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浅谈钻孔灌注桩水下混凝土的灌注施工

浅谈钻孔灌注桩水下混凝土的灌注施工:灌注水下砼是钻孔灌注桩施工的重要工序,必须在成孔质量检验合格后方可进行。灌注过程中,应注意观察管内砼下降和孔内水位升降情况,及时测量孔内砼面高度,正确指挥导管的提升和拆除。整个灌注过程中应统一指挥,密切配合,做到快速、连续施工,以保证灌注桩的成品质量。

  摘要:钻孔灌注桩水下商品混凝土的灌注施工主要包括水下砼拌制机械的选择、灌注砼表面测深、导管埋深控制及水下砼的灌注等方面。灌注水下砼是钻孔灌注桩施工的重要工序,必须在成孔质量检验合格后方可进行。灌注过程中,应注意观察管内砼下降和孔内水位升降情况,及时测量孔内砼面高度,正确指挥导管的提升和拆除。整个灌注过程中应统一指挥,密切配合,做到快速、连续施工,以保证灌注桩的成品质量。

  关键词:钻孔灌注桩水下商品混凝土;灌注施工

  随着高层建筑施工技术的日渐成熟,高层建筑已经大规模的应用于办公和民用住宅,对相应的地基处理要求也越来越严格,钻孔灌注桩作为其中的一种地基处理技术,其应用日渐广泛。

  一、钻孔灌注桩水下砼拌制机械的选择

  (一)砼拌合机数量

  可根据一台拌合机的生产率、需要灌注的砼数量和适当的灌注时间计算。延长灌注时间虽然可减少拌合机数量和劳动力,但灌注时间过长容易发生灌注质量事故和塌孔事故。如过分地压缩灌注时间,则会不必要地增加设备和劳动力。根据目前的施工经验,适当的灌注时间按桩长而变化(见表1):

  砼拌合机数量n可按下式计算:

  N=V/HP

  式中:V――钻孔中应灌注的砼数量,包括桩顶超灌高度和扩孔体积(m3),扩孔率取1.1-1.2;H――适当灌注时间,可查上表;P――砼拌合机生产率,m3/h。

  P=V0εSα

  其中:V0――每次拌制的砼体积,m3;ε――为拌合机的时间利用系数,一般取0.9-0.95;S――每小时的拌料次数;α――拌合机的体积利用系数,一般取0.75-0.85。

  计算出的n值应取整数。另外还应有备用台数,以备在机械发生故障时换用。

  (二)砼拌合机类型

  宜采用强制式而不宜采用滚筒自落式,其容量不宜小于400l。

  二、灌注砼表面测深和导管埋深控制

  (一)测深

  灌注水下砼时,应探测水面或泥浆面以下的孔深和所灌注的砼面高度,以控制沉淀层厚度、埋导管深度和桩顶高度。如探测不准确,将造成沉淀过厚、导管提漏、埋管过深,因而发生夹层断桩、短桩或导管拔不出事故。因此测深是一项重要工作,应采用较为准确、快速的方法和探测工具。测深的方法有许多,以下重点介绍常用的测深锤法和钢管取样盒法。

  1、测深锤法。目前多采用绳系重锤吊入孔中,使之通过泥浆沉淀层而停留在砼表面(或表面下10cm-20cm),根据测绳所示锤的沉入深度作为砼的灌注深度。本法完全凭探测者手中所提在接触砼顶面以前与接触砼顶面以后不同重力的感觉而判断。测锤未接触砼顶面时手中所感到的重力是测锤重加测绳重减测锤和测绳在泥浆(或水)中的浮力再减测锤和测绳在泥浆中的静切力(如在水中探测本项可忽略计)。当测锤接触到砼面以后,手中所感到的重力是测绳重减测绳在泥浆中的浮力减测绳在泥浆中的净切力。前后重力相差只是测锤在泥浆中减去其浮力和静切力后的重力。因此,如测锤太轻或其容度太小,而测绳又太重,使锤比测绳重不了多少,则探测者的手对前后重力不同的感觉就较为迟钝。当测深桩在测锤快接近桩顶面时,由于沉淀增加和泥浆变稠的原因,更容易发生误差。因此测深桩的测锤以重一些为好。为防止测深锤接触砼表面后陷入太深,以平底为宜,且底面积不宜太小。一般制成圆锥形,锤重不宜小于40N。禁止使用其他不符合要求的方法。测绳用质轻、拉力强、遇水不伸缩,标有尺度之测绳如尼龙皮尺为宜。测绳应经常用钢尺校核,每根桩应在灌注前至少校核一次。探测时须仔细,并以灌入的砼数量核对。

  2、钢管取样盒法。用每节长约1m-2m的钢管,钢管一端为阳螺纹,另一端为阴螺纹,可以互相套入拧紧接长;钢管最下端设一铁盒,上有活盖,用细绳系着随着钢管向上引出。当砼灌注接近结束时,泥浆沉淀增厚,泥浆的相对密度、粘度和静切力增加,仅靠测锤不易测准,可用上述钢管取样盒插入混合物内,牵引细绳将活盖张开,混合物进入盒内,然后提出钢管,鉴别盒中之物是砼还是泥渣。不论采用何种探测仪具,当砼灌注至桩顶时,均使用取样盒作出正确鉴定。

  (二)导管埋深控制

  灌注砼时,导管埋入砼的深度一般控制在2m-6m范围之内。当拌合物内掺有缓凝剂、灌注速度较快、导管较坚固并有足够的起重能力时,可适当加大埋深,但最好也不要大于8m。拔管前仔细探测砼面深度。用测深锤测深时,需由两人用两个测锤测深并相互校对,防止误测。

  三、水下砼的灌注

  灌注水下砼是钻孔灌注桩施工的重要工序,成孔经质量检验合格后,方可开始灌注工作。

  灌注前,对孔底沉淀层厚度应再进行一次测定。如厚度超过规定,可用喷射法向孔底高压射水3min-5min,使沉渣悬浮,然后立即灌注首批水下砼。

  将首批砼灌入孔底后,立即探测孔内砼面高度,计算出导管的埋植深度,如符合要求,即可正常灌注。如发现导管内大量进水,表明出现灌注事故,应立即将导管拔出,将散落在孔底的砼拌合物用反循环钻机的钻杆通过泥石泵吸出,或者用空气吸泥机、水力吸泥机以及抓斗清出,不得已时需要将钢筋笼提出采取复钻清除。然后重新下放骨架、导管并投入足够储量的首批砼,重新灌注。

  灌注应紧凑、连续地进行,严禁中途停工。在灌注过程中,要防止砼拌合物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底,使泥浆内含有水泥而变稠凝结,致使测深不准确。灌注过程中,应注意观察管内砼下降和孔内水位升降情况,及时测量孔内砼面高度,正确指挥导管的提升和拆除。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中,逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架,可转动导管,使其脱开钢筋骨架后,移到钻孔中心。当导管提升到法兰接头露孔口以上有一定高度,可拆除1节或2节导管(视每节导管长度和工作平台距孔口高度而定)。此时,暂停灌注,先取走漏斗,重新系牢井口的导管,并挂上升降设备,然后松动导管的接头螺栓或快速接头,同时将起吊导管用的钓钩挂上待拆的导管上端的吊环,待螺栓全部拆除或快速接头拆除后,吊起待拆的导管,徐徐放在地上,然后将漏斗重新插入井口的导管内,校正好位置,继续灌注。拆除导管动作要快,时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中;注意安全;已拆下的导管要立即清洗干净,堆放整齐。

  灌注过程中,当导管内砼不满,含有空气时,后续砼要徐徐灌入,不可整斗地灌入漏斗和导管,以免在管内形成高压气囊,挤出管节间的橡皮垫,而使导管漏水。

  当砼面上升到钢筋下端时,为防钢筋骨架被砼顶托上升,可采取以下措施:尽量缩短砼总的灌注时间,防止顶层砼进入钢筋骨架时砼的流动性过小,建议使用缓凝剂、粉煤灰等增大其流动性;当砼面接近和初进入钢筋骨架时,应使导管底口处于钢筋笼底口3m以下和1m以上处,并徐徐浇注砼,以减小砼从导管底口出来向上的冲击力;当孔内砼进入钢筋骨架4m-5m以后,适当提升导管,减少导管的长度,以增加骨架在导管以下的埋植深度,从而增加砼对钢筋的握裹力。

  为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上应增加一定高度,以便灌注结束后将此段砼清除。增加的高度,可按孔深、成孔方法和清孔方法确定,一般不小于0.5m,长桩不小于1m。砼灌注到设计标高时,工地值班人员要计算还需要的砼数量(计算时应将导管内及砼输送泵的砼量估计在内),通知拌合站按需要数拌制,以免造成浪费。

  为减少以后凿除桩头的工作量,可在灌注结束后,砼凝结前,挖除多余的一段桩头,但应保留10cm-20cm,以待随后修凿,接浇墩柱或承台。旱地施工用的钢护筒,如需回收,可在灌注结束、砼初凝前拔出。当使用两半式钢护筒或木护筒时,需要待砼强度达到5Mpa后方可拆除。

  在灌注将近结束时,由于导管内砼柱高度减小,超压力降低,而使导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,相对密度加大。如在这种情况下出现砼顶升困难时,可在孔内加水稀释泥浆,并掏出部分沉淀土,使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段导管时,拔管速度要慢,以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。

  在灌注砼时,每根桩应至少留取两组试体,桩长在20m以上不少于3组;桩径大、浇注时间很长时,不少于4组。如换工作班时,每工作班都应制取试件。试件应施加标准养护,强度测试后应填试验报告表。强度不合要求时,应及时提出报告,采取补救措施。

  四、常见灌注事故的预防及处理

  灌注水下砼是成桩的关键性环节,如出现事故时,应分析原因,采取合理的技术措施,及时设法补救,对于确实存在缺点的钻孔桩,应尽可能设法补强,不宜轻易废弃,造成过多的损失。经过补救、补强的桩须经认真的检验认为合格后方可使用。对于质量极差,确实无法利用的桩,应与设计单位联系采用补桩或其他措施。

  (一)卡管

  在灌注过程中,砼在导管中下不去,称为卡管。卡管有以下两种情况:

  1、初灌时隔水栓卡管;或由于砼本身原因,如塌落度过小、流动性差、夹有大卵石、拌合不均匀,以及运输过程中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送砼未加遮盖等,使砼中的水泥浆被冲走,粗集料集中而造成导管堵塞。处理办法可用长竿冲捣管内砼,用吊绳抖动导管,或在导管上安装附着式振捣器等使隔水栓下落。如仍不能下落时,则须将导管连同其内的砼提出钻孔,进行清理休整,然后重新吊装导管,重新灌注。提管时应注意到上重下轻,要采取可靠的措施防止翻倒伤人。

  2、机械故障或其他原因使砼在导管内停留时间过久,或灌注持续时间过长,最初灌注的砼已经初凝,增大导管内砼下落的阻力,砼堵在管内。其预防办法是灌注前应仔细检修灌注机械,并准备备用机械,发生故障时立即调换备用机械;同时采取措施,加速砼灌注速度,必要时,可在首批砼中加入缓凝剂,以延缓砼的初凝时间。当灌注时间已久,孔内首批砼已初凝,导管内又堵塞有砼,此时应将导管拔出,重新安设钻机,利用较小钻头将钢筋笼以内的砼钻挖吸出,用冲抓锥将钢筋骨架逐一拔出。然后以粘土掺砂砾填塞井孔,待沉实后重新钻孔成桩。

  (二)塌孔

  在灌注过程中如发现井孔护筒内水位忽然上升溢出护筒,随即骤降并冒出气泡,应怀疑是塌孔征象,可用测深仪探头或测深锤探测。如测深锤原系砼表面上未取出的现被埋不能上提,或测深仪探头测得的表面深度达不到原来的深度,相差很多,均可证实发生塌孔。

  塌孔原因可能是护筒底脚周围漏水,孔内水位降低,或在潮汐河流中涨潮时,孔内水位差减小,不能保持原有的静水压力,以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等,均有可能引起塌孔。

  发生塌孔时,应查明原因,采取相应的措施,如保持或加大水头、移开重物、排除振动等,防止继续塌孔。然后用吸泥机吸出塌入孔中的泥土;如不继续塌孔,可恢复正常灌注。如塌孔仍不停止,坍塌部位较深,宜将导管拔出,将砼钻开抓出,同时将钢筋抓出,只求保持孔位,再以粘土掺砂砾回填,待回填土沉实时机成熟后,重新钻孔成桩。

  (三)埋管

  导管无法拔出称为埋管,其原因是:导管埋入过深,或导管内外砼已初凝使导管与砼间摩擦力过大,或因导管提升过猛将导管拉断。

  预防办法:应按前述要求严格控制埋管深度一般不得超过6m-8m;在导管上端安装附着式振捣器,拔管前或停灌时间较长时,均应适当振捣,使导管周围的砼不致过早地初凝;首批砼掺入缓凝剂,加速灌注速度;导管接头螺栓事先应检查是否稳妥;提升导管时不可猛拔。

  若埋管事故已发生,初时可用千斤顶试拔。如仍拔不出,凡属并非因砼初凝流动性损失过大的情况,可插入直径稍小的护筒至已灌砼中,用吸泥机吸出砼表面泥渣,派潜水工下至砼表面,在水下将导管齐砼面切断;拔出小护筒,重新下导管灌注。

  参考文献:

  1、建筑施工手册[M].哈尔滨地图出版社,2003.

  2、港口工程灌注桩设计与施工技术规范(JTJ248-2001)[Z].

  3、水下商品混凝土施工技术规范[Z].

 

 

 

  4、建筑地基基础工程施工质量验收规范[Z].

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