浅谈桥梁钻孔灌注桩质量缺陷的预防及处理措施.doc

浅谈桥梁钻孔灌注桩质量缺陷的预防及处理措施王秋生 广河高速项目管理处 质量管理人员摘要：钻孔灌注桩作为常用的基础形式，以其适应性强、成本适中、施工简便等特点被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。由于钻孔灌注桩的施工大部分都是在地面或水面以下进行，其施工过程无法直观的对质量进行控制，人为因素的影响较大，若稍有疏忽，很容易产生塌孔、断桩、缩颈、沉渣过厚、离析、蜂窝、钢筋笼上浮等质量缺陷。本文简要分析了桥梁钻孔灌注桩施工中可能存在的几种常见质量缺陷及相应的预防处理措施，旨在为类似工程提供借鉴。关键词：灌注桩 缺陷 预防 处理正文： 灌注桩由于具有施工简单、噪音小、承载力高、桩径大、适应各类地质条件等优点，使得桩基础得到越来越广泛的应用，成为各种基础类型中采用最多的基础形式之一。但由于桩基工程属于地下隐蔽工程，施工工艺较多、工艺流程相互衔接紧密，环环相扣，不宜长时间中间停顿；主要工序的施工过程都在水下及地下进行，不便监视观察；同时，影响施工正常进行和施工质量的因素很多，难以全部预见，则不可避免的会出现诸如塌孔、断桩、缩颈、沉渣过厚、离析、蜂窝、钢筋笼上浮等各中质量缺陷，影响桩身的完整性和单桩的承载力，灌注桩的质量还不能完全达到令人满意的结果，灌注桩质量事故时有出现。因此，施工中如何控制灌注桩的质量，如何对灌注桩缺陷进行有效的预防及处理等问题，引起了业主、设计、施工和监理等同行的普遍关注。以下介绍几种钻孔灌注桩常见的质量缺陷的成因及预防处理措施。1 钻孔灌注桩的塌孔1.1 钻孔灌注桩塌孔原因 在灌注水下砼过程中如发现井孔护筒内水位突然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，或泥浆突然漏失，应怀疑是塌孔征象。 钻孔桩施工时，埋设护筒时造成孔周边土质产生松动；护筒埋设的长度不够；钻孔时孔内水位降低，孔内水位差减小，不能保持原有落水压力；在砾石层处有渗流水，出现串孔；施工时配制泥浆容重及浓度不足；成孔速度太快，在孔壁中来不及形成泥膜；在护筒底部钻(冲)孔时钻(冲)孔机械触动了孔周围的土壤；或沉放钢筋时，碰撞了孔壁，破坏了泥膜及孔壁等。1.2钻孔灌注桩塌孔的处理发生塌孔后，应查明原因，采取相应的措施，应保持或加大水头、移开重物、排除振动等，防止继续塌孔。然后用吸泥机吸出塌入孔中的泥土，如不继续塌孔，可恢复正常灌注。如塌孔仍不停止，再以黏土掺砂砾回填，待回填土沉实稳定后，重新钻孔成桩。1.3钻孔灌注桩塌孔的预防措施在埋设灌注桩的护筒时，坑位与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实，应保持护筒安装垂直，使护筒内保持1.0-2.0 m的水头高度；当发现地基有地下水时，应注意是否夹有不透水层。当下层的承压地下水的水头比下层的地下水位高时，必须能保持足够的泥水压力；要尽量选用膨胀土造浆，成孔时泥浆的相对密度为1.1-1.2为宜；当中断成孔作业时，应保持泥浆循环；在沉放钢筋笼骨架时应作到指挥协调，吊机操作要熟练，配备足够的人员现场辅助，避免碰撞护筒或孔壁。2 钻孔灌注桩的断桩2.1 钻孔灌注桩断桩的原因灌注水下砼过程中受地下水活动或导管密封不良的影响，冲洗液浸入混凝土水灰比增大，形成桩身中段出现混凝土不凝体。 在浇注混凝土时，由于导管提升和起拔过多，露出混凝土面，或因停电、待料等原因造成夹泥，出现桩身中泥渣沉积成层，导致断桩、夹泥现象。 施工中还会发生浇注混凝土时，没有从导管内灌入，而采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，产生混凝土离析造成凝固后不密实坚硬，个别孔段出现疏松、空洞的现象。 2.2 钻孔灌注桩断桩的预防措施。桩孔钻成后，应认真清孔，一般是采用冲洗液清孔，冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣超过规范规定。 在地下水活动较大的地段，事先要用套管或水泥进行处理，止水成功后方可灌注混凝土。确保导管的密封性，导管的拆卸长度应根据导管内外混凝土的上升高度而定，切勿起拔过多。在灌注混凝土过程中，一旦开始浇筑工序，一定要连续完成改作业，确保在混凝土初凝时间内连续浇注，同时应避免停电、停水，并随时控制混凝土面的标高和导管的埋深，提升导管要准确可靠，严格遵守操作规程。要严格确定混凝土的配合比，使混凝土有良好的和易性和流动性，坍落度损失亦满足灌注要求。灌注混凝土应从导管内灌入，要求灌注过程连续、快速，准备灌注的混凝土要足量， 避免埋下质量事故的隐患。2.3 钻孔灌注桩断桩的处理措施埋管压浆补强：对于混凝土刚灌注不久且未完全硬化的桩基，可用直径小于桩径的护筒插入已灌注的混凝土面2.0m，将导管拔出，用吸泥机吸出混凝土面泥渣至新鲜混凝土面，并在两边插入两根小塑料管至新鲜混凝土面下1.0m左右，上端露出护筒外，做以后接口断面混凝土的补强用，重新架设导管，继续灌注。原位复桩：灌桩过程中及时发现断桩且所灌注混凝土量不多的情况下，可采用彻底清理后，在原位重新浇筑一根新桩。接桩：(1)缺陷部位距地面深度较浅时，可用钢护筒的办法，凿出新混凝土面，再按无水混凝土浇筑至设计标高，对于钢护筒可边浇筑边拔护筒。若地质条件许可，在保证安全情况下，可不加长护筒，清除泥浆及浮渣后直接进行浇筑混凝土，新旧混凝土接触面要进行凿毛处理。(2)缺陷部位距地面较深时，可采用挖孔桩法对断桩进行接桩处理。工程实例：广河高速春岗互通主线桥右幅11-1#桩设计为摩擦桩、桩径1.8m、桩长32.3m，超声波检测发现该桩桩顶以下6m处断桩夹泥。该桩采用挖空桩法对断桩进行接桩处理，处理完毕待砼达到龄期后，通过小应变检测检验，结果该桩接桩处理效果理想。 桩芯凿井：用风镐在缺陷桩中心凿一直径为0.81m的井，深度至少超过缺陷部位，清洗泥渣后用挖孔混凝土施工方法浇筑膨胀混凝土。工程实例：广河高速金田隆1号大桥5-1#桩设计为嵌岩桩、桩径1.8m、桩长28m，超声波检测发现该桩桩顶以下5m处断桩、离析。该桩采用桩芯凿井法进行处理，浇筑完毕待混凝土达到龄期后，通过小应变检测法检验，结果该桩接桩处理效果理想。钻孔压浆补强：先钻2至3个孔（可利用钻孔抽芯的检测孔），分别作压浆和出浆用，深度至补强处以下1m；用高压水泵向孔内压入清水，其泵应大于20Mpa。；用压浆泵先压入水灰比为0.8的纯水泥浆，待孔内原有清水从另一孔全部压出来之后，在用水灰比0.5的52.5R浓水泥浆压入；浓浆压入是应该使其充分扩散，当浓浆从出浆口冒出时停止压浆并将出口封填堵实；最后用水灰比0.4的水泥浆压入，压力增大到0.7-0.8Mpa时关闭进浆阀，可稳压压浆20-25min，压浆结束。对于蜂窝和严重断桩，可在浆液中加入一定量的小粒径碎砾石；对于混凝土严重离析、蜂窝、缩颈等质量缺陷均可采用钻孔压浆补强法。工程实例：广河高速春岗互通主线桥右幅85-2#桩设计为摩擦桩、桩径1.8m、桩长30m，超声波检测发现该桩桩顶以下27-28m处断桩夹泥。考虑到该桩基缺陷部位较深且桩径较大，该桩采用钻孔压浆进行补强处理，压浆完毕待砼达到龄期后，通过钻孔取芯验证该桩采用压浆补强法效果理想。3 钻孔灌注桩的缩颈3.1钻孔灌注桩缩颈的原因缩颈是钻孔灌注桩最常见的质量缺陷，主要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。3.2钻孔灌注桩缩颈的预防措施选用密度、胶体率、黏度相对较大的优质泥浆，尽可能降低失水量；将合适数量的合金刀片焊接于导正器外侧，起钻或钻进时可发挥扫孔作用；成孔时加大泵量，提高成孔的速度，这样孔壁在成孔一段时间内会形成泥皮，孔壁则不会渗水和引起膨胀；采用上下反复扫孔的办法扩大孔径消除缩颈。3.3钻孔灌注桩缩颈的处理措施对于缩颈，除了可以采用钻孔压浆补强法对缩颈部位进行补强外。同时可以在桩基外围钻孔至缺陷位置以下0.5-1.0m，在缩颈位置上下各0.5m以高压旋喷数根旋喷桩，旋喷桩根数以能包围缩颈范围为宜。通过桩身钻孔压浆补强并增加桩周高压旋喷桩的综合处理措施，提高桩基的桩身强度和整桩的承载力。4 钻孔灌注桩沉渣过厚4.1 钻孔灌注桩沉渣过厚的原因及预防措施清孔是灌注桩施工中保证成桩质量的重要环节，通过清孔应尽可能的使桩孔中的沉渣全部清除，使混凝土与岩基结合完好，提高桩基的承载力。发生桩底沉渣的主要原因如下：（1）施工中违犯操作规定，清孔不干净或未进行二次清孔造成；（2）泥浆比重过小或泥浆注入量不足时，桩底的沉渣浮起困难，沉渣将堆积在桩底，影响桩与地基的结合。因此，工程中需采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不能用清水进行置换；（3）钢筋笼吊放过程中，如果钢筋笼未垂直对准孔位，将会碰撞孔壁导致孔壁的泥土坍落在桩底；因此，钢筋笼吊放时，应避免碰撞孔壁。下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔；（4）清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为20-40cm，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下1.0m以上，以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣，达到清除孔底沉渣的目的。 4.2 钻孔灌注桩沉渣过厚的的处理措施采用注浆扩底法可以使孔底沉渣与桩端持力层胶结，除增加持力层的强度外，还减少孔底沉渣造成沉降量大的难题。（1）根据实际情况确定钻孔数量，用取芯机钻孔至岩层，孔径最好采用10cm；（2）用25mm的小钢管插入孔内，钢管底部封闭，距底部3-5cm处对称钻孔两个孔径为6mm的小孔；（3）钢管插入底部后，采用高压泵将清水压入孔底，由小孔射出，把过沉渣冲出。当排出的水为清水后，使钢管转一角度，继续清洗。周圈干净后，提升几公分，用同样的方法对其余层次进行清理；（4）全部冲洗干净排出清水后，用空压机的高压风将水全部风干；（5）利用压水管做压浆管，用压浆泵将52.5R水泥纯浆压入孔底，直至孔口排出浓浆为止。工程实例：广河高速S119跨线桥左14-B#桩设计为嵌岩桩、桩径1.8m、桩长19.3m，钻孔取芯检测发现该桩桩桩底沉渣过厚，达到35cm。经过设计单位和工程监理同意，该桩采用注浆扩孔法对桩底沉渣进行清洗并加固处理，处理完毕待混凝土达到龄期后，通过钻孔取芯法检验，结果该桩桩底沉渣基本清除，桩端与持力层胶结较理想。5 钢筋笼骨架上浮5.1钢筋笼上浮的原因 在开始砼灌注时，混凝土浇筑速度过快，使混凝土下落冲出导管底口向上反冲，导致砼面上升较快时，其顶托力大于钢筋笼重力所引起的钢筋笼上浮；浇筑砼时对导管未及时上拔，埋设较深，拔管时，导致上浮的浮动范围过大而带动钢筋笼骨架上浮；砼塌落度较小，不符合设计要求，气温过高，砼凝结快，从导管底上浇砼有可能将开始结硬的上封层砼连带钢筋骨架托起，发生上浮。5.2 防止钢筋笼骨架上浮的预防措施 为防止钢筋笼骨架上浮，在钢筋笼顶端用4-8根钢管套在钢筋笼的主筋上，采用反压阻止其上浮，上口钢筋笼主筋四周与护筒用钢筋焊牢。浇筑过程必须连续作业，下料要均匀，不要过猛，确保钢筋笼骨架要固定砼均匀上升，以减少砼对钢筋笼骨架的上浮力。在拔管时，要根据砼浇筑方量，控制和保证导管埋入孔内砼深度2-4m，不得小于1m或大于6m，及时提拔导管，减少钢筋笼骨架和上浮砼的作用。5.3 防止钢筋笼骨架上浮的处理措施钢筋笼出现上浮时，立即停止灌注混凝土，利用护筒、钻机等设施对其进行控制。当上浮高度较小是，控制住后，放慢速度继续灌注，灌注完成后，会同设计单位对该桩进行验算，对不合要求的桩按设计要求增加相应的补强措施；当上浮高度较大时，桩的要求远不能满足设计要求，就要将钢筋笼拔出，清孔，重新进行灌注混凝土。6 钻孔灌注桩砼离析蜂窝6.1钻孔灌注桩砼离析蜂窝原因灌注混凝土过程中，导管埋深过大，导管内外砼新鲜程度不同，再加上灌注过程中上下活动导管过于频繁，导致导管活动部位的砼离析，保水性能差而泌出大量的水，这些水沿着导管部位最后灌入的、最为新鲜的砼往上冒，形成桩身孔洞；砼倾倒入导管速度过快，把空气闷在导管中，在桩内形成高压气包，高压气包在其自身浮力或导管起拔等外力的作用下，在砼内不断上升，当上升到桩顶附近时，气包浮力与上升阻力接近，在没有外力的作用下，气包便滞留在桩身内，最终形成桩身孔洞、蜂窝；灌注混凝土时间过长，最早灌入孔内的砼坍落度损失过大，流动性变差，终灌导管起拔后会留下难以结合的孔洞；灌注混凝土时，钻孔中地下水活动较大或有涌泉现象；混凝土搅拌不均匀、水灰比过大、或导管漏水均会产生混凝土离析。6.2 灌注桩砼离析的预防措施控制导管的埋深，灌注过程中做到导管勤提勤拔；砼倾入导管的速度应根据砼在管内的深度控制，管内深度越深，砼倾入速度越应放慢。尽可能始终保持导管内满管砼，以防止桩身形成高压气包，因为导管每次起拔后管内都会形成空管，再次灌注时，桩身形成高压气包就很难避免，在灌注过程中适当上下活动导管，把已形成的高压气包引出桩身；加适当缓凝剂，确保砼在初凝前完成水下灌注。6.3 灌注桩砼离析蜂窝的处理措施对钻孔灌注桩桩离析、蜂窝可以采用压浆法进行处理：（1）根据桩径大和缺陷严重程度，用取芯机钻孔，最少应钻取2个孔，钻过缺陷部位为止；（2）分别对各孔压清水，封闭加压，使所钻孔在缺陷断面相通；（3）用清水冲洗，直到冲出水无混凝土和碎屑为止；（4）清孔完毕后，下灌浆管到钻孔内，由一个孔进行注入水灰比为1的稀浆，待另一孔出浆后，封闭其余出浆口，仅留一个出浆口。此时，换用水灰比为0.45的灰浆进行灌注，待出浆口完全流出稠浆后，封闭出浆口，增压到0.5Mpa，稳压30min，卸除压力。同时，也可采用处理断桩的方法，处理灌注桩离析、蜂窝缺陷。7 钻孔灌注桩倾斜7.1钻孔灌注桩倾斜原因钻孔倾斜会使灌注桩施工时钢筋笼难吊入，或造成桩的承载力小于设计要求，造成钻孔倾斜的原因大致有五个方面：（1）在地质软硬交界处钻孔，或钻孔中遇有较大孤石或探头石；（2）在有倾斜度的软硬地层交界处，岩面倾斜处钻进，或在粒径大小悬殊的卵石层中钻进，钻头受力不均；（3）钻孔中