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文章学习

不确定地质条件下桥梁桩基的钻孔灌注桩施工方法

时间:2024/4/19 8:34:14   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:30   评论:0
内容摘要:杨慧琴(襄阳市襄州区公路事务发展中心,湖北 襄阳 441104)摘要 桩基是保证桥梁工程稳定和安全的重要组成部分,在不确定地质条件下进行桩基施工存在着一定的风险和挑战。因此,文章研究了在不确定地质条件下桥梁桩基的钻孔灌注桩施工方法。通过分析实际工程案例,提出不确定地质条...
杨慧琴
(襄阳市襄州区公路事务发展中心,湖北 襄阳 441104)
摘要 桩基是保证桥梁工程稳定和安全的重要组成部分,在不确定地质条件下进行桩基施工存在着一定的风险和挑战。因此,文章研究了在不确定地质条件下桥梁桩基的钻孔灌注桩施工方法。通过分析实际工程案例,提出不确定地质条件下桥梁桩基钻孔灌注桩施工的具体工艺流程。该方案包括施工前准备、钻孔设备选择及施工、混凝土浇筑等环节,并对施工后的质量保护提出建议。期望该施工方法能够有效降低桩基施工风险,保证工程的安全和质量。
关键词 不确定地质;桥梁桩基;灌注桩施工;钻孔施工
中图分类号 G623.2  文献标识码 A  文章编号 2096-8949(2024)03-0112-03
0 引言
桥梁工程中,桩基是保证工程稳定和安全的重要组成部分[1]。桥梁桩基的稳定性和承载力对工程的正常运行和使用至关重要,因此桥梁工程中对于桩基的施工要求十分严格[2]。然而,在不确定地质条件下进行桩基施工存在一定的风险和挑战。地质环境的复杂性、不可预测性和变化性使得桩基的施工和设计难度加大,给桥梁工程的建设带来了极大的不确定性和风险。当地质环境复杂、土层不稳定、地下水位高、地面沉降等因素同时存在时,桥梁桩基的施工难度会更加突出[3]。传统的桩基施工方案难以应对这些不确定性和风险,易导致桩基施工质量不稳定、施工周期延长、成本增加甚至工程失效。因此,如何在不确定地质条件下采用科学合理的桩基施工方案,成为桥梁工程领域的研究热点。在此背景下,该文旨在通过分析不确定地质条件下的桩基施工问题,提出一种有效的施工方案,以降低施工风险,保证工程的安全和质量。
1 工程概况
某山谷跨越大桥工程地层复杂,主要包含黏土层、粉质黏土层、砂质黏土层、混合砂质黏土层、砾石层和碎石层。地下水位变化大,水位高度处于地表下2~6 m不等。地层中含有大量的砾石和碎石,对施工设备的磨损较大。大桥总长度1 500 m,主跨500 m,边跨各500 m。采用钢筋混凝土结构,总宽度30 m,双向六车道。桥墩数量为16个,每个桥墩设计基础为直径1.5 m的钻孔灌注桩,每个桥墩16根桩。施工中因地质条件复杂,选用机械钻孔设备对地层进行预钻孔。钻孔深度为20~30 m,桩孔直径为1.6 m,以保证钻孔灌注桩直径为1.5 m。每根灌注桩的混凝土用量约为35 m3。灌注过程:预制钢筋笼插入钻孔—灌注混凝土。混凝土采用C30级别,水灰比为0.45,砂率为40%,石率为40%,泵送混凝土进行灌注,灌注混凝土量约为10 m3/h。灌注混凝土时需要保证连续性,避免冷缝的出现。由于地质条件的不确定性,需要在施工过程中根据实际地质情况进行调整。例如,如果遇到砾石层或碎石层,需要增加钻孔设备的功率或更换钻头。如果遇到地下水位过高,需要采用抽水措施进行降水。在灌注混凝土时,需要严格控制混凝土的质量和灌注速度,以保证灌注桩的质量。
2 不确定地质条件下桥梁桩基钻孔灌注桩工艺流程
在不确定的地质条件下,桥梁桩基钻孔灌注桩的工艺流程可能会有一些特殊的要求,具体的工艺流程如图1所示。


图1 钻孔灌注桩工艺流程图

前期准备和勘探:在施工开始前,需要对工程地质进行勘探,包括地质钻探和地质地貌调查,了解地质条件和地下水位情况[4]。同时,根据设计要求和地质条件,准备相应的施工设备和材料。
设置临时基准:根据设计图纸和施工现场的实际情况,设置临时基准点和线。
施工测量和布置:根据设计图纸和临时基准,进行施工测量和桩位布置,确保桩位的准确性。
钻孔:使用机械钻孔设备进行钻孔,钻孔深度和直径根据设计要求和地质情况确定[5]。在复杂地质条件下,可能需要进行多次钻孔,甚至更换钻头。在钻孔过程中,需要定期取样进行地质监测,以便根据实际地质情况进行调整。
孔底处理:钻孔完成后,需要进行孔底清理,清理出的土质材料需要进行分类处理。在复杂地质条件下,可能需要采用特殊的孔底处理方法,如注浆固化或预压密实。
下放钢筋笼:制作完成的钢筋笼通过起重设备下放到钻孔中,同时要确保钢筋笼的垂直度和位置准确[6]。
灌注混凝土:在确保钢筋笼位置正确后,开始灌注混凝土。混凝土需要在制备后的2 h内进行灌注,灌注过程中应保持连续性,避免产生冷缝。
质量检测:灌注混凝土完成后,需要进行质量检测,包括混凝土强度检测、灌注桩的垂直度检测和完整性检测等。在复杂地质条件下,可能需要进行额外的质量检测,如承载力试验、稳定性检测等。
土方回填:在确认桩基质量合格后,进行土方回填,回填土应经压实,压实度应达到设计要求。
3 钻孔灌注桩施工技术要点
3.1 施工准备
在不确定地质条件下的桥梁桩基钻孔灌注桩工程施工准备中,第一步要做好地质勘探,充分了解施工地点的地质条件。地质勘探的深度应至少达到设计的桩基深度的1.5倍,设计桩基深度为30 m,地质勘探的深度至少为45 m。地质勘探的间距根据地质条件的复杂程度确定,地质条件复杂的地方,地质勘探的间距小于50 m。根据地质勘探的结果和设计要求,选择合适的施工设备和材料。此次工程中,地质条件中含有大量的砾石和碎石,选择硬岩钻机应对这种情况。在不确定的地质条件下,应备有足够的备用设备和备件,至少应备有10%的备用设备和备件,如表1所示,为备用设备和备件列表。

表1 备用设备和备件列表
序号 设备/
备件名称 主要用途 设备/
备件总数 备用设备/
备件数(10%)
1 钻孔机 用于钻孔 10 1
2 混凝土搅拌机 用于混凝土制备 5 1
3 混凝土泵车 用于混凝土输送 5 1
4 钢筋切割机 用于钢筋切割 8 1
5 钢筋弯曲机 用于钢筋弯曲 8 1
6 起重机 用于钢筋笼吊装
和下放 6 1
7 钻头 钻孔设备的
重要部件 50 5


根据地质条件和设计要求,制定详细的施工方案。施工方案应包括施工工艺流程、施工组织设计、安全防护措施、环境保护措施等内容。对施工人员进行专业的技术培训和安全培训,确保其能够应对不确定的地质条件。每位施工人员接受8 h的技术培训和4 h的安全培训。在正式施工前,应进行试验桩的施工和检测,验证施工方案的可行性和施工设备的性能。试验桩的数量至少为总桩数的2%,该工程总桩数为500根,试验桩的数量为10根。
3.2 钻孔设备选择及施工
3.2.1 钻孔设备选择
不确定地质条件下,钻孔设备的选择主要取决于地质条件和设计要求。在工程中,地层是软土层的区域选择旋挖钻孔机,地层是砂质或砾石层的区域选择硬岩钻机或冲击钻孔机。具体的设备选择应根据地质勘探的结果和设计要求确定来确定,如表2所示,是该工程的钻孔设备选择。
具体的设备选择和数量应根据实际的地质勘探结果和设计要求确定,若施工地区的地层主要是砾石层,但是深度较深,需要选择功率更大、工作范围更大的冲击钻孔机;若某个区域的地层主要是软土层,但是面积较大,可能需要增加旋挖钻孔机的数量。
3.2.2 钻孔深度和速度
钻孔深度和直径应根据设计要求确定,钻孔深度至少达到设计的桩基深度,钻孔直径要比设计的桩径大一些,以保证钢筋笼的下放和混凝土的灌注。该工程的桩基深度为30 m,桩径为1.5 m,钻孔深度至少为30 m,钻孔直径为1.6 m。钻孔速度应根据地质条件和设备性能确定,软土层的钻孔速度较快,砂质或砾石层的钻孔速度较慢,钻孔速度的选择要保证钻孔质量和效率,钻孔速度的计算公式如式(1)所示:
(1)
式中,V——钻孔速度(m/h);Q——钻孔设备的出土量(m3/h);d——钻孔直径(m)。过快的钻孔速度可能会导致地层的扰动和破坏,影响桩基的质量和稳定性;过慢的钻孔速度可能会导致泥浆的沉积和固化,影响桩孔的清理和混凝土的灌注。因此,正确的钻孔速度可以保证施工质量。
3.2.3 钻孔过程监控
在钻孔过程中,应定期进行地质检测和钻孔质量检测。地质检测应根据实际地质情况进行,在地质条件复杂的地方,地质检测的频率应增加。地质检测主要包括土层性质(如密度、含水量、颗粒大小分布等)的检测和地层稳定性的评估。这些检测需要在地质勘探阶段进行,且需要专门的设备和方法,土层密度通过原位密度试验来检测,地层稳定性可以通过剪切强度稳定性分析来评估,其基本公式如式(2)所示:
(2)
式中,τ——剪切强度;σ'——有效正应力;φ——内摩擦角;c'——凝聚力。钻孔质量检测主要包括钻孔直径、深度和垂直度的检测,检测结果应满足设计要求,以确保钻孔施工的顺利进行。钻孔直径和深度通过测量设备直接测量,钻孔垂直度通过测斜仪来检测,钻孔底部的清理情况通过下孔摄像来检测,钻孔垂直度通过测斜仪测得,其计算公式如式(3)所示:
(3)
式中,θ——钻孔的偏斜角;D——钻孔偏斜的水平距离;H——钻孔的垂直深度。在桥梁桩基钻孔灌注桩工程中,地质检测和钻孔质量检测的一些主要考虑因素和检测指标,以及具体的检测方法和评估指标等应根据实际的地质条件和设计要求确定。
3.3 混凝土浇筑
在不确定地质条件下的桥梁桩基钻孔灌注桩工程中,混凝土浇筑是非常关键的一个环节,混凝土的品质应满足设计要求。该工程中混凝土强度等级为C30,混凝土的浇筑速度应适中,不能过快也不能过慢。过快可能会导致混凝土分层,影响桩基的质量;过慢可能会导致混凝土初凝,也会影响桩基的质量,浇筑速度要控制在10~15 m3/h。混凝土的浇筑应采用自由落体方式,从桩孔底部开始向上浇筑,具体浇筑现场如图2所示。


图2 自由落体式浇筑现场图

浇筑时,混凝土的落差应不超过2 m,以防止混凝土分层。混凝土浇筑后,应进行适当的保护,防止温度和湿度的影响。浇筑后的24 h内,应保持混凝土的湿度,防止混凝土过早干燥。同时,混凝土浇筑后应进行混凝土的强度检测和质量检测,强度检测通过混凝土试块的压力试验机进行,混凝土的质量检测通过声波透射法或其他非破坏性检测方法来进行。
4 后期质量保护
在不确定地质条件下进行桥梁桩基的钻孔灌注桩施工后,后期的质量保护也非常重要,以确保施工质量的持久性和桩基的长期稳定性。以下是几个关键的后期质量保护措施:
(1)桩基保护:完成施工后,应及时对桩基进行保护,覆盖保湿膜以防止混凝土过早干燥,使用保护帽或垫板以防止桩顶的磨损或损坏。
(2)混凝土养护:混凝土在硬化初期需要进行养护,以保证其达到设计的强度。养护方法包括保湿养护、覆盖养护和喷涂养护剂等,养护期通常为28 d。
(3)桩基的定期检查:定期检查桩基的状态,包括桩身的裂缝、变形和位移等,以及桩基周围土层的稳定性和地下水位的变化。如果发现问题,要及时进行维修或处理。
(4)桩基的长期监测:对于重要的桥梁工程,要安装长期监测设备,如位移监测仪、应力监测仪和温湿度监测仪等,以实时监测桩基的状态和性能。
(5)施工记录和资料的保存:应保存施工记录和资料,包括地质勘探报告、施工日志、质量检测报告和维修记录等,以供将来的查询和参考。
以上就是在不确定地质条件下,桥梁桩基钻孔灌注桩施工的后期质量保护措施,具体的保护措施应根据实际的地质条件和设计要求确定。
5 结束语
在不确定地质条件下进行桥梁桩基施工,是桥梁工程领域面临的一项重要挑战。该文分析了不确定地质条件下桥梁桩基钻孔灌注桩的工艺流程方案。并详细阐述了钻孔灌注桩施工中的施工前准备、钻孔设备选择及施工、混凝土浇筑三大技术点,针对钻孔探讨了施工钻孔设备选择、钻孔深度和速度及钻孔过程监控过程,并提出后期质量保护建议。希望该技术在实际应用中取得显著效果,为桥梁工程中的桩基施工提供一种科学、可靠的方法。

参考文献
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[4]吴尚琴. 桥梁工程钻孔灌注桩设计分析[J]. 运输经理世界, 2022(34): 110-112. 
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