钻孔灌注桩在施工中常见问题及处理措施

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

0 前 言
    桥梁的桩基础根据施工方法的不同可分为：沉入桩、钻孔桩、挖孔桩，而钻孔桩则是桥梁桩基础中比较常见的一种施工方法。而钻孔桩的施工在施工过程中受到的因素比较多，容易产生断桩等施工通病。本文结合多年来的工程施工实践，分析了钻孔桩钻孔及混凝土灌注过程中遇到的一些问题，分析了产生问题的原因，总结出了一些规律和防治措施，为今后的施工起到一些帮助。现针对这些问题和措施，作一介绍。
1   钻孔中出现的质量问题及防治措
施
1.1 护筒冒水
    护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉，护筒倾伴和移位，造成钻孔偏斜，甚至无法施工。
1．1．1造成原因 埋设护筒的周围不密实，或护筒水位差太大，或钻头起落时碰撞。
1．1．2防治措施 在埋筒时，坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实。在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持1.0m-1.5m的水头高度。钻头起落时，应防止碰撞护筒。发现护筒冒水时，应立即停止钻孔，用粘土在四周填实加固，若护筒严重下沉或移位时，则应重新定位后安装护筒。
1.2 塌孔、溶洞或裂隙
    钻进过程中，如发现排出的泥浆中不断出现气泡，或泥浆突然漏失，则表示有孔壁坍陷、溶洞或裂隙的迹象。
1.2.1 造成原因
1.2.1.1 孔壁坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护洞周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。
1.2.1.2 当遇到小溶洞或裂缝时，可能发生孔内泥浆均匀缓慢下降的现象。
1.2.1.3 地下水流量大，护壁及钢护筒不起作用，造成塌孔。
1.2.2 防治措施
1.2.2.1 在松散易坍的土层中，适当埋深护筒，用粘土密实填封护筒四周，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度，保持护筒内泥浆水位高于地下水位。搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，钢筋笼接长时要加快焊接时间，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。
1.2.2.2 当遇到小溶洞或裂隙且发生孔内泥浆均匀缓慢下降的现象的时候，可采用在泥浆中加适量水泥，增大泥浆比重及其护壁效果；当遇到大溶洞时，孔内泥浆急剧下降的情况，可采用粘土或碎石回填后重新钻孔。
1.2.2.3 当遇到地下水流量大，护壁及下钢护筒均不起作用时，可采用在本桩附近井点降水的方法，降低孔内地下水位，甚至砼浇注完毕。
1.3 缩颈
    缩颈即孔小于设计孔径。
1.3.1 造成原因
1.3.1.1 软土层受地下水影响和周边车辆振动。
1.3.1.2 塑性土膨胀，造成缩孔。
1.3.1.3 钻锤磨损过甚，焊补不及时。
1.3.2 防治措施
1.3.2.1 在软塑土地层采用失水率小的优质泥浆护壁，降低失水量。
1.3.2.2 成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间内，孔壁形成泥皮，则孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀。
1.3.2.3 及时焊补钻锤，或在其外侧焊接一定数量的合金刀片，在钻进或起钻时起到扫孔作用。
1.3.2.4 如出现缩颈，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。
1.4 成孔偏斜
    成孔壁桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。
1.4.1 造成原因
1.4.1.1 施工现场不平整，不坚实，地面软弱或软硬不均匀，在支架上钻孔时，支架的承载力不足，发生不均匀沉降，导致钻杆不垂直。
1.4.1.2 钻机部件磨损，接头松动，钻杆弯曲。
1.4.1.3 钻头晃动偏离轴线，扩孔较大。
1.4.1.4 土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形。
1.4.1.5 施工检测控制不到位。
1.4.2 防治措施
1.4.2.1 先将场地夯实平整，轨道及枕木宜均匀着地，支架的承载力应满足要求，在发生不均匀沉降时，必须随时调整。
1.4.2.2 钻机就位时，应使转盘，底座水平，使天轮的轮缘、钻杆的卡盘和护筒的中心在同一垂直线上，并在钻进过程中防止位移，在不均匀地层中钻孔时，采用自重大、钻杆刚度大的钻机。
1.4.2.3 进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，钻速要加慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。
1.4.2.4 钻孔偏斜时，可提起钻头，上下反复扫钻几次，以便削去硬土，如纠正无效，应于孔中局部回填粘土至偏孔处0.5m以上，待沉积密实后再钻。
1.5 桩底沉渣量过多
    对摩擦桩来说，由于其受力机理是通过桩表面和周围土壤之间的磨擦力或依附力，逐渐把荷载从桩顶传递到周围的土体中，如果在设计中端部反力不大，端部的沉渣量对桩承载力亦影响不大；而对于承载桩来说，如果沉渣量过大，势必造成桩受荷时发生大量沉降，同样使桩的承载力失效，因此钻孔灌注桩的沉渣量检查是施工控制中的一项关键工作。
1.5.1 造成原因 检查不够认真，清孔不干净或未进行二次清孔；泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起；钢筋笼吊放过程中，未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底；清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。
1.5.2 防治措施
1.5.2.1 加强对沉淀层的检查力度和意识
1.5.2.2 成孔后，钻头提高孔底10cm-20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30min。采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不要用清水进行置换。
1.5.2.3 钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。可采用钢筋笼冷压接头工艺加快对接钢筋笼速度，减少空孔时间，从而减少沉渣。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，直至孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求。
1.5.2.4 开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为30cm-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，达到消除孔底沉渣的目的。
2 水下混凝土灌注施工问题及防治
2.1 卡管
    水中灌注混凝土过程中，无法继续进行的现象。
2.1.1 造成原因 初灌时，隔水栓堵管：混凝土和易性、流动性造成离析：混凝土中粗骨料粒径过大。
    各种机械故障引起混凝土浇筑不连续，在导管中停留时间过长而卡管；导管进行造成混凝土离析等。
2.1.2 防治措施
2.1.2.1 使用的隔水栓直径应与导管内径相配，同时具有良好的隔水性能，保证顺利排出；或采用隔水盖板或插板盖住导管顶部，封底时拉起盖板或抽时插板即可，安全、方便。
2.1.2.2 在混凝土灌注时，应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必须具备良好的和易性，配合比应实验室确定，坍落度宜为18cm-22cm，粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4，且应＜0mm。为改善混凝土的和易性和缓凝，水下混凝土宜掺外加剂。
2.1.2.3 应确保导管连接部位的密封性，导管使用前应试拼装、试压，试水压力为0.6 Mpa -1.0Mpa，以避免导管进水。
2.1.2.4 在混凝土浇筑过程中，混凝土应缓缓倒入漏斗的导管，避免在导管内形成高压气塞。
2.1.2.5 在施工过程中，应时刻监控机械设备，确保机械运转正常，避免机械事故的发生。
2.2 钢筋笼上浮
2.2.1造成原因
2.2.1.1 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。
2.2.1.2 由于混凝土灌注过程钢筋笼且导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已接近初凝表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定握裹力，如果此时导管底部未及时提到钢筋笼底部以上，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。
2.2.2.2 加快混凝土灌注速度，缩短灌注时间，或掺外加剂，防止混凝土顶层进行钢筋笼时流动性变小，当混凝土上升到接近钢筋笼下端时，控制导管埋深在1.5cm-2.0m，应放慢浇筑速度，减小混凝土面上升的动能作用，以免钢筋笼顶被托而上浮。灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2m-3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m-5m，≯6m和＜1m，严禁把导管提出混凝土面。
2.2.2.3 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。
2.3 断桩
混凝土凝固后不连续，中间被泥浆等疏松体及泥土填充形成间断桩。
2.3.1 造成原因
2.3.1.1 封底时，由于导管底端距孔底过远，混凝土被泥浆稀释，使水灰比增大，造成混凝土不凝固，形成混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土填充。
2.3.1.2 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，导致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，最后只好提取导管上下振击，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。
2.3.1.3 灌注混凝土过程中，因导管漏水或导管提漏而二次下沉也是造成夹泥层和断桩的原因。导管提漏有两种原因：（1）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；（2）因泥浆过稠，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。
2.3.1.4 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。
2.3.1.5 导管埋得太深，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。
2.3.1.6 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。
2.3.2防治措施
2.3.2.1 成孔后，必须认真清孔，防止孔壁坍塌。清孔时间应根据孔内沉渣情况而定，清孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣超过规范规定。
2.3.2.2 灌注混凝土前认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次混凝土灌注量。
2.3.2.3 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。
2.3.2.4 混凝土浇注过程中，应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，并严格遵守操作规程。
2.3.2.5 严格确定混凝土的配合比，混凝土应有良好的和易性和流动性，坍落度损失应满足灌注要求。
2.3.2.6 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。
2.3.2.7 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，在灌注混凝土过程中应避免停电、停水，必要时应有备用搅拌机、发电机等应急设施。
2.3.2.8 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。
2.3.2.9 对导管的要求：（1）导管应有足够的抗拉强度，能承受其自重和盛满混凝土的重量；（2）各节的安装接头的对接位置，要预先试拼并作好标记，安插导管时须按试拼时的状态对号安装，所有的法兰盘接头均须垫入5mm-7mm厚的橡胶垫圈，安放时须对正放平，拧紧螺栓，严防漏水；（3）内径应一致，其误差应＜±2mm，内壁须光滑无阻，组拼后须用球塞、检查锤作通过试验；（4）最下端一节导管长度要长一些，一般为4m左右，其底端不得带法兰盘，以便在混凝土内减小磨擦。每节导管的长度要整齐统一，便于丈量长度，并作出标记和记录；（5）导管使用前做好水密性试验。
3 结 语
    以上是钻孔灌注桩施工中常遇到的问题及相应解决措施，对现场施工确保整体工程施工质量达到优
良，有一定的参考价值。
 
参考文献：
[1]李宁峙.工程质量监理[M] .北京：人民交通出版社，1999.
[2]刘吉士.桥梁与隧道施工监理指南[M] .北京.人民交通出版社，2000