钻孔灌注桩水下混凝土灌注施工要点_钻孔桩水下混凝土灌注
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京沪高铁德禹特大桥DK344～359段
钻孔桩水下混凝土灌注
事故预防处理措施
编制：
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中铁一局京沪高铁土建二标项目经理部
五工区
二OO八年五月十日
德禹特大桥DK344～DK359段桩基工程采用钻孔灌注桩，共计3838根。钻孔灌注桩数量大，桩身长，施工质量的优劣直接关系到桩基工程质量，关系到整个工程的质量。现对其施工作以下要点分析： 1.钻孔桩混凝土灌注操作技术 1.1.首批砼灌注
砼灌注量与泥浆至砼面高度、砼面至孔底高度、泥浆的密度、导管内径及桩孔直径有关。
孔径越大，首批灌注的砼量越多，由于砼量大，搅拌时间长，因此可能出现离析现象，首批砼在下落过程中，由于和易性变差，受的阻力变大，常出现导管中堵满砼，甚至漏斗内还有部分砼，此时应加大设备的起重能力，以便迅速向漏斗加砼，然后再稍拉导管，这样能使砼顺利下滑至孔底，下灌后，继续向漏斗加入砼，进行后续灌注。1.2.后续砼灌注
后续砼灌注中，当出现非连续性灌注时，漏斗中的砼下落后，应当牵动导管，并观察孔口返浆情况，直至孔口不再返浆，再向漏斗中加入砼，牵动导管的作用如下：
1.2.1．有利于后续砼的顺利下落，否则砼在导管中存留时间稍长，其流动性能变差，与导管间磨擦阻力随之增强，造成水泥浆缓缓流坠，而骨料都滞留在导管中，使砼与管壁摩擦阻力增强，灌注砼下落困难，导致断桩，同时，由于粗骨料间有大量空隙，后续砼加入后形成的高压气囊，会挤破管节间的密封胶垫而导致漏水，有时还会形成蜂窝状砼，严重影响成桩质量。
1.2.2．牵动导管增强砼向周边扩散，加强桩身与周边地层的有效结合，增大桩体摩擦阻力，同时加大砼与钢筋笼的结合力，从而提高桩基承载力。1.3后期砼的灌注
在砼灌注后期，由于孔内压力较小，往往上部砼不如下部密实，这时应稍提漏斗增大落差，以提高其密实度。1.4.砼灌注速度
再控制砼初凝时间的同时，必须合理地加快灌注速度，这对提高砼的灌注质量十分重要，因此应做好灌注前的各项准备工作，以及灌注过程中各道工序的密切配合工作
2.钻孔灌注桩易发事故的预防及处理 2.1 导管进水的主要原因
a.首批混凝土量不足或导管悬空过大,致使首批混凝土不能埋住导管,泥水从导管底口进入。
b.灌注中提升导管过猛过高或测深错误,导致导管底口脱离混凝土顶面,底口涌入泥水。
c.导管脱落,泥水从上口涌入。
d.导管接头不严密,螺栓不紧或法兰变形;胶垫被高压气冲破焊缝开裂;导管掉落引起的导管被高压气和混凝土撕裂。出现以上事故要查明原因,以便采取相应的技术措施。灌注前应认真测量孔深和导管长度,准确计算料斗,导管容量及首批混凝土量并严格控制导管悬空。导管悬空一般控制在0.2m～0.4m范围内并根据孔径大小、孔深、导管粗细、料斗大小、沉淀多少和孔底采用相应值。一般孔径越大,孔深越深,导管越粗,沉淀越少,平孔底要采用低值,反之可悬空大些。
首批混凝土下去后应立即测量导管内外混凝土深,根据导管深度计算导管埋深。如果导管没有埋住,导管已进水,应立即提出导管,将散落孔底的混凝土与泥水混合物用空气吸泥机或抓斗清出。没有以上设备的可迅速提出钢筋笼，二次下钻清孔。
灌注中,导管要严格控制埋深在2m～6 m范围内,注意不要拔脱导管,并准确测量混凝土面上升高度,随时与实灌混凝土量理论上升高度验证。计算时应结合地质资料考虑必要的充盈量及扩孔缩径等因素。
导管是灌注成败的关键因素,因此,灌前要认真检查导管吊绳是否牢固,连接是否坚实可靠,同时上卸导管工人应加强责任心,严格操作,清净法兰盘上的泥水,混凝土等杂物,拧紧螺栓。法兰变形,垫子破损,螺丝已损伤的坚决换掉。导管在使用前和使用一段时间后,要做一做承压和水密实验,千万不可大意。导管底口可以在环外缘焊一根φ8mm～10mm圆钢予以加强加固,防止底口外翻。
因导管脱落造成的自上口进水的事故处理比较简单。出现此类事故后可先行打捞起导管,用水泵将管内泥水抽干,然后边注入清水清洗导管内壁边抽边洗至洗净抽干。此时管内混凝土面上口仍会留有少量泥水。接下来将导管上提,导管埋深控制在0.5m左右,测量管内混凝土深度。计算并注入适量新的混凝土(以能充分排出泥浆为宜),继续灌注。当新的混凝土将泥水充分排出后,再将导管向下插入0.5m左右,继续灌注至终结。第二次插入时导管底口以上的混凝土应视作浮浆,以后的导管埋深要超过此时导管埋深的1m以上,并且这些浮浆要在灌注终结时预留出来,以便凿除。
2.2 卡管产生的主要原因 a.初灌时隔水塞(栓)卡管。
b.混凝土原因卡管。如混凝土塌落度过小、和易性差、离析、拌合不均匀,粗骨料过于集中及混凝土中夹有大块砖石、卵石、水泥结块、混凝土块等原因,都可能造成卡管。
c.导管原因卡管。如导管漏水造成管内混凝土在自重作用下泌水离析,形成混凝土堵塞。
d.机械故障或其它原因造成中止混凝土灌注时间过长时,管内混凝土会离析,和易性变差、管内底部混凝土会泌水形成堵塞。
e.其它原因造成的卡管。如导管坠落使导管底口内翻,减小了内径,会积存混凝土,使混凝土流动不畅,极易造成卡管。
卡管事故处理时一般都比较困难,因此要注意预防避免卡管。导管用前用后冲洗干净,清除附着于内壁上的混凝土,整平导管凹陷,使管内平滑流畅。另外灌前要注意检修机械设备,使其保持良好的工作状态并准备必要的备用机械设备。拌制混凝土应达到要求,料物注意不要挟带大块固体。同时要加强组织的协调性,尽量使混凝土灌注保持其连续性、快速性,减少中断时间。因故中断时可间隔10min左右,上下小幅提动并转动导管、使管内混凝土间断性下行,也可减少卡管机会。轻度卡管可采用长杆冲捣或用卷扬机快速上下提动导管,使管通畅。但较重卡管时,以上办法往往不能奏效,反而会因振动加快粗骨料下沉,加快混凝土离析,加重卡管。出现这种后果后,只有提出导管,清理后再作处理。处理办法可参照前面介绍的二次灌注等办法。
2.3 埋管
导管不能从混凝土中提出,我们称之为埋管。造成埋管的主要原因有导管埋深过大,灌注时间过长、混凝土已初凝,塌孔严重等原因。埋管轻则损坏导管,重则毁桩。其危害不亚于卡管。因此灌注时间尽量不要太长,导管埋深要严格控制在2m～6m范围内。千万不要以为翻浆还很好就不会埋管而使其埋深过大。实践表明,多数埋管都是因为这样大意而造成的。
一旦发生埋管,可先卸掉料斗,用卷扬机或吊车直接吊拉导管。吊拉时应全力、小幅、间隔、快速提动导管,不可猛提硬拉,待导管活动开后再提卸。一般经过这样折腾后的导管尤其是法兰变形严重,应检修并做水密实验,合格后再用。
2.4 塌孔、缩径
塌孔的判断主要应依据实测灌注混凝土量计算混凝土面上升高度与实测值的差值。如果差值突然变大即混凝土上升速度突变,在正常翻浆情况下,应疑为塌孔。轻度塌孔要以继续灌注,重度塌孔宜填实重钻。
缩径主要同地质情况有关。例如砂层或富水层,如果停钻到灌注时间间隔太长,孔内泥浆会在自重作用(静水压)下失水,水向砂层渗透,泥则附着于孔壁越积越厚,从而加厚了泥壁,减小了孔径;又如处于地下水位线以上的粘土层会吸夺泥浆中的水份,加厚泥壁的同时自身膨胀,也会减小孔径;再如砂土层钻进过快,钻头尺寸不够也是缩径的一个原因。以上这些原因在下钢筋笼前先下一个同孔一样粗细的孔规,预先检测一下都能够发现并予以纠正,另外再把停钻到灌注控制在4h以内,这样就不会造成缩径的后果了。
2.5 短桩头
出现短桩头主要原因是灌注临近终了时误测所致。因此灌注结束前,由于浆渣过稠,要加重测锤,增多施测点。测量时轻轻上下提动测锤。使之渐渐深入,直至提出后测锤粘有混凝土浆为止,即可测量准确。同样,灌注过程中。也应如此测量,同时凭着测量时对测绳的感觉也能区别泥浆、砂浆和混凝土。泥浆滑腻,砂浆沙松,混凝土有石子的碰撞且较难测入,这些感觉只有有一定经验的人才能感觉到。当然桩顶设计较浅的,也可以插入木杆或钢筋,持提出后观察所粘水泥浆测量,更直观。
一般短桩头短少混凝土高度不是很大,可以凿除桩头后补足或结合上部施工。
2.6 断桩、夹泥、夹心
造成断桩、夹泥、夹心的原因很复杂,而大多数原因又不易发觉,只有经过检测后才能发现。其主要原因有：
a.以上各种事故引起的必然或次生结果。
b.灌注时间过长,首批混凝土已初凝,流动性降低,续混凝土灌冲破首批混凝土面上升,致使两层混凝土中间夹有泥浆渣土。
c.清孔不彻底或提钻时粘连在钻头上的泥石块掉落孔内。当首批混凝土巨大冲击力将这些渣块托起到一定高度时,由于混凝土面的不均匀上升或托浮力减小,使这些渣块留裹在混凝土内造成夹泥。灌注中局部塌孔也会造成夹泥。
d.灌注时间过长,初凝混凝土粘在导管外壁,并随着终结时导管的提出而提出,使桩顶部出现竖向空洞或夹泥。
e.质量不合格混凝土灌入造成断桩。如偶有一盘严重离析的混凝土灌入或洗刷拌合机的水灌入会在桩内形成一层相对均匀的粗料隔离层。
f.导管提脱或导管埋深较小底口己到浮浆层,造成续灌混凝土同已灌混凝土连接不良,强度降低或断桩。
g.大幅上提导管后又落下,泥浆容易随导管挟带进入混凝土后留在混凝土内形成夹心。断桩、夹泥、夹心这些事故只有在成桩检测后才能发现,这就要求我们要采取相应技术措施,预防和避免此类事故的发生。如灌前认真检测增多放测点,尽量减少孔内沉淀物;灌注中通力合作,尽量缩短灌注时间;严格混凝土拌制,不合格混凝土严禁灌入;避免导管大幅提落;提卸导管时小幅振动,减少混凝土的带出,尤其是结束前提管更应如此。
2.7 钢筋笼上浮
钢筋笼随着混凝土灌入而上升的现象我们称之为钢筋笼上浮。这种现象多是因为混凝土上升托浮所致、多发生在笼底离孔底有一段距离,笼重量较轻,桩径小于1.2m,尤其是1m以内的灌注桩。桩径1.2m以上的较少见．当混凝土埋住钢筋笼一定深度,导管底口又在笼底以下时,导管底口以上混凝土会随着继灌混凝土整体上升,并对钢筋笼施以向上的摩擦托浮力,这个力不断加大,在克服笼体自重力及笼同孔壁磨擦力后就会使笼子上升。因此,当发现笼子上浮时应当提卸导管,尽量减小导管埋深,使其底口高于笼底,减小托浮力．采取以上措施后,笼子就会停止上浮．另外,导管也能挂住笼子上升．如果轻提导管,笼子随着导管上提而上升,且上升幅度一致,则属于这种情况．此时,只要轻轻转动导管,笼子一般会自行落入,反之,笼子上升与提动导管无关,而是随着续灌混凝土而上升,则是混凝土托浮所致,应提卸导管,提卸导管后还上升的,应结合上部加压的办法,同时放慢灌注速度,减少每盘混凝土数量。采取以上措施后,一般笼子都会停止上浮。
钢筋笼已经上升,且上升幅度不大,在采取以上措施后,在笼顶施压,笼子会慢慢沉下;发现较晚或上升幅度较大的,则很难使其再恢复到初始状态。因此,笼顶位置高的,应同上部灌注设备焊牢;笼顶位置较深的应在笼顶焊一钢筋并露出浆面,以便随时观察。
通过以上几种常见事故的分析不难看出,导管和混凝土是水下灌桩的关键因素。因此,灌前要积极准备,仔细检修设备机具,使其保持良好的工作状态,并准备相应的备用机具;认真检查导管的封闭性、吊具的牢固性。灌注中明确分工,密切配合,统一指挥。协同作战,做到连续、快速施工,打好每一盘混凝土,灌成高质量的水下混凝土,防止质量事故的发生。
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