泥浆护壁钻孔灌注桩基础工程中灌注质量的控制.doc

钻（冲）孔灌注桩灌注施工质量控制桩基础工程中，灌注桩正越来越多地应用于工程中。灌注桩的施工是一项技术十分强的施工技术，又是属于隐蔽工程。近年来泥浆护壁钻孔灌注桩工程单桩灌注量有的已高达到400多立方混凝土，在施工过程中，特别是灌注施工，施工中如发生质量问题将产生严重的后果和巨大经济损失。本文将从水下灌注施工中易出现的质量问题，谈一谈如何进行控制和避免。泥浆护壁钻孔灌注桩在成孔、清孔、沉碴、钢筋笼制安、混凝土质量均满足规范和设计要求的前提下，灌注施工中如不注意极易产生桩身出现蜂窝、夹土、混浆、断桩、露筋和堵管、卡管、埋管质量事故。要控制这些质量事故不发生，就要知道产生这些质量事故的根本原因，才能谈如何避免不出现。一、导管的选择1、导管质量的好坏将直接影响到桩身质量或者根本就无法灌注成桩，其各项指标均要满足规范要求。假如导管连接起来不垂直，混凝土在导管内流动受阻易产生堵管，还有导管不垂直极易碰撞孔壁致使孔壁塌落造成桩身夹泥，还可能产生导管卡住无法灌注成桩。另外导管密封性不好将造成桩身混浆。2、导管内径选择也影响到桩身质量。导管内径应和桩径相匹配（导管内径为1/41/6桩径），如小直径桩采用灌注大直径桩使用的导管，由于导管和钢筋笼之间间隙较小，导管将会碰撞钢筋笼，导管上下活动受阻，这样会产生卡管事故。大直径桩采用内径小的导管灌注也会出问题。现在我们根据动力学基本方程，取混凝土面上导管内高度为h的砼受力分析(见示意图1)可以计算出此h高度的混凝土下滑加速度:F=F1+F4-F2-F3 (1) F1=(H-h)1d4 (2) F2=L2d4 (3)F3= Nf= (H-(H-h)12df =（2H-h）h12df (4)F4=mg=d4h1 (5)F=ma (6)由(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)可以推出混凝土下滑加速度a=1+(H-h)/h-(L2)/(h1)-2f(2H-h)/d)g (7)令h=H得:a=1(L2)/(H1)2fH/dg (8)以上各式中： F1上部混凝土对h段混凝土的压力； F2高度为L泥浆对h段混凝土的压力； F3导管内壁对h段混凝土的摩阻力； F4、Nh段混凝土的重力和混凝土对h段导管内壁压力；H、L导管内混凝土高度和桩孔内混凝土面深度； 1、2分别是混凝土重度和泥浆重度；m、g分别是h段混凝土的质量和重力加速度；d、f分别是导管内径和导管内壁的摩擦系数。从(8)式可以看出在其他条件不变时导管内砼加速度随导管内径增大而增大,如果大直径桩采用小内径导管灌注:(1)在剪球时相同时间内从导管底口流出的砼质量、速度就小于采用大直径导管灌注从导管底口流出的砼质量、速度。而冲击能量与速度、质量有关，速度、质量越小产生冲击能量就小，对孔底冲击力就小。流出的砼速度慢，剪球后埋管达到0.8m以上所需时间就长,同时由于流出的砼质量小对孔底产生的冲击力也就小,不能对孔底残余沉渣排除,再加上时间长,即使冲起部分沉渣会再次沉下去和砼混合产生混浆，这样会对端承桩的桩端砼质量产生严重影响。（2）在灌注过程中由于从导管底口流出的砼不能产生较大的冲击能量，也就不能产生较大冲击力使砼有足够的能力向四周挤压扩散，会造成桩身的摩阻力严重降低，特别是对摩擦桩会造成桩承载力达不到要求。同时由于从导管底口流出的砼质量、速度小，必然灌注时间就会长，先灌注的混凝土就会初凝，使灌注混凝土更慢，严重的会无法继续灌注下去，从而影响桩身质量。（3）灌注桩顶部位时，孔内泥浆重度增大同时桩顶部位钢筋笼有加密段,混凝土上升和向桩四周扩散阻力更大，如采用小直径导管灌注，由于从导管底口流出的砼不能产生较大的冲击力使砼有足够的能力向四周挤压扩散，混凝土无发把钢筋笼与孔壁之间的较大重度泥浆排出，造成桩顶部位桩径不够大和露筋。二、灌注初储量灌注初储量在规范里有明确规定。在灌注时如果初储量不足将会造成桩底处混凝土和泥浆混在一起产生混浆，对桩承载力产生影响，特别是对端承桩端承力产生较大影响。现在灌注大都采用车载混凝土，由于车载混凝土一般有五方以上的储量，有的认为灌注时不需要一次储够量，而是采用剪球后由混凝车继续注入混凝土。但是这样操作稍有不慎将产生孔底严重混浆，影响桩身质量。产生这种情况的原因是由于剪球后料斗内混凝土在克服导管内壁阻力和泥浆压力后，混凝土下沉速度会越来越快，而从混凝车内补给量又不能满足混凝土连续上，这样就会产生一次到达孔底混凝土量不足，特别对大直径端承桩底处桩身质量会产生严重影响。三、灌注1、灌注时导管的位置导管在灌注时要始终保持在桩中心位置，在剪球时如导管偏向一边将会产生不顺，特别是在桩孔超深（60米以上）时易发生下部导管某段处产生真空，在泥浆压力下导管发生变形以至无法灌注，因为在桩孔深度较大时，下到孔内导管在上部位置改变时，下部导管由于整条连接起来的导管较长具有一定柔性而位置不会改变，这样整条导管处于弯曲状态。剪球时在混凝土没有通过弯曲段以前导管内混凝土流动速度相同，随着混凝土通过弯曲段进入垂直段，通过弯曲段混凝土在达到一定的量时，根据公式（8）随着混凝土的往下流动H会减少这样加速度将变小，同时没有通过弯曲段混凝土在通过弯曲段时将要遇到弯曲阻力，混凝土下滑加速度进一步减少。而通过弯曲段进入垂直段的混凝土就没有弯曲阻力，这样在某一瞬间就会产生各自下沉速度不同。由于各自下沉速度不同，必然会造成下部导管某段处产生真空，而处于真空处导管在泥浆压力下发生严重变形，从而造成剪球失败。我们在广东茂名乙烯改扩建裂解炉桩基础工程中就遇到这种情况，发生事故的桩桩径为1200，孔深72.00米,当时为了保证剪球初储量采用大的储料斗,由于储料斗较大,受桩机塔架制约,料斗与导管连接处不在一条线上,这样造成导管顶部偏离中型30厘米左右,在剪球后再注入混凝土孔口不返浆,上拉导管发现堵管剪球失败,取出导管发现在导管下部的一节导管发生严重变形。发生时故后没有找出主要原因，以为是导管质量问题，扫孔后再次下导管灌注，剪球后又发生堵管，拆除导管后在相同位置导管发生严重变形。连续发生两次导管变形事故经分析导管偏离中心是主要原因，第三次更换料斗使料斗中心与导管、桩中心一致剪球后再没有发生堵管灌注成桩。灌注到桩孔上部导管偏向孔壁一方还会发生混浆和露筋桩身质量问题，由于灌注倒桩身上部时,孔内泥浆重度增大同时桩顶部位钢筋笼有加密段,如果导管偏向一边(见示意图2),在导管偏向孔壁一方由于导管和钢筋笼之间距离较小混凝土上升阻力必然大于导管偏离孔壁一方, 这样偏离孔壁一方混凝土上升速度大于另一方,会造成两边混凝土面有高差,在高差达到一定程度混凝土就会侧倒,在导管偏向孔壁一方将产生混浆和露筋。2、混凝土灌注在灌注时要注意往料斗内注入混凝土要慢慢注入，以免导管内空气来不及排出而进入混凝土内，造成桩身有蜂窝存在。灌注过程中埋管不能太多，控制在规范规定的范围内，同时灌注时要每隔一定时间山下活动和转动导管，以防桩身混凝土不均匀和导管被埋住造成埋管事故。3、混凝土浆面测量混凝土浆面测量规范有明确规定，管内外都要测。而现在灌注混凝土时一般只测量导管外混凝土浆面，对导管内混凝土浆面不进行测量，容易造成误判，特别在灌注到桩顶部位，由于孔内泥浆重度变大而更容易误判。每次拆管时都要对管内、外砼浆面进行测量，以免对导管外混凝土面错判，造成拆管过多发生断桩事故。为什么测量管内砼浆面能对管外砼浆面深度校验，这是因为管内外砼浆面深度存在一定关系。在不考虑混凝土和导管内壁摩擦力根据压强平衡原理（见图3）可以计算出如下近似公式：H22（H2H1）1 (9) H2=H11/ (12) (10)式中： H1、H2导管内和导管外砼面深度；1、2分别是混凝土和泥浆的重度。令（2）式中124KN/m、212KN/m得 H2=2H1 (11)根据(2)、(3)式我们只要测出管内砼面深度(此深度易测量和准确)就可以计算出管外砼面深度和实测管外砼面相比较,如发现相差太大,就说明管外砼面