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浅析水下灌注桩施工中常见问题及防治措施【摘 要】水下混凝土灌注桩在城市桥梁结构中广泛使用，然而由于施工工艺不当或特殊地质情况的原因，极易出现灌注质量问题或事故，本文阐述了水下混凝土灌注桩施工中常见的问题及其产生的原因、预防措施和治理方法。【关键词】水下混凝土 灌注桩 质量问题 预防措施 治理方法由于水下混凝土灌注桩具有承载能力大，抗震性能好，沉降量小等特点，采用水下混凝土灌注桩施工可省去大量土方、排水、支撑、降水设施，而且施工便捷，可以节省大量劳动力和缩短工期，因此，被广泛用于城市桥梁下部结构中。但往往由于施工工艺不当或特殊地质情况的原因，塌孔、夹渣或断桩、堵管、埋管、钢筋笼上浮、少灌等常见质量问题也时有发生，这些质量问题如若处理不当，势必会影响整个工程质量及工程进度。下文将结合近年来的工程实践，对水下混凝土灌注桩施工中常见质量问题的产生原因及治理措施进行简要分析。1. 塌孔塌孔是水下混凝土灌注桩施工中常见的质量问题，分为成孔塌孔和灌注中塌孔。成孔塌孔是在成孔过程中或成孔后，孔壁塌落，孔底沉渣过厚。在灌注过程中如发现井孔护筒内泥浆水位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是拥孔征象，可用测深仪探头或测深锤探测。如测深锤原系停挂在混凝土表面上未取出的现被埋不能上提，或测深仪探头测得的表面深度达不到原来的深度，相差很多，均可证实发生塌孔，这种现象为混凝土灌注中塌孔。1.1 产生原因塌孔原因对于成孔塌孔可能是由于护壁泥浆性能差、泥浆密度不够，起不到可靠的护壁作用；孔内水头高度不够或孔内出现承压水、降低了静水压力；护筒埋置太浅，下端孔坍塌；在松散砂层中钻进时，钻进速度太快或停在一处空转时间太长，转速太快。对于混凝土灌注中塌孔可能是由于护筒底口周围漏水，孔内水位降低；或在潮汐河流中涨潮时，孔内水位差减小，不能保持原有静水压力；以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等，均有可能引起塌孔。1.2 预防措施鉴于塌孔产生的各种原因，在水下混凝土灌注桩施工中要采取好如下预防措施。1.2.1 在松散砂土或流砂中钻进时，成孔速度应控制在2m/h以内，制备较大密度、粘度、胶体率的优质泥浆，也可参加黏土粉、烧碱、木质素的方法改善泥浆性能。1.2.2 如地下水位变化过大，应采取升高护筒，增大水头，或用虹吸管连接等措施。1.2.3 复杂地质应加密探孔，详细描述地质与水文地质情况，以便预先制定出技术措施。1.2.4施工中发现塌孔时，应停钻采取相应措施后再行钻进（如加大泥浆密度稳定孔壁，也可投入粘土、泥膏，使钻机空转不进尺进行。1.2.5 如在灌注中发生塌孔要保持或加大水头、移开重物、排除振动，防止继续塌孔。1.3 治理方法在施工中如发生塌孔，应及时采取相应的治理方法，对于成孔塌孔，应先探明坍塌位置，采用黏土回填到塌孔位置以上1m2 m，如塌孔严重，应全部回填，等回填物沉积密实后再进行钻孔。如在水下混凝土灌注中塌孔,查明原因，采取相应的措施，防止继续塌孔。然后用吸泥机吸出坍入孔中的泥土；如不继续塌孔，可恢复正常灌注。如塌孔仍不停止，坍塌部位较深，宜将导管拔出，将混凝土钻开抓出，同时将钢筋抓出，只求保存孔位，再以黏土掺砂砾回填，待回填土沉实时机成熟后，重新钻孔成桩。2. 夹渣或断桩混凝土夹渣或断桩也是水下灌注桩施工中常发生的一种施工质量问题，主要现象表现为浇筑混凝土时，导管内出现涌泥，混凝土被污染，造成夹层，降低了桩强度。2.1 主要原因2.1.1 首批混凝土灌注量不足，造成初灌后埋管深度太小或导管根本没有进入混凝土，以致泥浆被压入导管内。2.1.2 混凝土灌注过程中拔管控制不准，导管拔出混凝土液面或导管埋深不足，导致泥浆进入管内。2.1.3 导管接头不严，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开，或焊缝破裂，泥浆从接头或焊缝进入管内。2.1.4 混凝土初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使上部混凝土结块，造成桩身混凝土夹渣。2.1.5 清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，混凝土灌注过程中砂粒沉积，在混凝土面上形成较密实的砂层，阻碍混凝土的正常上升，当混凝土冲破沉积砂层时，部分砂粒及浮渣被裹入混凝土。2.2 预防措施为避免在混凝土灌注过程中发生夹渣或断桩，事前要采取相应措施加以预防，主要预防措施有以几个方面。2.2.1 首批混凝土量应经计算确定，保持足够的数量和下冲力，使泥浆排出导管外。首批混凝土所需数量可按下式计算：Vh1d2/4+D2(H1+H2)/4式中 V灌注首批混凝土所需数量（m3）； D桩孔直径（m）； H1孔底至导管低间距，一般为0.4m； H2导管初次埋入混凝土的深度，不小于1.0m； d导管内径（m）； h1桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡管外压力所需的高度（m），h1=Hww/c；Hw桩孔内泥浆深度（m）, Hw=HH1H2，H为空口泥浆面至孔底深度。w泥浆的密度（kg/ m3）；c混凝土拌合物的密度（kg/ m3）。2.2.2 初灌时导管底端至孔底的距离应为0.30.5m，灌注过程中拔管应有专人负责指挥，导管插入混凝土深度应在保持在2.06.0m范围内。图 2.2.1 初灌混凝土数量示意图2.2.3 灌注导管在安装前应有专人负责检查，可用肉眼观察和敲打听声相结合的方法，检查灌注导管是否存在孔洞和裂缝、接头是否严密、厚度是否满足要求。灌注导管使用前还应进行水密承压试验和接头抗拉试验。2.2.4 混凝土配合比应通过试验确定，采用高强度水泥时，应考虑混凝土的初凝和终凝时间与单桩灌注时间的关系，必要时添加缓凝剂。若无特殊原因，钢筋骨架安装并完成二次清孔后应立即灌注混凝土，若因故推迟灌注混凝土，应重新进行清孔。2.2.5 混凝土灌注前，完成二清后孔内泥浆的相对密度应不大于1.10，含砂率不得大于2%，粘度不得大于20Pas。2.3 处理方法如在水下钻孔灌注桩施工中发生夹渣或断桩，要当即查明事故原因，采取相应处理方法。2.3.1 若是上述2.1.1或2.1.2原因引起的，如孔底混凝土深度小于0.5 m，可重新放隔水栓浇筑混凝土，否则应将导管提出，将孔底的混凝土用空气吸泥泵清出，重新浇筑混凝土。2.3.2 若是2.1.3原因引起的,应浆导管拔出重新下导插入混凝土内1 m左右，用吸泥泵将导管内的泥浆吸出抽干，然后加防水塞重新灌注混凝土，对于重新灌注的混凝土，前两盘要加大水泥用量，导管内装灌混凝土后稍提导管，利用新混凝土自重将底塞压出，然后继续灌注。2.3.3 若是上述2.1.4或2.1.5原因引起的，应超灌一定量的混凝土，超灌量以能保证桩顶凿除浮浆后桩头混凝土强度能满足设计要求为宜。3. 堵管在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为堵管。3.1 堵管情况及成因3.1.1 混凝土开始浇灌时，隔水栓卡在导管内，造成浇灌临时中断，其原因为：隔水栓（球）制作、加工尺寸不规矩，尺寸偏差过大，被卡在导管内，冲不出来；导管下入前，内壁混凝土浆渣未彻底清除干净；混凝土坍落度过大，和易性差，砂子挤夹在隔水栓（球）与导管之间，使隔水栓下不去。3.1.2 混凝土导管内被混凝土堵塞，混凝土下不去，难以顺利进行浇灌。其原因为：导管口离孔底距离过小或插入到孔底沉渣中，混凝土难以从管底挤出；混凝土下冲力不够或混凝土坍落度过小，石子粒径过大，砂率过小，流动度差，混凝土难以下落；浇灌下料间隔时间过长，混凝土变稠，流动度下降，或已凝固。3.2 预防措施针对以上两种情况，分析其发生的原因，可采取有效的预防措施，比如隔水栓加工、制作尺寸要符合要求，浇灌混凝土前导管要清理干净，严格控制混凝土的拌制质量及浇灌时间，计算好导管距孔底的距离，准确计算初灌混凝土的数量。3.3 治理方法如发生堵管问题应及时查明原因，分析其属于哪类堵管问题，针对堵管类型采用以下两种办法进行处理：如为上述3.1.1可采用捣（上部堵塞）、镦、拆（中下部堵塞）的办法处理，如为3.1.2可采用长钢筋焊接冲捣管内混凝土使混凝土下落，对于轻微堵管可利用吊车抖动导管吊绳及在导管口安装附着式振捣器使混凝土下落，如仍不能下落时，应立即拔出导管逐段拆除，并将管内混凝土清理干净，按照导管进水第三种原因引起的方法重新进行灌注工作。 4. 埋管灌注过程中导管拔不动或灌注完毕导管无法拔出统称为埋管。4.1 形成原因埋管常因导管埋深所致，另外混凝土浇筑时间过长，没有及时活动导管或钢筋笼上钢筋焊接不牢，吊放和浇灌混凝土时被碰撞散开，将导管卡住也可导致埋管。4.2 预防措施灌注水下混凝土时，要派专人经常测定导管在混凝土内的埋置深度，一般宜控制在2.0m6.0m内，并且灌注混凝土时要经常小幅度的抖动导管以防止导管与混凝土粘结，并且要尽可能的缩短混凝土的灌注时间，如必须间歇时应将导管拔到最小埋置深度，下钢筋笼前要检查焊接牢固，不得有开焊，在下导管时发现钢筋笼有散开时，要及时进行纠正补焊牢固。4.3 处理措施若埋管事故已发生，应立即用大吨位的吊车进行提升导管，若仍无法拔出导管，应采取措施将导管强力拔断，然后按照处理断桩的办法处理。如果埋导管时已灌混凝土未初凝且流动性还未减少，可以将混凝土表面的泥渣用吸泥泵吸出，然后重新下导管重新灌注混凝土，灌注时与2.3.2处理办法类同。5. 钢筋笼上浮钢筋笼上浮是灌注桩施工过程中经常遇到的现象，应结合引起浮笼的实际原因采用不同的处理办法。5.1 产生原因5.1.1 混凝土初凝和终凝时间太短，使孔内混凝土过早结块，当混凝土面上升至钢筋骨架底时，结块的混凝土托起钢筋笼上浮。5.1.2 清孔时孔内泥浆中悬浮的沙粒太多，混凝土灌注过程中砂粒回沉在混凝土面上形成较密实的砂层，并随混凝土面逐渐升高，亦能托起钢筋笼上浮。5.1.3 当混凝土灌注至钢筋笼底部时，若灌注速度太快，也会造成钢筋笼上浮。5.2 预防措施5.2.1 除认真清孔外，当混凝土灌注至钢筋笼底部1m左右时，应降低灌注速度。当混凝土面上升至骨架底口4m以上时，提升导管，使导管底口高于钢筋笼底部2m以上，然后恢复正常灌注速度。5.2.2 在满足设计的条件下适当的减少钢筋笼底部箍筋的间距和数量以减小混凝土对钢筋笼的冲击力，另外应做钢筋笼的定位措施，可以接长四跟主筋，并把他们焊接固定在护筒上阻止它的上浮。5.3 治理方法如果出现了钢筋笼上浮的现象，首先就应该立即停止灌注混凝土，计算出上浮的高度，当上浮的高度较小时可以通过钻机护筒控制它的上浮，然后提拔导管使导管的埋深控制在1米左右，但是不能提得过多，以防导管进水，接着可以按照正常的速度灌注。不过这些措施需要征求监理的意见，会同设计代表进一步确定钢筋笼上浮后桩基的强度及受力是否仍符合要求。当上浮的高度过大时，应立即拔除导管，吊起钢筋笼重新清孔。6. 少灌少灌又称短桩，是指灌注桩的实际混凝土浇筑量小于设计或计算体积。6.1 产生原因灌注结束后，由于孔口坍方或下部顶上的泥浆比重过大，使得浆渣过稠，施工人员用测锤未测到砼表面，而误以为砼已灌注到桩顶设计高程，使得桩灌短所造成的事故。6.2 预防措施6.2.1 孔口护筒要埋设要严格按规范要求，以防止孔口坍方，且在钻孔过程中发现有孔口塌方现象要及时进行处理。6.2.2 桩成孔后，要及时清楚沉渣，使得沉渣厚度符合规范要求。6.2.3 严格控制护壁泥浆的比重，在初灌前完成二次清孔后泥浆的相对密度应不大于1.10，含砂率不得大于2%，粘度不得大于20Pas。6.3 治理办法处理办法视具体情况而定，如无地下水时，可将桩头挖出，人工凿除桩头浮浆及泥土，露出砼新槎，然后支模进行接桩；如为在地下水里，可将护筒接长埋至原灌砼面下50 cm，用泥浆泵浆泥浆抽干，清除渣物，然后浆桩头清理干净进行接桩。结束语经过近些年水下钻孔灌注桩的施工经验，水下混凝土施工要做好充分的施工准备工作，制定好各种预防措施及管理制度，加强责任管理，做到分工明确，施