浅谈桥梁施工钻孔灌注桩质量通病的成因及其预防

所属栏目：公路工程类论文
发布时间：2013-01-12 10:20:30  更新时间：2013-01-12 10:23:29

摘要：主要介绍钻孔灌注桩基础施工中发生的各种问题,并对其原因进行研究分析，提出预防措施。

关键词：断桩 缩颈 孔壁塌落 孔底沉淤 桩身空洞 蜂窝 夹泥

随着城市建设的快速发展，近年来连云港地区修建了大量的桥梁，而且基本上都采用了钻孔灌注桩基础。钻孔灌注桩可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的土层(如各类淤泥层、黏性土、砂土、碎砾石土、风化岩及多夹层的岩层等) 对地基进行加固处理,其对承载力的适应范围广(为300～20000 kN) ,施工机具简单(一般采用正循环钻机以及冲击钻机)，且施工过程具有噪音低、对相邻楼宇影响小、施工安全性好等诸多优点,因而在地基加固工程中得到广泛的应用。但由于钻孔灌注桩的施工环节较多,技术要求高,工艺较复杂,需要在一个较短的时间内快速完成水下灌注混凝土隐蔽工程的灌注,无法直观的对质量进行控制,人为因素的影响较大,若稍有疏忽,很容易出现一些质量病害,甚至造成病桩、断桩等重大质量事故,危及桩基工程的安全。本人自毕业后参加了连云港市区数座桥梁的施工，取得了一点心得和体会，以下从分析桩基病害的成因入手,简单介绍一些控制桩身质量病害的技术方法。

一、 钻孔灌注桩常见的质量通病

钻孔灌注桩在承受垂直荷载压力的时候,以桩顶位置所受的压力最大,下部承受的压力相对较小。但钻孔灌注桩的成桩工艺与实际受力状况相反,往往是上部混凝土的强度低,中下段混凝土的强度高,若不严格控制,容易出现桩上段强度达不到质量要求的情况。除此之外,还容易出现断桩、缩颈、孔壁塌落、孔底沉淤、桩身空洞、蜂窝、夹泥等质量缺陷,造成桩基承载力的下降,影响到工程结构的安全。

二、 影响成桩质量的原因分析

1、 影响桩身上部强度的原因分析

(1) 按照施工规范的规定,钻孔后要彻底清除孔底的淤泥,但在实际施工过程中,很难将淤泥彻底清除,于是在浇灌第一斗混凝土进行封底施工时,孔底沉积的淤泥必然混入混凝土中。由于用导管灌注的水下混凝土是从下往上顶升的,先灌入的混凝土顶升于孔的上面,这样就容易出现桩上段强度较低的现象。

(2) 浇灌混凝土时,若导管插入混凝土之内过深,浇注速度又较快,则容易在孔体深部沉积较多的骨料,加上振捣过程所造成的混凝土的离析,也容易导致桩体上部强度较低的质量问题。

(3)埋设护筒的周围土不密实，或护筒水位差太大，或钻头起落时碰撞引起质量问题。

(4)孔壁坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。

(5)钻机安装就位稳定性差，作业时钻机安装不稳或钻杆弯曲所致;地面软弱或软硬不均匀;土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形，以至造成成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。

(6)清孔不干净或未进行二次清孔;泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起;钢筋笼吊放过程中，未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底;清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积，以至造成桩底沉渣量过多。

2、 影响桩身质量的其他原因分析

(1) 混凝土浇注施工中,若导管插入混凝土内过浅(<1.5m) ,则成桩过程中混凝土的上升就不是顶升式的,而是摊铺式的,这时,泥浆、泥块就容易混入混凝土中,进而影响到桩身的质量。除此之外,若设计的桩身直径过小,则混凝土上翻时就会受到孔壁的限制,从而使桩体产生空洞、蜂窝缺陷。

(2) 钻孔灌注桩的承载力主要表现为桩周摩阻力,而桩周摩阻力与孔壁形状和护壁质量密切相关。在施工过程中,孔壁的形状是由钻头旋转速度、钻杆下降速度和土质等因素决定的,泥浆性能(包括容重、黏度胶体率、砂率等指标) 愈好、高程越高,越能保护好护壁,其桩周摩阻力愈大,但施工难度加大,费用也相应提高。

(3) 在钻孔成孔、拆除钻杆泥浆、停止循环至吊放钢筋笼、浇灌水下混凝土的全过程中,施工环节多,时间长,会在孔底淤积较厚的淤泥而影响成桩质量。静置的时间越长,淤积的淤泥越多。

(4) 混凝土在水下浇灌的过程中,其流动性、初凝时间、黏聚性能会变得更差,若稍有疏忽,很容易产生空洞、蜂窝、离析、夹泥甚至断桩的质量缺陷。

三、 成桩质量的控制

1、桩上段强度的保证措施

为保证桩上段强度达到要求,应从下述几方面采取相应的质量保证措施:

(1) 依据桩径和桩底的浓度,正确确定出第一斗混凝土的体积,一般可取1. 5～2. 0 m3 ,也可以按桩身的设计体积的10%加以控制。

(2) 成桩质量与桩身的浇注高度有关,一般控制成桩高度高出设计桩顶标高0. 5～1. 0 m。待凿去高出部分的混凝土后,剩余部分不应有浮浆和夹泥,混凝土标号应符合设计要求,否则要返工重浇。

(3) 导管插入混凝土内的长度应适宜,一般为2～6 m ,长桩可相应有所增加。

2、 桩身质量的保证措施

(1) 工程施工前,应先做2个以上的试验钻孔,通过检测钻孔的孔径、垂直度、孔壁稳定性和孔底沉淤等指标,用以核对所选设备、工艺方法是否符合技术要求。检测时,孔壁的稳定时间应≮12 h ,检测数目≮2 个。对一些重要工程,可视情况相应增加测径数量。

(2) 护壁用的泥浆应满足护壁要求,液面需高于地下水位0.5m 以上,有条件时,以高于地下水位2m以上更好。若护壁的泥浆胶体率低、砂率大,则不仅护壁性能差,而且因其容重较大,势必产生沉淀速度过快的问题。一般来讲,当在黏土或亚黏土中成孔时,可注入清水以原土造浆护壁,控制排碴泥浆的相对密度在1.1～1.2之间;当在砂性土质或较厚的夹砂层中成孔时, 应控制泥浆的相对密度在1.1～1.3之间;在砂夹卵石或容易坍孔的土层中成孔时,应控制泥浆的相对密度在1.3～1.5 之间。施工过程中,应经常测定泥浆的相对密度、黏度、含砂率和胶体率等指标,使浇注前孔底500 mm 以内泥浆的相对密度≯1. 25 ,含砂率≯8 %,黏度≯28 Pa·s。对一些直径< 1 m 的小直径桩,即使在泥浆停止循环期间,也要使孔内保持合理的泥浆液面。

(3) 在混凝土灌注前的一段时间里,须保证孔壁的稳定性,不能有缩颈或孔壁塌落现象发生。为保证孔底沉渣厚度达到规范的技术要求( 端承桩≤50 mm、摩擦端承桩及端承摩擦桩≤100 mm、摩擦桩≤300 mm) ,以免影响桩的承载力,钻孔到设计持力层以后,要对泥浆进行循环稀释来降低相对密度,以清除泥浆中悬浮的砂子、石渣。除此之外,还要使用真空泵通过管道伸向桩底吸走端部沉渣,要求严格时,在安放钢筋笼后、下放导管之前仍要进行吸渣处理。

(4) 吊放入孔的钢筋笼不得碰撞壁孔,不得有变形损坏。吊放后,先将钢筋笼在垂直位置上固定好,然后进行第二次清孔,检测孔底的淤泥厚度,符合规定后,于0.5 h 之内开始混凝土的灌注施工。

(5) 使用的隔水栓直径应与导管内径相配，同时具有良好的隔水性能，保证顺利排出。在混凝土灌注时，应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必须具备良好的和易性，配合比应通过实验室确定，坍落度宜为18-22cm，粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4，且应小于40mm。为改善混凝土的和易性和缓凝，水下混凝土宜掺外加剂。应确保导管连接部位的密封性，导管使用前应试拼装、试压，试水压力为0.6-1.0MPa，以避免导管进水。在混凝土浇筑过程中，混凝土应缓缓倒入漏斗的导管，避免在导管内形成高压气塞。在施工过程中，应时刻监控机械设备，确保机械运转正常，避免机械事故的发生。

(6) 钢筋笼初始位置应定位准确，并与孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度，缩短灌注时间，或掺外加剂，防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小，混凝土接近笼时，控制导管埋深在1.5-2.0m。灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2-3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2-4m，不宜大于5m和小于1m，严禁把导管提出混凝土面。当发生钢筋笼上浮时，应立即停止灌注混凝土，并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消失。

(7) 成孔后，必须认真清孔，一般是采用冲洗液清孔，冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定，冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣超过规范规定。灌注混凝土前认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次混凝土灌注量。混凝土浇注过程中，应随时控制混凝土面的标高和导管的埋深，提升导管要准确可靠，并严格遵守操作规程。严格确定混凝土的配合比，混凝土应有良好的和易性和流动性，坍落度损失应满足灌注要求。在地下水活动较大的地段，事先要用套管或水泥进行处理，止水成功后方可灌注混凝土。灌注混凝土应从导管内灌入，要求灌注过程连续、快速，准备灌注的混凝土要足量，在灌注混凝土过程中应避免停电、停水。帮扎水泥隔水塞的铁丝，应根据首次混凝土灌入量的多少而定，严防断裂。确保导管的密封性，导管的拆卸长度应根据导管内外混凝土的上升高度而定，切勿起拔过多。

3、 混凝土灌注施工的技术要点

因为水下混凝土施工的隐蔽性强,很容易产生松散、离析、缩颈等混凝土质量缺陷,因此,必须着重控制水下混凝土的浇注质量,包括选好原材料、做好配合比、改进工机具、严格按操作规程施工等方面。

(1) 完成钻孔到混凝土浇灌过程的作业时间要紧凑,不宜过长;混凝土的浆体浓度要恰当,浇灌量不得低于设计值,不然会降低泥浆的置换率造成夹泥。

(2) 导管口距孔底要保持400mm 左右的距离,旋转时要精确测量,反复校核。当球塞被压出导管并灌下一定数量的混凝土后,应将导管缓慢下降100～200mm ,使灌注初期导管被混凝土埋入的深度尽可能加大,以保证底层的混凝土质量。

(3) 在灌注过程中,要严格把握施工进度和时间,经常地略微提升导管,以使混凝土均匀注入。导管埋入混凝土的深度一般控制在1～3m之间且不得< 1m ,每间隔15～20min ,要对混凝土面和导管沉入深度进行一次测量和校核。

(4) 若施工过程中发生了混凝土堵塞导管的现象,一般是由于材料规格或配合比选取不当,或者是因为导管漏水漏浆导致管内混凝土与管壁的摩擦力增大、流动性降低造成的,要分清原因有针对性地加以解决,切不要无控制地靠提管消除堵塞。

4 、桩身质量的验收

灌注桩质量的检验内容和方法应符合规范的规定,通常检测承载力采用桩荷试验或大应变动测法,而检验桩身质量连云港地区一般是通过对成桩实施小应变超声波检测进行检验,观察桩体形状是否完好。而在浇灌钻孔灌注桩的同时，预留两组砼试块，一组进行同条件养护，一组进行标养，28d进行试压，以确定灌注桩桩体强度。