沉降地基灌注桩施工的常见问题及处理

摘要:简要介绍了在沉降地基上进行灌注桩施工时经常发生的塌孔、桩孔倾斜、断孔和钢筋笼无法下方和上浮的情况,并就如何解决上述情况提出了具体措施。本文就在沉降地基中进行灌注桩施工时遇到的常见问题进行探讨。

Abstract: The situation of hole collapse, pouring pile, broken hole, steel reinforcement cage unable to flow during filling pile construction are introduced and the specific measures are put forward according to the situation and the common problems in the Filling Pile Construction are discussed.

关键词:沉降地基;灌注桩;问题;处理

Key words: settlement foundation; filling pile; problems; handling

中图分类号:TU74 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)03-0219-02

1进行科学的地基沉降计算

地基沉降计算是工程设计的重要内容,对建筑工程、机场、电厂等工程尤其重要。在土木工程建设中,因沉降量或不均匀沉降量超过允许值而影响建(构)筑物正常使用,造成工程事故,因此,有必要采取合适的沉降计算方法,来预估沉降量,以采取结构措施控制因沉降而引起的变形,使之满足规范要求。建筑地基在长期荷载作用下产生的沉降,其最终沉降量可划分为三个部分:初始沉降(或称瞬时沉降)、主固结沉降(简称固结沉降)及次固结沉降。这里要特别注意的是次固结沉降,因为,次固结沉降在固结沉降稳定之前就可以开始,一般计算时可认为在主固结完成(固结度达到100%)时才出现。次固结沉降量常比主固结沉降量小得多,大都可以忽略。但对极软的粘性土,如淤泥、淤泥质土,尤其是含有腐殖质等有机质时,或当深厚的高压缩性土层受到较小的压力增量比作用时,次固结沉降会成为总沉降量的一个主要组成部分,应给以重视。在进行计算时可以采取Hsc=CaHlog(tsc/tp)计算,该公式中:Hsc为次固结沉降量;Ca为次固结压缩系数;H为可压缩层的原始厚度;tsc为包括次固结在内的整个计算时间;tp为主固结完成的时间(相应于压缩曲线上主固结达到100%的时间)。

2塌孔及其处理

塌孔在有沉降地基施工中是非常常见的一种情况。由于地质环境中有比较厚的砂层、淤泥层、卵石层的整体性比较差,当施工夹层时,桩孔位置被掏空厚,遇到外力作用时,由于夹层部位的孔壁不稳定而又采取一般地质条件中的使用泥浆护壁,不能保持完整性而向桩孔内塌落,就是塌孔。当然,出现塌孔的原因还可能有孔内水头高度不够或孔内出现承压水、降低了静水压力;护筒埋置太浅,下端孔坍塌;在松散砂层中钻进时,进尺速度太快或停在一处空转时间太长,转速太快;冲击(抓)锥或掏渣筒倾倒,撞击孔壁;用爆理孔内孤石、探头石时,炸药量过大,造成很大振动等,都可能会造成塌孔。

要避免塌孔,第一步是要做好预防,经常采取的预防措施有:如果是在松散砂土或流砂中钻进时,应控制进尺,选用较大密度、粘度、胶体率的优质浆。如果是在砂层,最好采用泥浆护壁方法,可采用以蒙脱石为主的膨润土,采用失水量低、粘度和比重稍高的泥浆,失水量可控制在10mL/30min以内;也以考虑采用粘泥护孔,将粘土用水润湿调和成软泥,捏层团块状,表面稍加风干后投入孔中,用钻头墩实后,重新钻进,使粘土嵌入砂层中起到护壁的作用。在砂卵石、卵石或流塑淤泥质土夹层等地基土处进行桩基施工时,应尽可能不采干作业钻孔灌注桩方案,而应采用人工挖孔并加强护壁的施工方法或湿作业施工法。如果在遇有上层滞水可能造成的塌孔时,可采用以下两种办法处理:一是在有上层滞水的区域内采用电渗井降水。二是正式钻孔前一星期左右,在有上层滞水区域内,先钻若干个孔,深度透过隔水层到砂层,在孔内填进级配卵石,让上层滞水渗漏到下面的砂卵石层,然后再进行钻孔灌注桩施工。

同时,在挖钻的时候,可以采用带护筒的旋挖钻机,或者采用反循环液压自动控制冲孔泥浆钻机,这个钻进工艺关键在于泥浆的比重与泥浆的配置,其配置情况要通过现场试验最终确认,而不是随便定每米钻孔需要加膨润土的量。而且泥浆的比重不能太大,太大会产生灌注桩的桩周泥皮太厚,泥皮太厚会降低桩的侧阻力,一般要求泥皮厚度不得超过20mm。还有一种方法,就是先钻至塌孔以下1-2m,用豆石混凝土或低强度等级混凝土(C10)填至塌孔以上1m,待混凝土初凝后,使填的混凝土起到护圈作用,防止继续坍塌,再钻至设计标高。

如果上述方法仍然没有效果,可以在征得设计同意的情况下,采用其他有效的处置方法。

3桩孔倾斜及其措施

在粉细砂或石泥软土层中成孔,若钻进或冲进过快,都会引起微笑的塌孔,使孔颈增大。这时,孔壁对钻头的约束减少如果不及时控制好进尺速度,很容易是钻头因摆动偏向一方,导致偏孔。还有一下原因:比如,在施工过程中,桩位地面定点测放、施工机械就位不准,以及垂直直度偏差过大等因素都会造成桩位偏差过大;在施工过程中,施工机械就位安装不平稳,或钻进过程中遇到倾斜硬质基岩等因素,都可能使桩身垂直度超出允许值。

为确保桩身垂直度偏差小于1%,施工机械安装就位时,应确保施工机械平稳,吊杆钩、转盘中心和桩位中心三点成一线,且钻杆的垂直度小于1%,并且在钻孔过程中经常检查钻杆的垂直度,始终保持钻杆垂直钻进;钻进中如遇到倾斜的硬质基岩时,应放慢钻进速度将钢丝绳卡紧,进行吊钻,直至磨出一个小槽为止,钻头才能顺其小槽进行正常钻进,若上述方法不行,则换筒式钻头,磨出一平台后,再换镶焊硬质合金刀头的笼式钻头,按正常方法进行钻进。成孔完毕后,应立即检查验收,紧随下一工序,吊放钢筋笼,浇筑混凝土,避免晾孔时间过长,造成不必要的塌孔,特别是雨季或有渗水的情况下,成孔不得过夜。

发生斜孔后,若斜孔较严重可向桩孔内回填块石和粘土块,然后用低锤密冲,反复矫正,可收到较理想的效果。如果倾斜的不严重,可以直接用冲锤予以矫正。

4断桩及其处理

由于操作失误、设备不良、沉降地质条件的影响均会造成断桩。断桩是指钻孔灌注桩在灌注混凝土的过程中,泥浆或砂砾进入水泥混凝土,把灌注的混凝土隔开并形成上下两段,造成混凝土变质或截面积受损,从而使桩不能满足受力要求。产生断桩的表现形式不尽相同,其原因是多方面的。常见的几种断桩形式有:一是由于混凝土坍落度过小,或由于石料粒径过大、导管直径较小,在灌注过程中堵塞导管,且在混凝土初凝前无法疏通好,不得不提起导管,形成断桩。二是由于运输或等待时间过长等原因使混凝土发生离析,又没有进行二次搅拌,灌注时大量骨料卡在导管内,不得不提出导管进行清理,引起断桩。或者由于水泥结块或者在冬季施工时因集料含水量较大而冻结成块,搅拌时没有将结块打开,结块卡在导管内,而在混凝土初凝前不能疏通好,造成断桩。三是灌注混凝土过程中,测定已灌混凝土表面标高出现错误,导致导管埋深过小,出现拔脱提漏现象形成夹层断桩。特别是钻孔灌注桩后期,超压力不大或探测仪器不精确时,易将泥浆中混合的坍土层误为混凝土表面。四是在灌注过程中,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。五是卡管现象也是诱发断桩的重要原因之一。由于人工配料(有的机械配料不及时校核)随意性大,责任心差,造成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,造成断桩。六是处理堵管时,将导管提升到最小埋置深度,猛提猛插导管,使导管内混凝土连续下落与表面的浮浆、泥土相结合,形成夹泥缩孔。七是坍塌。因工程地质情况较差,施工单位组织施工时重视不够,有甚者分包或转包,施工者谈不上有什么经验,在灌注过程中,井壁坍塌严重或出现流砂、软塑状质等造成类泥沙性断桩。这类现象在本工程的断桩中占有相当大的比例,较为严重。而且位置深、难处理,是导致工期无限延期及经济上大量浪费的重要因素之一。最后是由于其他意外原因(如机械故障、停电、材料供应不足等)造成混凝土不能连续灌注,中断时间超过混凝土初凝时间,致使导管无法提起,形成断桩。

断桩的预防:一是灌注砼前,应做好灌注砼的各项准备工作(设备、材料、人员等安排)及应急措施(卡管、断管、停水、人身伤寒)的临时处理,以保证灌注砼的连续性,尽量避免灌注过程中的停待。二是灌注用的砼应严格按照砼强度等级设计要求和有关规程配制,具有良好的流动性和易性,其坍落度宜保持在16-20cm。桩孔成孔后,必须认真进行清孔工作,避免隔时过长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时,要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm;当孔壁不易坍塌时,不大于20cm。对于柱桩,要求在射水或射风前,沉渣厚度不大于5cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔,所需设备不多,操作方便,清孔也较彻底,但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定。冲孔后要及时灌注砼,避免时间过久,孔底沉渣增厚。三是灌注前应用清水冲洗漏斗和导管,检查导管的对盘或丝扣联接是否密封。灌注过程中除做好灌注记录,还应随时观察、记录出现的一些现象,并及时分析判断灌注质量好坏或是否出现灌注事故。四是砼灌注过程中要及时上拔导管,但需严格控制上拔速度,不能过快以至超出桩孔内砼面。在灌注过程中要不断用特制的垂锤量测砼顶面深度,以控制导浆管的上拔量和最后次灌注深度,并绘制砼灌注曲线以监视断桩苗头的出现。最后,若在灌注砼过程中,突然停电、施工机械故障等因素,造成桩身砼灌注中断,待恢复正常施工时,砼已进入初凝时间,此时,应再次下钻头钻入一定深度,然后按正常桩身砼灌注程序继续灌注砼。

如果发生断桩,可尝试用以下三种方法进行处理:一是原位复桩。对在施工过程中及时发现和超声波检测出的断桩,采用彻底清理后,在原位重新浇筑一根新桩,做到较为彻底处理。此种方法效果好、难度大、周期长、费用高,可根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量等因素选择采用。二是接桩。比如:在灌注过程中发生导管焊口破裂。为确保工程质量,停止混凝土的浇筑并提前拔出导管。确定接桩方案,首先对桩进行声测确定好混凝土的部位;再根据设计提供的地质资料用混凝土进行护壁,然后按挖孔法混凝土施工方法进行混凝土的浇注。三是桩芯凿井法。这种方法说起来容易做起来难,即边降水边采用风镐在缺陷桩中心凿一直径为80cm的井,深度至少超过缺陷部位,然后封闭清洗泥沙,放置钢筋笼,用挖孔混凝土施工方法浇筑膨胀混凝土。此方法日进度比较慢,如果遇到个别桩水处理不好、降不下去,会使困难更加严重,导致质量、工期和经济上的重大损失。

5钢筋笼无法下放或上浮

灌桩施工中钢筋笼下放是一个很需要的环节。钢筋笼无法下放,原因是由于施工中有些施工班组为了省事,造孔泥浆中加入的黄泥过少或黄泥质量差,导致冲孔过程中泥浆相对密度、胶砂率、粘度不符合规范要求,无法将岩渣循环出孔外,岩渣粘在孔壁上形成大块的硬质结构物,钢筋笼下放时就卡在孔中。还有一种情况就是桩基钢筋笼设计普遍刚度不足,很易变形。处理钢筋无法下放的办法是在冲孔进程中常保证造孔泥浆的各项指标符合规范要求,清孔时保证造孔泥浆的相对密度、胶砂率、粘度、含砂率符合规范要求。与此同时,介绍两种常见的方法:一是木方加固法,即吊放钢筋笼视吊车的臂杆长度、起吊能力而定。一般不超过20米。超过20米时需考虑分节制作,分节安装。每个断面可分布多根方木(或架杆)。施工中注意木方错开布置,避免接口在同一断面上,降低刚度。还应注意钢筋笼底部增加木方数量并增加加强圈。吊钢筋笼时吊点设在距笼顶部1/4笼长处以减小钢筋笼吊装变形。将钢筋笼底部放入孔口后,转动钢筋笼,使其接近垂直。下放时先用铁丝钳剪断所能剪断的绑扎木方的铁线,下放钢筋笼。边下放边剪断所能够到的铁线。不用等1根木方上的铁线全部剪断后下放,待该根木方上所有铁线全部剪断且木方已随钢筋笼大部分进入孔内并已浸入水中时,木方会在水的浮力作用下迅速上浮。注意施工中的安全:不要被木方碰伤。如有木方顶在钢筋笼箍筋上无法上浮时,用木棍向内推一下可继续上浮。钢筋笼下至设计标高时,小心从孔内(笼内)取出全部木方,做好吊筋可进行下一步施工。这个方法的关键点是木方一定要绑在钢筋笼内部才能上浮。二是钢筋加固法,即用钢筋笼施工中的余料沿笼纵向作支撑,也就是在头下加强圈的底部开始至下一个加强圈顶部焊斜撑。注意斜撑不要焊在主筋上,以免焊伤主筋。起吊时使加强斜撑面铅垂于地面,使其充分受力,可使钢筋笼不变形。将钢筋笼底部放入孔内后,边下放边用气焊割掉斜撑钢筋。这个方法的关键点是不要落入孔内,以免卡住钢筋笼影响下放。

钢筋笼上浮经常发生在冲孔桩施工的最后环节,避免钢筋笼上浮的措施有:一是减少沉渣厚度:沉渣过厚尤其块状粘土,在和混凝土一起上升的过程中,非常容易使钢筋笼上浮。当钻进到设计孔深时,应冲孔1小时左右,并把钻头上携带的粘土块、孔底残留的粘土块搅碎,清干净。二是混凝土一定要搅拌好:当混凝土坍落度偏小或和易性差时钢筋笼易上浮,应严格控制混凝土配制、坍落度,坚决禁止使用不合格的混凝土。三是合理控制导管和钢筋笼的共同埋深。当混凝土面接近钢筋笼底部时,应控制导管的提升高度,使其不超过0.85m/min,或减少混凝土的出料量,以降低超压力F3;当混凝土面已进入钢筋笼时,应尽量减小导管埋深,边提升导管边灌注混凝土,把钢筋笼受力状态转变为合理状态。当混凝土面进入钢筋笼1-2m时,导管埋深应控制在2-3m之间。四是尽可能减少浇注时间:减少灌注时间,挣取在最短的时间灌注完混凝土,防止混凝土表面形成硬壳带动钢筋笼上浮。五是当灌注到钢筋笼底部时,应缓慢放料:缓慢放料减少对钢筋笼的冲力,直到埋住钢筋笼并且导管口也在钢筋笼内时才可加大放料速度。

还有一种非通长配筋钢筋笼上浮的处理措施:

当发现钢筋笼开始上浮时,应立即停止浇注,并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高,可拆除导管时必须拆除后再进行浇注,上浮现象可能消除。当钢筋笼已经上浮了,应准确计算导管埋深和已浇混凝土标高,在导管提升的最大限度内,快速提升,缓慢下放,反复几次,上升的钢筋笼可恢复原标高。灌注混凝土过程中,应随时掌握混凝土浇注标高及导管埋深。切不可因浮笼问题而把导管拨出混凝土面。

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