证混凝土灌注质量和连续性；③导管一般埋管2~6 m,通过漏浆处理位置时埋管以4~6m为好(防止混凝土挤破人造孔壁造成断桩)；④测量混凝土面上升速度,若上升缓慢必定是混凝土流失,埋管至少要保持2m,随灌混凝土随提升导管,减少对下部混凝土的扰动,并防止上部混凝土初凝结壳造成夹泥断桩；⑤短桩接长前,将淤泥浮渣清除,用高压水洗净桩头及钢筋笼(绝对不能留有夹层),灌注同等级的混凝土。

5、总结

针对熔岩地质条件，以上处理方法能有效解决钻孔灌注桩施工过程中存在的一般问题。在实际施工中，应根据熔岩地质发育情况采用相对经济实用的方法进行处理，确保地基的稳定，保证工程的质量。

作者简介：闫旭（1984-02-07）男，汉，山西太原人，助理工程师，主要从事高速公路铁路技术研究工作。