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水压冲孔技术用于桩纠偏和加固的探讨
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资料评价：石家庄铁道学院毕业设计(论文)1绪论1.1 概述近年来，许多桥梁事故屡有发生，这些事故不仅影响了工程的顺利建成，而且造成了 许多质量隐患，更严重的桥梁坍塌事故还造成了巨大的生命财产的损失。例如重庆的彩虹 桥坍塌事件就曾引起了全国媒体的观注。如何保证施工质量，避免事故的发生已经成为了 广大桥梁建设者应该时刻考虑的问题。因此本文的目的就是通过查阅大量的工程事例，系 统的总结出各类常见事故发生的原因，造成的危害以及预防和处理措施，为在今后的施工 中遇到同类的问题提供参考。1.2 桥梁事故发生的原因勘察设计阶段、施工阶段、使用阶段都有可能引起事故的发生，造成事故的原因也是 多方面的，尤其以在施工过程中发生的事故居多。有施工顺序的错误引起的，如后张法预 应力梁，预应力筋张拉不是对称进行的就有可能造成构件的旁弯或裂缝。施工理论方面的 错误引起的事故，如模板支护结构强度不足，造成造成模板工程的倒塌。施工问题引起的 事故，施工人员业务素质水平不够，操作质量低劣，造成精度不够，强度不足等。本文仅 对施工和使用过程中常见的事故进行分析。1.3 桥梁工程质量事故的危害工程质量事故会影响施工的顺利进行，如钻孔灌注桩的施工中发生掉钻事故会直接导 致钻孔施工的中断。工程施工质量事故会给工程留下隐患或缩短缩短结构我的使用年限， 例如预应力施工中造成的裂缝会加快结构物的老化。最为严重的事故是造成人员的伤亡和 巨大的经济损失，如桥梁墩台的倾倒，断梁，坍塌等。所以说对以发生的事故的分析决不 能掉以轻心，务必及时进行分析，作出正确的结论，总结切实的防治措施。1.4 桥梁事故的处理桥梁事故处理的一般步骤包括：事故原因分析，事故调查报告，处理方案，施工，检 查验收。事故调查内容包括工程概况，事故情况和核对地质勘察报告、测量记录、建材试 验报告、施工日志等。事故处理方案的制定应符合实际情况确保处理后的效果。对于同一 类型的事故也可采用不同的方案，但必须按照设计要求和有关标准、规范进行。施工中要 加强验收检查。事故处理完成后应及时总结经验教训避免在以后的施工中有类似事故发 生。本文摘录了一些施工单位对桥梁事故处理的实例，有些例子很具有典型性，从技术方 法，施工组织安排等多方面考虑，很有借鉴价值。 本文共分四章，按事故发生的阶段，从施工阶段和使用阶段两方面分别讨论。施工阶 段又分为下部结构和上部结构，力求做到系统全面。第一章绪论，第二章桥梁下部结构施 工常见事故，包括了墩台和常见的桥梁基础类型，明挖基础、钻孔灌注桩、管桩、沉井、- 1 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)沉入桩。第三章是桥梁上部结构在施工中常见的事故，包括预应力梁、预制构件吊装、模 板支护工程、钢筋工程、混凝土工程。第四章桥梁在使用阶段常见病害、事故及处理措施， 主要分析了基础、墩台、梁体裂缝、桥面及桥面铺装层、支座、伸缩缝等各部位在使用过 程中常见的病害及处理措施。- 2 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)2下部结构在施工过程中的质量事故墩台基础组成了桥梁的下部结构，这里主要介绍几种常见桥梁基础和混凝土墩台在施工中经常发生的质量事故。2.1 钻孔灌注桩我国钻孔灌注桩(简称钻孔桩)，是河南省公路职工从 1960 年开始试验、研究，通过 在使用中不断改进，逐步发展起来的一种桥梁基础施工的新形式。钻孔桩的问世，可以说 是桥梁基础施工技术上进行的一次革命。二十多年来实践证明，钻孔桩具有许多优点：主 要是施工设备简单，操作方便，可变水下作业为水上作业；大大简化了施工工艺，缩短了 工期，降低了造价。因此公路桥梁中广泛地采用这一基础形式。其一般施工工艺流程为：图１.１钻孔灌注桩施工工艺虽然钻孔桩具有上述优点，但是施工中的各个环节仍然不可忽视。在施工过程中由于 对客观情况估计不足或地质情况有变化，钻孔过程中常常出现一些事故，现就这些事故产 生的原因进行分析，提出浅显的防止与处理方法。2.1.1 坍孔- 3 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)现象 坍孔事故多发生在孔内，主要表现为孔内水位突然下降；孔口水面冒细密的水泡；出 土量显著增加，没有进尺或进尺量很小；孔口突然变浅，钻头达不到原来的孔深；钻机负 荷显著增加等等。 原因 (1) 护筒制作不符合要求，埋置护筒的方法不当，缺乏因地制宜、灵活的埋置方法。 (2)冲击成孔中使用的泥浆不符合要求，粘土质量不符合标准或泥浆比重不足，起不 到护壁的作用。 (3)冲击成孔，孔内的水头高度不够，低于地下水位，致使孔内水位压强降低，造成 坍孔。 (4)在冲击成孔时，通有松散的砂层或粘性土的地质层，冲击速度快，忽视泥浆的密 度，孔壁护壁不好，致使坍孔。 (5)在开始冲击钻进时，冲程过大，由于机械的震动力，使护筒的底部或砂层坍塌。 (6)掏渣时，忽视向孔内注入泥浆或水掺粘土，掏渣后， ；水位低于正常水头高度，地 下水高于护筒水位，使护壁被水位压强破坏，造成坍孔。 (7)冲击成孔的钻具，掏渣时，经常撞击孔壁，破坏了护壁层，使局部坍陷。 (8)在混凝土理入前，吊入钢筋骨架时，骨架偏位摆动碰坏孔壁造成坍孔。 (9)清孔后放置时间过长，没及时浇入混凝土，而且没有采取预防措施，造成坍孔。 预防措施 (1)严格控制泥浆的比重、粘度、胶体率等各项指标，确保泥浆指标合格后，再进行 钻进进尺。 (2)根据地质、机械、钻进方法和泥浆指标等实际因素，确定一个合理的钻进进度， 进行钻进，以保证井孔的稳定性。一般来说，用反循环的方法钻进：在硬粘土中，宜用低 速钻进、自由进尺；在普通泥土中，宜用中高速钻进自由进尺；在砂土以及含少量卵石的 碎石土中，宜用中低速钻进、控制进尺，防止泥浆护壁护不上。切忌一味地追求工期，盲 目地加快钻进速度的做法。 (3)严格控制孔内水头标高，确保孔壁处于一种负压状态。这一种情况，在水上施工 的尤为量要，一般情况下，在砂层中钻孔，要使孔内的水头高出外面的水面 2.5―3.0m 为 宜。 (4)保证护筒有足够的埋深，尽量符护简埋置在稳定的土层中。 (5)严禁将钻机与护简相连结，以防止由于振动引起孔口坍塌，造成大的塌孔事故。 (6)应根据地质情况合理地安排同一墩位处各钻孔桩的施工顺序，以防止邻近孔壁被 扰动引起堪孔。 应对措施- 4 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)发生坍孔后，应立即查明坍孔处位置，分析地质情况，然后采取如下措施： (1) 坍孔发生在护筒底脚处，根据实际情况，可以立即拆除护筒，回填钻孔，重新埋 设护筒后，再钻进；采用加长护筒，使护筒通过震动锤继续下沉，直至埋于坍孔位置以下， 外围用黏土或装有黏土的草袋 回填夯实，重钻时，控制好泥 浆稠度和水头高度。 (如图 2.2) (2) 若坍孔位置较深，则 可以由测深锤和实际的地质情 况分析实际的坍孔程度，若不 严重，则可以加大泥浆比重， 继续钻进；若坍孔较为严重时， 则应立即用砂或小砾石加黏土 回填至坍孔以上位置，甚至将整个钻孔全部回填，暂停一段时间，使回填土沉积密实，水 位稳定后，重新钻进，时刻注意不良现象的发生。 (3) 若回填重钻时，经采取以上措施仍连续、严重坍孔时，根据地质情况，可以用地 质钻机钻至坍孔区进行压浆处理，从而防漏堵漏，重新钻进。 以上叙述的坍孔的预防治随和处理方法，都是在十几年工程施工中摸索的一些方法， 还有许多不够完善的地方，还需要不断地加深理论研究和探讨。总而言之，坍孔是施工中 经常发生的问题，耍根据工程实际情况加以预防和处理，这就会减少工程的损失和浪费， 降低工程的成本，提前竣工日期，尽早发挥经济效益和社会效益。 2.1.2 斜孔和弯孔 现象 原因 一是主观原因，在钻孔前没有对钻机进行严格的 检查修理．机架安装不正，护简埋的不正；二是客观 原因．钻孔中间地质有变化．如地层软硬不均匀，或 钻机支撑点强度不均匀等，在钻孔过程中钻机领款都 可导致上述现象。 三、检查方法 (1)仪器检测法。 即用电子水平仪或检孔器进行孔 径合倾斜度的检查。 (2)工地建议操作法。(如图 2.3)，在孔口沿钻孔图 2.3 检测弯孔图钢筋球 标尺夯实土坍孔前护筒底 加长埋深后护筒底坍 孔 位置 图 2.2 接长护筒示意图现场钻成的桩孔， 垂直桩不垂直， 或发生钻架横梁 滑轮 吊绳弯曲，斜桩斜度不符合要求。直径方向设一标尺，标尺上 O 点合滑轮、钻孔中心线在一条垂线上，测绳一端连接一用钢- 5 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)筋弯制的圆球，直径略小于孔径，测绳另一端用刃拉着，将圆球慢慢放入孔中，观察测绳 在标尺上的读数变化，即可了解孔的走向； (3)目测法。通过钻孔与钻孔中心的位置关系，判断是否发生弯孔。 预防和处理措施：第一，在施工中要严格按施工操作规程办事；第二，对钻机要进行 严格的险查。安置钻机前要夯实支撑点地基，钻机安平后要严格校对钻孔中心轴线；第三， 对地质变化情况要做到心中有数．如缩孔或不规则扩孔主要出现在地层变化处。如发生上 述现象，应及时调整进钻速度，泥浆稠度；并应上下扫孔使钻机逐渐正位。第四，弯孔较 严重时，如用旋转钻机，可提吊起钻机在弯孔处上下反复扫孔，使钻孔垂直。特别严重时， 应回填砂黏土，冲击钻孔应回填砂黏土夹砂卵石或小片石至弯孔以上 0.5m，待沉积或用低 冲程冲击密实后，再钻进；第五，不得用冲击钻直接修孔，以免卡钻。 2.1.3 护筒变形(失效) 原因 (1)由于护筒下孔内大面积坍孔，指使地层发生变化，从而使钢护筒下沉并倾斜，失 去护筒作用； (2)由于地下障碍物或护筒内外压力差过大，使护筒局部变形、开裂、漏水， 失去护筒作用。 应对措施 (1)对于第一种情况，应浆护筒拔除，然后回填重新埋设； (2)对于第二种情况，可根据护筒的长短、破坏的位置、破坏的程度不同，采取如下 措施： a 如果变形的部位在钢护筒的底部，且长度不大，钢护筒不漏水，则可以让潜水员下 水，用水下氧割的办法把已变形的部位割掉提出； b 如果变形的部位在钢护筒的上部，且距表土的深度在 1m 以内，钢护筒不漏水，则 可以在钢护筒内打米字撑，抽水至变形部位，用千斤顶调整已变形的钢护筒； c 如果变形的部位在钢护筒的中部且漏水，则用千斤顶或卷扬机等其它提升设备，将 整个钢护筒提出，查出原因，找到解决办法； d 套筒法。当长钢护筒破损失效后，为了防止护筒范围内的孔壁坍塌，或仍为了保持 孔内水头高度，根据实际情况，先在旧护筒内或外加套一个孔径或小或更大的新护筒，然 后再对旧护筒进行处理。 2.1.4 钻孔漏浆、护筒冒水 现象 原因 (1)埋设护筒时，回填土夯实不够，埋设太浅，护筒脚漏水； (2)护筒制作不良，接缝不密合或焊缝有砂眼等，造成接缝漏浆；- 6 -护筒外壁冒水，护筒刃脚或钻孔壁向孔内外漏泥浆。石家庄铁道学院毕业设计(论文)(3)再透水性强的砂砾或流沙终，特别在有地下水流动的地层中进行钻进时，过稀的 泥浆向孔壁外的损失很大。 应对措施 (1)对于上述 1、2 两种情况，可以用黏土在护筒周围加固。若漏水严重，应挖出护筒， 修理完善后重新钻进； (2)对于第三种情况，加愁泥浆或倒入黏土慢慢转动，或回填土掺卵、片石反复冲击 护筒壁。 注意：应重视漏浆事故，严重的漏浆若不加处理，可引起坍孔。 2.1.5 护筒下沉 护筒下沉的原因 在钻孔过程中，护筒突然下沉，造成孔内泥浆水头下降，低于施工工艺要求，钻孔无 法正常进行。这种情况在水上钻孔施工中经常出现，其主要原因：护简括打的太浅：加上 江水的局部冲刷，使护筒的埋深减少；同时，护筒内的土被 29 除出来，内摩擦力急剧减 少，仅靠护简的外摩擦力不足以承受护筒的自宣，从而导致护筒下沉。 预防措施和处理办法 (1)在插打钢护筒时，尽量将钢护筒埋得深一些，增加其稳定性和抵抗局部冲刷的能 力。 (2)加快施工进度，缩短施工的周期，减少或者避免由于冲刷造成的影响。 (3)如果护筒的下沉量较少，可以通过提高泥浆比重和粘度的方法，改善泥浆指标后， 继续钻孔。 (4)如果护筒的下沉虽很大，仅仅通过改善泥浆指标不能满足钻孔要求，或按工艺要 求泥浆金置不能 2.1.6 卡钻 原因 (1)用冲击钻施工时，出现梅花孔，冲击钻头被狭窄部位卡住； (2)坍孔、落石或工具掉进孔内，卡住钻头； (3)长护筒倾斜，下端为钻头冲击变形，同钻头卡在一起； (4)未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐减小，而焊补超限，又用高冲程猛击，发生卡钻； (5)伸入孔内不大的探头石未被打碎，卡住冲击锥顶或锥脚； (6)下钻太猛，大绳松放太多，钻头碰撞在孔内倾倒，顶住孔壁。 应对措施 事故发生后，应明确卡钻位置，查明该处的地质情况，同时应继续搅拌泥浆，以防沉 淀埋钻。再根据实际不同情况，采取不同的措施； (1)当为梅花孔卡钻时，可松绳落钻然后再提钻，使钻头转一个角度(可用撬棍配合)，- 7 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)有可能顺梅花孔提上来； (2)用小钻头冲击卡钻一边孔壁或钻头，使钻头松动后，再起吊； (3)探准障碍物的位置，收紧钻头大绳，可用冲、吸的办法，将卡钻处松动后再提出； (4)若地质情况较好(防止坍孔埋钻)，用 压缩空气管或高压水管下入孔内， 对卡钻处适 当冲射一段时间，使卡点松动后再提出； (5)用滑轮组或千斤顶强行提出。(如图 2.4)注意：为避免拉断大绳，造成掉钻事故， 应另备安全绳(钢丝绳)下入孔内套住钻头； 将 枕木垛远离孔口，以免压力过大而坍塌。 2.1.7 掉钻 掉钻原因 掉钻也是钻孔桩施工中经常出现的事故， 而且主要发生在钻岩阶段。 发生掉钻的主要原 因是：钻杆使用过久，连接处有损伤或接头磨损过多；钻进中选用的转速不当使钻杆扭转 或弯曲折断；地质坚硬，进尺太快，超负荷引起钻具断裂；卡钻(埋钻)时强扭、操作不当 使钢丝绳或钻杆(钻头)疲劳断裂；钻具之间连接螺拴松动，被剪断，引起掉钻。 预防措施 (1)开钻前应清除孔内杂物，零星铁件可用电磁铁吸取，较大物件可用抓泥斗打捞。 检查所有的钻抨、钻具、连接装置，对于那些有损伤和磨损的要做上标记，以便及时处理 或区别使用。 (2)在施工过程中根据地质和钻机设备情况确定合理的转速，以防由于使用不当造成 掉钻。太大的情况下，只有将护筒接高后，再进行钻孔施工。 (3)对于比较坚硬的地层，应采用减压、低速钻进，防止扭矩太大，发生掉钻事故。 (4)加强施工人员的责任心，经常检查钻具、钻扦、连接螺栓、和钢丝等部位．特别 是应力较集中的电焊接处要细致检查，发现问题及时处理。 处理方法 掉钻后应及时澄清情况，制定切实可行的打捞方案。如果钻具被沉淀物或塌孔土石埋 住，应首先清孔，使掉入孔中的钻具露出来，以便用打捞工具打捞，或者潜水员下去打捞。 (1)为了激发生掉钻后打捞，可以在容易发生断裂的部位预留一根打捞绳绳头，或者 在钻头的加劲肋上预先焊上打捞钩板。一旦发生掉钻，可以根容易地用相应的打捞钓或者 绳套等工具进行打捞。 (2)对于一般的掉钻，可以用打捞工具进行打捞。常见的打捞工具有：打捞钩、打捞 绳等。具体采用配种工具，要根据钻具的情况、断裂的部位等相关因素来确定。- 8 安全绳 枕木垛 千斤顶 工字钢图 2.4千斤顶提钻石家庄铁道学院毕业设计(论文)(3)对于那些无法用打捞工具进行打捞的，或者用各种打捞工具都捞不上来的坠落物， 只有潜水员下水进行打捞了。 2.1.8 埋钻 原因 卡钻或掉钻后，由于未能及时解决，时间一长，浮渣或稠度很大的泥浆沉积，发生埋 钻；卡钻或掉钻后，由于孔壁长时间浸泡而坍孔或在打捞钻头过程中，碰撞孔壁而坍孔， 发生埋钻。 应对措施 (1)若工期较紧，且实际情况也不允许再延迟工期(如汛期来临)，则丢弃钻机，回填 桩孔，重新设计桩位； (2)排除沉积或减轻淤埋程度，积极打捞，在一般的“换浆法”清淤仍不见效时，可 以采用“辅助爆破法”和“射水稀释法”； “辅助爆破法”就是在钻头底部进行小药量 松动爆破，同时用提升设备进行起吊的一种方法。“射水稀释法”就是在原钻孔附近另钻 新孔，至钻机所埋位置用高压喷水，使淤埋钻机的土壤达到粥状化，而后，缓慢提升钻机。 工程实例：夷陵长江大桥基础埋钻事故的处理 夷陵长江大桥位于湖北省宜昌市城区，全长 3536m，其主桥是一座三塔单索面预应力 混凝土斜拉桥。事故发生在某钻孔桩钻进到高程 412.1m 时，发现孔内严重漏浆，护筒及 泥浆池内的泥浆在极短的时间内漏完，钻机操作人员立即上提钻杆，但钻头难以上拉及转 动，表明孔内已发生坍塌。施工人员将泥浆补充至正常高程，下胶管吸渣，但钻头仍难上 提。根据测量情况，至 13 日 12：00 坍塌仍在发生，而胶管吸上来的卵石不多，为了避免 孔壁的继续坍塌，以及由此造成的邻近诸孔施工隐患，经过紧急商讨后，决定不再吸渣， 先保持地层稳定再作进一步处理。为此先将钢护简跟进至基岩面，在孔壁的稳定性得到保 证的前提下，再进行钻头事故的处理。 但是，在钢护筒跟进至基岩面重新清渣后，钻具仍无法提升，因此处理工作暂时停下 来，重新商讨对策。为了早日将钻头取出，最好的办法是探明钻孔内实际情况，有了第一 手资料才能寻找最好最快捷的办法，因此决定下潜水员探明具体情况再作处理。经潜水员 仔细探查，发现钢护筒已发生斜倾，护筒底口与钻头不同心，护筒底脚抵住了钻机配重。 经过多次修改最终处理方案为：第一步，首先将原来的钢护筒继续拨出，边拨护筒边 回填小粒径卵石，直至将原有钢护简全部拨出为止；第二步，重新振动下沉钢护筒，振动 下沉时安装定位架定位， 使钢护筒下沉时与原钻孔基本同心， 采用 150LW 振动锤分节下沉， 同时采用高压水枪与反循环清孔吸渣配合护简下沉至基岩面；第三步，下人高压水枪配合 进行反循环吸渣清孔至护筒底部， 力争清至钻头面， 同时下潜水员摸清钻杆与护筒同心度， 并检查护筒底部与岩面封口情况；第四步，下潜水员采用水下切割，沿配重面切割钻杆， 将上部钻杆拆除；第五步，利用空心套筒钻，将大护筒底的岩层钻孔，高度约 1m，再跟进- 9 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)大护筒，将由于岩面倾斜而引起的管脚渗漏彻底封住；第六步，继续清渣，将孔内的渣最 大限度排出孔外；第七步，下潜水员配合，用电磁铁吸起配重；第八步，将钻杆水下切割 至钻头上端；第九步，再下空心套筒钻，将钻头四周的岩层钻去；第十步，用打捞钻头的 笼子将钻头提升至孔外，检查钻头，重新下钻完成施工。 经过多方努力，历时四个月终于处理完埋钻事故。 2.1.9 混凝土浇筑事故 原因 (1)首批混凝土储量不足、导管接头不严或者焊缝破裂进水、导管提升过猛或渤深错 误引起超提等导致导管进水； (2)导管埋入混凝土太深，导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土之间阻力过大；提 管过猛将导管拉断造成埋管； (3)混凝土本身的原因、机械故障或其他原因使混凝土在导管内停留时间过久、或灌 注时间持续过长导致最初浇注的混凝土已经初凝而引起堵管，混凝土灌注停留的时间过 长，使凝土与钢筋笼之间因为初凝而枯结起来，底下的混凝土向上翻时导致钢筋笼上浮， 或由于清孔不彻底的原因引起断桩；泥浆太稠或混凝土太轻发生错误而造成混凝土标高不 够。 预防措施 灌注水下混凝土是成桩的关键工序，灌注过程中要明确分工，密切配合。统一指挥， 做到快速、连续施工，确保灌注质量，防止发生质量事故。 (1)导管进水的预防。保证混凝土的初增量，确保首批混凝土能将导管埋住，定期地 通过水密试验检查导管的密封性能，发现问题及时处理；浇注过程中，认真测量导管埋深， 杜绝测深错误。 (2)埋管、堵管和钢筋笼上浮的预防。首先，要加强混凝土施工的组织工作，保证混 凝土施工的连续性，严格控制埋探，一般情况下不要超过 6m，另外，可以在浇注漏斗安装 一个据动器，当混凝土的和易性不太好时，每隔数分钟振一次可以防止堵管。 (3)断桩的预防，防止导管进水，避免埋管、堵管，提高清孔质量，加强对混凝土质 量的控制可以减少或避免断桩事故的发生。 (4)混凝土标高不够的预防。加大测量力度，灌注即将结束时，加注清水稀释泥浆并 掏出部分沉淀土，或者用一根竹杆试探一下等方法可以预防这种事故主的发生。 处理方法 (1)导管进水的处理。由于首批混凝土储量不足引起的导管进水，可以将孔内散落的 混凝上拌合物用空气吸泥机或抓斗清除出来，然后，重新灌注水下混凝土，由于导管接头 不严或导管超拨引起的导管进水，可以将原导管或更换的导管重新插入混凝土中，用潜水 泵或吸泥机将导管内的水和泥浆吸出，然后继续灌注。- 10 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)(2)堵管的处理。可以用事先安装在浇注漏斗上的附着式振动器将混疑上振下去，用 吊机吊着导管，在不将导管超拔的情况下，上下提动导管。使管内的混凝土下去；如果以 上方法混凝土仍下不去，只有将导管拔出来，按导管进水的处理方法进行处理。 (3)埋管的处理。开始时，可用导链滑车、千斤顶试拔。如果仍拔不出，当孔径较大 时，已浇的表层混凝土尚未初凝。可以另下一根导管，按照导管进水的处理方法进行处理。 (4)钢筋笼上浮的处理。用重物强行将钢筋笼压下去，将粘结层破坏掉后继续浇注， 如果不行，只有将钢筋笼提出来，将孔内已灌的混凝土用硕机或吸泥机清除后准备二次灌 注。 (5)混凝上标高不够的处理。可以来用加高护筒的方法、经过抽水、除渣，再浇注混 凝土。 2.1.10 断桩 原因 (1)首批封底混凝土数量不足，导管底口距孔底间距过大，下落混凝土不能有效埋掩 导管口，使泥水从底口进入导管形成断桩； (2)混凝土中导管提升过猛或测深不准使导管底口脱离混凝土而引起断桩； (3)由于导管埋入混凝土太深或导管埋设不正被钢筋笼卡住，不能提升而终止混凝土 灌注，形成断桩； (4)混凝土灌注中发生严重的塌孔事故而形成断桩； (5)机械设备差，因故障修理又无备用设备和手段，导致混凝土初凝，不能继续灌注 而断桩 (6)突然停电，又无发电设备而导致灌桩工作停止； (7)严重缺陷桩也可作为断桩处理。 处理方法 (1)在灌注混凝土开始不久出现的问题，也就是混凝土灌注的方量还比较小时，应迅 速拔出导管和钢筋骨架，将可吸出的混凝土尽量吸出，如全部吸出，问题处理后重新灌注 混凝土，如部分吸出，将剩余已硬化的混凝土凿除，在进行灌注混凝土； (2)如灌注中发现导管进水或其他故障，如有充足的时间，在灌注混凝土不初凝的情 况下，可将导管拔出，修理后采用管底堵塞的隔水方法，重新插入导管，去掉底塞恢复灌 注或直接将导管插入已灌注的混凝土中，并不小于 2m，将导管内的水和表层稀松的混凝土 吸出后重新灌注； (3)在灌注混凝土的中途出现问题 ，如塌孔，设备故障不及时修理又无备用设备、导 管，未吸出未凝固的混凝土。 接桩处理，主要考虑： a 若断桩处距地表或水面不深，且表层至断桩处为结构致密的老黏土，则可以直接抽- 11 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)水至断桩处，进行接桩处理； b 若断桩处距离地表不深(根据孔径和施工能力而定)，但地质条件较差，可采用“下 沉钢护筒法和”和“旋喷桩法”。 “下沉钢护筒法”指将断桩位置下沉至断桩位置以下 1.5m 处，然后抽干水，在钢护 筒内进行人工开挖，清理、凿除石渣和淤泥至断桩表面，进行接桩处理； “下沉钢护筒法”对于断桩位置离地面较浅的情况易于操作，否则，可用旋喷桩法进 行接桩处理 。 “旋喷桩法”指由于受经济条件和施工机具的限制，“下沉钢护筒法”无法实施时， 在钻孔桩周围进行旋喷桩施工，即利用旋喷水泥桩堵水防渗效果，在断桩周围打一圈互相 交联的旋喷桩(图 2.5) 从而在断桩周围形成一道封闭的防渗帷幕，加固孔壁，堵水防渗，然后再进行接桩处 理。 [说明： 旋喷桩在工业与民用建筑工程软基加 固处理中广泛应用，其具体的设计参数请参阅有 关书籍，这里不再累述] c 对于表层土质较松散，且断桩处较深，应 先用气举法吸出断层表面的松散混凝土和泥浆， 然后用比钢筋笼直径小 20cm 的钻头钻入断层 1m， 在浇注混凝土前派潜水员下孔检查，清理断层表 面的泥浆、沉渣，并沿钢筋笼内边安放 4-6 根下 端封闭的直径 100mm 的钢管备用， 进行二次封底。 灌注混凝土后，做无损检查，若发现断层处仍有 缺陷，则可以利用预埋的钢管作压浆处理，直至合格； d 若断桩位置较深，且为了彻底一次性处理，可将钢筋笼提出或将未灌混凝土部分钢 筋笼割除，用冲击钻将混凝土连同全部冲碎清除(钢筋断碎后可以用电磁铁吸除)，然后再 重新灌注混凝土。 ｅ 桩内桩法 工程实例 某大桥 64 号墩 1 号桩，直径为 2.6 米，桩长 17 米，混凝土设计等级强度 C25，在灌 注水下混凝土时因导管破裂 达到设计要求，步骤如下： 安放内护筒 安放一直径 1.7M 的内护筒，护筒壁厚 6mm，每隔 1.5m 高设一道法兰盘。要求连接牢 固。 (2)安放压浆管 在孔壁合内护筒之间埋设 8 根直径为 50mm 的钢管，做压浆用。- 12 -图 2.5旋喷桩法示意图停止混凝土造成断桩，该桩采用桩内桩处理办法使其石家庄铁道学院毕业设计(论文)(3)回填 1M。 (4)压浆沿压浆管投入 2-4 厘米的碎石或安配合比的砂石混合料高度高出桩顶标高 2-4 台压浆机同时向 4-8 根压浆管内压浆，浆液为纯水泥浆，直到水泥浆 当压浆混凝土达到设计强度后，抽干孔内积水，人工进入孔底清除残 向孔内浇注 C25 水下混凝土或 C30 干混凝土，待混凝土凝固后 28 天冒出表面位置后才停止压浆。 (5)基底清理 (6)浇注混凝土 渣，将孔底混凝土浮浆清除干净，并凿毛。 抽样检查，混凝土强度最高达到 C43。 2.1.11 特殊地质构造―岩溶 工程实例 工程概况和特点： 石长铁路 DK63+700―DK70+350 段工程地处岩溶地区，地质复杂，地基表层为堆积土和 砂砾土，下层为强风化溶蚀石灰岩，裂隙发育，岩层有起伏，且长期受到弱酸性水的侵蚀， 在该地段有 7 座大中桥，设计为钻孔桩基础，桩径为 1.0 米，共有钻孔灌注桩 168 根，经 过反复的勘测，62 根桩的位置在地基 30 米深度内普遍存在裂隙，溶槽或溶洞，溶洞形状 各异，大小不同，填充物不一， 老渐河大桥和新渐河中桥桩基处 在典型的复杂地质条件下，部分 桩基下有两层或多层溶洞和在尺 寸溶洞，多数溶洞填充物为软硬 塑状粘砂土，软塑状砂砾土，流 动状泥浆等，部分桩基的剖面图 (如图 2.6)本工程桩基施工有以 下特点： (1)通过施工过程的观察的 检测，发现部分溶洞岩层厚度不 一致，岩层强度不均匀，有些溶 洞仅仅侧壁伸入桩孔位置， (如图 2.6 所示)在钻孔过程中，极易出 现偏孔和卡钻情况。 (2)填充物为软塑状的大尺寸溶洞，钻孔中极易发生坍孔，如下图所示。而这种溶洞 以及其填充物，在施工中会因涌浆而发生渡孔现象，清孔困难，在灌注混凝土时也容易断 桩，如图 2.6 所示，没有填充物的大尺寸溶洞，在向桩孔中灌注混凝土是易发生混凝土流 失现象。- 13 -1、2、3 为溶洞， 1、2、3 为溶洞， 1、3 为溶洞，物 流塑状泥浆填充 物 4 为裂隙 5 为灰岩 图 2.6 溶洞 无填充物，4 为 裂隙 5 为灰岩 充填物，2 为溶 洞流塑状砂黏土 充填物石家庄铁道学院毕业设计(论文)技术措施：根据溶洞大小以及填充物的情况，按由上而下逐一处理各处溶洞的程序， 采取了一系列的措施，成功的处理了钻孔过程中穿越双层溶洞时出现的各种情况，使成桩 质量达到优良标准。 (1)穿越溶洞顶部岩层倾斜，岩石强度大一，都易导致偏孔卡钻等问题发生，因此必 须在钻进过程中仔细核对地质情况，随时检查钻机机具和孔位，若有详细的地质资料则在 钻至溶q 0.5 米左右时，要调整钻机的冲程，该用小冲程钻进，作到轻击慢打，以防止 偏孔钻情况发生。当发现主绳摇摆过大，并偏离桩的设计中心时，此时则注意孔内水位， 泥浆稠度及其他情况，当孔内水位变化较大，或泥浆稠度颜色发生变化时，则说明溶洞顶 板已经被击穿，此时则用高度与孔径成 4 倍关系的鼠笼式测孔器检查在穿越溶洞的顶板时 是否发生偏孔，如果偏孔则回填块径为 30CM 左右的片石至原钻孔位置以上 0.5 米左右， 钻进后再用测孔器检查是否被正，如此反复进行，直至完全纠正为止，对于仍无法纠正的 偏孔，进行孔内水压爆破或清孔后灌注水下混凝土到偏孔位置，待水下混凝土达到 3 天强 度后再实施钻孔，效果很好。 (2)穿过溶洞的施工对策：当钻进速度明显加快又无偏 孔现象时表明已经进入溶洞， 进入溶洞后，要根据溶洞的大小和填充物的情况采取相应的措施： 洞高于 1 米的小溶洞：在钻进前采用砾石和粘土的混合物回填至洞顶以上 0.5 米开 钻，但在钻进过程中，宜保持泥浆合适的稠度，若一次加填的混合料不能完全填充溶洞时， 要以再回填一次，使混合物完全填充溶洞。 洞高较大且无填充物或填充物呈软硬塑状态的溶洞：先钻进至溶洞的底板，然后采用 片石砾石混合物回填溶洞，回填高度一次以 1.5 到 2.0 米为准，每回填一次后利用小冲程 挤压，再回填再挤压，如此反复进行。直至完全填充溶洞后再进行钻进，但在金占进过程 中，应适当的增加粘土的数量，提高泥浆的密度。 洞度较大且填充物为流塑状的溶洞：宜选三种方法进行比选。 回填片砾石混合物，考虑溶洞较高，泥浆侧向压力较大自稳性差，在回填片砾石混合 物后，混合物有随同流塑状填充物再次涌向桩孔，抛填数量难以估计，清孔困难，在施工 混凝土灌注时，质量也无法保证，且因泥浆的大量涌入或混凝土的大量流失而导致断桩。 回填混合物后用长护筒跟进，这种方法也有缺陷，如因为桩孔四周泥浆侧向压力不均 匀 ，易造成护筒倾斜；如溶内有突出岩块，护筒跟进困难，且很难顺， 直；溶洞底部 岩面倾斜，在护筒及时跟 进后，泥浆也右能从岩面低处缺口涌入桩孔，影响成桩质量。 进至下一层溶洞，填充混凝土后钻进：在钻孔至溶洞底板时，不用清孔，即向孔内灌注 C20 的细石水下 混凝土到溶洞顶 10.5 米左右，待混凝土达到 3 天强度后，秤平斗满 灌注的细石混凝土会在桩周围形成一个圆形或半圆形围护，有效的防止溶洞内流塑状填充 物涌入或混凝土流失引起的断桩，这种方法，也能解决因溶洞侧壁伸入孔内而造成的偏孔 问题。- 14 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)在洞底岩面上钻孔时防止偏孔的措施：当发现钻进速度明显比溶洞内钻进速度降低， 且当绳押运有所增大，则说明已经钻到溶洞的底板，若溶洞底板岩面倾斜，呈现台阶或基 岩因溶蚀的程度不同而倾斜，则极易造成钻孔过程中偏孔。因此钻进达到溶洞时，也无需 调整钻机的冲程，改用小冲程钻进，并随时检查孔位。当主绳摆动加大，并朝同一方向偏 离桩孔设计中心时，则说明已经发生了偏孔，此时要提钻回填片石，回填高度以原孔位置 为准，再钻进，反复进行直至完全纠正为止，此过程中出现坍塌，漏浆，不规则孔型，卡 钻掉钻等常见情况的按规范办理。 通过以上办法措施， 收到了较好的经济效益的社会效益。2.2 沉井桥梁工程中常用沉井作为墩台的深基础。通常用混凝土或钢筋混凝土制成，其制造 程序，一般是在墩位处先浇成井简结构用以围水，而后在井孔中挖土，使沉并依靠自重下 沉至设计标高， 再用混凝土封底并用低标号混凝土或用砂砾石等回填井孔， 井顶加封顶盖， 遂成沉井基础，墩台即筑于其上。沉井基础的优点是可以承受较大的荷载，基础的整体性 较强，而且其井壁既是基础的一部分，又是施工时防水和挡土设备，保证挖土的顺利进行， 同时这种基础不需较复杂的施工机具，可全面开工。 2.2.1 沉井施工注意事项 (1)安全生产。施工前应对沉井周围的构造物，施工设备、渡船联络等制订好可靠的 措施，确保施工安全。 (2) 防止沉井偏斜。沉井的偏斜在整个施工过程中是经常发生的，多数是因为并下挖 土不均匀而引起的，因此必须随时进行观测，在接高沉井或在沉井下沉至最后阶段时要重 点观测，发现倾斜或位移应及时纠正。纠正的方法一般采用一侧除土，倔压重物或顶部施 加水平力等方法；当发生较大偏斜时，首先要摸清情况，分析原因，方能对症下药。该项 工作往往不是经过一次所能奏效的，需要进行反复调整。 (3)克服下沉困难的办法。当井壁与土间摩阻力过大，沉井无法在自重作用下下沉时， 可根据具体情况分别采用以下措施： ａ 继续接高沉井或在沉井上加重，增加沉井自重，迫使继续下沉。 ｂ 旱地施工时，可挖去沉井外围一定深度的土，减少井壁摩阻力；水中施工时，可 袖去井孔内一部分水，以减少沉井浮力，增大沉井下沉重量。 ｃ 沉井制作时力求外壁光滑，以减少与土壤的摩阻力，有条件时可采用外部射水破 坏土壤摩阻力或用泥浆润滑套减少摩阻力以助下沉。 ｄ 做好下沉测量记录，正确掌握土层情况，经常检验土的阻力与沉并重量的关系。 当在不稳定的土层或砂土中下沉时，应特别注意保持井孔内外的水位高差，防止大量砂浆 翻涌。 沉井施工的一般工程事故主要发生在下沉阶段和水下封底阶段，下面就分别详细介 绍。- 15 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)2.2.2 大幅度倾斜 原因 其根本原因是下沉时，外力对沉井中心产生了不平衡力矩。直接原因有： (1)地质因素 刃脚下土层软硬不均； 河床高低相差过大，偏土压对沉井的水平推移； 或岩面倾 斜较大，沉井沿倾斜面滑动； 开挖时，井内大量翻砂； 塑至流动状态的淤泥中，沉井易 于倾斜。 (2)施工因素 ａ 没有对称的抽出垫木或未及时回填夯实，致使下沉前底节支点不平，已有下沉倾 向； ｂ 除土不均匀，使井内土面高低相差过大； ｃ 刃脚下掏空过多，沉井突然下沉; ｄ 刃脚一角或一侧被障碍物搁住，没有及时发觉或处理； ｅ 井外弃土堆放产生的偏土压对沉井的水平推移； (3)对于双壁钢沉井为增加下沉系数，而向井外填加混凝土的过程中，由于填加不均 匀而致沉井重心便移过大，发生倾斜。 应对措施 事故发生后，首先应查明沉井实际的偏移值，分析原因，而后根据“先稳定，后纠偏； 再下沉中纠偏，边沉边纠的原则，果断采取措施，进行处理。目前，常用的方法主要： (1)井内偏挖，加垫法。即在刃脚高的一侧井内挖土而在刃脚较底的一侧加垫，随沉井图 2.7井外偏挖、井顶偏压或套拉的下沉，高侧刃脚可逐渐低下来； (2)井外偏挖，井顶偏压或套拉法。其目的是提高单纯偏挖土的纠偏效果，因为井外 挖槽土方量大，一般只挖 1.5―2.0m 左右。此法多用在入土较深时候的纠偏，由于钢丝绳- 16 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)套拉时施加的水平力很大(可以达至百吨以上)，滑车组的锚固需要强有力的地笼，采用这 一方法时应如图使用平衡重，而不用卷扬机牵引，使作用力持续不变，避免沉井位移时钢 丝绳松弛，也可防止沉井结构或千斤绳因受力过大而损伤；(如图 2.7) (3)井外支垫法。 (如图 2.8)用枕木垛托住栓于沉井顶面的挑梁， 借枕木垛下的大面积 支撑力阻止该侧沉井下沉，可以比较有效的纠正沉井倾斜但需防止钢丝绳受力过大而断 裂； (4)井外射水法。 在沉井刃角较高的一 侧井外射水，破坏其外壁磨阻力，促使该侧 沉 井下 沉 ， 是水 中 沉 井 纠偏 的 一 种方 法， 使用时， 射水管的间距不宜超过 2m 。 (5)摇摆下沉法。 当沉井入土深度不 大，但偏移量较大，沉井结构中心线与设计 中心线平行时， 可采用摇摆法下沉逐渐克服 土侧压力以正位。其做法是：先将便移方向 一侧先落底 15―20cm ，然后再将另一侧落 底成水平状态，如反复下沉使沉井回到正确位置。 (6)倾斜法下沉。 当沉井入土深度不大，且偏移量较大时，沉井结构中心线与设计中 心线相交与刃角下一定深度时，可沿沉井倾斜方向下沉，使沉井刃角向设计位置接近，然 后正平沉井位置。 (7)增加偏土压法 但是，在许多情况下，都是根据实际的情况将上述方法综合使用。石长线沅江大桥 N4 墩沉井就是综合运用了井内偏挖， 井顶套拉的方法， 成功扶正了严重倾斜的大型特型沉井。 工程实例：某沉井发生大幅度倾斜处理过程 地质情况：地面以下为厚 1.0 米灰色亚粘土和厚 20m 的灰色淤泥质粘土，物理力学性 能差，抗剪强度低．地基容许承载力仅 30―45kpa，压缩性高，透水性小，灵敏度高。 倾斜原因：沉井制作标高在自然地面以下 2.2m，砂垫层厚 1.0m，采用水力机械冲吸 泥的“水冲法”下沉。当沉至自然地面以下 4.8m 时，突然发生倾斜，倾斜度达 26.4％， 井继续发展。 沉并发生大幅度倾斜的主要原因：沉井平面结构形状不尽合理，属特殊结 构的长条形沉井；稳定性差，下沉施工过程中，刃脚始终北低南高，形成自然侧向摩阻力 的高低。 纠偏处理： 经测量监测，沉井倾斜差仍以 4mm 每小时速率发展，根据现场的地质条 件， 结合沉井北侧倾斜面引起的土压力分布不均匀、 即沉井北外侧主要承受的主动土压力， 南外侧主要承受被动土压力，决定从改变沉井南北侧的土压力状态入手，采取了以下处理- 17 -挑梁枕木垛图 2.8井外支垫法石家庄铁道学院毕业设计(论文)措施： ａ 井内暂停水力机械冲吸泥浆，减少井内泥浆的流动，保持井内稳定，纠偏过程实 施人工挖土的方法。 ｂ 沉井顶部南侧实施压重，减小沉井结构偏心，形成向南侧土体的水平推力：井在 沉井南外侧边，每隔 lm 挖 1．5m 深坑，呈凹凸状．以减少其被动土压力。 ｃ 沉井倾斜的北侧局部用枕木作支撑，相互拉接形成支挡体系；其底部沿地面填厚 5mm 中粗砂，增大其主动土压力，保证沉井下沉纠偏过程中，使土与井壁之间产生的孔隙， 由于砂土自动填充而密实： ｄ 加强纠偏观测，每隔 2―3h 观测一次，为纠偏施工提供依据。 采取上述措施 后．使沉井相对应的两侧的主动土压力和被动土压力的差值减少，趋于平衡态势，沉井纠 偏量以平均 15mm/d 速率回复，8 天后纠偏的高差仅存 38mm，达到了纠偏后的预期目标。 2.2.3 翻砂 原因 其根本原因是由于沉井底部产生空隙和通道，内压力又小于外压力，使井外砂粒涌向 井内。其直接原因主要有： (1)下沉时吸泥或挖掘过限在刃脚下造成通道； (2)下沉工艺不当，下沉中井内外及井孔间有水头差，超过 2-3m 时，尚未及时补水， 最终引起翻砂。 (3)井外土质松散，吸泥造成沙砾涌入，地面坍塌。 说明：小量翻砂可加速沉井下沉，但较大翻砂常造成沉井倾斜，突然下沉和井壁开裂 应对措施 (1)出现较大翻砂后，应首先检查井壁完好情况，必要时，用钢丝绳并加木楔孤紧； (2)按稳定土坡用挡土板切断土源，防止翻砂的后续发生。若已导致沉井倾斜，则用 下面二所讲的措施，具体分析，具体处理。若各项指标都在误差允许范围内，则逐步吸出 井内泥砂，及时补水，继续下沉； (3)冷冻法的应用。 当工期紧迫，采用其他方法无效时，可以采用人工冷冻技术，凤 台淮大桥 4#主墩沉井基础施工中(详见《公路》5/),当直径为 12m 的井筒 下沉至 24m 接近基岩顶面时，由于岩层倾斜的影响，沉井周围刃脚发生涌砂、涌水，沉井 地面四周地面下陷，无法继续施工。为此，在沉井四周均部多根钢管伸至刃脚处，用-25 摄氏度的盐水交叉循环通过钢管，使得地层冻结，阻止了翻砂、涌水现象。 2.2.4 沉井的其它常见事故 突然下沉 从受力来看，突然下沉主要是由于沉井的重量相对的骤然大于土阻力。其直接原因主 要有：- 18 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)(1)抽水减少了水浮力； (2)吸泥淘空了基底； (3)出现翻砂，导致突然下沉。 沉井突然下沉，可能在几秒钟内下沉 3.0―50cm，从而出现埋进，压断吸泥、射水设 施，沉井倾斜及井内水位陡升，涨裂井壁等副作用。针对突然下沉，应重在预防，它要求 下沉工艺应力求除土均匀，根据不同的地质情况，设计相应具体的除土工艺，并严格按照 除土工艺进行施工。 沉井混凝土缺陷处理 沉井混凝土裂缝宽度在 2mm 或以上时，要进行处理。在井内壁钻 30―40cm 深的孔眼， 安装 16―19mm 间距是 50cm 的牵钉数排，外露 40cm 长并设弯钩，立模浇注混凝土使之与 井内填充混凝土连成一体。沉井混凝土表面出现的蜂窝和麻面，可用沙浆填充抹平，或混 凝土内部出现严重的蜂窝状孔洞时，要采用压注水泥浆的方法处理。2.3 管桩预应力混凝土管桩的最大特点是承载力高、适应性强，施工快捷且文明，在适当的条 件下利用大直径预应力混凝土管桩代替钻孔桩作为桥梁基础有一定的经济效益。管桩在工 民建施工中已得到广泛应用技术较为成熟，桥梁工程由于地形地质较为复杂，承载力要求 也比较高，所以应用不如钻孔灌注桩多，但是管桩比较钻孔桩施工方便造价低，只要在设 计时能根据使用性质、地质条件对管桩应用作合理取舍和在施工时能把握住关键环节，应 用和推广管桩技术将是很有意义的事情。 2.3.1 管桩施工中常见的事故 (1)桩顶破裂 (2)桩身断裂 弯强度而破裂。 (3)桩涌起 (4)桩急剧下沉 (5)桩身跳动或重锤回弹 2.3.2 造成事故的原因及防治办法 产生事故的主要原因来自三个方面，即管桩质量、施打技术、机具配套。下面就针对 这三方面进行分析： 施打的管桩必须具备一定的技术指标，这是能否使施工顺利进行的先决条件，管柱混 凝土等级未能达到设计的要求，说明管桩质量是引发断桩事故的一个重要原因。因此要求 管桩生产厂家要严格把好出厂检验关，并加强对运输的管理，严格控制吊点、支点位置， 防止吊装运输过程损坏。每节管桩在接桩前必须进行检测，接桩时接口必须保证质量。 施打技术、机具配套也是施打沉桩过程的两个重要因素，施打方法不当或未能及早排- 19 -锤击过程中桩顶被击碎。 桩身在施工中出现大量弯曲，在反复冲击荷载的作用下，超过桩身抗石家庄铁道学院毕业设计(论文)除隐患和机具不配套，往往会增加对管桩不利的内力，甚至超过极限引起破坏。 (1)陆地上施打的管桩是在施工过程中分节入土，边施打边接长。在前一节管桩入土 时，锤击作用在此节的桩头上。如果桩头平面与桩纵轴线不垂直或桩帽与桩头间垫料缓冲 性能差，会使管桩局部承受大偏心受压而引起桩头附近开裂。这时如继续接长势必留下隐 患，继续施打到一定程度出现断桩在所难免。根据的检测统计，在接头附近部位有时存在 桩身缺陷。所以施工部门应每次接桩前对前一桩节桩头进行检查(包括入土时对外露部分 的桩身检查)。 (2)管桩是以端承力为主的桩种，有时因地质的突变而使桩尖进入岩层或遇到孤石， 在施打中如果贯入度有突变或其它异常现象，应停止打桩，查明原因，绝不可硬打。因为 桩尖遇到极大的阻力会发生破裂。况且管桩是―种刚性材料，其抗弯性能差，如遇到没有 坚硬土或强风化岩等的过渡。桩尖穿过软土直接碰到岩层或孤石，而岩面或孤石面又不水 平时，硬打会使管桩倾斜，引起断裂。尤其是斜桩、由于桩身本身斜置，垂直碰到岩面或 孤石面的机率是很小的，更应引起注意。 (3)众所周知，管桩在锤击力作用下会产生顺桩轴方向的拉力。桩身越长，拉力将越 大。再加上由于接桩不顺直或桩帽、桩机对管桩的约束而引起的弯、扭力矩―起共同作用， 更易使管桩内力达到极限而破坏。管桩在锤击力作用下产生的拉应力，有关文献是按应力 波理论进行解释的。当锤打击到桩头时，桩头产生压应力波并向下传播，向下传递到桩身 的压应力波会以拉应力或压应力的形式从桩尖反射回来。当桩尖土抗力很小或桩通过坚硬 的土层打到下面的软土层时，向下传递的压应力将以拉应力形式反射回来，使桩身承受拉 应力；当桩尖土抗力很大，向下传递的压应力波仍以压应力形式反射到桩身，然后这个压 应力再从桩头的自由端以效应力的形式再反射回去，使桩身受拉应力。桩身受拉超过极限 而破坏的可能性是很大的。因此我们在处理断桩事故时要求施工单位的打桩机具必须配 套，支垫有良好的缓冲性能，施打过程应按“重锤低打”的原则进行。因为根据应力波的 理论，应力波的波长取决于桩锤与桩垫或桩头接触时间的长短，接触时间越长，波长越长， 由此而产生的拉应力越小。不难理解，重锤比轻锤在桩垫上的接触时间要长；锤击在缓冲 性能好的桩垫比锤击在缓冲性触差的桩垫接触的时间要长。2.4 明挖基础2.4.1 概述 天然地基上的基础，通常是建设在不太深的未加固过的天然土层上，而且这种基础的 底面是平的，所以称为浅平基。浅平基由于埋入地层较浅，设计计算时可以忽略基础侧面 的土体对基础的弹性抗力，施工方法也较简单，因此，浅平基是较经济、方便、最常用的 基础类型。 由于一般采用明挖基坑(敞坑开挖)的施工方法， 故又名为明挖基础或敞坑基础。 2.4.2 基础轴线偏移过大 现象 浅基础浇注或砌筑后，基础纵、横轴线较设计位置偏移量超过 15cm，或发生- 20 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)扭转。 原因 (1)小桥桥位轴线，设计单位没有给出，施工单位无控制，轴线的三角网或线路的控 制导线精度不高； (2)城市道路中，错将施工中线当作道路永久中线，而使桥位轴线出偏差； (3)测量仪器存在问题，未校正，或测设中出错，造成轴线偏移过大。 预防措施 (1)施工前，当没有交桥位轴线时，应设桥轴线三角控制网，或根据线路要求，加设 整段路的施工控制导线，并达到精度要求； (2)交接桥轴线桩时，要严格执行有关规定，进行复核，并加设护桩控制； (3)健全和强化各项测量工作的管理制度，如仪器使用、校验制度，各级测量复核制 度和交接制度，保证在基础施工全过程不发生因测设失误造成的基础轴线偏移 2.4.3 基坑槽底超挖 现象 基坑槽底部分或全部开挖深度超过设计深度。 采用机械开挖时，施工现 场未设专人盯测槽底标高，造成基坑槽底超挖，简称基坑超挖 。 预防措施 (1)机械开挖时，槽底的 控制标高应比设计标高提高 15―30cm，机械挖完后，再用人 工清槽； (2)改进机械挖土的铲斗，减小斗齿扰动土的厚度，响应减小槽底的预留厚度，配合 专人，随挖随按槽底的设计标高进行人工清槽。 应对措施 清除超挖部分的松土，按软弱地基进行处理。 2.4.4 基坑浸水 现象 原因 基坑开挖中或基坑开挖后，被地下水或地面水淹没基坑槽底 。 基坑开挖时，防水、排水设施没有考虑或考虑不周；或开挖前，没有进行人工降水，以及人工降水失效，造成基坑 浸水。 预防措施 (1)开挖基坑前，在基坑周围的场地上，设置 排水系统，截流地面水，防止地 面水流入基坑。 (2)在地下水位较高的地区， 需在地下水位以下挖土，可以采用明排水和 三级 深度挖土法挖基坑。即挖土深度、排水沟和集水井始终保持三级深差，每级深差一 般为 20―50cm。开挖时，先从标高最底处开始，并在最底处设置集水井 (如图 2. 9)。- 21 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)(3)如果基坑开挖后，不能立即进行下一道工序施工时，可以在基坑设计标高之上预留 15―30cm 厚的一层土不挖，待下一道工 序开始前，再人工开挖至槽底的设计标 高。 应对措施 已经浸水的基坑，要立即查 找造成水浸的 原因，并针对原因， 采用有效措施消除故障，将水排净。 未排净前，不得有人和设施扰动基底 土，待晾晒后再用地基处理方法进行 处理。非粘质土地基晾晒后，地基土 无扰动，可以不进行处理。 2.4.5 流沙 现象 开挖基坑时，遇粉、细沙层，由于排 水方法不当，粉土粒、细砂粒随抽水而发生“浮 扬”状态， 前一天挖至设计标高， 第二天基底又在 设计标高以上， 造成基底土层上涌， 基坑周围塌陷 (如图 2.10)。 原因 由于地质资料不清， 不知有粉细砂夹原基坑底 地下水位线排水沟集水井图 2.9基坑排水层，采取集水坑排水法。在排水的工程中，坑外的 水流 经过板桩低端从下向上流进集水井，水对土 粒施加一种向上的渗透力， 超过了坑底下地基土在 水中的浮密度是，土粒被向上的水流“冲‘起来， 使坑底土挖后回涌。 基坑周围， 由于其深层土粒流 走，产生空隙而沉陷。 预防措施 开挖基坑前，通过熟悉设计资料及实地勘察访问，尽量详细摸清该处地质、水文情况， 然后采用恰当的排水方式，如井点排水或改变为水下施工。 应对措施 主要是减小或平衡动水压力或在动水压力下，使坑底的土粒稳定，不受水压干 扰。常用的处理措施有： (1)安排在全年最低水位季节施工，使坑底内动水压减小； (2)采用水下挖 土，不抽水或少抽水，使坑内水压与坑外水压相平衡或缩小水- 22 -图 2.10流沙现象石家庄铁道学院毕业设计(论文)头差； (3)采用井点降水，使水位降至基坑底 0.5m 以下，使动水压力的方向朝下，坑 底土面保持无水状态； (4)沿坑底外围四周打板桩， 深入坑底下面有一定深度，以阻挡坑外水向 坑内 压入，减小动水压力； (5)往坑底抛大石块，增加土的压重和减小动水压力，同时组织快速施工； (6)当坑底面积较小，也可采 取在四周设钢板护筒，随着挖土不断加深， 直至 穿过流沙层。 说明：所谓井点法就是使水由基坑内向外流入事先埋入的井点管的滤管，然后用泵 将水从滤管中抽走。由于滤管周围在埋设时，设有反滤层，不会造成粉、细砂流动，从而 消除了造成流沙的可能性。所谓帷幕法是指硅化法、悬喷桩法、地层冻结法和压浆法的运 用 2.4.6 基坑回填土沉陷 现象 象。 原因 (1)基坑溜土坡脚清理不彻底。尤其用机械或汽车往坑内运土或倒土时，坑内人工劳 力少，采用简单的夯实机具，造成供土和夯实进度比例失调，从而产生遗漏夯实或夯实不 足； (2)基础结构物与基坑壁之间的肥槽过窄，无法用机具夯实，使夯实度不能达标； (3)违反操作规程，带水回填，或者使用推土机推土进入基坑，造成填土不分层压实， 超厚填土等现象； (4)基坑肥槽内存在的保温草帘、木块、草袋等杂物清理不彻底，土回填后杂物腐烂 而沉降； (5)填土方的含水量与最佳含水量相差悬殊，尤其土过湿难于压实而沉降。 预防措施 (1)严格执行施工技术规范的有关条款，认真作好土方回填的防水、排水工作，杜绝 带水回填；严格掌握填土摊铺的分层厚度，确保充分压实；在施工方案中，预先安排好回 填工作的流程步距，调配好与填筑工程量相适应的人力和机械设备，协调好填筑和压实的 进度。 (2)填土前，必须检查填土土源的土质和含水量的情况。根据土的含水量，在施工方 案和技术交流中，明确相应采取的措施，并在施工中从严掌握。如填土含水量过大，可以 根据施工进度缓急，采用晾晒或掺石灰粉等不同处理方法。如填土含水量过小，可在摊铺- 23 -桥梁基础等部位的基坑，回填土填筑后发生下沉，产生地面凹陷、开裂等现石家庄铁道学院毕业设计(论文)时撒水，待含水量接近最佳含水量时，再压实。 (3)必须认真按操作规程把填土范围内的各种杂物及淤泥等清理干净。 (4)严禁带水回填。 应对措施 当回填土的沉陷影响到结构物的正常使用时，如果仅仅是使桥头锥坡、护坡开裂、变 形，那就待沉陷基本稳定后，对破损的浆砌进行修补；如果已威胁到墩台的稳定性时，那 就必须对基础进行加固。 2.4.7 深基坑壁土体失稳 现象 基坑附近土面开裂，基坑坑壁局部或全部坍塌或者基坑支护结构严重变形甚至 被破坏。 原因 (1)无支护开挖时，坑壁放坡不够，坡度过陡； (2)由于施工机械或弃土堆放的位置不当，坑顶荷载过大； (3)排水不及时，基坑积水浸泡坑脚； (4)强烈震动(如打桩、爆破、火车运行)影响坑壁土的稳定； (5)基坑支护结构设计不当。 应对措施 (1)出现裂缝后，应立即组织人员勘察、分析、查明产生裂缝的根本原因，并根据裂 缝的发展情况，作出是否将机具和人员撤离工作面的决定，同时，应将产生裂缝的因素排 除(如增大坑壁坡度、排干坡脚水、减小坑顶荷载、停止震动源工作等)，及时对坑壁进行 加固，尽可能避免坍塌；若该基础临近既有线，同时，应对既有线构筑物进行观察、 加固。 (2)当基坑坍塌已成为事实，应查明原因，对周围建筑物进行观测，如需要，立即采 取加固措施，避免连续坍塌的发生。对已坍塌的土石方，根据基坑的深度和实际的地质情 况，制定清理方案，是先加固后清理，还是先清理后加固，但中心目的只有一个，就是防 止再次坍塌的发生； 若坍塌的基坑濒临既有线，为了避免清土引起再次坍塌，造成更大的损失，可将基坑 回填夯实，由设计院重新设计。 2.4.8 基础顶面高程失控 现象 原因 (1)引错水准点或水准点已经变化，但未检查就使用，造成全部标高点高程不对； (2)基础支模前，基底高程检测点数不够，漏掉不合格点造成部分搞成偏高； (3)基础厚度在浇注中失控，造成基顶高程失控。- 24 -基础顶面部分点或全部点的标高高于设计值，并超过 10cm 。石家庄铁道学院毕业设计(论文)预防措施 (1)水准点要定期进行闭合复核检查； (2)施工中要作好引出水准点的交底，防止施工人员用错； (3)基地高程检测，每块基础至少检测四角合中央五点的高程，特别是基础面积较大 时，还要适当的加点控制； (4)严格质量验收标准，控制基础厚度，避免过大超差。 2.4.9 基础断裂 现象 原因 (1)由于桥梁的基础在验槽时没有探测，使基础某部位下有地基异常(如古井、古墓、 防空洞等)没能发现，基础修建后，因局部承载力不足造成基础断裂；或地基某部位土质 很差(软黏土、垃圾土、淤泥等)，地基软硬程度不同二断裂； (2)冬季施工，地基土被冻结，又未进行处理，在冻结土上浇注基础混凝土后，由于 土的冻涨，使地基土开裂； (3)春季施工，地基已经挖至设计标高，但下面仍有一定厚度的冻层，误认为使坚硬 土，在这种情况下浇注基础混凝土，当冻层融化时或融化后某段时间内，由于地基融沉和 压缩变形过大，使基础开裂。 预防措施 (1)基础施工前，要查清桥位处有无地质异常情况，当地基进行隐检时，要进行检测， 并认真分析地基土的实际情况是否与设计资料相符，避免漏掉基础异常问题； (2)冬季施工中，地基要用草帘等保温材料覆盖，不允许地基土被冻结。如发生冻结， 应将冻土挖掉，在保温维护措施可靠的情况下，才能浇注基础混凝土； (3)春融期进行基础施工，要注意检查地基表层下有无残留冻土层。如有，要使其融 化并进行处理后，才可以进行基础施工； (4)必须保证地基软硬均匀，否则要进行地基处理。 基础砌筑或浇注后，某角、某部分甚至拦腰断裂。2.5 桥梁墩台2.5.1 曲线桥墩(台)定位测设错误 墩台定位是施工的第一部，有些曲线桥尤其是公路曲线桥和高墩台在桥墩台位置的测 设上要求很高。 现象及原因 (1)高墩施工中的墩轴线定位测量超过了误差的允许范围。结构自身基础底面积小， 墩身高，重心高，墩身自身的柔度大，使墩身的轴线一发生弯曲和摆动；尤其有些分段浇 注的桥墩更容易发生此现象 (2)测设时将桥墩中心在线路中心线上的对应点当作桥墩中心进行施工。- 25 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)应对措施 (1)注意测量仪器的精度标准和及时的校合 (2)现场应用较多的定位方法是偏角法测量，测量后可采用曲线支距法复合，此方法 较偏角法误差积累较小。 (3)坐标计算要精确，不可出现任何错误，曲线桥若墩中心与桥梁工作线中心搞错， 如以施工的墩台混凝土方量不大，则将已施工部分废除，重新进行正确的测设、施工； 若墩台施工已进行相当长的时间，对已施工部分全部废除损失巨大，则应当与设计单 位联系，以“线变”适应“桥变” 。 工程实例 我国西南某新线铁路曲线桥为 5 孔 24m 简支梁，当两端桥台和 1#、2#、3#墩已经施工 过半时，才发现线路中线和桥墩横向轴 线的交点与设计严重不符。 事故发生后，方案一，将所有已施 工墩台(包括基础)的曲线外侧凿除，接 长钢筋，加大截面尺寸，进行加宽处理； 方案二， 改变线路(即路堤填筑)， “线 以 变”适应“桥变”(如图 2.11)。 经综合权衡施工难度和经济损失， 最终采取了方案二，即通过改变线路曲 线的起始点和曲线长度的方法，通过计算，将原设计线路向曲线内侧移近偏距 E，以最低 的损失成功的处理了这起质量事故。 2.5.2 墩、台身混凝土质量缺陷 目前，绝大多数的墩、台身都是钢筋混凝土结构，其中混凝土不仅是主要的承载材料， 而且，它还保护钢筋，防止锈蚀。因此，混凝土的施工质量的保证是整个构筑物正常工作 的必要条件。 常见质量缺陷 (1)混凝土表面缺陷，包括：蜂窝麻面、露筋、孔洞、缝隙和夹层等。 (2)外形规格不正和构件位移，如表面不平整、预埋件位移等。 防治措施 (1)外在质量的保证。 ａ 模板及支撑系统 模板采用木模或钢模均可， 尽可能采用组合钢模板或大模板， 制作时应有足够的刚度， 以防止变形。模板要板面平整，接缝严密，不漏浆，无错台。若采用拼装式钢模板，由于 其接缝较多，尽可能要敷衬光面板。光面板厚度宜不大于 3mm。采取一次整体拼装大模板，- 26 -原线路中心线改后的线路中心线图 2.11事故处理示意图石家庄铁道学院毕业设计(论文)脱模时可整体移动，大大减少拆模和装模时间。光面板以竖放为好，要紧贴模板，防止起 拱造成表面凹陷不平。如用木模板，光面板可以直接用小钉固定在木模板上。光面板的接 缝一般用透明胶带纸连接，连接时一定要注意抚平，不得有皱。任何一点皱纹在拆模后混 凝土表面都有明显反映。夏季施工时由于中午气温较高，此时粘贴，光面板易于发生膨胀 变形形成皱纹，傍晚粘贴时则变形较小。为脱模方便，浇注前光面板上涂刷一层肥皂水为 宜。 模板支撑系统由模板、横挡、竖挡、内撑、外撑或穿墙对拉螺栓组成。横挡及竖挡的 间距应满足模板在承受混凝土侧压力时不变形的要求。横挡和竖挡的接头要有一定的搭接 长度，以防止接头处发生变形，模板支撑系统建议采用穿墙对拉螺栓，锚固在模板两侧外 层的横挡和竖挡上，并辅以内撑及少量的外撑。为节省成本，在混凝土内的螺杆上套一个 直径略大的塑料套管，对拉螺栓可周转使用。另外，不管采用何种支撑方式，混凝土上料 运输的脚手架不得与模板系统发生联系，以免在脚手架上运输材料或人工操作时引起模板 变形。模板的架立应是在正确的几何方位测设下进行的，应作到线、棱、角分明，外形规 格。 ｂ 混凝土配合比及原料 在施工中要对集料进行严格控制，经常检查其组配是否符合要求。砂、碎(砾)石在使 用前可用水冲洗，不使用硬块、过期变质的水泥，混凝土的配合比在满足要求的基础上， 适当增加水泥和细骨料用量，减少粗骨料用量，以增加混合料的和易性。为减少用水量， 同时满足和易性的要求，掺加减水剂是一种较好的措施。另外，掺加粉煤灰可以有效的弥 补低标号混凝土中水泥用量少的特点，浇注出来的混凝土光面效果很好，但混凝土颜色较 暗。 ｃ 施工工艺 混凝土施工工艺主要应掌握好混合料的搅拌、浇注、振捣三个环节。混凝土搅拌要求 原材料计量准确，搅拌均匀，对机制砂石料其搅拌时间不得少于 2min 。为防止离析，当 倾落高度大于 2m 时，必须设串筒，如有离析的混凝土粗骨架在模板边时，要抓到中间， 以免形成蜂窝、麻面。混凝土要求水平分层浇注，每层后 30cm。在前层混凝土初凝或重塑 前浇注完次层混凝土，超过重塑时间必须按施工缝处理。对施工缝的处理应在混凝土的强 度达到 2 .5Mpa 以上时，进行人工凿毛，清理干净，才能继续浇注，否则不仅容易破坏混 凝土的结晶体，而且外形上形成难以处理的明显层印。为避免形成施工缝，施工前应配合 有备用搅拌机、发电机、振捣器，以防设备故障造成施工停顿。混凝土振捣也是一个重要 环节，应有熟练的专门工来操作。漏振或振捣不足容易形成蜂窝、麻面或气孔较多。过振 又会使混凝土造成离析和泌水，粗骨料下沉，沙浆上浮表面形成鱼鳞纹。用振动棒时要快 插慢抽，每一部位振捣时间以混凝土表面不在下沉，不在冒气泡，表面呈现平坦、泥浆为 宜。振动棒移动间距不要超过作用半径的 1.5 倍，插入下层混凝土 5―10cm，距离模板应- 27 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)保持 5―10cm 的距离，避免振动棒碰撞模板、对拉杆等。 ｄ 施工管理 许多光面混凝土，施工失败的一个重要原因是施工管理不善，条件准备不足或材料不 合格就开始浇注。有些施工人员不按操作规程施工，技术人员施工进行认真交底。因此， 抓工程质量要首先从抓施工管理入手，制定有效的管理制度和奖罚办法并认真落实，是保 证施工质量的前提条件。 ｅ 施工养护 浇注完混凝土 12h 后开始养护，养护龄期不应小于 7d，前 24h 内每 2h 养护一次，24h 后每 4h 养护一次，并对钢模板洒水降温，3d 后即可拆模，拆模时应仔细小心，避免模板 滑伤混凝土表面和损坏结构物的边角等。 (2)内在质量的保证 保证内在质量主要指强度和密实度都达标，这要求作到： ａ 正确的配合比设计。 根据现场实际的原材料状态设计配合比， 合理的使用外加剂， 尤其注意根据结构配筋的稀密合理确定粗骨料级配。 ｂ 科学的施工操作。首先混凝土应按设计配合比配料，尤其是水灰比，搅拌应均匀； 其次，捣固要不漏震、不少震和不过震；最后，应按规范要求进行养护。- 28 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)3上部结构在施工过程中的质量事故分析与防治措施桥梁上部结构形式多种多样，有简支梁桥、连续梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥等等,由于其主要的分项分部工程相同，所以本章针对预应力梁张拉、模板工程、钢筋工程、预 制构件吊装等主要的上部结构施工工序进行分析。3.1 预应力施工预应力混凝土构件比普通钢筋混凝土具有较高的刚度和抗裂性，并能节省树料．减轻 自重，增加结构安全度，已在轿梁施工中得到广泛应用。但是，预应力混凝土施工要求质 量高，工艺复杂，如果施工不当，容易出现质量问题。因此，有必要对预应力混凝土施工 工艺进行探讨，就施工中容易发生的问题提出相应的对策以便提高工程质量，加快工程进 度，提高企业效益。 3.1.1 先张法预应力施工 3.1.1.1 原因 (1)粗钢筋多因材料不均，在材质较差处断裂； (2)高强钢丝由于夹具固定时，钢丝未理顺或松紧不一致，张拉后受力不均，受力大 的断丝； (3)因卡具不良，卡断； (4)铺设预应力钢材后，使用电焊，损伤了预应力钢材。 预防措施 (1)严把预应力钢材进场检验关； (2)预应力钢材铺设到浇注混凝土期间，不得使用电、气焊； (3)多根高强钢丝张拉前，要理顺，使其松紧一致，施工中，始终保持活动横梁与固 定横梁平行，预防各根钢丝受力不均；严具的检验，防止因卡具不良，造成断丝。 应对措施 在浇注混凝土前，将发生断丝的预应力钢材进行更换，重新进行张拉。 3.1.1.2 空心板梁孔内露筋 现象 空心箱梁、空心板，孔内表面露箍筋。 原因 由于浇注混凝土时，胶囊被挤向一边，贴箍筋，造成孔内一侧箍筋外露。 预防措施 胶囊的左右定位应采取有效措施，如采用井字固定筋，其间距不大于 50cm； 混凝土入模时，应分层进行，先入模到模高的 1/2，并注意胶囊左右均匀下料，均匀 振捣，避免一侧混凝土入模量过大，挤偏胶囊。 应对措施- 29 -预应力筋断丝现象 张拉高强钢丝或预应力粗钢筋时，产生高强钢丝或预应力粗钢筋断裂。石家庄铁道学院毕业设计(论文)对孔内露筋处要用掺 107 胶的水泥砂浆进行封闭。 3.1.1.3 梁、板预拱度超标 现象 城市道路的人行通道，采用先张法预制的 pc 板的板底错台 10-20mm，造成内顶 面接缝不平。 原因 先张预应力混凝土板放张后，板向上的反拱度控制不好，偏差范围大。当该板吊装就 位，板顶结构层铺设后，在静载作用下板向下的挠曲变形量各板相差很小，与反拱度相比， 出现各板总变形量大小不一致，而造成板下底面接缝不平。 预防措施 (1)控制每次张拉生产线的张拉应力值，使其相差控制在 5%以内； (2)控制预应力钢材的温度对伸长量的 影响，调整其伸长率。 先张法预应力事故工程实例： 浙江鄙县中心区瑾虹桥。系钢筋混凝 土桥梁桥长 46.5M，单跨 12．96m，共 3 跨。 设计荷载：汽车―90 级，挂车―l00 级。上 部为预制混凝土板梁简支结构，桩式墩台， 现浇钢筋混凝盖梁，基础采用钻孔灌注桩。 该桥斜交角为 30 度。 裂缝情况 该桥共有板梁 129 块，采用先张法预应力钢筋混凝土空心板梁。施工单位先期共预制 55 块，其中有 5l 块板梁存在不同程度的横向裂缝，裂缝宽度大多在 O．1mm―0.2mm，最 宽的达 0．35mm。多数横向裂缝贯穿上表面，裂缝深度为 70mm―200mm，且大多发生在距 端部 1．2m ―2.0m。(如图 3.1) 在预应力筋放松初期，裂缝较细，且大多不贯穿上表面。正常起吊离地后，裂缝明显 发展，缝宽加大，裂缝条数增多。预应力筋放松初期，板梁上拱度一般为 20mm―25mm，起 吊后，上拱度加上板端挠度，使吊点处达到 5mm 左右，超过设计理论值。 裂缝成因分析 (1)施工单位在操作过程中实际张拉应力超过设计要求超张拉值，预应力板上表面的 负弯短增大，使原设计的负弯矩筋不足，导致负弯矩较大的区域产生裂缝。 (2)板梁起吊离地后．吊点处负弯矩和预应力张拉引起的负弯矩叠加，使板梁上表面 的负弯短筋更显不足，这是裂缝发展的一大原因。 (3)制作板梁时正值盛夏，昼夜温差较大是裂缝产生的一个因素。 (4)预制期间施工单位浇水养护不够及时，也末进行有效的措施，致使上表面水分过- 30 -图 3.1裂缝情况石家庄铁道学院毕业设计(论文)量蒸发易导致板梁上表面开裂。 (5)板梁放在露天预制养护。末按设计要求进行蒸气养护，自然养护的温度、湿度不 如蒸气养护控制严格，这也是板梁上表面产生裂缝的一个原因。 分析意见 随着混凝土龄期的增长，在外界温差变化： ；其复作用下，板梁的这些裂缝会逐渐扩 展， 使内部裂缝处暴露的钢筋易遭周围环境潮湿气体等的腐蚀。 导致板梁抗裂安全度降低， 耐久性受到损害，强度和刚度也受到一定程度的损失。若不采取有效的技术措施，这些带 裂缝的板梁不能直接用于工程中。 但考虑到板梁的这些裂缝深度一般不超过截面高度的 l／5，且均发生在梁截面上部、 即均在板梁安装后的截面受压区域。同时，板面混凝土铺装层最小厚度达 12.4cm，可与预 制板梁产生组台作用，限止这些细微裂缝的进一步开展。此外工期比较紧张，所以结论意 见为：可对带裂缝的板梁采取有效的加固补强技术措施，使这些板梁满足设计要求、继续 使用。 加固补强措施 根据以往的施工经验和设计单位的意见，同时参考《混凝土工程新技术》等有关资料， 对缝宽大于 0.2mm 的裂缝采用灌浆注入法修补；对缝宽不大于 0.2mm 的裂缝采用表面处理 (涂抹、填充剂)。以达到封堵混凝土缝隙，防止钢筋腐蚀的目的。 (1)封缝材料：为了便于施工，要求封缝浆液粘滞度小，固结快，粘结力强。根据当 地实际情况，采用环氧树脂封缝材料。 (2)封堵裂缝前，先用小锤、钢丝刷和砂纸将修理面上的碎屑、浮渣除去，并用蘸有 酒精的棉丝攘除裂缝周围的灰尘。 (3)板梁表面处理：用配制好的封缝浆液，沿裂缝方向涂刷。 (4)灌桨注入修补：注桨前先对缝面进行封闭保证桨液不渗漏。利用改装的油脂枪进 行注浆，枪筒容量 500ml，注浆时，将 200ml 左右已配制好的浆液装入枪筒内．枪筒与附 在裂缝上的注入口接通，将浆液压入缝中。 (5)对后续未预制的板梁，根据设计单位提出的修改意见，将板梁顶部钢筋由原来的 4612 增至 8412，预应力筋张拉控制应力提高。同时，进一步加强施工中的养护工作，并 考虑到施工单位的施工条件，板梁预制期间不作蒸气养护，改为自然养护。 3.1.2 后张法预应力施工 3 .1.2.1 预应力钢筋孔道堵塞问题 这种现象主要发生在后张法构件中。 预留孔道塌陷或堵塞， 使预应力筋不能顺利穿过， 不能保证灌注质量。影响张拉效果。 产生的主要原因是抽芯过早，水泥混凝土尚未凝固，不具有一定的强度；或抽芯太 晚．橡胶抽拨管可能被拨断。- 31 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)防治措施：橡胶管的抽出时间宜在混凝土初凝后、终凝前。手指按压在水泥混凝土表 面不显痕迹时进行，可按 100 个温度小时控制。拔管顺序宜先上后下，先曲后直，袖管要 平稳缓慢均匀，力的方向与孔道走向一致。芯管抽出后，应及时检查孔道成型质量，局部 阻塞处可用钢筋加以疏通。 在近几年施工中预应力孔道多采用埋设波纹管，应及时检查孔道成型质量，局部阻塞 处可用钢筋加以疏通。在近几年施工中预应力孔道多采用埋设波纹管。施工中，预应力钢 束可先穿入波纹管，然后和钢筋一起绑扎成型。此时，如发生孔道堵塞会影响预应力筋张 拉应力的传递，严重时会使构件不能进行张拉。甚至报废。预防措施：首先应严格检验制 造波纹管的钢带的厚度、强度等参数；成形后的波纹管，要逐节认真检查，钢带重叠部分 是否咬死；波纹管接头要牢固、密封不漏浆。混凝土浇注振捣中，振捣棒应避开波纹管， 以免振开波纹管咬扣处， 产生泥浆进浆。 在曲线孔道处可以悬拔附着式振捣器辅助振捣． 减 少振捣棒的操作时间，从而减少振捣棒碰撞波纹管的机会；另外．可以在波纹管两侧加两 至三根辅助钢筋，用以隔离振捣棒触及波纹管。 3.1.2.2 张拉前出现裂缝问题 钢筋混凝土结构在使用荷载作用下，裂缝是不可避免的；部分预应力的构件也允许出 现有限制的裂缝，而在预制场内的构件，则应尽力避免出现裂缝。张拉前出现的裂缝经常 是由于干缩和温差造成的。 (1)干缩裂缝 裂缝常在表面出现．宽度较细，分布不均，梁板类构件多沿短方向分布．有时产生在 箍筋位置，有时从构件顶面延伸到构件侧面。 (2)裂缝产生的原因主要是水泥混凝土养护不当，表面失水产生收缩变形，受到内部 水泥温凝土的约束出现拉应力开裂，构件体积收缩受到台座的约束也会出现裂缝．预应力 后张法构件预制完成后，存放时间长不张拉也会造成裂缝。对于采用含泥量大的粉砂配置 的水泥混凝土，收缩量大，抗拉强度低，易产生裂缝。过振的水泥混凝土，表面形成浮浆， 使收缩量加大，极易产生裂缝。 防治措施：配置水泥混凝土时严格控制水泥用量，水灰比，砂率不能过大。严格控制 砂石料中含泥量及过量粉砂。水泥混凝土既要捣密实，又应避免过振。预制构件达到张拉 要求强度后，适时张拉。 温度裂缝 温度裂缝有表面的、深进的和贯穿的，走向无一定规律，梁板式构件裂缝多出现于短 边，深进和贯穿的裂缝一般与短边方向平行，裂缝沿构件全长分段出现。 表面裂缝多发生在浇注初期，表面温度骤降是引起表面裂缝的主要原因。由于表面气 温的下降，会产生较大的收缩趋向，受到混凝土内部的约束而产生了较大拉应力，使得表 面出现裂缝。深进和贯穿的裂缝多由于预制构件温差变形，受到外界的约束所至。新浇水- 32 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)泥混凝土底板与台座有一定的粘接力，当台座产生温度变形时，新成型的水泥混凝土抗拉 强度很低，往往使板出现严重裂缝，甚至使板断裂。另外，由于预制构件一面向阳，另一 面背阳，两面产生温差，也会产生裂缝。 防治措施；为预防表面温度裂缝，应控制构件内外过大的温差，在夏季施工时，优先 使用低水化热水泥。在低温时预制构件应采取保温措施，不要过早拆除模板。对空心板等 薄壁构件，适当延长拆模时间，使之缓慢降温。预制构件和台座间应涂有效隔离剂，以预 防粘接，使构件不受底模热胀冷缩的作用，在混凝土浇注前的施工作业中，应注意保护隔 离剂。对于用长线法生产先张构件应及时放松应力筋，以减少约束作用。 3.1.2.3 预制空心板的芯模上浮问题 现象 预应力空心板是桥梁上部的常用形式．长度有 16m、20m、25m、30m 等，按张 拉形式分为先张法和后张法。芯模一般采用木制、钢制和充气胶囊等几种。侧模一般为木 制或钢制。无论什么形式的芯模在施工中都会出现芯模上浮的问题。由于芯模上浮造成构 件的底部加厚，顶部变薄，整个断面尺寸加大，改变了原设计尺寸，上浮严重的会使预制 板报废。 防治措施 对于胶囊式芯模，为防止上浮，可同样采用压杠的办法；另外，根据实际 情况，在气囊芯模顶部和底部设置一些辅助定位钢筋，用以加固芯模．通常间距为 60cm。 同时，芯模内气体的压力应达到规定的数值，不能漏气，在整个施工过程中，保持足够的 硬度 ，预制空心板时，也可以采用分两次浇注的方式，来克服芯模上浮。即先浇筑底板 混凝土，用插入式振捣器和平板式振捣器振捣；底模浇注完成后，迅速放人芯模，并绑扎 顶板钢筋，然后浇注侧顶板混凝土。实践证明，这种施工方法芯模上浮量很小。 3.1.2.4 张拉过程中断丝的问题 后张梁预应力筋一般采用高强钢丝束和钢绞线，但后张梁采用钢绞线的成本要比采用 高强钢丝束的高，所以国内大多数桥梁厂生产大跨度后张法预应力混凝土简支梁预应力筋 仍采用高强钢丝束。但张拉速度缓慢，台座周转时间长，影响正常生产。 原因 分析大量断丝的样本得出其普遍性，钢丝破坏断面材质均匀无杂质，且破断面 均无颈束现象，钢丝破断部位在管道口和锚圈范围内。断丝的主要原因可能为： (1)支承垫板不垂直，管道口有毛刺，锚圈、锚塞不对中而引起钢板孔壁剪切钢丝造 成断丝。 (2)钢丝与锚具的硬度不匹配，锚圈牙口面窄，顶销力大，牙口挤切钢丝，钢丝受损 而应力集中引起断丝。 (3)高强钢丝炭化，造成冷脆，张拉时断丝；或粗预应力钢筋材质不均，张拉时断丝； (4)预应力钢材下料时，采用电、气焊切割，使其材质变脆张拉中断裂。 预防措施 (1)检查张拉槽与锚垫板垂直面的平整度，保证锚垫板与千斤顶的在张拉过程中始终- 33 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)保持平行； (2)严格检查锚具，倒角不圆顺，锚具热处理太硬的都不使用，对预应力钢材在材质 上严格把关； (3)对钢绞线和钢丝束采用预拉工艺，使其各钢丝理顺以便均匀受力：张拉时，适当 减慢加载速度，避免钢丝内应力过快增长； (4)预应力钢材的下料，不得采用电、气焊来切割，避免其材质冷脆。 3.1.2.5 压浆过程中的几个问题 灌浆强度低，在孔道内填充不饱满。 孔道灌浆不实 (1)现象 (2)原因 ａ 材料的选用、材料的配合比不当，或铝粉的质量不好，未使水泥浆有足够的膨胀， 形成灌浆的抗压强度低于设计要求； ｂ 灌浆的压力低，灌浆的顺序、时间不符和有关规定，当采用纯水泥浆时，未从另 一端进行第二次灌浆； ｃ 灌浆的操作工艺不对。 (3)预防措施 ａ 灌浆用的水泥应是新出厂，标号不低于 425#的硅酸盐水泥或普通水泥，所用水中 不得含有对灰浆和预应力钢材产生不良影响的物质；灰浆的水灰比宜控制在 0.4―0.45 之 间，要求灰浆拌好 3h 后，泌水率不大于 2%，最大不超过 4%，24h 后泌水应全部被浆吸收。 为在较小的水灰比下获得较大的流动性，可掺入适当的减水剂；为减少灰浆的收缩，可加 入水泥重的 0.01%以下的铝粉做膨胀剂。但 要注意铝粉的细度、成分及颗粒形状。注意 铝粉掺入时间， 才能保证灰浆发生膨胀的时 间正好在灌浆后于灰浆硬化前之间的区段； ｂ 灰浆的配合比必须结合施工季节、 使用材料、现场条件等灵活选择，通过试配 试验确定。 ｃ 灌浆前， 要检查灰浆的质量是否符 合要求， 检查灌注通路的管道状态是否正确 通畅， 其灰浆灌入和排出孔应按图 3.2 所示 的位置和间距进行安装， 孔道在关注前应用 压力水冲洗； ｄ 张拉后，应尽早进行孔道压浆，压灌入 灌入 灌入 排出 预应力孔道 以内 排出 排出 预应力孔道 灌入图 3.2管道压浆示意图浆应缓慢、均匀、连续进行，灰浆入灰浆泵应过筛孔为 1.2mm 的筛子，防止灰浆中颗粒堵- 34 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)孔道； ｅ 压浆作业宜在灰浆流动性未下降的 30min 内进行，压浆顺序应先下后上，曲线孔 道应从最低点向两端进行，灌浆压力以 0.3-0.6Mpa 为宜。孔道末端应设排水孔，灌浆到 排气孔溢出浓浆后，才能堵住排气孔，继续加压到 0.5-0.6Mpa，稳压 2min 后停止。为防 止在锚具背面附近有空气滞留，应在此处设排出管。 ｆ 灌浆后，应填写灌浆记录，检查孔道密实情况，如有不实，及时处理纠正。压浆 中，每一工作班留取不少于 3 组试件，标准养护 28 天，作为灰浆的评定依据。 ｇ 每孔道应一次灌成，中途不应停留否则需将已压灌部分水泥浆冲洗干净，从头开 始灌浆。 处理胶管积水的问题 冬季施工时，孔道内可能采用蒸气养生而积存冷凝水，在撤除保温设施后，冷凝水结 冰会对梁造成冻害，应引起重视，有时预留孔道内积水不多，结冰后尚不会造成冻害，但 压浆后，积水结成的冰融化后也会形成“水泡”影响质量，故冬季施工时，撤除保温设施 前应压缩空气将孔道内的积水吹干。若积水不多，也可不先吹出积水，而在压浆前将梁体 在暖棚内预热，则压浆后就不致造成结冰造成的“水泡” 。 冻害裂缝 (1)孔道压浆后，灰浆内的游离水在低温下结冰，结冰后体积膨胀，产生了孔道混凝 土的径向扩张力，将混凝土撑裂，造成沿孔道位置上混凝土出现“冻害裂缝” 。此裂缝宽 度可达 0.1-0.3mm。当外温上升至 0℃以上，则裂缝明显收缩，残余宽度为 0.03-0.05mm。 显然，此种裂缝是冻害造成的。 (2)采取的预防措施如下： 降低孔道内的水灰比；在灰浆内加入适当的引气剂。 工程实例―无粘结预应力刚铰线固定端绞线滑动事故分析和处理 工程概况 湖南长沙冷水滩体育 中心运动场看台建筑面积 1200m2 之 多，为悬臂式结构，计有悬臂梁 10 榀，梁长 21m，挑出净长 15m。悬臂 梁为无粘结预应力配筋结构，配置 5 束计φ j15 钢绞线。绞线固定端设计 采用 XM 锚。绞线及其固定端锚夹具 在梁内的布置如图 3.3。 悬臂梁施工过程中， 当绞线布置 完毕后，经建设、施工、设计方共同 检查， 认为绞线布置符合设计要求即- 35 -两束 一束 一束 一束图 3.3绞线及榀距布置示意图石家庄铁道学院毕业设计(论文)浇筑高强度 C40 混凝土。在浇筑中，施工方提出，为了便于检查固定端锚夹具的工作情况， 建议在固定端锚板的腹梁上预留 200×300mm2 孔洞，后因其它原因此建议未被采纳。当浇 灌后的大梁混凝土强度达到设计强度的 70%时，施工方开始试张拉绞线，再试张拉过程中， 发现锚固端夹具打滑，其夹持摩擦力不能满足张拉应力的要求。试张拉的 10 根绞线中有 7 根不能满足设计应力的要求，且其中 4 根绞线根据张拉时滑动的长度，可以推断钢绞线已 经滑出固定端锚板。 事故分析：事故发生后，有关人员深入现场分析研究，一致认为钢绞线应力不能完全 建立的原因如下： (1)XM 锚具点焊在锚板上，浇于混凝土中，因锚环与夹片有一定空隙，浇灌混凝土时 水泥处孔隙处渗入锚环，使夹片与锚环不能错动锁紧，故不能把绞线夹紧。 (2)因悬臂端较长，故配筋较密，仅预应力钢绞线就有 5 束 25 根，振捣混凝土时，振 动棒强行插入，不可避免的与钢绞线相碰，而绞线受振动时又会使已安装的锚环与夹片松 动，导致水泥浆的渗入。 (3)绞线固定端的设计和施工也存在一定的缺陷。 处理方案 根据上面分析，事故的关键原因是水泥掺入夹具。因此要使应力有效的建 立，就必须清除掉夹具中的水泥浆，并使已滑至锚板后的绞线恢复到原来的位置，故制定 如下的处理方案： (1)改锚群为单根张拉。张拉时使用 YCW-18 型前置内卡式千斤顶逐根张拉锚固。 (2)对 AY3、AY4 在绞线锚板前梁腹上重新开孔，开孔尺寸为 200×300mm2，取出锚具重 新清洗，清洗干净后重新装锚。 (3)对 AY1、AY2 在梁端上部凿一个缺口，暴露锚板，取出锚夹具清洗后，重新安装。 (4)对已滑至锚板后的绞线采用反推法，使其恢复到原来的设计位置，然后重新装锚。 (5)绞线固定端锚夹具处理完毕后，逐根张力，然后对凿掉的混凝土用 C40 以上细石 混凝土进行封补处理(内掺膨胀剂 15%)。 通过该工程的实践，可认为，对构件有效的建立应力值，除在施工中严格控制原材料 的质量、混凝土的强度、埋线的位置、预应力施加的方法外，对固定端及张拉端锚具的选 型也是很重要的。 若该工程中的锚固端选用压花锚或把锚具外露， 则可能避免上述的事故。3.2 钢筋工程钢筋工程是混凝土桥梁施工中的一道重要工序，在有些箱梁、箱涵的钢筋混凝土构件 中钢筋的品种数量规格较多，制作安装均较为繁琐、复杂，一旦出现问题将会直接影响到 桥梁的承载强度，因而在钢筋工程施工中不能疏忽没一个细节，遇到问题必须认真处理。 这里把钢筋工程中常出现的问题从质量事故产生现象、事故原因、和处理办法三方面介绍 给大家。- 36 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)质量事故现象 (1)绑扎好的钢筋骨架中,出现钢筋品种 型号 规格与设计要求不符.此问题在箱梁 箱涵等钢筋复杂的工程中最容易出现 (2)在检查核对已绑扎好的钢筋骨架时，发现某个钢筋骨架上的某号钢筋或某件预埋 件遗漏。 (3)在绑扎或安装钢筋骨架时发现同一截面内受力钢筋接头过多，其截面面积占受力 钢筋总面积的百分率超出规定标准，接头搭接长度不足。 (4)钢筋骨架用吊车吊入模板时发生扭曲，弯折、歪斜等变形。 (5)由于绑在成型后的钢筋尺寸不准确，所以往模内安装时不是放不进去，就是保护 层太厚。 (6)绑扎成型后的钢筋网片歪斜、扭曲、变形严重。 (7)绑扎成型后的钢筋骨架弯折、歪斜、变形严重。 (8)钢筋混凝土结构中柱子主筋位置偏移。 (9)绑扎成型后钢筋骨架或网片在同一截面内主筋过多。 (10)由于钢筋安装造成的混凝土保护层不合格，如漏筋、保护层偏薄、保护层偏厚。 (11)绑扎成型的钢筋骨架、钢筋间距不一样。 (12)绑扎成型的钢筋骨架，有的绑扎搭接接头松扣。 (13)绑扎成型的钢筋骨架的箍筋弯曲变形。 (14)在悬臂梁中，钢筋弯起方向错误。 (15)双层钢筋网片的骨架，上边的网片位移。 (16)绑扎成型的钢筋骨架发现某号钢筋漏绑。 (17)绑扎成型的钢筋网片或骨架，发现绑扣松脱。 (18)钢筋混凝土薄板，钢筋骨架成型后，钢筋弯钩超出版面。 (19)曲线钢筋骨架绑扎成型后外型尺寸不正确，放入模板内与模板尺寸不协调。 产生的原因 (1)施工图纸中不清楚或有错误产生(变更后图纸相应标注未改造成)。看图纸中的端 面布置或钢筋配料单出现或材料挂错。钢筋安装步骤不明确,钢筋施工管理不当。 (2)施工不当，没有事先熟悉和研究图纸，没有记全应有的各号钢筋及预埋件。 (3)钢筋配料时疏忽大意，没有认真考虑材料的长度。忽略了某些杆件不允许采用绑 扎接头的规定。忽略了配置在构件同一截面的接头，其中距不得小于搭接长度的规定(对 于对焊接头，凡在 35d 区域内作为同一截面，单不得小于 500mm 其中：d 为受力筋直径) 分不清钢筋位于受拉区或受压区。忽略了受力筋搭接长度的规定。 (4)架本身刚度不够， 起吊后游荡或碰撞；骨架钢筋焦点绑扎欠牢。 (5)照施工图纸的要求有的钢筋形状和尺寸没有达到标准，形状有出入，尺寸有误差，- 37 -石家庄铁道学院毕业设计(论文)另外绑扎成型时有些钢筋放置位置不对。这是造成钢筋骨架尺寸不对的主要原因。 (6)造成钢筋网片歪斜、扭曲的主要原因是，对钢筋网片成品保护不良。吊、装、运、 卸和堆放不负责任，任意仍}