断桩原因预防与处理措施(秦国俊).doc

钻孔灌注桩断桩的原因分析及处理方法德昌高速公路A5合同项目部秦国俊摘要：本文针对钻孔灌注桩断桩的原因进行分析，并结合工程实际经验，提出预防断桩的各种措施和断桩的处理方法。关键词：钻孔灌注桩、断桩、分析、预防、处理。1.前言近年来，随着经济发展的需要，公路桥梁的大规模兴建，钻孔灌注桩在桥梁设计中所占的比例不断增加。在桥梁的桩基施工中，有时发生断桩，断桩是桩基混凝士的某一个断面部分或全部被泥浆侵入，破坏了桩基的整体受力状态，形成了废桩。断桩不仅造成了经济上的浪费,而且破坏了施工进度计划。2形成断桩的原因分析断桩是指钻孔灌注桩在灌注混凝土的过程中，泥浆或砂砾进入混凝土，造成混凝土变质或截面积受损，更为严重时会将桩基分割为上下两段，从而使桩不能满足受力要求，形成严重的质量事故。对于诱发断桩的因素，必须在施工初期就彻底清除其隐患，同时又必须准备相应的对策，预防事故的发生或一旦发生事故及时采取补救措施。断桩产生的原因有脱管、埋管过深、卡管、气堵、清孔不彻底、孔壁坍塌及其它机械故障停电等。2.1 脱管脱管是指在灌注混凝土过程中，由于测定已灌混凝土表面标高出现错误，导致导管埋深过小，出现拔脱提漏现象形成夹层断桩。特别是钻孔灌注桩后期， 超压力不大且孔内混凝土表面有较厚的泥浆沉淀物，在量测混凝土面时易将泥浆沉淀物误认为混凝土表面，导致计算错误将混凝土导管拔出混凝土面，进入泥浆沉淀层形成夹层或直接拔脱造成断桩。2.2 埋管过深在灌注过程中，导管的埋置深度是一个重要的施工指标，在灌注过程中导管埋置深度宜控制在2-6m。导管埋深过小有可能导致泥浆进入桩体混凝土中， 形成夹层或不凝固体；导管埋深过大，以及灌注时间过长，导致已灌混凝土流动性降低，从而增大混凝土与导管壁的摩擦力，在提升导管时有可能因摩擦力过大导管难以提拔或因拉力较大造成提导管时连接螺栓拉断或导管破裂而产生断桩。例如德昌高速5合同段直源大桥就出现导管无法拔出导致断桩地现象。2.3 堵管堵管现象也是诱发断桩的重要原因之一。由于目前施工配料一般采用机械配料，配料机不及时校核、搅拌时间不足、石料粒径过大或运输等待时间过长，造成混凝土配合比在执行过程中的误差大，混凝土未拌熟，使坍落度波动大，拌出的混凝土时稀时干。坍落度过大时会产生离析现象，使粗骨料相互挤压阻塞导管；坍落度过小或灌注时间过长，使混凝土的初凝时间缩短，加大混凝土下落阻力而阻塞导管，都会导致卡管事故，造成断桩。所以严格控制混凝土配合比及拌和时间，缩短灌注时间，是减少和避免此类断桩的重要措施。例如德昌高速5合同段昭林大桥13b-0在首灌时就由于混凝土出现了离析导致堵管。在灌注混凝土时经常出现大粒径碎石，由于采取了钢筋网篦才避免了堵管现象的发生。2.4 气堵气堵是指在混凝土浇注过程中，由于混凝土下料速度太快，未将导管内空气排除干净，致使一部分空气被密封在导管内，随着混凝土沿导管不断的下落，空气柱被压缩，当空气柱内部压力与混凝土的压力持恒时，混凝土将不在下落，迫使混凝土灌注停止，造成断桩。如在封底时或者在放料过程中直接对准导管口放料，放料过快且过于集中，导致导管内积聚部分气体。因此，在混凝土灌注过程中，在每车混凝土开始下料时要慢，然后由慢到快最后保持匀速，不能盲目蛮干，造成不必要的损失。2.5 清孔不彻底清孔不彻底一般分为两种情况，一种情况是二次清孔时孔底沉渣未清理干净，混凝土下落时未能将孔底沉碴冲起并与之混合，混合料中水泥比例过小，不能凝固，致使桩的有效长度比设计长度短，形成短桩；第二种情况是在二次清孔时虽然孔底沉碴清除比较彻底，但泥浆未能形成一个完整的循环，在换浆过程中大量泥碴悬浮在孔中，混凝土灌注时，沉碴随着灌注时间的增长，在混凝土表面越积越厚，灌注时无法将其完全顶起，混凝土将沿着沉碴比较薄弱的地方翻起，将沉碴包裹于混凝土之内，造成桩间夹碴。2.6 孔内坍塌坍塌主要因工程地质情况较差，施工单位组织不力，施工时重视不够，在钻孔过程中未用优质泥浆，护壁不牢靠，在灌注过程因扰动坍塌导致断桩。这类现象在工程施工断桩事故中占有相当大的比例，较为严重。而且位置深、难处理，是导致工期无限延期及经济上大量浪费的重要因素之一。2.7 其他原因钢筋笼卡住导管使混凝土导管无法拔出、导管漏水迫使混凝土灌注工作停止、导管壁厚达不到要求或是摩擦耗损造成壁薄达不到抗压要求、机械故障和停电造成施工不能连续进行或因大风大雨天气等因素都可能造成断桩。因此应认真对待灌注前的准备工作，这对保证桩基的质量很重要。3消除断桩的预防措施3.1 水下混凝土的准备3.1.1 宜选用缓凝、高标号水泥，粗集料宜选用卵石。如采用碎石应当适当调大砂率，粗集料的最大粒径应结合计划选用的导管内径和其他指标确定，所用粗骨料最大粒径不大于导管内径的1/61/8和钢筋最小净距地1/4, 且不宜大于40mm。拌和前进行过筛,或根据所用材料最大粒径选择适合的导管,细集料采用级配良好的中砂。2.1.2 为保证水下混凝土有良好的施工和易性，其坍落度应严格控制在1822cm 范围内。如果灌注水下混凝土工程量较大，选用初凝时间不小于2.5h的水泥，对于桩较长、桩径大、灌注时问较长者，可在混凝土中掺入缓凝剂，以防止先期灌注的混凝土初凝，堵塞导管。降低实际生产与试验之间的偏差，施工过程中要及时做好材料含水量的检测，应该做到每车集料都要过秤，采取重量比控制，保证用水量和含砂率不产生较大偏差。混凝土配合比的含砂率宜采用0.4-0.5，水灰比宜采用0.50.6，有实验依据的可酌情增大或减小。3.1.3 水泥、细集料、粗集料等材料要准备充足，以保证混凝土能连续灌注。3.2 施工前的其他准备工作3.2.1 严格按照规范要求制作标准测锤及使用质量合格的测绳，并且必须对测绳进行标定，在灌注前准备两套及以上测绳测锤，一来在量测时可以相互核对，来可避免测绳挂在钢筋笼上导致无测绳量测。3.2.2 制作钢筋笼时，焊口要平顺，最好采用套筒直螺纹连接或对焊连接，采用搭接焊时要保证不形成错台，已防钢筋笼卡住导管。3.2.3 开灌前应对起吊设备的转动， 提升系统进行认真检查，修理，确保不出现失效情况。3.2.4 关键设备(如混凝土拌和设备、发电机、运输车辆等)要有备用，材料准备要充分，必须保证连续灌注。3.3 对导管认真检查,整体试压,确保不漏水。3.3.1 混凝土导管必须做水密承压及接头抗拉试验， 保证导管不渗漏，使用前要对每节导管进行编号，量取每节导管的长度，在导管安装时做好下导管记录。3.3.2 导管的安装和拆除应有专人负责， 安装导管时胶皮垫要放平顺，防止其凸出，且最好每灌注一次就更换一次胶皮垫。连接螺栓紧固适度，无断裂情况，无漏水情况。3.3.3 由于在施工中不可能每次使用导管前都进行试验， 因此使用前必须做好外观质量检查，对抵压变形的密封圈和磨损严重的导管进行更换。3.3.4 提升导管时要经过精确计算导管埋深，掌握每次的提升高度， 避免一次提升导管高度太大，并且在提升时要垂直提升，以免导管在混凝土面处扭折导致接头漏水甚至导管断裂。3.3.5 卸下的导管要轻拿轻放， 并及时冲洗干净， 按一定编号放置。3.4 根据塌方多出现在砂土层的实际情况,应采取的措施3.4.1 钻孔时应控制进尺速度，用较大密度和粘度的泥浆作护壁。3.4.2 开钻前应注意把护筒埋牢固，对护筒底部的埋土要夯实。护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，一般埋置深度宜为2-4m，特殊情况应加深以保证钻孔及灌注混凝土的顺利进行。3.4.3 下吊钢筋骨架过程中，不要碰孔壁，要采取措施让其沿孔中心垂直插入。例如在钢筋笼的主筋上焊接耳筋，或者绑扎圆形混凝土滑块。3.5 灌注过程中的注意事项3.5.1 灌注前严格控制泥浆性能指标及沉淀物厚度， 控制指标如下表：项目比重粘度含砂率胶体率沉碴厚度指标1.101.2018244%95%10cm注：含砂率、胶体率及沉碴厚度为重点控制指标3.5.2 灌注前检查导管底部与钻孔底的高度是否合适（以0.250.40m 为宜)。3.5.3 检查隔水栓尺寸是否适合及其在导管内是否畅通。3.5.4 计算好首批混凝土用量， 使得首批混凝土一次全部连续灌入导管内，满足导管首次埋设深度大于1m。首灌混凝土用量可参考如下公式计算：VD2/4（H1+H2）+d2/4h1式中V灌注首批混凝土所需数量（m3）；D桩孔直径（m）；H1桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m；H2导管初次埋置深度（m）；d导管内径（m）；h1桩孔内混凝土深度达到H2 时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需要的高度（m），即h1=Hww/c；Hw孔内水或泥浆的深度，w水或泥浆的重度（KN/m3），c 混凝土的重度(取24KN/m3)。3.5.5 首批混凝土下落后，应连续灌注。在随后灌注过程中，每车混凝土开始下料时要慢，然后由慢到快最后保持匀速，导管埋深宜控制在26m，如果混凝土拌制及时，灌注速度快的话，可适当增大导管埋深，但需控制在9m 内。3.5.6 混凝土运送至灌注现场时，认真检查其坍落度和和易性, 一般以1822cm 为宜。如不符合要求，应退回进行二次搅拌，二次搅拌后仍不符合要求，应废弃。3.5.7 在灌注混凝土时，每车混凝土灌注完毕，要及时量测混凝土表面深度，计算深度时，应考虑测绳的伸长率(测绳标定时计算所得)。拔管前，要根据所测数值进行计算，选择拆除导管的长度，因此所测数值必须准确，可用两根测绳相互校核，也可以根据孔径检测系统检测出的孔径值计算出理论混凝土方量与实灌混凝土方量进行核对，若核对无误后再进行拔管，这样可保证提升导管不会出现失误。3.5.8 在灌注将要结束时，如出现混凝土顶升困难时，除按规范保证漏斗底口高出井孔水面46m外，应在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土。在拔出最后一段导管时，拔管速度应慢些，并上下回拔23次，以防泥浆挤入桩内形成烂心。3.6 注意天气情况,搞好混凝土的调配工作,周密安排施工。尽可能把施工时间安排在天气好的时间进行； 一旦遇上突然下雨，必须争取要一次性灌注完毕；如因气候确实无法继续灌注，可按以下办法处理:首先测出灌注深度，计算出导管的埋置深度，然后用起吊设备缩小导管的埋置深度，根据经验，一般以3040cm 的埋深为宜，雨停后应立即把剩下的混凝土全部灌完，停止时间不宜超过45分钟。4、断桩的处理方法4.1 二次造孔法4.1.1 若断桩位置在10m 以下，钢筋笼被混凝土埋置较浅，且通过调试能将钢筋笼提升，应迅速将其整体提出孔外，然后用冲击钻重新钻孔，清孔后再就位钢筋笼，重新灌注水下混凝土。4.1.2 若断桩位置距地表10m 以下，且混凝土已终凝时，可使用直径略小于钢筋笼内径的冲击钻，在原桩位进行冲击钻孔，直至钢筋笼底口以下50100cm，然后将钢筋笼整体或一根根地吊出孔外，接着再进行二次造孔至设计直径，清孔后重新就位钢筋笼，灌注水下混凝土。4.2 开挖法若断桩位置距地表5m以内，且地质条件良好，桩位处为旱地时，可采用开挖法接桩。当混凝土强度达到设计强度的80%以上时，开挖桩基周围土方至断桩位置，将混入泥浆、孔底沉渣的桩头混凝土凿除，直至密实混凝土层，将表面混凝土凿毛，将钢筋笼表面的泥浆刷干净后，复核桩位，支立钢模，分层浇筑、振捣混凝土，拆模后覆土养生。4.3 沉管法若断桩位置距地表5.0m 以下、10.0m 以内时，或虽距地表5.0m 以内，但地质条件不良，桩位在河道水域内时，可采用混凝土管沉管方法处理。将比桩径略大的混凝土管一节节接起来，直到沉到断桩位置以下0.5m，清除泥浆及掺杂泥浆、孔底沉渣的混凝土，露出良好的混凝土面并将其凿毛，将钢筋笼表面的泥浆洗刷干净后，以混凝土管为模板分层浇筑、振捣混凝土。4.4 高压注浆补强法通过无破损检测，大致确定断桩位置和缺陷程度，再用地质钻机钻12 个检查孔，取芯至断桩处以下2m 位置，以更加详细分析缺陷情况、形成原因以及注浆补强的可行性，确定注浆补强方案。4.5 调整桩位法若为中、小桥，桩基工程量不大，且断桩为施工的第一根桩基础时，也可报监理、设计单位同意后，通过调整中、小桥的桩位（中线不变）来进行解决。进行钻孔灌注桩施工，重点是之前的准备工作、备用方案要充分，预防措施真正落实到位。关键程序是在灌注水下混凝土时，应分工明确、密切配合，做到迅速、连续地施工，一气呵成灌注高质量的水下砼。5结束语钻孔桩施工技术是一项比较成熟的技术，但由于地质情况、气候、水文或其它种种原因，容易造成