钻孔灌注桩基础主要质量问题分析及处理办法

摘要：钻孔灌注桩基础属隐蔽工程，且影响其质量的因素较多，如不抓住重点进行有效防控，就有可能发生质量问题，甚至质量事故，对社会和施工企业本身都造成重大影响。本文对输电线路钻孔灌注桩基础的主要质量问题进行剖析，并提出主要的防范及处理办法，以供同行借鉴。关键词：钻孔灌注桩质量问题分析防范处理办法0引言钻孔灌注桩基础是一种能适应各种地质条件的基础形式，也是输电线路广泛运用的一种基础形式，施工工艺已较为成熟。该基础为直接在所设计的桩位上开孔，井孔内注满压力水，然后在孔内加放钢筋笼后，通过导管灌注混凝土而成。钻孔灌注桩基础属隐蔽工程，且影响其质量的因素较多，如不抓住重点进行有效防控，就有可能发生质量问题，甚至质量事故，对社会和施工企业本身都造成重大影响。本文对输电线路钻孔灌注桩基础的主要质量问题进行剖析，并提出主要的防范及处理办法。1钻孔过程中常见施工质量问题及其防治1.1钢筋笼上浮问题1.1.1原因分析①如导管在混凝土中埋入过深或钢筋笼放置初始位置过高，深埋的导管下口流出混凝土，推动导管外上部混凝土整体上升。此时下半节钢筋笼的主筋、箍筋与混凝土已半粘着，并由于坍落度的损失而粘着力较大，由于上升产生的顶托力之和大于钢筋笼的自重，因此推动钢筋笼与混凝土一起上浮；②如在混凝土灌至钢筋笼下时提升导管，灌注混凝土自导管流出后的较大冲击力，推动了钢筋笼的上浮；③如混凝土灌注到钢筋笼底板附近，混凝土的灌注却因断水断电机、械故障等原因中断，30分钟或者更长时间后才能重新灌注，此时桩孔内顶部混凝土产生坍落度的损失或局部初凝，致使混凝土流动性变差，当重新灌注时，混凝土托动钢筋笼整体上移，严重时可能断桩；④钢筋笼在制作、运输、堆放、起吊等过程中不符合规范要求，存在钢筋骨架内径与导管外壁间距过小，主筋搭接焊接头未焊平，粗骨料粒径太大等问题，在提升导管过程中法兰盘容易挂带了筋笼形成上浮。1.1.2防范及处理办法①要准确定位钢筋笼的初始位置并与孔口固定。导管下放时应确保导管在孔位的中心之上。混凝土接近笼时，将导管埋深控制在1.5～2.0m，同时注意导管的出口与钢筋骨架的底端不得平齐灌注混凝土，并随时掌握导管的埋深及混凝土灌注的标高，控制导管底口与钢筋骨架底端高差不小于1m，如混凝土埋过钢筋笼底端2～3m时及时将导管提高于钢筋笼底端；②保持和改善混凝土的流动性是灌注混凝土施工的基本原则，同时改进灌注工艺及把握好初凝时间也是施工控制的重要环节。配制混凝土要按配合比严格控制，灌注要保持快速连续进行状态，缩短灌注时间。也可以掺入适量缓凝剂，防止进入钢筋笼时混凝土的流动性变小；③做好混凝土灌注前的各项施工准备，检查及保证水电供给，检查机具、工器具能正常使用且准备齐全等，并安排轮流值班，做好好各种应急预案。开始灌注后，就必须保证灌注混凝土的连续性，最大限度避免中途停工；④防范因钢筋笼不符合施工要求，要在灌注桩的上部分增加钢筋件并设固定装置防止钢筋笼上浮，或者制作钢筋笼时有意让底部向外倾斜10～15mm，把一根箍筋焊接在钢筋笼最下面的主筋的端头上。在加工钢筋笼骨架时要严格控制质量，在运输时要做好保护尽可能防止变形。导管埋入时要控制好导管外壁与钢筋笼内筋之间的空隙，大于骨料最大粒径的2倍；⑤浇灌过程中，如出现钢筋笼随导管拔出而上浮的情况时，立即控制混凝土浇灌速度及浇灌量，单向旋转或反复上下摇动导管，及时处理好导管与钢筋笼的挂带问题；⑥如因导管埋入过深导致钢筋笼上浮的情况时，立即停止灌注。如检查出埋深超过9m，立即拆除多出部份导管把导管的埋深控制在3.0～8.0m以内，改善混凝土的和易性，在适当提高坍落度后方可重新灌注；⑦如无法控制钢筋笼上浮，立即停止浇灌混凝土，在拔出导管后回填粘土入孔内，问题桩作废桩处理，通知监理和设计后确定重新补桩。1.2断桩问题1.2.1原因分析①使坍落度不符合要求，当坍落度过大时，会出现离析现象，粗骨料相互挤压则会阻塞导管；当坍落度过小或灌注时间过长时，混凝土下落阻力则会加大而阻塞导管。两者均可导致卡管，终造成断桩；②浇注混凝土时，没有采用“回顶法”从导管内灌入，而是从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，诱发混凝土离析而造成凝固后不密实坚硬，少数孔段出现蜂窝、疏松、孔洞，甚至断桩；③如灌注时间过长，混凝土与导管壁的摩擦力势必增大，同时导管提升和起拔过多，若仍采用提升阻力很大的法兰盘连接的导管，在提升时极易造成连接螺栓拉断或导管破裂，产生断桩；④如在清孔过程中未对孔内泥浆含砂率控制不严，监管不力，则会在灌注混凝土过程中造成混凝土上沉渣过厚，推动该部份沉渣难以被导管内混凝土压力推动，迫使混凝土浇注中断，易形成断桩。1.2.2防范及处理办法①灌注时严格科学地控制混凝土配合比、坍落度和粗骨料粒径。如更换水泥标号、品种或生产厂家，务必事先做好配合比试验，按科学配合比控制混凝土质量；②必须从导管内灌注混凝土，灌注过程必须连续、快速、有节奏，灌注混凝土要准备足量，且绑扎水泥隔水塞的铁丝要根据首次混凝土的灌入量而定量，严格控制防止断裂；③选用导管必须要有足够的抗拉强度，能承受其自重加上盛满混凝土的重量，同时内径最好在30cm以上的并保持一致，误差应小于±2mm，内壁无阻光滑。导管在组拼后须用球塞和检查锤做通过试验。导管最下一节长度一般为4米左右，且底端不得带法兰盘，否则在混凝土内会很难拔起。为了便于丈量长度，每节导管长度应统一，并作记录和标记；④清孔过程中要及时对孔内泥浆的相对密度进行调整，以保证清孔后泥浆的相对密度要达到设计要求。清孔后分别从孔的口部、中部、底部提取泥浆，以检测泥浆的各项指标是否达标；⑤成孔后必须使用冲洗液认真清孔，清孔时间应根据孔内沉渣情况而定，只有当孔底沉渣值小于规范要求时，方可进行混凝土灌注。1.3孔壁坍陷问题1.3.1原因分析①施工工艺控制不当，对地质条件关注不够，未根据土质实际情况采用合适的泥浆和成孔工艺，导致泥浆护壁质量差；②护筒埋设过浅，护筒的接缝和回填土不够密实出现漏水漏浆情况，造成孔内出现承压水或孔内液面高度不够，孔壁静水压力降低；③对清孔的冲洗液和孔底沉渣控制不严，导致泥浆粘度和密度降低，孔壁静水压力衰减，孔壁牢固度降低；④在松散砂土中钻进过快，或在某一处空转时间过长，或用给水管直接冲刷孔壁；⑤待灌时间过长没有及时灌注混凝土，或灌注时间过长；⑥吊装钢筋笼时，碰撞和损伤孔壁。1.3.2防范及处理办法①认真分析地层结构，成孔选择合适的方法和机具，如土质为松散砂黏土或流沙，应提高泥浆的比重和粘度，选用密度、胶体率、黏度相对较大的质量高的泥浆；②选择足够强度和尺寸的护筒，遇松散易坍的土层应适当埋深护筒，并用粘土密实填封护筒四周；③成孔后必须使用冲洗液认真清孔，清孔时间应根据孔内沉渣情况而定，清孔后分别从孔的口部、中部、底部提取泥浆，以检测泥浆的各项指标是否达标，只有当孔底沉渣值小于规范要求且孔壁牢固时，方可进行混凝土灌注；④加强钻孔的现场管理，钻进速度和空转时间要控制适宜，采用适当的方法保持水头的稳定；⑤成孔后待灌时间一般控制在3小时以内，并派熟练地技术人员控制好混凝土的灌注时间；⑥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，尽可能缩短沉放时间；⑦发生孔壁坍陷，应暂停施工判明坍陷部位并认真分析原因。当坍陷的水量较小时，在坍陷部位上1～2m处回填粘质土混合物和砂后可继续钻孔，并严密监控坍陷数量变化。当坍陷无法控制时，立刻拆除护筒和钻机，待回填钻孔并重新埋设护筒妥善后再钻；⑧当钢筋笼吊装或清孔造成塌孔时，立即停止施工并将钢筋笼吊出，添加泥浆护壁将坍陷物清理干净，不再继续坍陷后重新安装钢筋笼和清孔。1.4护筒冒水问题。1.4.1原因分析①在埋设护筒时，护筒周围的原状土压实度不够；②埋设时护筒内外的水位差过大；③钻头起落时不慎碰撞和刮损护筒。1.4.2防范及处理办法①在埋设护筒之前，根据地质条件，选用最佳含水量的粘土将坑底与四周土壁分层夯实；②开孔时选好护筒适当的高度，护筒水头高度应保持在1.0～1.5m；③应派经验娴熟的技术人员进行钻头起落监控，尽可能避免碰撞和刮损护筒；④如发现护筒冒水现象，不可继续施工，须立即停止钻孔，以含水量佳的粘土将坑壁四周加实加固；⑤如出现护筒严重移位或下沉情况，则停止安装并重新安装护筒。1.5缩颈问题1.5.1原因分析塑性土膨胀，使孔径小于设计尺寸。1.5.2防范及处理办法①选用密度、胶体率、黏度相对较大的质量高的泥浆，尽可能降低失水量；②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；③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；④采用上下反复扫孔的办法扩大孔径消除缩颈。1.6钻孔桩身偏斜问题1.6.1原因分析①存在技术性失误，钻孔机械定位不准确，或施工人员放样有偏差；②钻孔时在土层遇到孤石或障碍物，或在岩石倾斜处和软硬土层交界处，钻头因受阻不均偏移导致桩孔倾斜；③钻杆连接不当或弯曲，导致钻头钻杆两点中线处于不同轴线；④钻架就位后未进行调平或场地本身不平整，导致钻机、底座、钻盘不平而产生偏斜；⑤开挖基坑时一次性挖土深度过大，由此产生土侧压力导致桩位错动，桩位偏差超出规范允许范围。1.6.2防范及处理办法①加强技术管理，减少人为的技术性失误，放样和机械定位须根据技术参数反复校核；②钻入斜状岩层、土质不均匀地层、孤石或碰到明显阻碍地层时，须调慢钻速，不能一味快进。在地质不均匀地层中钻孔时，宜使用钻杆刚度大、自重大的钻机；③钻孔前须平整场地，并夯实硬化，枕木应均匀着地尽量找平。钻机安装时钻架上吊滑轮与转盘中心在同一轴线，钻杆位置偏差控制在不大于20cm，此外安装导正装置也是防止偏斜的有效方法。④在松散易坍地层钻孔时，应尽可能加固地层，钻速不宜过快，注意观察钻杆角度和桩位偏差；⑤应对一般的偏斜情况，可用钻头上下反复扫钻数次削去硬土，如效果不佳，回填粘土至高出偏孔处0.5m以上重新钻入；⑥如偏差较大，应通知监理及设计人员鉴核，桩箱及桩筏基础必要时在基础底板内增设暗梁，单桩基础通常重新补桩。1.7桩底沉渣量过多问题1.7.1原因分析①未对准孔位，吊放钢筋笼时碰撞孔壁泥土坍落桩底；②泥浆注入量不足或泥浆比重过小难以把沉渣托浮；③未进行二次清孔，或清孔不干净，或清孔后待灌时间过长泥浆沉积。1.7.2防范及处理办法①吊放钢筋笼，桩中心与钢筋笼中心要保持一致，吊装速度不宜过快，应控制好不碰撞孔壁。建议使用钢筋笼冷压接头工艺，加快钢筋对接速度，减少空孔时间从而减少沉渣。钢筋笼置毕，检查沉渣量是否在规范要求控制之内，否则利用导管二次清孔，直到符合规范要求；②泥浆的质量要选好并控制好泥浆的粘度和比重，不能用清水替代。混凝土灌注时，导管底部至孔底距离最好控制在30～40mm，混凝土储备量充足，导管一次最好埋入混凝土面下超过1.0m，以利用混凝土的巨大冲击力清除孔底沉渣；③成孔后钻头在孔底10～20cm上保持慢速空转，循环清孔要超过30分钟。1.8卡管问题1.8.1原因分析①混凝土中粗骨料粒径过大；②初灌时隔水栓堵管；③混凝土流动性、和易性差造成离析；④灌注混凝土不连续，在导管中停留时间过长；⑤导管进水造成混凝土离析。1.8.2防范及处理办法①控制粗骨料的最大粒径必须小于钢筋笼主筋和导管直径最小净距的1/4并小于40mm；②隔水栓直径要与导管内径相配，同时兼顾良好的隔水性能以保证顺利排出。③灌注混凝土时必须加强对混凝土坍落度和混凝土搅拌时间的控制。坍落度宜控制在16～22cm，保证良好的和易性；④必要时可掺入适量缓凝剂，以改善混凝土的流动性、和易性和缓凝；⑤导管使用前应试拼装试压，试水压力为0.6～1.0MPa，以保证导管连接部位的密封性。在灌注过程中，为了避免在导管内形成高压气塞，混凝土要缓缓倒入漏斗的导管。2结束语经总结国内输电线路钻孔灌注桩的部分施工质量事故案例得出，人为因素是导致事故发生的根本原因，因此重点抓好施工管理，加强现场监督，强化施工人员质量意识教育，规范施工工序流程，做好事前、事中、事后质量控制，就能避免极