浅谈混凝土泥浆护壁成孔灌注桩施工

收稿日期:2007-10-23

作者简介:杨汉文(1985-),男,助理工程师,广东电白二建工程有限公司,广东茂名 525000

杨汉文

摘 要:从埋设护筒、制备泥浆、成孔、清孔等环节介绍了混凝土泥浆护壁成孔灌注桩的施工过程,分析了施工中常见质量问题产生的原因,提出了相应的处理措施,对类似工程施工具有指导作用。关键词:混凝土,灌注桩,施工,钢筋笼,质量中图分类号:T U 753.3

文献标识码:A

1 施工准备工作

1.1 定桩位和确定成孔施工顺序

定位放线与打预制桩相同。确定桩的成孔顺序应考虑以下三点:

1)对土没有挤密作用的钻孔灌注桩、干作业成孔灌注桩等,一般按现场条件和桩机行走最方便原则确定成孔顺序。

2)对土有挤密作用和振动影响的冲孔灌注桩、锤击(或振动)沉管灌注桩、爆扩桩等,一般可结合现场施工条件,采用间隔一个或两个桩位成孔;在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔;一个承台下桩数在5根以上者,中间的桩先成孔,外围的桩后成孔;同一个承台下的爆扩桩,可采用单爆或联爆法成孔等方法来确定成孔顺序。3)人工挖孔桩,当桩净距小于2d(d 为桩直径)且小于2.5m 时,应采用间隔开挖。排桩跳挖的最小施工净距不得小于4.5m,孔深不宜大于40m 。

裂剥落,甚至有的墙体局部被风蚀穿透。

2.3 雨蚀

土遗址特殊的建造工艺,使其强度遇水有较大损失。特别是降雨强度大,降雨集中的地区,雨蚀的破坏相当严重,其由两部分组成:雨滴侵蚀和雨流水的侵蚀。在雨水对土遗址的侵蚀过程中,首先是雨滴,大量的土壤侵蚀由溅击作用引起。溅击作用的动力使雨滴碰撞,其运动能量所产生的冲击力,造成砂土飞散,并从表面剥落,土块破碎。雨流水的侵蚀状态,是按层状侵蚀、小沟状侵蚀、沟状侵蚀的顺序发展的。

总之,土遗址病害成因各种各样,各种因素相互作用、相互影响,但在进行土遗址保护加固之前,抓住病害成因的关键,有针对性地对土遗址进行加固保护。

3 土遗址加固保护中运用的技术

由于土遗址的特殊性以及古建筑加固保护的原则要求,目前世界范围大多应用胶结和引入筋材原理,即采用化学加固、物理加固或化学和物理相结合(化学锚固技术)的方法加固土遗址。所谓化学加固是用化学溶液对加固体进行灌浆处理,即灌浆法。而物理加固是土木工程中的锚固法、相夹法和支等机械加固方法。其中岩土注浆和岩土锚固是较为成熟的化学物理方法。岩土注浆包括水泥注浆材料的发展与应用、化学注浆材料的发展和应用、高压旋喷注浆技术、特殊注浆技术(如粉喷加固技

术、树根桩加固技术)等;岩土锚固技术有好多种,如预应力锚索、

预加固技术、化学锚固技术、钉墙技术等。在此基础上发展起来

的土的加固方法有十几种,其加固原理可分为六大类:1)振密;2)

排水;3)胶结;4)引入筋材构成复合体;5)拌和;6)吸热或加热。各种加固方法或者基于以上一种原理,或者基于多种原理。

物理加固是现代建筑中加固常见的方法,此方法亦被用于土遗址的保护。例如在对佣坑土遗址裂缝治理中,最初隔墙采用/U 0型和/H 0型支架对裂缝严重的部位进行了临时支撑防护,虽然这两种支架能起到加固作用,但有碍于观瞻,最后采用相夹法重新加固。对佣坑土边壁出现的裂缝和巨大裂块,采用网状钢架进行加固。

4 结语

虽然国内外的文物保护工作者在土遗址的加固与保护方面取得了很大的成就,但现在还没有一种非常理想的加固与保护材料广泛应用于土质文物的保护。所采用的加固材料与加固方法目前均在探索中,尽管一些加固技术和材料在一些工程中表现出较好的使用效果,但就其作用机理尚缺乏比较深入的讨论。另外,开发新的保护加固材料,尤其是有机与无机复合材料以及其他形式的锚杆,也极具现实意义。

参考文献:

[1]李最雄.丝绸之路古遗址保护[M ].北京:科学出版社,2003.[2]联合国科教文组织.文物保护中的适用技术[M ].北京:中国

对外翻译出版公司,1985.

[3]赵海英,李最雄.西北干旱区土遗址的主要病害及成因[J].岩

石力学与工程学报,2003,22(sup):2875-2880.[4]张志军.秦兵马俑文物保护研究[M ].西安:陕西人民教育出版社,1998.On reinforcement and conservation measures of earthen archaeological site

ZHAO Ming -xia

Abstract:According to the character istics of ear then archaeo logical sites in out countr y and the importance of the conservation of earthen ar -chaeological sites the reasons caused the diseases and destructio n ar e analyzed combined with pract ical work.T he pr inciple /protection as pr ior-i ty ,rescue as pr imacy 0it should be followed is proposed as w ell as reinfor cement and conservation methods of earthen ar chaeolo gical site in or der to provide references for practice.

Key words:earthen archaeological site,protect ion method,disease,pollution

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第34卷第8期2008年3月 山西建筑SHANXI ARCH ITECTURE

Vol.34No.8M ar. 2008

1)摩擦型桩:以设计桩长控制成孔深,当采用锤击沉管法成孔时,桩管入土深度以标高为主,贯入度控制为辅。

2)端承型桩:当采用钻(冲)、挖掘成孔时,必须保证桩孔进入设计持力层的深度;当采用锤击法成孔时,沉管深度控制以贯入度为主,设计持力层标高对照为辅。

1.3钢筋笼制作

钢筋笼制作时,要求主筋环向均匀布置,箍筋的直径及间距、主筋的保护层、加劲箍的间距等均应符合设计规定。

1.4混凝土的配制

灌注桩混凝土的粗骨料可选用卵石或碎石,其最大粒径不得大于钢筋净距的1/3,且不宜大于70mm,对于沉管灌注桩且不宜大于50mm;坍落度要求是:水下灌注的混凝土宜为160mm~ 220mm,干作业成孔的宜为80mm~100mm,沉管灌注桩有配筋时为80mm~100mm。混凝土强度等级不应低于C15,水下灌注混凝土时不应低于C20。所有水泥标号不宜低于325号,混凝土的水泥用量不少于350kg/m3。

2泥浆护壁成孔灌注桩的施工过程

1)埋设护筒。护筒的作用是固定桩孔位置,防止地面水流入,保护孔口,增高桩孔内水压力,防止塌孔和成孔时引导钻头方向。护筒是用4mm~8mm厚钢板制成的圆筒,内径应大于钻头直径100mm,上部宜开设1个~2个溢浆孔。埋设护筒时,先挖去桩孔处表土,将护筒埋入土中,埋设深度,在粘土中不宜小于1.0m,在砂土中不宜小于1.5m。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm,护筒与坑壁之间用粘土填实,以防漏水。护筒顶面应高于地面0.4m~0.6m,并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上,在受水位涨落影响时,泥浆面应高出最高水位1.5m 以上。

2)制备泥浆。泥浆从桩孔内吸附到孔壁上,将土壁上的孔隙填渗密实,避免孔内壁漏水,保持护筒内水压稳定,泥浆密度大,加大孔内水压力,可以稳固土壁、防止塌孔;泥浆有一定粘度,通过循环泥浆可将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出,起到携砂、排土的作用。同时泥浆还可对钻头有冷却和润滑作用。制备泥浆方法应根据土质条件确定:在粘性土中成孔时,可在孔中注入清水,钻机旋转时,切削土屑与水旋拌,用原土造浆,泥浆密度应控制在1.1g/cm3~1.2g/cm3;在其他土中成孔时,泥浆制备应选用高塑性粘土或膨润土;在砂土和较厚的夹砂层中成孔时,泥浆密度应控制在1.1g/cm3~1.3g/cm3;在穿过砂夹卵石层或容易塌孔的土层中成孔时,泥浆密度控制在1.3g/cm3~ 1.5g/cm3。施工中应经常测泥浆密度,并定期测定粘度、含砂率和胶体率等指标。

3)成孔。泥浆护壁成孔灌注桩有潜水钻成孔、回旋钻成孔、冲击钻成孔、冲抓锥成孔等不同方法。

a.潜水钻成孔:是一种将动力、变速机构、钻头连在一起加以密封,潜入水中工作的一种小而轻的钻机。这种钻机的钻头有多种形式,以适应不同桩径和不同土层的需要。钻头靠桩架悬吊吊环定位,钻孔时钻杆不旋转,仅钻头部分旋转,切削下来的泥渣通过泥浆循环排出孔外。钻头可带有合金刀齿,靠电机带动刀齿旋转切削土层或岩层。这种钻机桩架轻便,移动灵活,钻进速度快,噪声小,钻孔直径为600mm~1500mm,钻孔深度可达50m,适用于粘性土、淤泥、淤泥质土、砂土等,也可钻进岩层,尤其适用于地下水位较高的土层中成孔。

b.冲击钻成孔:冲击钻是把带钻刃的重钻头(又称冲锤)提高,靠自由下落的冲击力来削切岩层或冲挤土层,排出碎渣成孔。它适用于碎石土、砂土、粘性土及风化岩层等,桩径可达600mm~ 1500mm,大直径桩孔可分级成孔,第一级成孔直径为设计桩径的0.6倍~0.8倍。冲孔开始前应埋设护筒,护筒内径比钻头直径大200mm。开孔时钻头应低提密冲,若为淤泥、细砂等软土,要及时投入小片石和粘土块,以便冲击造浆,并使孔壁挤压密实,直到护筒已下3m~4m后,才可加大冲击钻头的冲程,提高钻进效率。如果冲孔发生偏斜,应回填片石(厚300mm~500mm)后重新成孔。

c.冲抓锥成孔:是将冲抓锥头提升到一定高度,锥斗内有压重铁块和活动抓片,松开卷扬机刹车时,抓片张开,钻头便以自由落体冲入土中。然后开动卷扬机提升钻头,这时抓片闭合抓土,冲抓锥整体被提升至地面上将土渣卸去。如此循环抓孔,在一般松散土层(如腐殖土、砂土、粘土等)钻进时,冲抓进尺较快,冲抓高度宜控制在1.0m~ 1.5m;当在坚实的砂卵石层中钻进困难时,可加大冲抓锥质量或提高落距至2m~3m,当遇到坚硬岩层时,则宜换用冲击钻进行。

4)清孔。当钻孔达到设计要求深度后,即应进行验孔和清孔,清除孔底沉渣、淤泥,以减少桩基的沉降量,提高承载能力。对于不易坍孔的桩孔,可用空气吸泥机清孔;对于稳定性差的孔壁宜用泥浆循环法或抽渣筒排渣。清孔时,保持孔内泥浆面应高出地下水位1.0m以上,在受水位涨落影响时,泥浆面应高出最高水位1.5m以上。清孔后,浇筑混凝土之前,孔底500mm高度内的泥浆密度应小于1.25;含砂率不大于8%。孔底沉渣厚度应符合要求:端承桩不大于50mm;摩擦桩不大于300mm。若不能满足要求,应继续清孔,清孔满足要求后,应立即安放钢筋笼,浇筑混凝土。

5)浇筑水下混凝土。泥浆护壁成孔灌注桩混凝土的浇筑是在泥浆中进行,故为水下混凝土浇筑。水下混凝土必须具备良好的和易性,配合比应通过试验确定;坍落度宜为180mm~220mm;水泥用量不少于360kg/m3;含砂率宜为40%~45%,并宜选中粗砂或粗砂,粗骨料的最大粒径应小于40mm;为改善和易性和缓凝,宜掺外加剂。

6)桩底压力注浆。大直径混凝土灌注桩,由于桩端不同程度地存在沉渣、淤泥现象,降低了桩端承载力。通过压力注浆消除桩底淤泥,注入水泥砂浆后,使桩底沉渣与投入的石子固结,并使水泥浆渗入桩端处的土中,与土体固结,从而提高桩的承载力。

7)常见工程质量问题及处理。泥浆护壁成孔灌注桩施工,常易发生孔壁坍塌、斜孔、孔底隔层、夹泥、流砂等工程问题,应认真操作,经常检查,及时处理,以保证工程质量。

a.孔壁坍塌。指成孔过程中孔壁土层不同程度坍落。主要原因是提升下落冲击锤、掏渣筒或钢筋笼时,碰撞护筒及孔壁;护筒周围采用粘土紧密填实,孔内泥浆液面下降,孔内水压降低等造成塌孔。塌孔处理方法:在孔壁坍塌段用石子粘土投入,重新开钻,并调整泥浆密度和液面高度,使用冲孔机时,填入混合料后先低锤密击,造成坚固孔壁后,再正常冲击。

b.偏孔。指成孔过程中出现孔位偏移或孔身倾斜。主要原因是桩架不稳固,导杆不垂直;或土层软硬不均;用冲孔成孔时,可能为导向不严格或遇到探头石及基岩倾斜。处理方法:将桩架重新安装牢固,平稳垂直,如偏移过大,应填入石子粘土,重新成孔;如有探头石,可用取岩钻除去或低锤密击将石击碎;遇基岩倾斜,可投入毛石于低处,再开钻或密打。

c.孔底隔层。指孔底残留石渣过厚,孔脚涌进泥砂或坍壁泥

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#第34卷第8期

2008年3月

山西建筑

文章编号:1009-6825(2008)08-0147-02

简论基坑工程事故的起因

收稿日期:2007-10-21

作者简介:尹 程(1981-),男,助理工程师,广东省航运规划设计院,广东广州 510050

尹 程

摘 要:针对基坑工程安全问题的重要性,从基坑工程自身因素和勘察、设计、施工等外在因素方面总结了常见的引发工程事故的各种因素,并给出了一些防范措施,以期能对工程设计和施工有所帮助。关键词:基坑,工程事故,防范措施,因素,设计中图分类号:T U 463

文献标识码:A

随着高层建筑和城市地下空间利用的极大发展,深基坑工程的数量迅速增加,基坑围护体系的设计计算方法、施工技术、监测手段以及基坑工程理论在我国有了很大的进步[1]。由于基坑工程的区域性、个体差异性、复杂性及不确定性,基坑工程中发生事故的概率往往大于主体工程,事故率可达到20%左右[2]。

1 基坑工程事故内在因素

1)基坑工程主要集中在市区,往往施工场地狭小,周围建筑物密集,临近道路和市政地下管线,因而对基坑稳定和变形控制要求极高,施工条件差、难度大。2)基坑工程涉及面广,技术性很强,同勘察、设计、施工、监测、管理等都有关。基坑设计和施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工顺序和方法等许多复杂问题,任一环节出错,都有可能导致工程事故的发生。

3)基坑工程施工周期长,且为隐蔽性工程,常需经历多次降雨、周边堆载、振动、施工不当等许多不利条件,安全度的随机性较大,事故往往具有突发性,难以防范。

4)基坑工程中不确定因素多,如岩土性质个体差异大,勘察数据离散性大;土与支护结构作用机理研究不深入,致使安全系数的选取也具有不确定性。

5)基坑工程属临时性工程,建设方一般不愿投入较多资金,一旦出现事故,处理十分困难,造成的经济损失和社会影响较大。

2 基坑工程事故外在因素2.1 基坑勘察因素

工程勘察资料及结论是设计的基本依据。勘察资料不详、不

准、疏漏、失误,勘察结论不完备、不准确、不正确,势必给深基坑支护工程潜伏下事故隐患。例如某工业大楼深基坑,因地质资料仅评价了基础桩范围(-6m~-23m)土层,略去了对-6m 以上淤泥层强度指标的正确评价,而淤泥层正是基坑支护桩上主动土压力的主要土层,设计时也未做补充勘察。结果造成重力式挡墙支护体系(4排搅拌桩)滑移、倾斜,基坑内大量涌土,基坑外土体滑塌,临近生产厂房外墙开裂等重大事故[3]。

2.2 设计因素

1)计算参数选用不准确。计算参数的选用直接关系到设计计算或验算的准确性。如地江下游冲积平原的某工业大楼,表层系杂填土,其下为厚8.0m 左右的淤泥质软粘土层,坑深4.8m,由于设计中所取C 和U 值偏大,最终导致围护结构偏移过大,伴随坑底大量涌土的工程事故发生[4]。

2)支护方案选择不当。深基坑支护方案的选择,取决于基坑实际开挖的深度、地基土体的物理力学性质、地下水位、周围环境、设计变形要求以及施工条件等诸多因素,任一因素考虑不周或疏忽都有可能造成严重后果。

3)撑锚设计有误。土钉设计间距、位置不当或长度不足而引起土钉抗力不足;支撑支点太少、位置不当或间距过疏而引起支撑杆件产生过大变形等。如石家庄某购物中心,因计算中将土钉间距算做1.0m(实为2.0m 或1.5m),而使土钉强度不足,致使桩间土成片掉下,土体滑动,结果48根桩被折断[4]。

土落底。主要原因是清孔不彻底,清孔后泥浆浓度减小或浇筑混凝土、安放钢筋笼时碰撞孔壁造成塌孔落土。防止方法:做好清孔工作;注意泥浆浓度及孔内水位变化,施工时注意保护孔壁。

d.夹泥或软弱夹层。指桩身混凝土中混进泥土或形成浮浆泡沫软弱夹层。主要原因是浇筑混凝土时孔壁坍塌,或导管下口埋入混凝土中深度太浅,泥浆被喷翻,掺入混凝土中。防止措施:经常注意混凝土表面标高变化和保持导管下口埋入混凝土下的深度,并应在钢筋笼下放入孔内4h 内浇筑混凝土。

e.流砂。指成孔时发现大量流砂涌塞孔底。产生原因是孔

外水压力比孔内水压力大,孔壁土松散。流砂严重时可抛入碎砖石、粘土,用锤冲入流砂层,阻止流砂涌入。参考文献:

[1]彭振彬.注浆工程设计计算与施工[M ].北京:中国地质大学出版社,1997.8.

[2]凌治平.基础工程[M ].北京:人民交通出版社,1993.7.[3]梁世东,隋 志.浅谈人工挖孔灌注桩施工技术[J].山西建

筑,2007,33(1):105-106.

Construction of concrete mud wall holing pouring pipe

YANG Han -wen

Abstract:From sect ions such as bur ying suppo rt,equipped mud,holing ,hole -cleaning,etc,it introduces t he construction of concrete mud w all holing pour ing pipe,analyzes the reasons w hich caused quality problems in construction,and brings forward r elative solv ing measures,which can be guidance for familiar project.

Key words:concrete,pouring pile,constr uction,steel reinforced cag e,quality

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第34卷第8期2008年3月 山西建筑SHANXI ARCH ITECTURE

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