隨著我國近幾年山區高速公路的不斷發展,公路橋樑的修建也逐步增加。橋樑的樁基礎對於橋樑的重要性不言而喻,今天和大家一起來探討一下公路橋樑中常見的樁基施工技術都有哪些?(文中一些圖示範例來源於網絡)
一、樁的分類
1、按樁數分
單樁:僅一根樁
排樁:為一排多根樁
群樁:為多排多根樁
2、按所處位置分
水下樁:樁位處於水下
水上樁:樁位處於水上
3、按制樁方法分
預製樁:先預製再打設到位的樁
灌注樁:先成孔再灌注成型的樁
4、按成樁施工方法分
人工挖孔樁:人工開挖成孔再成樁
鑽孔灌注樁:採用鑽機鑽進成孔再成樁
打入樁:將預製樁打入地基中,預製樁有木樁、鋼管樁、鋼筋混凝土樁、PHC樁,等等
5、按成樁方法分
非擠土樁:不擠壓樁側土體
部分擠土樁:部分擠壓樁側土體
擠土樁:樁擠壓樁側(底)土體
6、按受力特點分
摩擦樁:樁頂荷載全部由樁側阻力來承擔
端承摩擦樁:樁頂荷載主要由樁側阻力來承擔
端承樁:樁頂荷載由樁端阻力來承擔
摩擦端承樁:樁頂荷載主要由樁端阻力來承擔
7、按樁的使用功能分
抗壓樁:承擔樁頂傳來的壓力(通常)
豎向抗拔樁:樁承擔向上的拉力
水平受荷樁:樁頭承擔水平荷載
復合受荷樁:樁承擔復合荷載
8、按樁的截面形狀分
圓樁:樁的橫截面為圓形(管樁為空心)
方樁:樁的橫截面為方形
異形樁:樁的橫截面為圓端形、橢圓形或多邊形的樁,等等
9、按樁長方向的空間位置分
豎直樁:樁的軸線為豎直線
水平樁:樁的軸線為水平線
傾斜樁:樁的軸線與水平線成一定夾角
10、按樁長度方向的形狀分
等截面樁:樁在樁長範圍內的截面相同
變截面樁:樁在樁長範圍內的截面不同
二、常用樁基的施工
1、常見公路橋樑樁基施工方法
人工挖孔樁:適用於水上或滲水較小的地層,採用人工開挖成孔後再成樁
鑽孔灌注樁:適用於水下或滲水較大的地層中,採用衝擊鑽機、沖抓鑽機、旋轉鑽機、旋挖鑽機等機械設備鑽進成孔後再成樁
打入樁:常採用柴油打樁錘或振動打樁錘打入預製鋼管樁,做平台或棧橋的支撐;打入PHC樁作為橋樑的樁基
2、人工挖孔樁施工
適用範圍:干處,較穩定地層
施工準備:核圖,編寫施工方案、細則,技術交底,場平放樣,準備材料、設備,混凝土配合比,施工用水、電、路、訊,人員,等。
挖孔設備:儲料斗,提升機,提升繩,換風機,梯子,拌合機,振搗器,護壁內模板,強提保險繩,安全帽,防護裝置,等。
挖孔施工:分段逐段下挖至設計深度。
施工安全注意事項:
到孔下的作業人員必須系好安全帶並掛上固定於孔口上的強提保險繩;孔內有滲水時要及時抽出;孔內有有害氣體(定期檢測)時,經動物試驗後再作業,並及時送風換氣;孔內與孔上人員隨時溝通,有緊急情況時要採用強提保險繩將孔內的人員救出孔外;提升除渣及下放料斗時,孔內作業人員停止施工並處於防護罩下方。
安裝鋼筋籠:挖孔成孔後,吊車等配合分節安裝至完成
樁身混凝土澆註:干處時,採用串筒將混凝土注入孔內(防離析)待澆處並振搗密實 ;有較多積水時,採用澆注水下混凝土的方法施工。
3、鑽孔灌注樁施工
1)適用範圍:適用於水下或滲水較大的各種地層中的基樁的施工
2)鑽孔方法:衝擊鑽機成孔、沖抓鑽機成孔(現不常用) 、旋轉(迴旋)鑽機成孔、旋挖鑽機成孔
3) 衝擊鑽機成孔施工
施工準備:核圖,編寫施工方案、細則,技術交底,場平放樣、施工平台、護筒、水、電、路、訊及起吊、運輸設備準備,確定混凝土配合比,鑽機、鑽頭選型進場,粘土、片石備料,人員,等
鑽孔:造漿採用拋填優質粘土,孔內衝擊造漿
泥漿指標為:比重1.15~1.25,粘度16~17s,PH值6.5。將所有護筒在上部開槽連通(群樁),沒有開鑽的孔位作為沉澱池使用
鑽進時:應小衝程、勤吸渣、勤檢查、勤測量,防止鑽進過程中卡鑽、掉鑽和孔偏位,嚴禁打空錘。並同時做好施工記錄,若實際岩層變化與設計不相符時及時向相關部門反映。
終孔檢查:當鑽孔達到設計終孔標高後,對孔深、孔徑、孔位和孔形進行檢查,然後填寫終孔檢查證,並及時通知監理工程師到現場檢查驗收。
4) 旋轉鑽機成孔施工
施工準備:核圖,編寫施工方案、細則,技術交底,場平放樣,施工平台、護筒、材料、設備、用水、電、路、訊、人員準備,混凝土配合比確定,鑽機(正、反循環) 、鑽頭選型進場,製備泥漿,等。
鑽孔:砂層中鑽進,泥漿質量是鑽孔成敗的關鍵,鑽孔的全過程,必須嚴格控制泥漿的各項技術指標(如表,加※者為每次檢測必測項目)
打樁船
鑽孔過程中:均採用優質膨潤土和外摻劑Na2CO3造漿(約3%)。砂層中鑽進,補漿量為鑽進單位體積的2倍左右,岩層中鑽進,補漿量根據岩層的完整情況為單位體積的1.0-1.2倍。
嚴格控制粘度:砂層內19-21s,岩層內19s左右。終孔時19s,此時控制比重1.06-1.10t/m3,砂率降至1%左右。鑽孔和清孔的全過程,孔內補入的應是合格泥漿,除可以造漿的岩層外,孔內一般不得投入清水。
超壓水頭:鑽孔和清孔全過程,孔內超壓水頭始終保持在2.0-2.5m。
兩次清孔:均採用抽漿法清孔。
鑽孔至要求的孔底標高時,將鑽頭提離孔底15cm,利用鑽機的氣舉反循環進行第一次清孔,一般2-3小時,待各項泥漿指標合格,尤其是砂率,岩層內清孔應降至1%以內,開始提鑽。
二次清孔在灌注水下砼前,在砼導管中插入一根φ57×3m鋼管作風管,形成空氣吸泥機清孔,導管上連接膠管,將清孔泥漿排入循環孔護筒(沉澱池),沉澱後再進入施工孔循環。浮吊吊起導管在護筒內移動,清理孔底沉渣,檢測吸出的泥漿和孔深均符合要求後,拆除膠管和風管,安裝漏斗,開始灌注水下砼。
清孔導管及懸掛式風包
檢孔:成孔後用(DM-686III型)超聲波測壁儀檢測成孔直徑,孔壁傾斜度和孔壁平整情況。
孔壁自上至下,豎直刻劃線的偏移值與孔深之比值為傾斜度≤1%,實際成孔的偏移值在0.3%-0.5%。局部孔壁平整度不符合要求,採用掃孔處理合格。
5) 旋挖鑽機鑽進成孔
施工準備:核圖,編寫施工方案、細則,技術交底,場平放樣,施工平台、護筒、材料、設備(砼拌運、鋼筋制安等) 、施工用水、電、路、訊、人員準備,混凝土配合比確定,鑽機、鑽頭選型進場,製備護壁泥漿
鑽孔:逐斗旋挖取土成孔直至樁底,同時在孔內補充合格的護壁泥漿
檢孔:鑽孔完成後進行檢孔,達到要求後待下鋼筋籠
採用旋挖鑽斗作業
6) 鋼筋籠安裝
鋼筋骨架採用擠壓接頭或直螺紋接頭,每樁鋼筋籠骨架分節製作,胎具成型,每節長9.0m( 12.0m),吊機起吊,在孔口拼接完成放入孔內;
對於旋挖鑽機鑽進成孔的,鋼筋籠骨架應在樁位附近預先分節製作、拼接完成,待清孔完成後即能儘快安放,並儘快澆注混凝土成樁(防塌孔)。
接鋼筋籠
7) 灌注基樁混凝土
灌注水下砼成樁:預先做好材料、拌合站、配合比試配與驗證、儲料罐、導管及其預檢等準備,混凝土(緩凝時間15h左右,坍落度18-22cm) 滿足要求。導管用φ299×10mm無縫鋼管,快速絲扣接頭。撥球法灌入砼封底,導管距孔底0.3m-0.4m,封底後孔內砼厚2m以上,導管埋入砼1.0m以上。澆注過程中導管埋深始終保持在2-6m之間。
灌注基樁混凝土
8) 成樁檢測
成樁質量檢測:為檢測鑽孔樁砼質量,全部採用超聲波無破損檢測,業主和承包商分別委託有資質的專業檢測單位檢測(特大橋按總量的5%鑽取岩芯破損檢測)。如檢測結果均合格,則對檢測管內壓漿,基樁施工完成;否則,應進行處理至合格。
4、打入樁施工
適用範圍:一般用於水下基礎(房建除外)
打入樁:常為採用柴油打樁錘或振動打樁錘,打入預製的鋼管樁,做平台或棧橋的支撐;打入PHC樁做橋樑的樁基;打入預製的鋼筋混凝土樁做房屋的基礎。
三、樁基施工易出現的質量問題及處理
1、塌孔
分為成孔過程中的塌孔、成孔後塌孔和澆注混凝土時的塌孔。
挖孔遇流砂地層時塌孔,可採用減短每節護壁的高度,在土層中適當打入樁,在護壁混凝土中加入速凝劑等措施,使護壁儘快穩定。
鑽孔時塌孔,可採用重新造孔護壁(沖孔)、增加合格泥漿濃度、增大超壓水頭、填注部分混凝土(片石)等措施。
成孔後塌孔,採用清孔後重新成孔。施工中應合理組織,保證工序銜接的連續性和及時性(特別是旋挖樁),減少塌孔幾率。
澆注混凝土時塌孔,採用立即停澆並清孔後重新澆注或重新成孔後澆注。
2、掉鑽落物
在岩層中鑽進時(鄂黃橋例),由於鑽杆接頭滑絲,鑽頭(包括兩根鑽杆)掉在孔中,用專用打撈器插入鑽杆中,將鑽頭提出孔口外;在鑽進中發現鑽機有劇烈振動,提出鑽頭,發現有兩把滾刀脫落掉入孔中,採用電磁鐵將其吸出。
3、卡鑽
地層軟硬不均致倒錘(沖孔時)卡鑽、粘錘或錘頭加大後快衝造成。採用填片石、錘頭加大後填料再沖的方式處理。
4、埋鑽
塌孔埋鑽後,採用吸出埋鑽處以上部分的坍塌物,再提出鑽頭
5、鑽孔漏漿
如發現孔內水頭無法保持,分析已發生漏漿,由於護筒埋深不夠、護壁不好、遇到溶洞或岩層裂隙漏水所致。採用振動錘將鋼護筒再下沉一定深度,置入內護筒,反覆造孔護壁,或在孔內填充混凝土,重新恢復鑽孔後,即能保持水頭正常鑽進。
6、 鑽孔偏斜
由於墩位處岩面傾斜度大,且岩層不均勻,中間夾較軟弱層,並有斷層,鑽孔極易發生偏斜。由於鑽孔傾斜,主要表現為岩層中段局部彎曲,處理方法視具體情況而定。如傾斜不嚴重,採取局部反覆掃孔處理;如傾斜較嚴重,則採取澆築水下砼至岩面標高以上50cm,待砼強度達到25MPa時重新開鑽,並放慢進尺。經處理後鑽孔傾斜度均能達到≤1%的要求。
7、鋼筋籠不能下放到位
孔斜、縮孔、成孔斷面不合要求或鋼筋籠不直等,採用掃孔或調直鋼筋籠,達到使鋼筋籠能下放到位。
8、導管堵管
混凝土和易性差、導管漏水、導管內卡物等,採用調整混凝土性能、密封到管、清除卡物管內來達到澆注順暢。
9、鋼筋籠上移
導管埋深太大使得混凝土上翻時頂升鋼筋籠,或鋼筋籠固定不牢所致,採用合理的導管埋深來處理。當成樁後才發現時,與設計協商後再處理。
10、鋼筋籠突然下落
鋼筋籠分段安裝後,起吊時鋼繩突然斷開或鋼筋籠固定不牢所致。有時伴有安全事故(某橋的鋼筋籠內作業人員,系有掛於鋼筋籠上的安全繩,隨鋼筋籠下落時帶入孔內水下溺亡)。因此,必須採用合理可靠的穩定與起吊鋼筋籠的設備,籠內不進入作業人員。
11、聲測管不能正常使用
管內漏漿或變形所致。採用清除管內漏漿或重新鑽芯孔代替聲測管來對樁身進行檢測。
12、樁身混凝土質量不合格
樁身聲測結果為混凝土有缺陷,成樁質量差。多為孔底有沉渣、混凝土離淅、混凝土強度不足(樁頂)、導管漏水、導管提空未處理(斷樁)、導管埋深過大、導管未置於孔中心、導管開球後再澆時形成封閉氣孔、澆樁時塌孔而未發現、澆樁時機械故障未完成澆樁(斷樁)、澆樁過程中縮孔或徑流水通過樁身等原因所致。
1)孔底混凝土缺陷
樁身聲測結果為樁底混凝土有缺陷,表明孔底有沉渣或澆樁時混凝土封底不成功。採用鑽孔清洗後注漿處理。
施工中應認真清孔,滿足規範要求後再澆樁內混凝土,確保首灌封底混凝土足量連續注入孔底。
2)樁頂混凝土強度不足
為樁內混凝土澆築高度測量不準,或浮漿太厚,或孔內自壓水頭不夠不能自密所致。採用撥掉樁頂部分的質差混凝土後重澆。
施工中孔內自壓水頭不夠時振搗,嚴格清孔質量,製作可靠的測深設備,並繪製澆築高度-混凝土數量的關係曲線,如有異常,及時分析處理。
3)樁身中部混凝土缺陷
(1)導管漏水造成
澆樁時導管內漏水,被水洗後澆入的混凝土不均勻,質量差。應隨時檢查,及時分析,立即處理。
施工前應嚴格做好預檢工作,不合要求的管節不得使用。
(2) 導管提空未處理
造成斷樁。應根據混凝土澆築高度、數量,準確測出導管埋深,採用可靠的提管設備,定尺提管。
施工前應準確逐節測量各節導管長度(高度),施工中專人記錄,嚴格控制導管埋深在2—6m範圍內。
(3) 導管埋深過大、導管未置於孔中心
導管埋深大,導致新入導管內的混凝土不能均勻頂升已有的樁內全斷面先澆的混凝土,新入導管內的混凝土會沿阻力小的路徑上翻,而如果導管不位於樁中心(實際施工中大多如此),則更易出現不能均勻頂升混凝土的情況。因此。沿阻力小的路徑上翻的混凝土蓋住了之前處於頂部的缺陷混凝土,從而在該處形成缺陷。
施工中嚴格控制導管埋深在2—6m範圍內。
(4) 樁身內形成封閉氣孔
澆樁過程中,導管內的空氣未排出,被擠入孔內形成封閉氣孔。一般採用鑽孔壓漿處理。
在封底後的砼灌注施工過程中,採用在導管上口段插入一根空心排氣鋼管來預防。
(5) 澆樁時塌孔、縮孔
在岩層內,可鑽小孔洗去坍塌物後進行壓漿處理,檢測合格後可正常使用,否則重新成樁;在土層內,重新成樁。
澆樁時應加強過程控制,及時發現並處理。
(6)澆樁時機械故障停澆
澆樁時機械故障未完成澆樁(斷樁),拔出導管,處理故障後又重新澆築。
應及時拔出導管,吸出頂部混凝土,適時再澆。
(7) 徑流水通過樁身
澆樁過程中,有流動的動水流經樁身,樁身施工完成後檢測時混凝土有缺陷。
採用對缺陷段以上部分的樁鑿除重做(岩石內)。
施工中可先對動水徑流段的孔壁進行防護。
13、樁身位置偏差超限
樁孔位置放樣後未經複查,導致成樁後偏差超限。當超限較小時,可提請設計驗算經適當處治後使用;當超限較大時,在準確放樣並經複查後重新成樁。
14、樁身混凝土裂縫
樁身施工完成後,發現地面附近的樁身有裂縫。多為樁受到了側向(土)推力等所致。
採用清除樁側推力物後對樁進行加固處理,當裂縫較寬變形較大時,會同設計提出專項補強加固處治方案。
15、樁身下沉
樁身施工完成後,發現樁身有下沉,導致柱身或蓋梁等有裂縫。多為樁底鬆軟、樁周摩阻力不足等所致。
會同設計一起研究,採用加樁等方案對原樁進行替換加固處理。
四、需要討論的問題
1、降低孔底標高代替清孔
這是絕不容許的。將出現前述的樁不能達到承載力而致受力後下沉的嚴重不良後果,處理難度大,耗費高。
2、樁不經檢測就施工墩柱
可能檢測管內不通暢,或藉故工期緊,樁身不經超聲波檢測就施工後續的墩柱,造成不能檢測的既成事實,這同樣是絕不容許的。
3、鋼筋籠上浮後不報告
採取自行割除的處理,隱瞞鋼筋籠上浮的事實,是絕對不行的。一旦發現澆注樁孔混凝土過程中有鋼筋籠上浮的情況,應及時報告,研究處理。