钻孔灌注桩钢筋笼定位施工技术

钻孔灌注桩钢筋笼定位施工技术一、引言在公路交通建设过程中，跨越小型河道、耕地灌溉渠的桥梁工程普遍存在。该类桥梁由于长度和高度不会太大，施工难度较小，在设计和施工过程中会优先选择投入小、简便快速的施工方法。当桩基位于河道内或即将淹没的河滩区域时，通常采用围堰的形式进行临时维护，为桥梁下部构造施工提供一个平台，同时起到防水作用。但由于围堰需要高于水面才能起到防水的作用，而桩基础通常位于河道水面以下，这就导致桩顶标高低于桩基施工平台高度，增加了桩基础施工过程中桩基钢筋笼对中和桩基偏位控制的技术难度。因此，在施工过程中如何提升钻孔灌注桩钢筋笼定位的准确性具有重要研究意义。二、工程概况老沙河大桥位于省道S237大边公路邱县段改建工程K22+820处，跨越老沙河，设计新建5×25m预应力混凝土小箱梁桥，桥梁前进方向与河道顺时针交角为90°。桥位平面位于R=2700m的左偏圆曲线上，桥面横坡为双向2%，纵断面位于R=12500m的凸竖曲线上，与河道夹角为90°，上部采用后张法预应力连续小箱梁，下部采用钻孔灌注桩基础，桥梁全长131m，共一联，为5×25m。其中1#～4#墩为排架桩，位于老沙河河道内，桩顶标高平均低于河道底部1.4m。结合工程实际情况综合考虑成本及技术难度，对于不同区域的桩位采取不同的施工工艺：1#和4#桩基位于有水的河滩区域，采用土围堰填筑施工平台，反循环工艺进行桩基础施工；2#和3#位于老沙河河道内，水位较深，采用钢板桩围堰作为下部构造施工平台，反循环钻机成孔工艺进行桩基础施工。根据《公路工程质量检验评定标准第一册土建工程》（JTGF80/1—2017）要求，钻孔灌注桩排架桩桩位规定偏差允许值小于等于50mm为合格。三、钻孔灌注桩施工方案1、桥梁下部构造施工平台本工程1#、4#墩的填筑土围堰材料采用抗渗性能较好的黏土以利阻水，避免渗漏，土围堰面积按满足桩基施工需求进行填筑，高度高于最高施工水位0.5～1.0m，土围堰迎水面用装土的编织袋作为冲刷防护层。利用1#、4#墩土围堰作为2#、3#墩钢板桩围堰施工平台，进行钢板桩围堰施工。2、桩基施工（1）测量放样在桩基平台施工完毕后，首先进行导线点复合及水准点闭合的复测工作。用于桥位放样的导线点（可以用加密导线点）应满足测设桩位和桥梁修建过程中的通视要求，以利于桥位控制点的恢复。在放出桩基位置后引出护桩。护桩是决定桩基是否偏位的重要因素，在桩基施工过程中，每道工序都需要随时通过护桩检查钻机中心是否偏位。（2）护筒埋设根据钻孔桩直径大小，钢护筒直径比设计桩径大200～400mm，其中心竖直线应与桩中心线重合。根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650—2020），桩基护筒高度宜高出地面0.3m，钢护筒中心竖直线应与桩中心线重合，偏差应不大于50mm，竖直线倾斜不大于1%。护筒位置根据护桩的十字线定位法进行放样和校准。（3）泥浆制备施工中泥浆可以起到防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，因此在桩位附近设置泥浆池，其大小根据桩基数量而定。泥浆池采用垂直开挖，四周沿边筑起高50cm，宽100cm的土围挡，泥浆池外围设置双横杆钢管防护栏，并用绿色安全网围起来加以防护，外侧设置明显的警示标志。施工过程中要随时检测泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的保护作用。（4）钻孔本项目采用反循环钻机进行桩基钻孔施工。反循环钻机具有钻进效率高、成孔质量好，全液压系统传动性能可靠、稳定等优点。钻孔过程中要定时测量钻孔深度，提取渣样，及时掌握地质构造情况，详细、真实地填写钻孔记录。在终孔验收合格后进行清孔，现场监理对孔深验收合格且钻机移位后，使用钢筋笼检孔器对终孔孔径及垂直度进行检测。根据规范要求，检孔器外径不得小于桩径，长度不小于4～6倍桩径，且应具有较大的刚度。此外，要对清孔后的泥浆指标进行检测，经监理工程师同意后进入下道工序。（5）下放钢筋笼桩基钢筋笼验收合格后运送至施工现场，进入下放钢筋笼环节。多节钢筋笼吊放时，对各节段钢筋笼要进行顺序编号，利用先插入孔内的钢筋笼上部架立筋将笼体固定在架立筋上，再用吊机将上节钢筋笼临时吊住，进行两节钢筋笼的对接。以此类推，将钢筋笼按照编号逐步接长放入孔内。每节钢筋笼在下放过程中要安装保护层垫块，垫块间距在竖向不大于2m，在横向圆周上不少于4处。经现场监理检查验收合格后再沉入孔内，用两根吊筋固定在正确的标高位置上，保证钢筋不下沉、不上浮，吊筋长度要计算准确，确保钢筋笼下放到设计位置。传统方法通常需要工人手持吊锤校核护桩中心线与钢筋笼中心线是否重合，人员站在搭设于洞口上的踏板上进行操作，稍有不慎便容易发生危险，且孔内光照不足，人为操作存在较大误差，甚至出现桩基偏位的情况。本项目施工采用一种钻孔灌注桩辅助对中简易装置，该装置利用激光沿直线传递、反射、可见度高的原理进行钢筋笼精确定位，同时还使用具有安拆方便、可重复使用等特点的钢管，对钢筋笼进行导向和固定，大大提高了钻孔灌注桩钢筋笼定位的精确度，操作简便，即使在夜间孔内视线不良的情况下，仍能很好地保证钢筋笼定位的准确度。（6）导管水密性试验混凝土采用经过水密试验验证的导管进行灌注。在安装导管之前进行导管水密性试验，检验导管是否有漏水、漏气现象。水密性试验需将导管在地面上平整对接，安装水管向导管内注水，直至管道另一端出水时停止，并应保证导管内冲水达70%以上方可停止，然后将导管一端注水孔密封，另一端与空气压力机连接，导管连接处封闭端安装经检查合格后，风机充压。水密性试验的水压不应小于孔内水深的1.3倍压力或导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大压力的1.3倍，保持压力15min，充压过程中若无漏水现象即说明导管密封性合格。（7）混凝土浇筑根据计算确定导管所需长度。对导管进行拼装时，最上端用单节长度较短的导管，最底节采用单节长度较长的导管，拼装完成后导管底距孔底40cm。通过导管进行桩基混凝土浇筑，即利用混凝土下落时有一定的冲击能量，把泥浆从孔内排出，由于泥浆密度大，孔内压强较高，需要计算首批混凝土方量，保证有足够的冲击能量把桩底沉渣尽可能地冲开。在浇筑过程中，记录导管被混凝土埋置的深度，并适时提升和拆卸导管，使导管埋深保持在2～6m。灌注中途一般不得停断，灌注混凝土顶标高宜高出设计桩顶标高0.5～1.5m，确保凿除后的桩头混凝土强度达到设计要求。（8）桩头破除为了能够达到桩顶混凝土完整、表面平整、中心微凸、钢筋保护层不被破坏的效果，保证桩头凿除达到规范要求，本项目在桩头破除施工过程中，按照桩头破除7步法施工，具体步骤如下：①在桩顶位置设置10～15cm的切割线，宽度为10～15cm;②人工凿开缺口，开凿深度至钢筋笼主筋位置，确保后续的风镐作业不会破坏钢筋保护层；③人工手持风镐剥离缺口上侧钢筋外保护层；④当桩头钢筋全部剥离后，将钢筋向外侧微弯以便于施工；⑤沿桩顶线以上10～15cm加钻顶断桩头混凝土，钻头水平稍向上；⑥将桩头破除混凝土提出，然后用人工凿除并清顶，保证不破坏保护层，清理完成后桩头微凸；⑦桩头破除后，复测桩头标高，用高压风枪吹除桩头上散落的混凝土碎屑、凸块，并用清水冲洗桩头，直至露出桩顶新鲜的混凝土骨料。四、桩基偏位预防措施与处理1、桩基偏位预防措施结合在钻孔灌注桩施工中遇到的现场情况，当钻孔灌注桩在桩顶设计标高低于桩孔泥浆面以下时，常规桩基钢筋笼定位对中方法准确度低、操作困难，下放完成的钢筋笼在浇筑混凝土过程中易出现左右晃动而造成桩位偏移，影响桩基质量。针对此种情况，本项目在桩基偏位预防过程中，利用激光进行钢筋笼精确定位，同时使用钢管对钢筋笼进行导向和固定，以减少钢筋笼在浇筑过程中的晃动，保证了桩基工程质量。该装置的使用方法如下：（1）在钢筋笼下放前，将装置的四方形支架放置在孔口上方，利用孔口四周的定位桩调整支架位置，使支架中心点与桩位中心点重合，调整完毕后开始下放钢筋笼。钢筋笼通过焊接，在四方形支架上的定位圈下放进桩孔。（2）当最后一节钢筋笼下放至略高于护筒时，用线绳确定钢筋笼中心点，并将与定位球相连的另一条线绳穿过标示钢筋笼中心点线绳的下方。定位球为可悬浮于水面的不透明圆形塑料球，直径为50mm，其表面光滑且可以反射光线，当钢筋笼下放至泥浆液面以下，达到设计标高时（使用吊筋确定钢筋笼的设计标高，吊筋长度需要计算），定位球由于泥浆浮力而悬浮于泥浆表面，通过拉伸与其相连的线绳，能够标示出此时处于泥浆面以下钢筋笼的中心准确位置。（3）再次标出四方形支架的中心点，此时四方形支架的中心点即为桩基设计中心，在其中心点下方悬挂激光发射器，使激光发射器垂直于桩基设计中心点竖直向下发射光线，吊车通过吊筋调整钢筋笼位置，当激光束照射在定位球上时，说明钢筋笼已经对中。（4）将吊筋固定在正确的标高位置上，保证钢筋不下沉、不上浮，在定位圈四周均匀悬挂4根钢管，钢管直径为桩基设计保护层厚度，长度为钢筋笼顶距护筒距离+5m。钢管能够对钢筋笼起到固定作用，在下放导管进行清孔及浇筑混凝土的过程中，能够降低钢筋笼左右偏移距离，进而起到提高桩基偏位精确度的作用。2、桩基偏位处理桩基偏位一般分两种情况：第一种是桩身混凝土无偏位，但桩基钢筋笼出现露筋；第二种是桩身混凝土偏位较大，超出规定偏差极值100mm以上。根据偏位情况不同，所采取的措施也不同。（1）第一种偏位情况处理方案：对桩基露筋部位进行开挖至无外露钢筋位置，对桩身及外露钢筋表面进行清理，直至露出混凝土层，用铁皮包裹桩基，露筋一侧预留出保护层厚度，铁皮内侧涂刷一层脱模剂，使用与桩基同标号的混凝土进行浇筑，待混凝土终凝后拆除铁皮，对桩基进行素土回填。（2）第二种偏位情况处理方案：对桩身混凝土进行破除，直至桩位偏差达到规定偏差允许范围内，清理钢筋表面并添加保护层垫块，重新支立模板并进行混凝土浇筑，边浇筑混凝土边进行人工振捣，直至混凝土面到达桩顶设计标高，待混凝土终凝后拆除模板，对桩基进行素土回填。五、结语在桥梁下部构造钻孔灌注桩施工过程中，应根据引起桩基偏位