钻孔灌注桩的驻管原因分析及防治措施.doc

钻孔灌注桩的驻管原因分析及防治措施赵树林（天津华北地质勘查局第四地质大队，河北 秦皇岛 066013）摘要：通过对驻管原因分析，阐述了初凝、底管连接头埋入砼中、石子咬合是驻管事故的三大要素，提出砼面在抬升过程中逐渐形成了初凝区与返砼流动区，孔口正常返浆不表示灌注程序一切顺利，并对驻管事故的处理预防提出了人性化的管理措施。关键词：驻管；初凝区；返砼流动区；石子咬合1 前言目前很多大型工程如跨河大桥、立交桥、高层建筑及传输廊道等大都采用钻孔灌注桩深基础。由于钻孔灌注桩适用地层广泛，很少受地质、水文地质条件的限制，孔径可大可小，尤其是大直径更是受到基础工程的青睐。随着钻孔灌注桩工程施工经历的增多，遇到的质量事故也逐渐浮现出来，如导管漏水与破肚、导管堵塞与脱节、缩径与夹泥断桩、浮笼与跑笼、孔壁坍塌、桩孔连通、驻管、砼离析、突发事件停送砼等。在历次的质量责任事故中又以驻管事故居多，由此为引发思考，并就此问题谈一点粗浅认识与大家共同探讨。2 驻管原因分析驻管即钻孔灌注桩灌注到某一深度时，导管在孔内不能拔出，使灌注工作停止而形成事故桩。在驻管事故中，通常事先无征兆，灌注工作一般都是正常运行，当需要拆管时，导管却拔不动了，此时导管能转动，露出孔口的导管也能晃动，就是拔不动，采用强力提升都有无济于事。究竟是什么原因使导管牢牢的固定在孔里提不动呢？2.1砼灌注中的动态机理封底灌注时，导管内泥浆水位与孔内泥浆水位一致，放好球胆（隔水栓），砼在重力作用下，抵抗泥浆水压力冲出导管底口，顶出球胆，砼在孔底聚集，当砼充满孔底并受到孔壁的约束后，就向上逐渐抬升并埋入导管，导管内的泥浆水体被排出。导管内排出的泥浆水体积加上砼体积，将孔内地下水位抬升至孔口，多余的泥浆水从孔口流出，此时，导管出口截面处的超压力等于导管内砼柱的静压力与导管外泥浆水柱和砼柱静压力差。如图1（b）所示，在AA截面上有： （1）或： （2）式中：超压力，kPa。对于桩孔而言，最小超压力为一图1 钻孔灌注桩结构(a) 孔内结构 (b) 封底后的孔内结构导管内砼柱高度，导管底端埋入砼的深度，砼重度，取孔内水柱高度，孔内水或泥浆重度，取当桩身砼要灌注到孔口（护筒上口）时，（2）式中，则漏斗最小提升高度：式中：漏斗最小提升高度，最小超压力，当最小提升高度等于零，此时（1）式中，于是：也就是说：当孔内最终需灌注的砼面在孔口以下5.366.25m附近时，漏斗不用提升，砼可从导管底口返出。利用（1）式进行分析，随着砼灌注时间的延长，砼灌注高度增加，导管外泥浆浓度越来越大及泥浆柱减少，导管内外的高度差越来越小，同时，砼从导管口灌注落差变小，即超压力减小，灌注孔中砼的流动性越来越滞缓。2.2导管偏斜与砼初凝一般情况下，导管在孔内很难居中，常常偏离一侧而靠近钢筋笼。导管在孔内偏斜有以下几种情况（图2）：(1)导管逐节连接后自身弯曲。图2 导管在孔内偏斜的几种情况(a) 导管连接弯曲 (b) 导管夹板未垫平 (c) 钻孔倾斜或弯曲(2)孔口夹板未垫平或导管未居中而靠近孔壁一侧。(3)成孔不垂直或弯曲。实际上，砼从导管底口返出在其内部的流动是个复杂的过程。除了外部的泥浆水压力外，其内部还受到自身的粘滞力和钢筋笼、孔壁及导管内外壁的摩阻力的限制。其中钢筋笼周围的砼在箍筋和螺旋筋的限制下，受到的阻力最大，而且钢筋笼与孔壁之间的狭窄缝隙中，砼充填后就停止了再流动。随着时间的延长，不流动的砼就逐渐形成了初凝区。当导管靠近钢筋笼一侧时，狭窄的空间增大了阻力，使砼不易流动，而另一侧较宽松则易流动。所以，砼的和易性及砼内部各点受阻的差异，使砼易找薄弱环节向上抬升，逐渐形成了初凝区与返砼流动区（图3）。2.3导管连接头埋入砼中与石子咬合图3 砼流动形态分区(a) 导管在孔内居中 (b) 导管在孔内偏斜一侧驻管事故大都发生在导管偏离一侧、埋管长度超过导管连接头的情况下。通过孔内结构和初凝机理分析，在驻管过程中起关键作用的是石子咬合。因为初凝砼强度很低，只能限制导管在孔内的水平移动，达不一到限制上拔力的强度，而限制上拔力的媒介是石子。也就是说：连接头上部与钢筋笼之间的初凝砼，通过石子咬合将上拔力传递给钢筋笼的箍筋和螺旋筋，由钢筋笼带动凝固多时的砼与孔壁摩擦而产生抵抗反力（图4），加上孔底真空产生的大气压力，将导管牢牢地固定在孔里。图4 石子咬合传递力分析(a) 导管靠近钢筋笼 (b) 石子在连接头上部咬合 (c) 力的传递发生驻管事故中常给人以刮笼的错觉，实际上并没有刮笼，症结就在初凝、底管连接头埋入砼中和石子咬合上，这就是发生驻管时为什么仍能正常灌注，导管可转动，却怎么也拔不动的原因所在。2.4砼离析除上述几种原因外，还有导管漏水、砼搅拌不均匀、石子过多等原因，其中导管漏水是最重要的原因。导管漏水造成砼离析，粗骨料与水泥浆分离，石子下沉集中，大大地降低了砼的和易性。由于砼的离析，石子集中咬合于导管，加剧了驻管事故的形成。3 驻管处理方法3.1护筒法(1)事故桩概况沈山高速K235+652桥桥台桩，钻孔直径1000mm，孔深22m。钢筋笼加劲箍在主筋外侧，通笼。导管内径300mm，法兰连接。灌注前孔内泥浆比重、孔底沉渣均符合要求。后半夜1点开盘，3点半左右驻管，驻管深度11.9m，灰面以下导管长度10m，已埋入了两个连接头。驻管前孔口正常返浆，灰面从13.9m上升至11.9m开始拔管，结果拔不动，反复调整位置与转动导管并增加起重设备强力提升均未凑效，早5点钟后确认驻管事故成立。(2)事故处理方案根据该工程的重要性及桩孔结构，拟定下置护筒处理方案。加工直径小于孔径20mm，大于钢筋笼外径60mm的护筒，将护筒下置砼混浆面以下1.01.5m，使护筒内密封，搁置一段时间（视周边工程桩施工情况而定），让混浆充分凝固后，在事故桩周边打3眼降水井，深度18m左右，距事故桩2.53.0m，作用是降低水位，减小护筒外水压力，增加处理事故桩时的孔内安全性。(3)处理过程先降地下水，待持续34小时后，开始疏干护筒内积水，割断孔内导管与砼柱，往孔内送风，用风镐清除混渣至砼面，经监理、质检等有关部门确认，拍下资料照片后开始浇注。每浇注23m用振捣棒反复振捣1520分钟，此至浇注到出设计标高300mm为止。整个处理过程用了4天时间，后期该桩经小应变检测为完整桩。3.2插管再灌法唐港高速K53+605老滦河大桥桥桩，钻孔直径1300mm，孔深30m。钢筋笼加劲箍在主筋外侧，通笼。导管内径250mm，双螺纹方扣连接。后半夜2点开盘，4点半左右驻管，驻管前孔口正常返浆，驻管深度8.0m，灰面以下导管长度8m。该桩驻管位置较浅，当机立断下入导管再灌。值得一提的是，第二套导管下入深度为砼面以上200300mm，同样按封底要求灌入砼，所不同的是，砼从导管底口返出后随即跟着下插原砼面1.0m以下，紧接着继续灌注，直到结束。由于事故导管已充满砼，与桩浇为一体，所以该桩经小应变检测为完整桩。4 预防措施(1)底管长度按规范要求不宜小于4m，根据经验取6m较适宜。底管法兰连接头（或双螺纹方扣连接头）尽量不要进入灰面以下，一旦进入灰面以下大于1m时，必须拆除导管。(2)灌注时段尽量避开下半夜24点钟，无法开时，应安排责任心强、技术过硬的专人负责，或改变环境气氛，达到调整精神状态的目的。(3)单桩灌注时间控制也至关重要，根据目前施工经验，单桩合适的灌注时间按桩长或灌注量而变化，一般最小灌注速度应大于20m3/h。(4)每灌注一盘灰都要上下窜管和转管一次，等待送灰时间过长时，每1015分钟也必须窜管和转管一次。及时测量灰面，宜取多点观测。砼面超过底管连接头及时拆管。(5)导管加工，法兰平面与立管轴线要垂直，连接后保持一条直线。下入导管时要顺畅，不能强行下入或下礅，防止底口外卷挂笼。(6)成孔要垂直，发现斜孔、弯孔、缩径等要扩孔纠正。(7)对于桩径为1000mm以上的灌注桩，可备用一套直径200mm细导管，一旦出现驻管，用细导管插入再灌。也可加工一套略小于孔径（1020mm）的护筒若干米备用。5 结束语(1)驻管原因再多，根本原因都是人为造成的。虽然驻管事故桩发生后，已有一些成功的补救措施，但施工中还是要加强防范。(2)施工中不能凭经验认为只要孔口返浆就一切正常，切记砼在孔内流动是个复杂的过程，控制砼面不超过底管连接头是关键。在历次驻管事故中，都是孔口返浆误导了拆管工作，且下半夜24点钟是驻管事故多发段，应予重视。(3)对于小径钻孔灌注桩，发生驻管事故时，还没有较好的补救措施，只有两侧补桩，其处理费用最高。所以小直径灌注桩施工，预先要制定好施工方案和防范措施，防患与未燃。(4)由于钻孔灌注桩桩径的不同，遇驻管时应根据实际情况采取不同的处理方法。参考文献：1 工程地质手册（第三版）。中国建筑工业出版社，1992。2 建筑桩基技术规范（GJG94-94）。中国建筑工业出版社，1995北京。3 桩基工程（第三版）。中国地质大学出版社，1994。钻孔灌注桩的驻管原因分析及防治措施Causes and Prevention measures of the Pipe Stuck Occurrence in Drilling Pouring Pile赵树林Shulin Zhao（天津华北地质勘查局第四地质大队，河北 秦皇岛 066013）(No.4 Geo.Prospecting Team of Tianjin North China Geological Exploration Bureau, Qinhuangdao, Hebei, 066013, china)摘要：通过对驻管原因分析，阐述了初凝、底管连接头埋入砼中、石子咬合是驻管事故的三大要素，提出砼面在抬升过程中逐渐形成了初凝区与返砼流动区，孔口正常返浆不表示灌注程序一切顺利，并对驻管事故的处理预防提出了人性化的管理措施。关键词：驻管；初凝区；返砼流动区；石子咬合Abstract: Analyzing possible causes for the pipe stuck, the author expounds that three essential factors, initial solidification, interlock flange of the bottom pipe covered up with the concrete, and concrete stone gripping, account for the pipe stuck occurrence. He states that the concrete surface, when raising up, gradually forms initial solidification area and concrete return flowing area. He explains that the normal cement liquid coming out from the pipe hole may not mean that the concrete pourin