钻孔桩施工质量通病的防治

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【摘  要】结合衡阳湘江特大桥钻孔桩施工中遇到的质量通病及现场处理措施、方法，介绍一些事故的解决方法，为今后类似工程施工整理了一点借鉴经验
【关键词】钻孔桩 质量通病 防治
1、工程概况
湘桂铁路扩能改造工程衡阳至永州段湘江特大桥中心里程：DK11+772.33，桥全长L=2972.5m。其中ø1.0m315根；ø1.25m224根；ø1.5m22根；ø2.0m54根；ø2.0m单根桩长48.5m位于28号墩。
2、工程地质情况
桩身主要穿越地质为: 人工填土、淤泥质土、粉质粘土、砂类土、泥质砂岩等。26号墩~31号位于湘江河中；14号桥墩位于断层带，工程地质条件较差；17号桥墩位于京广铁路上行线与衡阳—广州107国道中间，此路段为高填筑路段，地面以下10.0m采用风化岩填筑空洞较多。
3、钻孔桩质量通病及处理措施
在大湘江特大桥钻孔桩施工过程中，由于人为和地质等原因的影响，出现了诸多质量通病。下面就是本桥冲击钻孔施工中遇到的一些问题及处理办法介绍如下：
3.1 、钻孔过程中出现的相关问题的处理
3.1.1、孔位偏斜。多因护筒埋置中心与桩位中心的偏差；钻孔桩机安装支撑不牢；钻孔桩位地质下沉；钻进过程中地质软硬不均或遇突出孤石等原因引起。应对措施：
（1）定位孔位埋设控制桩，护筒埋设应高出顶面0.3m，倾斜度偏差不得大于1%m，埋置深度根据地质条件控制在1.0～1.5m，护筒定位后应根据控制桩及时复核护筒的位置，护筒中心与桩位中心线偏差严格控制不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。桩位中心应报检合格后方可开钻。
（2）开钻前应夯实平整孔位周边地基，钻孔桩机两支撑基础应加设支撑方木。
3.1.2、偏孔：在钻孔中如出现偏孔应根据钻渣认真核对地质资料和检查冲击钻齿是否高低不平。如偏斜发生在地质变化地段应采用探孔器检查成孔的直径、垂直度，可在偏斜处反复扫孔进行解决。当不能解决时应分析清楚岩层的走向，而后采用适当的回填材料（回填材料一般为片石加黏土等组成的混合物）回填至计算确定的高程处，静置一段时间后开始施工。即孔中心偏差小于20cm的，静置1～2h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。如因钻齿高低不平严重应及时更换钻齿。
3.1.3、缩孔：是在饱和性粘土、淤泥质黏土，特别是IL＞1.0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；或是因为钻头四周磨损严重造成。针对前一种原因，采取块、卵石土回填，而后用重量较大的冲击钻进行冲击，挤紧钻孔孔壁的办法处理。另就是要随时检查钻头直径，磨损较大的应及时补焊。
3.1.4、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处理：
（1）由于“探头石”引起的卡钻，可以适当往下放钻头，而后强力快速上提钻头，使“探头石”受力瞬间冲击缩回，从而顺利提起钻头。
（2）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处理（砂土地层中不宜采取此方法处理）。
（3）由于机械故障或突然停电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，应采取调节泥浆指标，增大泵量及向孔内投入砂石，严重糊钻时，停钻清除钻渣。
3.1.5、护筒脱落：是由于护筒背后回填质量不好受地面水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，采取相应措施处理。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。
3.1.6、掉钻：由于机械故障、钢丝绳断裂、孔壁坍塌或打空锤等因素造成钻头落入孔底的现象通常称“掉钻”。发生“掉钻”后，用打捞叉、打捞钓等工具实施打捞。另施工过程中注意观察钢丝绳的工作状态，落锤后若钢丝强颤动厉害则可能是钢丝绳收放量小了，在打空锤应合理放松绳索，防止空打造成绳索断裂。如因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，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。
3.1.7、护筒下冒水、孔内漏浆：首先分析冒水、漏浆原因，由于护筒埋设太浅，周围填土不密实，或护筒的接缝不严密，可加长护筒埋置深度，并在护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土(最好选用黄土)要分层回填夯实，以达到最佳密实度。如护筒严重下沉、位移，则应返工重埋护筒。钻孔孔壁漏水，可倒入粘土或填入片石、碎卵石土，以增强护壁。对于本桥17号墩桩基施工的特如情况，拟采用人工挖孔、钢筋砼护壁至地质较好地方，然后开钻。
3.2 、水下混凝土灌注中出现问题的处理
3.2.1、沉碴厚度超标。其原因有第一次清孔泥浆比重过小；下笼时刮坏孔壁使泥土坍落孔底；二次清孔不彻底。控制措施：
（1）钻孔桩施工过程中的泥浆控制指标：黏度测定，一般地层：17～20s；松散易坍地层：19～28s含砂率不大于4％；胶体率不小于95％；PH值应大于6.5，制备泥浆易选用高塑性粘土或膨润土。
（2）下笼前检查钢筋保护层厚度（一般在钢筋笼上焊接钢耳朵）是否符合要求和采用检控器进行成孔直径、垂直度检查，当不符合要求应在偏斜部位采用桩锤来回扫孔。下笼时不能碰撞孔壁。
（3）根据孔深计算吊筋长度，钢筋笼下放到位后吊筋焊接在护筒上以防止钢筋笼掉落。进行二次清孔，应逐渐降低泥浆黏度，在孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，含砂率小于2%时，再调节到泥浆比重不大于1.1，黏度18～20s方可进行桩身砼灌注。如沉碴为粉砂难以清孔时，可安装分砂器进行清孔（湘江特大桥3号墩各桩位于粉砂岩层，清孔时就采用分砂器滤渣效果很好），另孔清好后及时灌注以防塌孔。
3.2.2、钢筋笼较大、重，吊放易变形，笼身除按设计设置加强筋而无十字支撑筋时，加工钢筋笼可在加强箍圈内设置同型号钢筋的十字支撑以增加钢筋笼的强度。钢筋笼保护层厚度合格，焊接时注意规范中“同一截面规定”的要求。    
3.2.3、封底失败：由于首批混凝土数量过小、导管漏气、导管强度不符合要求、孔底的沉碴厚度大等原因导致首批混凝土灌注入孔后，未实现水下混凝土封底的现象称为封底失败。封底失败后，应立即暂停灌注，及时对孔内已灌注的混凝土进行清理。
（1）首批灌注砼数量应大于导管初次埋置深度（≥1.0米）和填充导管底部的需要,钻孔桩所需首批砼数量可按下式计算：
V≥(πd2)/4×h1+(πD2)/4×（H1+ H2）
式中：V--首批砼所需数量(m3)
H1—桩径底至导管底端的间距，一般为为0.4（m）
H2--导管初次埋设深度（m），H2≥1.0m
h1—桩孔内砼面高度达到H2时，导管内砼柱平衡导管外水（或泥浆）压力所需要的高度（m），即
h1=γWHW/γC
其中：HW--是桩孔内砼面以上水或泥浆的深度（m）
γW--桩孔内水或泥浆的容重(KN/m3)
γC--砼的容重(KN/m3)
D--桩孔直径（m）
d--导管内径（m）
由于孔径的不均匀，该式计算出的首批混凝土数量后，需根据现场孔内情况适当增大混凝土量。
（2）地层稳定性较好的，应采取导管内安装高压风管进行二次清孔的方法将已灌注的混凝土清理干净。地层稳定性差或高压清孔的方法不能奏效则应及时拆除导管、拔除钢筋笼，将钻机安装到位，重新置换泥浆后用冲击钻清除已灌注的混凝土，达到孔底设计标高后，请示监理单位检查合格后进行水下混凝土灌注。
（3）通过孔深计算导管长，确保导管口距孔底要保持在0.4m 左右的距离。当球塞被压出导管并灌下一定数量的混凝土后，应将导管缓慢下降0.1～0.3mm ,使灌注初期导管被混凝土埋入的深度尽可能加大（即初次埋置深度不少于1.0米,灌注中导管埋置深度2～4m），以保正混凝土灌注质量。
3.2.4、卡管：因混凝土和易性差、混凝土中含有大块骨料或受潮凝固的水泥块、灌注混凝土冲击力不足或是导管密封不好、导管内挤入高压空气等原因导致水下混凝土灌注过程中无法继续进行的现象统称为“卡管”。
（1）由于混凝土自重不足造成的导管堵塞，可以少量（根据堵管前测量及计算的导管埋深结果在保证导管最小安全埋深确定）缓慢提升导管而后快速下落的方法或加大一次性灌注较大混凝土数量而后快速提升再迅速下放，以冲击疏通导管或上、下抖动导管、附着式振捣器等方法进行处理。砼拌和物要有良好的和易性，在运输和灌注过程中，无离析，泌水，其坍落度为18～22cm；当灌注至桩顶标高8～10m时，应及时调至16～20cm，以提高桩身上部砼强度。
（2）根据桩孔直径选者合适的导管，导管在使用前必须进行水密试验，合格后方准使用。进行水密实验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力,也不应小于导管壁和焊缝可能承受砼时最大压力的1.3倍,可按下式计算:
P=γCh1-γWHW
式中：p—导管可能受到的最大内压力Kpa
γC—砼拌各物的容重,取24KN/m3
h1—导管内砼柱最大高度（m）,以导管全长或预计的最大高度计
γW—孔内水或泥浆的容重(KN/m3)
HW—孔内水或泥浆的深度（m）
另当导管内混凝土不满含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，以免在管内形成高压气囊，挤坏管节密封圈，导致漏水、漏浆。
（3）由于操作失误或导管堵塞等需要进行采取“二次抛球法”处理。具体操作方法：原导管或新更换的导管重新下放至距已浇砼面20～40cm（设已浇砼面深度为H1）再次抛球，认真计算出砼充满整个导管及没过导管的砼量，当砼达到管底时（设此时砼面深度为H2）马上利用重物将导管压入到起始砼浇注深度（＜H1）并连续浇注，将砼浇注到要求的标高加上（H2 -H1）的高度。
3.2.5、断桩由于灌注中提升导管失误、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，无法继续灌注的现象通称为断桩。在灌注过程中认定发生断桩事故后，应立即停止继续灌注，提拔导管和钢筋笼减少损失。并采取以下办法处理：
（1）砼灌注方量较少或断桩面位于不大于设计长度的三分之一时，一般采取原位钻除已灌注部分砼，重新清孔和灌注（如位于湘江河中的27号墩2号桩在灌注7.0m位置时因砼输送泵损坏造成砼供应中断桩。处理措施：提拔导管、吊出钢筋笼、原位复钻）。
（2）断桩截面位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。
（3）对已经发生或估计可能发生的断桩、夹泥桩可采取压入水泥浆补强的方法处理。
3.2.6、钢筋笼上浮：由于钢筋笼的加固不牢或灌注过程中提升导管等原因引起钢筋笼的移位现象统称钢筋笼上浮。
（1）防浮笼措施：在钢筋笼主筋上焊接“倒刺”方法来防止钢筋笼上浮，即钢筋笼同一截面上焊3～4个“倒刺”，每个钢筋笼设置不少于2道；加大吊筋的直径，吊筋与护筒焊接牢固；砼灌注过程中速度不应过快和及时拆管。
（2）钢筋笼上浮处理措施：首先应停止砼灌注，缓慢插入导管然后快速提升（注意控制好导管埋置砼深度）反复循环几次可处理已上浮的钢筋笼；钢筋笼上浮比较严重无法恢复时必须拔出钢筋笼，比照断桩进行处理。
4.1、灌注成桩后发现的质量缺陷及处理
4.1.1、桩全长小于设计要求这种缺陷可分为两类：处理桩头后，混凝土顶面高程小于设计要求、桩头质量不合格；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。后一种情况在本桥施工中未出现（本桥所有桩基在灌注砼前除检查泥浆各指标外，还停机不少于15分钟检查孔底沉渣厚度）。
（1）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渣和松散混凝土等，将顶面人工凿修平整。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1倍。接长部分混凝土的强度应比原设计提高1个等级，新旧混凝土的接合面必须做好混凝土的接槎处理。
（2）在拔出最后一节导管时，速度要慢，防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管形成泥心影响桩头质量。为保证桩头质量，砼灌注应比设计高0.5～1.0m。
4.1.2、因钻孔桩底部沉积物未清理干净造成的桩全长小于设计现象处理的难度较大。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处理。
4.1.3、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处理。
4.1.4、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处理。
4 结束语
总之在湘江特大桥钻孔桩施工中虽然遇到了以上等诸多问题，但由于施工、技术、质检人员对每道施工工序严格把关，发现问题采取积极有效的控制措施，从而确保了桩身质量。本桥所有桩基经无损检测全部合格。最后提出一点就是：在钻孔桩施工过程中要抓好泥浆和砼的质量，详细做好各项施工记录，牢牢把好钻孔、清孔和砼灌注等关键工序的质量关，这是防止质量事故发生的行之有效措施。

参考文献:
［1］《TB10203-2002铁路桥涵施工规范》中国铁道出版社,2002年
［2］《TB10210-2001铁路混凝土与砌体工程施工规范》中国铁道出版，2002年
［3］《公路桥涵施工手册-上册》人民交通出版社,2000年
［4］《桥涵施工百问》人民交通出版社,2004年