桥梁钻孔灌注桩检测与加固.doc

摘 要通过对灌注桩的发展现状的研究发现，近年来，随着我国桥梁类建筑物大量兴建，基础工程的地位日益突出。随之基础工程中灌注桩的发展更快。但是，在广泛的实践过程中，灌注桩发生的工程质量问题也比较多，不仅有施工上的，也有勘察和设计上的，在一定程度上影响着灌注桩技术经济效益和固有优点的发挥。因此如何提高灌注桩的勘察、设计和施工水平，加强灌注桩的质量监督和检测工作，已经成为当前有关方面共同关注的问题。本论文主要讨论了灌注桩在施工过程中常见的一些质量问题，以及如何采用有效的技术手段进行防治和加固处理。本文对灌注桩的定义、分类和各自的特点做了详细的说明，对常见的各类问题进行了讨论并提出相应的解决办法。文中对灌注桩的各类检测方法和检测项目进行了简单的介绍，然后主要对注浆法和高压喷射注浆法在灌注桩缺陷处理中的应用做了重点说明。从喷浆材料到加固机理和施工工艺流程分别进行了详细的研究。关键词：灌注桩 检测 加固 高压喷射注浆法AbstractThrough the research for the development of in-situ pile we find that,in these years with the rapid development of our country,a large number of bridge-type construction of building are built,the basis of the status of the project is becoming more prominent.In the foundation engineering,the development of in-situ pile is faster.However,in a wide range of practice,the in-situ pile also have a lot of questions in the quality of the project,not only on the construction but also on the survey and design,to some extent affect the technology of in-situ pile and the inherent advantages of cost-effctiveness of play.So how to improve the investigation、design and construction standards of in-situ pile,to strengthen the quality of supervision and pile testing have now become the common concerns.This paper mainly discuss the common quality problems of the im-situ pile in the built process.,and how to use the effectively technical means to be prevention and reinforcement.In this paper,we do a detailed description of the definitions,classifications and their respective characteristics about the in-situ pile,also we have a discuss about the various types of common issues and propose solutions.At the same time,we make a simple introduction about the various types of pile testing methods and test items,then we mainly discuss how to use slip casting and jet grouting to deal with the defect of in-situ pile.From the material of gunite to the methods of reinforcement and the construction technology process,they are all studied in this paper.Key word: in-situ pile detection consolidation high pressure jet grouting method目 录第1章 绪论11.1 课题研究的意义11.2 研究现状11.2.1 发展历史11.2.2 研究现状21.3 主要研究的内容2第2章 钻孔灌注桩完整性检测42.1 反射波法42.1.1 基本原理42.1.2 测试设备42.1.3 现场布置与测试42.1.4 判断依据52.2 超声波透射法52.2.1 超声波法检测原理及技术52.2.2 数据分析与判定62.3 机械阻抗法72.3.1 基本原理72.3.2 测试设备72.3.3 现场布置与测试72.3.4 判断依据7第3章梁钻孔灌注桩断桩的形成、原因和加固93.1 桥梁钻孔灌注桩断桩的形成和原因93.2 断桩的预防103.3 断桩的加固11第4章 灌注成桩后发现的质量缺陷的加固134.1 灌注桩缺陷加固处理方法134.2 灌注成桩后质量缺陷加固案例分析144.2.1 桩身搭接法144.2.2 重新成桩法144.2.3 桩全长小于设计要求154.2.4 桩体混凝土不连续154.3 灌注桩缺陷处理方法比选16第5章 钻孔灌注桩的其他质量缺陷原因和加固175.1 缩颈缩孔175.2 桩底地基承载力不足175.3 井壁坍落175.4 桩底沉渣量过大175.5 钢筋笼上浮185.6 偏斜孔185.7 护筒脱落195.8 卡钻195.9 掉钻195.10 孔壁完整性不好20第6章 高压喷射注浆法在加固中的应用226.1 高压喷射注浆法的工艺类型226.2 高压喷射注浆法的特征及适用范围236.2.1 高压喷射注浆法的特征236.2.2 高压喷射注浆法的工程应用范围246.3 加固机理246.3.1 高压水喷射流性质246.3.2 高压喷射流的构造256.3.3 加固地基的机理266.4高压喷射注浆法施工工艺流程286.5 高压喷射注浆桩基加固检测296.5.1 检验内容296.5.2 检测方法296.5.3 检验方法的选用306.5.4 检验点的布置30第7章 结论31参考文献32致谢33附录A1 英文原文34On the bridge deep water pile foundation bored piles construction34附录A2 汉语翻译42浅谈桥梁深水桩基础钻孔灌注桩施工42第1章 绪论1.1 课题研究的意义钻孔灌注桩是桩基础中常见的一种基础形式。在20世纪40年代初期，随着大功率机具的研制成功，首先在美国问世的。钻孔灌注桩具有施工无剂土、无振动、低噪音、施工速度快、承载力和横向刚度大等优点，在现今的高层建筑中，被大量采用。但是钻孔灌注桩属于隐蔽工程，成桩环节多，施工过程较容易出现质量事故，施工人员必须重视施工全过程质量控制。着重就钻孔灌注桩施工准备工作、成孔过程、灌注水下混凝土以及事故处理等环节的质量和关键质量控制方法进行讨论和分析，提出了保证钻孔灌注桩施工质量的控制措施。如今经济不断发展，城市建设也在不断的建设中，而作为人类生活主体部分的建筑地位也日益突出，建筑的安全性也日益重要，要求越来越高。对于高层建筑，如何对基础进行更加安全，更加经济的处理，减少施工以后由于基础不稳定而带来的巨大损失。1.2 研究现状1.2.1 发展历史据有关资料统计，自从20世纪90年代以来，灌注桩年使用量在100万根以上，在现代大型土木工程建设项目中，用于桩基工程的费用往往达到工程总造价的1/4-3/4。由此可知，如何保证桩基工程的质量以满足工程建设需要，无论是对工程结构的重要性还是工程费用而言，都是不言而喻的。为此，桩基工程的设计、施工、科研人员做了大量的工作，也付出了辛勤的劳动，取得了很大的成就，使得桩基工程的质量越来越高，得到社会的承认。灌注桩的特点：灌注桩是常用的一种桩基础形式，这主要是由于桩能将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层中去，从而大大减少基础沉降和建筑物的不均匀沉降，是一种极为有效，安全可靠的基础形式。灌注桩基础的优点： 承载力高和沉降量小且均匀。抗地震性能好。可以解决特殊地基土的承载力。施工噪音小，适用于城市改造和人口密集场地。但是，灌注桩的成孔是在桩位处的地面下或水下完成的，施工工序多，质量控制难度大，稍有不慎易产生断桩等严重缺陷。据统计国内外钻孔灌注桩的事故率高达5-10。因此，灌注桩的质量检测及处理就显得格外重要。1.2.2 研究现状近年来，桩基试验与检测技术发展较快，在静载试验及动力检测领域又有许多新的突破。采用恰当的方法抽样检查施工质量，防止工程事故的发生，已成为当今桩基工程中的重要挺拔。桩基工程，是建筑的一个重要组成部分，桩基的质量关系到建筑的安全与使用功能。为使建筑工程达到安全、经济的目的，迫使我们对桩基检测技术进行不断的探索研究。在工程实践中，不断出现这样的问题，从静载试验到动力试验，都必须从理论到实践进行认真的审察、研究，这样我们才能做到心中有数。目前国内桩基采用的检测方法除传统的静载试验外，动测方法有动力参数法、机械阻抗法、水电疚法、反射波法、凯斯法、CAPWAP法等。最近几年，在光弹试验技术方面的发展很快，特别是激光和激光干涉计量方法的出现，为光弹力学打开了一个新的领域。目前，测试技术的发展特点是测试手段多样化，高精度，小型的仪器不断出现并行到应用。过去曾广泛应用的机械式仪表，由于体积大，不便于实现测试自动化，有逐渐为电测仪器所替代的趋势。电测仪器配用各种传感器，可将机械量转换为电量，这样，结构试验就可以作到多点巡回检测，数据的收集、记录和数据处理可以作到自动化，节省了人力也避免了量测时间长所带来的误差。这些都是世界先进的桩基检测技术。此外，我国的灌注桩质量控制体制不健全、质量控制体系不健全、理论水平低、质量意识淡薄、管理缺位、标准低等问题。近年来，我国虽然在项目质量控制上取得一定成绩，但由于我国的灌注桩施工质量控制起步较晚，专业人员相对稀缺，因此，我国的灌注桩施工质量控制还有待于进一步的发展，才能更好的推动并促进我国建筑行业的快速大力向前发展。1.3 主要研究的内容本课题主要是对灌注桩的检测与加固方面进行初步研究，初步了解灌注桩的常用的检测方法以及检测原理，对灌注桩缺陷产生原因进行分析并提出处理方法，对灌注桩的检测与加固进行工程实例分析。32第2章 钻孔灌注桩完整性检测钻孔灌注桩是工程结构常用的桩基形式之一。桩基属于地下隐蔽工程，施工技术比较复杂，工艺流程相互衔接紧密，施工时需要灌注大量水下混凝土，稍有不慎极易出现缩颈、夹泥、断桩等多种形态复杂的质量缺陷，影响桩身的完整性和桩的承载力，从而直接影响上部结构的安全。据统计国内外钻孔灌注桩的事故率高达5%-10%。因此，对钻孔灌注桩质量无损检测，具有特别重要的意义。灌注桩的成桩质量通常应包括两方面的内容，一是桩基承载力的，二是桩身完整性。桩基的承载能力检测有两种方法，一为静载实验，它具有直接可靠等优点，但也存在试验费用高，试验时间过程长等缺点，一为提高应变检测法，即根据土动力学和波动理论来推断桩基的承载能力，它具有实验简单，快速，费用低廉等优点，但可靠性差。桩身完整性检测室通过现场动力试验来判断桩身质量、内部缺陷的一种测试方法，常见的内部缺陷有夹泥、断裂、缩颈、混凝土离析及桩顶混凝土密实性较差等。桩身的完整性检测主要采用低应变检测法，它具有设备轻便、费用低、检测速度快等优点，目前在国内外已得到广泛的应用。按其所依据检测原理，常用的方法有反射波法、超声波透射法和机械阻抗法等，目前应用在广泛的是反射波法。2.1 反射波法2.1.1 基本原理低应变反射波法是在时间域上研究分析桩的振动曲线，通常是通过对桩的瞬态激振后，研究桩顶速度随时间的变化曲线，从而判断桩的质量。假定桩是一维弹性杆，在桩顶利用手锤(或力棒)施加一脉冲力F(T)后，激发一应力波沿桩身传播，遇到波阻抗变化处产生反射波，根据波动理论和弹性波在桩身内沿轴向传播的基本规律。2.1.2 测试设备反射波检测系统主要由传感器、信号采集及处理器构成测桩仪设备，弹性波激发设备由各类力锤组成，传感器可选用宽频带的速度型传感器。2.1.3 现场布置与测试对于灌注桩，混凝土应达到养护年龄，测试时需将上部的浮浆及松散碎屑清理干净。 桩头不平整时，应予平整，其面积至少应可放置一个传感器。 检测前应对一起设备进行检查，性能正常方可使用。 震点应选择在桩头中心部位。传感器与桩头应采用石膏、橡皮泥或电磁铁紧密连接，避免用在桩头上按压传感器，导致各种干扰。对于大直径的桩可设置两个或多个传感器。2.1.4 判断依据完整桩：完整桩的任意两个截面 =，桩身内不产生反射波，桩顶的加速度传感器测量得到的各截面上的反射波的信号为零。缩颈：表现为弹性波由桩顶向下时 ，即由大截面传播到小截面(缩颈处)。反射波到达桩顶时，检波器测到的应力波与初始冲击压缩波的方向一致，且反射波的速度方向也与入射波相同。扩颈：表现为弹性波由桩顶向下时，即由小截面传播到大截面。反射波到达桩顶时，检波器测到的应力波与初始冲击压缩波的方向相反，且速度反射波也与入射波方向相反。离析：表现为波形不规则，频率较低。第一个反射波与初始波同相。后续反射信号杂乱，能量较弱，一般不掩盖缺陷下部桩身出现的较大的第二缺陷信号，但如果本身是第二缺陷，则信号易被第一缺陷掩盖。断裂或夹层：当接近水平断裂或夹泥缺陷严重时，反射波波形尖锐，相位与初始相位同相，且能量强，主频率单一且夹高频成分似正弦波形。下半幅稍弱，在桩身可连续追踪二次以上等距多次反射波，难以判定桩底反射，多次反射能量逐步衰减，易于掩盖桩身第二缺陷，角度较大的斜形断裂并存时，波形畸变。其形状非正弦形。若两个以上断裂并存时，波形畸变。能量相互干涉。除第一断裂位置易于判断外、第二断裂位置难以判定，且出现若干小振幅，不规则高频率波形。另外，单个的断裂或夹泥缺陷较微时，则反射振幅小，能量弱，可定义为裂缝。2.2 超声波透射法2.2.1 超声波法检测原理及技术超声波法检测的基本原理是:由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征；当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试及记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼内部存在缺陷的性质、大小及空间位置，并对砼总体的均质性和完整性的作出评价。在基桩施工前，依桩径大小预埋一定数量的声测管(一般采用钢管或镀锌管，底端封闭、顶端加盖)，作为换能器的通道。测试时每2根声测管为一组，声测管内注满清水，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的换能器接收信号，测定有关参数并采集记录储存。发、收换能器同步向上提升进行检测，遇到异常时可采用水平加密、等差同步和扇形扫测等方法加密细测。2.2.2 数据分析与判定检测按公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-012004）中有关超声波法规定进行：基桩检测的相关规范中，根据桩身是否存在缺陷及存在缺陷的严重程度，将桩的完整性分为、共四个类别，并依据各检测剖面的声学参数异常点的分布情况及异常点的偏离程度，决定被测桩的完整性类别。但由于砼是集结型的复合材料，多相复合体系，分布复杂界面（骨料、气泡、各种缺陷），因此其检测的声参量数据波动较大；加上灌注桩的砼受自密实、地质条件及成桩工艺等影响，其声参量的波动性就更大了，因此在实际测试的过程中完全不出现异常测点的可能性较小，因此不能机械地理解并执行规范中桩身完整性的判定标准（规范对声参量异常判断均采用“可判断”），否则工程上很难有类桩，也不符合桩的完整性分类的定义。因此上述理论异常点只是可疑缺陷点，可根据以下五个方面进行综合判定： 异常点的实测声速与正常砼声速的偏离程度； 异常点的实测幅度与同一剖面内正常砼幅度的偏离程度； 异常点的波形与正常砼的波形相比的畸变程度； 异常点的分布范围及其他剖面异常点的分布情况； 桩的类型（摩擦型或端承型）、地质情况及成桩工艺。桩的类型及地质情况决定了桩身砼的压应力及弯矩大小随深度的变化规律，因此相同大小及程度的缺陷在桩身不同深度对该桩是否达到设计要求的影响程度差别较大，应适当加以区分。2.3 机械阻抗法2.3.1 基本原理机械阻抗法适用范围较广，可用于各种工程结构的动力分析。在桩基检测中，机械阻抗法有稳态激振两种方式，适用于检测桩身混凝土的完整性，推定缺陷类型及其在桩中的部位。机械阻抗的定义是，作用于某结构物上的力F该结构的响应S之比，即机械阻抗Z=F/S，而这种响应既可以是位移、速度，也可以是加速度。如果在桩头施加幅值为|F|的正弦激振力时，相应于每一激振频率的弹性波在桩身混凝土中传播速度为v则F/v就是机械阻抗Z。2.3.2 测试设备 稳态阻抗法用的设备有：由频率计控制的电磁式激振器、力传感器、加速度传感器、电荷放大器、信号采集器、信号采集处理计算机、输出设备。瞬态阻抗法用的设备是将稳态法的激振器换成力棒。2.3.3 现场布置与测试将桩头清理平整干净，检查仪器设备的工作状态。激振点应尽量接近桩顶中心位置，速度或加速度传感器可置于桩顶边缘位置。力传感器与桩的接触面必须安置垫块，垫块可由橡胶、塑胶、或其他材料组成。对于稳态激振，则由频率计调节激振频率，由低到高，将速度以及激振力的信号由数据采集器记录、处理。在瞬态激振中，重复测试的次数应大于4次。2.3.4 判断依据当对系统施加简谐交变力f(t)，必产生一稳态响应v(t)，并且是同频率的简谐振动，假设，f(t)=Fsin(t+)，则有V(f)=Vsin(t+)。振动理论和实践都证明：激励与响应之间的幅值比不仅与激励频率 有关，更主要的是取决于系统本身的固有特性：对于桩一土系统，这种固有特性主要指桩身断裂、扩颈、缩颈、混凝土质量以及桩周土特性等，所以在进行桩基质量检测工作中以它作为判据，根据随频率变化的曲线确定桩的动态特性。已知桩长L以及导纳幅频曲线上相邻谐振峰之间的频差，可计算波速。由于波速与混凝土强度有对应关系，因此频差提供了混凝土强度信息。已知平均波速可计算测量桩长：L=以平均波速除每个基桩的频差就得到了它们各自的桩长。已知混凝土密度、桩身截面积A，波速，导纳曲线上峰值P和谷值Q，可计算单桩导纳值No和实测导纳值N： =，N = （2-1）由于理论导纳值N 与桩径有对应关系，因此实测导纳值提供了桩径信息。 根据导纳曲线的形状判别桩底土刚度信息。基桩波动响应的速度导纳曲线上各共振峰呈等问距分布，第一个共振峰与纵坐标的距离反映了桩底介质的刚度的情况。因此可以大致了解桩底刚度信息。从上面的分析看出机械阻抗法可以提供桩长、桩径、混凝土强度、桩底刚度等有关桩身完整性的信息，这样根据实测的导纳曲线形状和所计算的参数，就可对桩身结构完整性进行判断。确定缺陷类型，计算缺陷在桩身中出现的位置第3章梁钻孔灌注桩断桩的形成、原因和加固在桥梁钻孔灌注桩施工中，由于提升导管失误，设备不良及水文地质条件的影响，混凝土供应中断（下雨、停电、机械故障等）或导管漏水等原因导致导管中已灌注的混凝土与导管的混凝土隔断，无法继续灌注，极容易发生断桩现象，造成重大工程事故。在灌注过程中认定发生断桩事故后，应立即停止继续灌注，提拔导管和钢筋笼，尽量将损失降低到最小，找出失误原因解决。3.1 桥梁钻孔灌注桩断桩的形成和原因由于导管下距孔底过远，混凝土被冲洗液稀释，使水灰比增大，造成混凝土不凝固，混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土软体充填；受地下水活动的影响或导管密封不良，冲洗液浸入使混凝土水灰比增大，桩身中段出现混凝土不凝体。桩身中岩渣沉积成层，将混凝土桩上下分开。由于在浇注混凝土时，导管提升和起拔过多，露出混凝土面，或因停电、待料等原因造成夹渣。 桩身出现空洞体。原因是未采用“回顶”法灌注，而是采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，产生离析造成凝固后不密实坚硬，个别孔段产生疏松、空洞现象。灌注混凝土过程中，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。特别是桥梁钻孔灌注桩后期，超压力不大或探测仪器不精确时，易将泥浆中混合的坍土层误为混凝土表面。因此，必须严格按照规程用规定的测身锤测量孔内混凝土表面高度，并认真核对，保证提升导管不出现失误。在灌注过程中，导管的埋置深度是一个重要的施工指标。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，加上导管采用已很落后而且提升阻力很大的法兰盘连接的导管，在提升时连接螺栓拉断或导管破裂而产生断桩。导管埋置太深，拔出时底部已接近初凝，导管拔上后混凝土不能及时冲填，造成泥浆填入。卡管现象也是诱发断桩的重要原因之一。由于人工配料(有的机械配料不及时校核)随意性大，责任心差，造成混凝土配合比在执行过程中的误差大，使坍落度波动大，拌出混合料时稀时干。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，缩短灌注时间，是减少和避免此类断桩的重要措施。坍塌。因工程地质情况较差，施工单位组织施工时重视不够，在灌注过程中，井壁坍塌严重或出现流砂、软塑状质等造成类泥沙性断桩。这类现象在断桩中占有相当的比例，较为严重。而且位置深、难加固，是导致工期无限延期及经济上大量浪费的重要因素之一。导管漏水、机械故障和停电造成施工不能连续进行，突然井中水位下降等因素都可能造成断桩。灌注时间过长，而上部混凝土已接近初凝，形成硬壳，而且随时间增长，泥浆中残渣将不断沉淀，从而加厚了积聚在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注极为困难，造成堵管与导管拔不上来，引发断桩事故。泥浆过稠，增加了浇注混凝土的阻力，如泥浆比重大且泥浆中含较大的泥块，因此，在施工中经常发生导管堵塞、流动不畅等现象，有时甚至灌满导管还是不行。当导管堵塞时，一般采用上下振击法，使混凝土强行流出，但如此时导管埋深很少，极易提漏。由于导管内储存大量混凝土，一旦流出其势甚猛，在混凝土流出导管后，即冲破泥浆最薄弱处急速返上，并将泥浆夹裹于桩内，造成夹泥层；如果估算或测混凝土面难，在测量导管埋深时，对混凝土浇注高度判断错误，而在卸管时多提，使导管提离混凝土面，也就产生提漏，引起断桩。灌注混凝土过程中，因导管漏水或导管提漏而二次下球也是造成夹泥层和断桩的原因。3.2 断桩的预防对断桩的预防，是完全应该做得到的，也是能够做得好的。桩孔成孔后，必须认真清孔，防止孔壁坍塌。一般是采用冲洗液冲孔，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。 灌注混凝土前认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次灌注孔段的混凝土需要量。提升导管要准确可靠，灌注混凝土过程中随时测量导管埋深，并严格遵守操作规程。特别要注意到基岩中的孔径扩展情况，避免首次灌注量不足。首次混凝土灌注量要满足把导管下端埋设1.0m以上的要求。首次灌注时，起始部分或第12斗投料需采用水泥砂浆，并尽量做到一次性灌入孔内。灌注导管口径下限应控制在200mm以上。导管下端应尽量光滑。其连接处要加放“O”形密封圈，防止冲洗液浸入。导管使用前要进行清洗，除掉污垢与残渣。导管下端距孔底宜为0.5m。导管内水泥隔水塞应加放橡皮板，以增强隔水效果。 混凝土配合比应合理，应严格控制其塌落度（一般控制在1620cm为宜）。在改变水泥标号、品种及生产厂家时，必须先做好配合比试验，按配合比控制质量。 尽可能提高混凝土浇注速度，开始浇混凝土时尽量积累大量混凝土，产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力，快速连续浇注，使混凝土和泥浆一直保持流动状态，可防导管堵塞。灌注水下混凝土前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷，发现问题要及时更换。在地下水活动较大的地段，事先要用套管或水泥进行止水加固，止水成功后方可灌注混凝土。 采用从导管内灌入的“回顶”法进行灌注。绑扎水泥隔水塞的铁丝，应分首次灌注量多少选取其规格，严防折断。根据导管内外混凝土的上升高度，合理掌握导管的拆卸长度，在正常情况下应保持导管下端被埋23m，切勿起拔过多。在灌注混凝土过程中，要定时测量导管内外混凝土的深度，并绘制曲线，以监视断桩是否出现。在正常情况下，导管内外混凝土界面的距离是开始大，然后逐渐缩小，最后重合。若发现管内外混凝土灌注曲线距离拉大，并且导管外混凝土曲线变平，而管内混凝土曲线变陡，则是断桩预兆，应查明原因，尽快加固。 3.3 断桩的加固断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一以下时，一般采取冲击钻清除已灌注部分，再实施原位恢复。断桩截面位置处于设计桩全长的三分之二以上且距离孔口深度不大于10m时，先进行钻孔壁加固，而后进行钻孔桩的接长比较经济。 断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一与三分之二之间的，应对各种加固方法进行对比，选择经济、可行的加固方法。墩（台）桩布置有条件变更，桩布置改变造成的损失较小的，应积极与设计单位联系争取变更设计；桩布置无法改变但可以增加桩的，最好由设计单位提供增加桩方案，实施增加基桩；不具备以上两类情况的一般应及时采取冲击钻加固后原位恢复。对在施工过程中及时发现和超声波检测出的断桩，采用彻底清理后，在原位重新浇筑一根新桩，做到较为彻底加固。此种方法效果好、难度大、周期长、费用高，可根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量等因素采用将孔内回填土经沉淀后用冲击锥二次成孔或直接用冲击锥对已浇成的坏桩进行冲击二次成孔，重新浇注。桩芯凿井法。即边降水边采用风镐在缺陷桩中心凿一直径为80cm的井，深度至少超过缺陷部位，然后封闭清洗泥沙，放置钢筋笼，用挖孔混凝土施工方法浇筑膨胀混凝土。此方法日进度0.6m，如果遇到个别桩水加固不好、降不下去，更是困难重重，导致质量、工期和经济上的重大损失。桩长大于50m的桩出现的断桩情况，应对加固方案详细论证后着手，切勿盲目操作以免带来较大的损失。第4章 灌注成桩后发现的质量缺陷的加固4.1 灌注桩缺陷加固处理方法所谓灌注桩缺陷就是指不能满足设计要求的灌注桩存在的质量问题。主要有以两类：桩身有质量缺陷，如断桩、缩径、混凝土离析、桩底沉渣、夹泥等；虽然桩身质量达到了设计要求，但灌注桩的极限侧摩阻力和极限端阻力均不能满足设计要求，或者说桩周和桩底的工程地质条件不能满足承载力要求，从而导致灌注桩极限承载力不能满足设计要求。而灌注桩缺陷的处理就是当灌注桩的质量不能满足设计要求时所采取的各种必要的工程技术处理措施。桩身是依靠桩土相互作用提供承载力的一咱深基础形式。分析桩基承载力公式可得出：提高单桩承载力的措施可归结为三个方面：增加桩的几何尺寸，如桩长或桩径或嵌岩扩大头直径；提高持力层的强度，即提高桩端阻力；改善桩土相互作用，即提高侧摩阻力。灌注桩的缺陷处理就是围绕上述三个方面，通过各种技术措施工措施，以提高单桩容许承载力和保证桩基工程施工质量。灌浆法是将即有流动性又有胶凝性的浆液（或化学溶液），按规定的浓度，通过特设的灌浆钻孔压送到土层或岩石中去。这类浆液进入岩土中裂隙或土层孔隙中，扩散、充填空隙后，经过硬化、胶结形成结石，可以起到加固、防渗、改善地基物理力学性质与工程地质条件等作用。灌浆技术最早用于修建闸和船坞工程，以后在修建矿井、隧道和大坝等工程中逐步得到使用。目前，这一技术主要以砂、砂砾石、软黏土、漫陷性黄土等地层为对象，用于坝基处理房基（一般基础及振动基础）及有建筑物的基础加固和修补、道路、桥梁加固处理，输水隧洞、地下铁道、地下工厂等地下建筑基础等方面。灌注桩处理则是近年来随着灌注桩工程的大量应用，以注浆法的理论为基础，结合灌注桩的具体条件而发展起来的新兴技术，在国内处土木工程建设中得到了广泛的应用。高压喷射注浆间称为高喷法或旋喷法。60年代出现在日本。70年代以来在我国的岩土工程领域得到了应用和发展。高压喷射注浆是在有百余年历史的注浆法的基础上发展引入高压水射流技术，所产生的一种新型注浆法。它具有加固体强度高、加固质量均匀、加固体形式可控的特点，已成为被国内处工程界普遍接受的、多用、高效的地基处理方法。近年来， 在灌注桩缺陷的处理中，也得到了广泛的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。目前，除注浆法和高压喷射注浆法处理灌注桩的缺陷处，灌注桩缺陷处理的方法还有很多，如开挖接桩、加桩和承台处理等其它各种方法。开挖接桩主要适用于桩身缺陷位置较浅和易于灌注的缺陷桩，即对灌注桩的浅部缺陷用人工凿除，然后接桩灌注混凝土；加桩处理是在原有的灌注桩的附近加桩一般多采用挑扁担梁方法（即在原桩对称的两边各加一根桩），也可采用其它方式加桩，以满足设计承载力要求；承台处理方法往往用于当灌法注桩的单桩承载力达不到设计要求时，依据工程地质情况加大承台受力面积，提高桩基的承载力，以满足上部结构的要求。对于上述灌浆法、高压喷射注浆和综合处理方法的应用，要依据灌注桩的缺陷类型和不同的工程地质条件，进行设计计算，经技术经济对比分析后，选择合理的处理方法和处理方案实施处理。对于各种处理方法，可以单独使用，也可将各种方法综合利用，以达到更好的处理效果。4.2 灌注成桩后质量缺陷加固案例分析4.2.1 桩身搭接法桩身搭接法主要适用于砼灌注完后经检测，灌注桩存在严重夹泥、裂缝、松散和断桩，而且缺陷部位不深，一般深度在10 m 以内。某桥台在进行水下砼灌注时，突遇雷雨天气，施工专用电线停止供电，经请示监理工程师同意，停止施工。此时该桩基已灌注完成24m，剩余桩身6m未完成。按照规范要求对已经灌注完成的24m砼桩采用声波透视法检测进行，无质量问题。对未灌注完成的桩孔，考虑到该桩上半部分采用人工挖孔，护壁在钻孔过程中未造成破坏，故采用桩身搭接。采用人工挖孔，使用风镐分层凿除桩顶上面的浮浆，按照桩顶清除要求进行凿除。每层3050 cm ，一般先从中部开始凿起，再沿桩径周围凿孔，严禁使用爆破的方法。在凿除过程严禁损坏钢筋。若原有的钢筋笼不能满足质量要求，需更换新钢筋笼，断层以上的钢筋除预留搭接长度外其余均不能使用，搭接长度要满足要求。砼凿除后钢筋笼质量满足要求，监理工程师同意使用。由于桩孔渗水较小，满足旱桩灌注要求，最后采用旱桩灌注剩余部分砼，采用其灌注材料和方法与原设计相同。4.2.2 重新成桩法对于桩身存在严重缺陷或缺陷部位深度较大者，或者桩身严重位移、倾斜，同时由于客观条件不能采取其它方法处理的，为不留下隐患，可采用冲除废桩重新成桩的方法。冲除废桩可采用冲击钻，钻头直径比要废除的桩径大510cm ，以防止废桩钢筋笼卡住钻头。冲击锤质量不小于5000 kg ，宜使用6 翅锤头，冲击时应先采用2 m 左右的冲程，以起到冲击破碎和向外挤压的作用。某灌注桩在砼灌注至14m出现砼堵塞导管，在提升导管时，导管漏气，出现断桩。由于桩孔深度较深，并且桩孔邻近河道，渗水较大，无采用其他方法处理，最终选用重新成桩法。重新成桩先用强度大于30Mpa片石回填桩孔，填满桩孔，用冲击锤夯实片石，再将冲击式钻机就位并开始冲桩，为增大冲击能力和加快冲击速度，冲击过程中宜采用低密度的泥浆，并不断地进行泥浆沉淀循环和掏渣换浆工作。泥浆相对密度以1.2 为宜，含沙率宜小于8 %。如发现泥浆稠度太小，可在冲桩前及冲桩过程中适当抛加粘土块用以护壁防止塌孔。4.2.3 桩全长小于设计要求加固桩头后，混凝土顶面高程小于设计要求、钻孔底部沉积的虚碴在清孔时未清理干净导致桩全长小于设计、嵌入基岩深度小于设计。针对具体情况分别采取相应措施加固。桩顶高程小于设计要求的原因是混凝土灌注终孔时控制失误。基坑开挖后进行钻孔桩的接长。接长施工前，先清理干净混凝土以上的浮碴和松散混凝土等，将顶面人工凿修平整。尔后，在护筒防护下开挖接长部分的桩孔。接长部分桩孔直径应大于设计钻孔桩直径40cm，深度从平整后混凝土面向下不小于接长部分桩孔直径的一倍。开挖后，将原灌注的混凝土表面清理干净，灌注混凝土至设计位置。接长部分混凝土的强度应比原设计提高一个等级，新旧混凝土的接合面必须作好混凝土的接茬加固。 如有钻孔桩底部沉积物未清理干净的情况，可能造成的桩全长小于设计现象加固的难度较大。一般可以在征得设计单位同意的前提下，采取钻孔桩底部压浆或者高压注浆加固。 4.2.4 桩体混凝土不连续由于灌注过程中，发生的孔壁局部坍塌的杂物等侵入混凝土、混凝土和易性差等因素在桩体形成夹层导致钻孔桩混凝土不连续。对于此类问题，应积极与设计单位协调采取合理措施加固。对于钻孔桩底部混凝土夹碴的情况，采取桩底部压浆或者高压注浆方法加固。桩体的少量夹层或不连续，用小型冲击钻钻一系列小直径的孔进行置换清理泥浆和杂物（钻孔直径6075mm，桩中心一个孔，其余34个孔分布在以桩中心为圆心，直径为450mm左右的圆周上）。清理后，进行高压注浆加固。对于夹层较严重的，在钻孔桩中心处钻一个直径75mm孔探明缺陷范围。而后，以钻孔桩中心为圆心，采用冲击钻钻直径80100cm的孔，而后人工入孔清理，清理结束后，灌注高强混凝土。在钻孔桩施工中必须作到每个工序严格按照规范操作，水下混凝土灌注统一指挥、紧张而有序，对可能出现的问题制定切实有效的防范措施，尽最大努力杜绝事故的发生。4.3 灌注桩缺陷处理方法比选加桩法：适用于有严重缺陷的桩（断桩）。对有缺陷的柱不考虑或维考虑部分可用，另外增加单桩或双桩替代原桩受力，从效果上讲，属最为可靠的方法之一，缺点是需增加工程数量和费用，且改变结构外观，需用变更设计。外设护筒开挖法：在缺陷桩外下沉大直径的钢护筒，在钢护筒与原缺陷桩之间进行开挖至缺陷下，凿除缺陷混凝土然后进行混凝土补强加固，完成后回填。此方法适用于缺陷部位较浅或地下水位仰慕，地质较好地段。缺点是回填后桩壁土的摩擦力受到较大影响。该缺陷桩由于所处地段地下水位约在地面以下4m左右，故采用此法存在相当难度，此法亦排除。钻大孔加设桩内麻城法：在缺陷矿城平面位置缺陷处，钻大孔（30cm左右）至缺陷位置以下一定深度，孔内设置足够强的钢筋笼下至缺陷处，长度应该在缺陷处上、下有一定锚固长度，然后采用细石混凝土灌注。此方法适用于缺陷比较明显和单一的桩。缺点烛若缺陷部位互不连通时，不能保证处理后能达到超声检测合格，这样还要采取其它方法进行检测，且一旦处理不成功，会难以后再处理造成难度，该方法也予以排除。钻孔压浆法：向孔内压注水泥浆，利用压力和水泥浆的流动性，将桩内空洞部分填充。此方法对于缺陷范围不大，深度也较浅的缺陷桩较为合适，而且此方法还可以多次进行处理。第5章 钻孔灌注桩的其他质量缺陷原因和加固5.1 缩颈缩孔缩颈缩孔是在饱和性粘土、淤泥质黏土，特别是IL1.0处于流塑性状态的土层中出现的特有现象，其原因是此类地层含水高、塑性大，钻头经过后钻孔壁回缩，从而导致钻孔的直径小于设计的桩直径。在钻孔过程中，由于钻锥磨损或焊补不及时，或地层中遇到膨胀的软土、粘土、泥岩等，容易产生缩孔现象。即出现膨胀性软土，俗称探头泥，成孔检验不太妨事，但至下钢筋笼时钢筋笼下不去。防治措施：采取块、卵石土回填，成孔时，应加大泵量，用重量较大的冲击钻冲击，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间，挤紧钻孔孔壁，孔壁形成泥皮，孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀，如出现缩径，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。或者采用在导正器外侧焊接一定数量的合金叶片进行旋转清理的办法。 5.2 桩底地基承载力不足桩底地基承载力不足原因是桩端没有支承在持力层上面。这种情况一般出现在复杂地层，一般最好取芯检验，如不能孔孔取芯，要参照邻近取芯情况、钻速、泥浆返上的岩屑及钻进情况，工程地质资料进行综合考虑。一般钻进至微风化岩时，钻头不蹩钻，主动钻杆振动不很厉害，钻进声音感觉较好。5.3 井壁坍落注时发生井壁坍落成孔后灌注水下混凝土时发生坍孔现象，若坍塌不止，应将导管拔出，以粘土回填重新成孔；轻微坍落在施工中不易被察觉，声测时发现局部裹泥或夹砂现象。采用清除-凿出新鲜混凝土2cm-清洗(饱和面干)-高标号混凝土修补，保证了桩的整体性和完整性。根据实际情况还可以采用压浆、旋喷等工艺加固桩芯局部夹泥砂或空洞等缺陷。5.4 桩底沉渣量过大桩底沉渣量过大原因是检查不够认真，清孔不干净或没有进行二次清孔。防治措施：认真检查，采用正确的测绳与测锤；一次清孔后，不符合要求，要采取措施，如改善泥浆性能，延长清孔时间等进行清孔。在下完钢筋笼后，再检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，应进行二次清孔。二次清孔可利用导管进行，准备一个清孔接头，一头可接导管，一头接胶管，在导管下完后，提离孔底0.4m，在胶管上接上泥浆泵直接进行泥浆循环。二次清孔优点：及时有效保证桩底干净。5.5 钢筋笼上浮钢筋笼上浮由于钢筋笼的加固不可靠或灌注过程中操作因素带来的钻孔桩钢筋笼移位现象统称钢筋笼上浮。当混凝土灌注至钢筋笼下，若此时提升导管，导管底端距离钢筋笼仅有1m左右的距离时，由于浇注的混凝土自导管流出后冲击力较大，推动了钢筋笼上浮；由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定握裹力，如果此时导管底端未及时提到钢筋底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上移。防治措施：灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端23m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上；对于钢筋笼上浮在1倍直径以下的可以在采取有效防止上浮的措施后继续灌注。悬吊钢筋焊缝脱落的，应及时补焊；悬吊钢筋弯曲的情况应增加钢管支撑。当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇注，并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消除。钢筋笼上浮比较严重的必须拔出钢筋笼，比照断桩进行加固。5.6 偏斜孔钻机安装时，支撑不好、桩孔地质构造不均匀等因素引起钻机整体或钻头在钻孔过程中发生偏斜，导致出现偏孔。因钻机倾斜造成的应先移开钻机，检查钻孔壁情况，如果钻孔壁比较稳定，则应加固施工范围内的地基或加大钻机的支撑面积，而后，重新安装钻机恢复施工；钻孔壁随时有坍塌可能的，应将钻孔回填至原地面，待地层静置稳定后重新开始钻孔。 地质构造不均匀引起的，先分析清楚岩层的走向，尔后采用适当的回填材料（回填材料一般为片石加黏土、纯碱、锯末等组成的混合物）将钻孔回填至计算确定的高程处，静置一段时间后恢复施工。孔中心偏差小于20cm的，静置12h后可以继续钻孔。孔中心偏差大于20cm的，应根据情况静置2h甚至更长的时间待地层沉积稳定后恢复钻孔施工。穿过倾斜岩层过程中，应采用自重较大的复合式牙轮钻、冲击钻，以慢速钻孔。 5.7 护筒脱落由于护筒背后回填质量不好受地面流的浸泡等因素引起的护筒失去稳定、脱落。出现护筒脱落应立即停止钻孔，将钻机移开，采取相应措施加固。由于地面流水引起的可先排除流水，在原地面上填一层黏土使地面干燥、不渗漏，而后，重新安装护筒（作好护筒背后填筑）恢复钻孔施工。 5.8 卡钻钻孔经过岩层分界面时相邻岩层强度差别较大、操作中未及时根据地质情况调整钻头的行程等原因引起“卡钻”现象。针对发生“卡钻”的原因采取相应的方法加固： 由于“探头石”引起的卡钻现象，可以适当往下放钻头，而后，强力快速往上提，使“探头石”受瞬间冲击缩回，从而顺利提起钻头。 因钻头穿过岩层突变处导致的卡钻，优先采用水下爆破的方法进行加固。在整体岩层中此方法容易奏效，砂土地层中不宜采取此方法加固。 由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成的钻头无法提升现象，应采取插入高压水管置换泥浆的方法进行加固。5.9 掉钻由于机械故障、钢丝绳断裂、孔壁坍塌等因素造成钻头落入孔底的现象通常称“掉钻”。发生“掉钻”后，应及时采取恰当的方法实施打捞。 钻孔壁稳定的情况，直接用钻机起吊“打捞器”入孔进行打捞。打捞前，先用“探针”探明钻头在孔中的位置为制定打捞方案提供依据。打捞设备和打捞操作方法必须保证在抓住钻头后尽量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的现象发生。 钻孔壁出现局部坍塌将钻头埋没且大部分钻孔壁处于稳定时，应先加大孔内泥浆的浓度，将旋转钻头放入安全的深度范围搅动泥浆以加强钻孔壁，而后，采取“气举法”清除钻头上方的沉积土和淤泥，确认钻头已露出后再实施钻头的打捞工作。钻孔壁随时有继续坍塌可能时，先在孔内安装长钢护筒、搅拌桩围护、帷幕法等方法加固钻孔壁，而后打捞钻头。 钻孔灌注桩承载性能与桩侧摩擦力和桩端阻力大小及作用特性有关，而桩侧摩擦力和桩端阻力的大小及作用特性除与土层条件、桩的几何尺寸有关外，还受施工工艺影响。钻孔灌注桩一般采用泥浆护壁，成桩质量不稳定，其中孔壁泥皮和孔底沉渣是