桥梁钻孔灌注桩常见病害成因及对策

桥梁钻孔灌注桩常见病害成因及对策钻孔灌注桩包括成孔和成桩两大过程，是一项工序环节较多，工艺比较复杂，技术要求较高，工作量较大，并需在一个较短时间内快速完成水下灌注混凝土的隐蔽工程。施工过程控制受人为因素影响较大，稍有疏忽，就难免出现质量病害，造成病桩或断桩等重大质量事故，危及桩基工程的质量。为此，必须以系统工程的观点，推行全面质量管理，明确工序质量标准，建立严格的施工管理和工序质量检查制度，以工序过程控制，来保证成桩质量。在完善施工工艺、提高操作技能的基础上，认真分析成孔、成桩过程常见病害的产生原因，总结研究其预防治理措施，以期将施工质量病害的影响减至最低限度，高标准、高质量地完成桩基施工任务。一、成孔过程1．护筒冒水：护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉、护筒倾斜和位移，造成成孔偏斜，甚至无法施工。病因分析：埋设护筒时周围填土不密实；或护筒内水位相差太大；或钻头起落时碰撞。防治措施：埋护筒时，坑底与四周选用最佳含水量的粘土层分层夯实；在护筒适当高度开孔，使护筒内保持有1~1.5m的水头高度；起落钻头时，防止碰撞护筒。2．桩孔孔壁坍塌：成孔中或成孔后，孔壁不同程度塌落。成孔中，排出的泥浆不断出现气泡，有时护筒内的水位突然下降，均为塌孔的兆头。病因分析：主要是由于土质松散，加之泥浆护壁不好；护筒埋设不好；筒内水位不高；提住钻头钻进，钻头钻速过快，或空钻时间太长，都易引起钻孔下部坍塌；或成孔后待灌时间和灌注时间过长。施工对策：在松散易坍土层中适当深埋护筒，密实回填土；使用优质泥浆，提高泥浆比重和粘度；升高护筒，终孔后补给泥浆，保持要求的水头高度；保证钢筋笼制作质量，防止变形；吊放时要对准孔位，吊直扶稳，缓缓下沉，防止碰撞孔壁；成孔后，待灌时间一般不应超过3h，并应尽快灌注速度，缩短灌注时间；在钢筋笼未下入孔内情况下，将砂、粘土混合物回填到坍孔深以上1～2m，或全孔回填并密实后，再用原径钻头和优质泥浆扫孔；在钢筋笼碰孔壁而引起轻微坍塌的情况下，用直径小于钢筋笼内径的钻头以优质泥浆扫孔或用导管清孔。3．桩孔局部缩径：指局部孔径小于设计孔径。病因分析：泥浆性能欠佳，失水量大，引起塑性土层吸水膨胀，或形成疏松、蜂窝状厚层泥皮；邻桩施工间距和时间间隔不当，土层中应力尚未消散，新孔孔壁软土流变；钻头直径磨损过大。施工对策：采用优质泥浆，控制泥浆比重和粘度，降低失水量；当设计桩距4D时，应跳隔1~2根桩施工；或新桩孔尽可能在邻桩成桩36h后开钻。4．桩孔偏移倾斜：成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。病因分析：钻机安装不平，或钻台下有虚土产生下均匀沉陷：桩架不稳，钻杆导架不垂直，钻机磨损，部件松动，护筒埋设偏斜，钻杆弯曲，主动钻杆倾斜，遇旧基础或大弧石等地下障碍物，土层软硬不均或基岩倾斜。施工对策：钻机安装周正、水平、稳固，护筒不偏斜，钻杆不弯曲，主动钻杆保持垂直；增添导向架，控制提引水龙头，尽可能采用钻铤加压，清除地下障碍物；除软硬互层采用轻压慢转技术参数外，从软塑粘土层，尤其流塑粘上层和砂层进入硬塑粘土层或从软土层进入基岩时，笼状钻头下端的锥形导向小钻头需改用平底导向小钻头，或者直接用不带导向小钻头的平底钻头钻进；用砂、粘土混合物回填至偏斜处以上1~2m，待密实后用平底合金钻头轻压慢转纠斜，在基岩面发生倾斜时，可投入20~40mm粒径碎石，略高于偏斜处，冲击密实后用平底合金钻头。5．孔底沉渣过多：孔底沉淤、残留泥砂过厚，或孔壁泥土塌落在孔底，使沉渣超标。原因分析：泥浆过稀，清孔未净；清孔泥浆比重过小或清水置换；钢筋笼吊放未垂直对中，碰刮孔壁，泥土坍落孔底；或清孔后待灌时间过长，泥浆沉淀；沉渣厚度测量的孔底标高下统一。施工对策：终孔后，钻头提离孔底1~20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30min；清孔采用优质泥浆，控制泥浆比重和粘度下要直接用清水置换，钢筋笼垂直缓放入孔；避免碰撞孔壁；清孔完毕立即迅速灌注混凝土；采用导管二次清孔，冲孔时间以导管内侧量的孔底沉渣厚度达到规范要求为准；提高混凝土初灌时对孔底的冲击力；导管底端距孔底控制在40~50cm，初灌混凝土量，必须满足导管底端能埋入混凝土中0.8~1.3m的要求。二、成桩过程1．导管堵塞：灌注过程中，混凝土在导管中不能下落，影响灌注工作顺利进行。病因分析：初灌时隔水塞堵管；粗骨料粒径过大：混凝土坍落度不合要求和易性、流动性差；拌合不均匀，产生离析；导管连接部位和焊缝不密封，发生漏水，管内形成水塞，当管内混凝上不满而含有空气时，混凝土整斗倾入导管，导致管内形成高压气塞，或气塞挤破管节间密封垫继而导致导管漏水。施工对策：先灌储0.2~0.3m3水泥砂浆，后灌储混凝土，防止骨料卡阻水塞；选用粒径小于25mm的粗骨料，其最大粒径不大于导管内径和钢筋笼主筋最小净距的1/4；严格混凝土配合比，坍落度控制在18~22cm，坍落度降低至l5cm的时间，一般情况下宜小于1h；混凝土拌合均匀．搅拌机拌合时间大于90s，确保导管连接部位焊缝的密封性，导管应在大于0.5~0.77Mpa下试压时间大于15min而下泄漏，以免在导管内形成水塞：在浇灌过程中，混凝土宜徐徐倒入漏斗和导管，避免在导管内形成高压气塞；确保机械运转正常，必须有备用搅拌机，必要时，可在混凝土中掺加缓凝剂；当隔水塞堵塞导管时，可将提管时散落在孔底的混凝土拌合物清除，重新下隔水塞浇灌；当孔内混凝土尚未初凝时，尽决清理导管，重新下至混凝土面，开泵冲洗浮浆后，重新下隔水塞浇灌。隔水塞冲出后，尽可能将导管向下插入原先浇灌的混凝土内，原位上下串插导管，使混凝土混合密实，再继续浇灌。2．钢筋笼上浮或下沉：系指钢筋笼的位置高于或低于设汁位置的现象。上浮较大时，降低了桩体抗水平剪切能力；下沉过多，给土建施工带来麻烦和损失。病因分析：钢筋笼放置初始位置过高或过低；混凝土流动性过小，导管在混凝土中埋置深度过大(6m以上)钢筋笼被混凝土顶托上浮；导管掩埋过长，提升时易摇晃，难以对准笼的中心，易发生挂笼现象；导管提升过猛，混凝土下沉太快，瞬时反冲力使钢筋笼上浮；钢筋笼制作质量不佳，或吊装下当而变形；或桩孔倾斜，钢筋笼随之而变形，增加了混凝土上升阻力。施工对策：钢筋笼放置初始位置准确无误，并与孔口固定牢固；为防止铁丝拉长下沉或顶住上升力，可采用吊筋加套管等方法顶住钢筋笼上口；加快浇灌速度，缩短浇灌时间，或添加缓凝剂，防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小；混凝上陷近笼底时，控制导管埋深1.5～2m，尽量减少串插导管，改用转动导管密实混凝土；每浇灌一斗混凝土，检查一次埋深，直到钢筋笼埋牢后，恢复正常埋置深度；钢筋笼制作平直下变形，主筋底端可适当向外弯折，井增加封底箍筋：导管对中桩孔，导管接头处套装锥形活动护罩或加密焊接防护斜筋；导管正常埋置深度一般控制在2～4m，最大不超过而6m，便于转动移位；钢筋笼上升时，停止浇灌混凝土检查埋管深度，拆除部分导管，保持埋管l.5～2m，导管钩挂钢筋笼时，要下降导管，转动移位脱钩后上提。3．串桩：指灌注的混凝土跑到另一桩孔内的现象。串桩不仅增加待灌桩孔内沉渣厚度，且不易消除，增加成孔难度，还大量增加混凝上用量，造成浪费影响施工进度，孔斜过大不仅降低了桩的承载力，在受力后桩身还可能被剪断。病因分析：开挖旧基础钢筋混凝土土梁或石板时，造成桩位在浅部连通；遇抽水渗井时，由于渗井被大量淤泥质杂物充填，井周土质松散，致使一定范围桩位连通，孔距过小，土层软弱、松散，在混凝土冲力作用下，通过侧向挤压使混凝土侵入到相邻桩孔中；孔斜过大或塌孔严重未及时处理，使深部桩位相连。施工对策：若桩体上部连通，当灌注至连通部位，先排开返出的泥水，同时在连通部位加保护圈，以防泥水及混凝土进入另一桩孔内，而引起塌孔或增加孔内沉渣量，向渗井中下水泥套管，边钻进边下套管，以确保施工进度和成桩质量。4．桩顶段砼质量差：指桩顶上部混凝土疏松、夹泥、断裂等质量问题。上部桩身由于缺乏压力，与桩周土接触应力低，而受荷时桩身上部荷载应力最大，因此桩身破坏最易在上部发生。病因分析：没有勤测混疑土面，预加的灌注混凝土高度不足，上部压力小，混凝土密度低；导管内混凝土高度减少，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，比重增大，混凝土升顶困难，甚至与泥浆、浮浆接触掺混，造成夹泥、疏松、离析；导管缩短，重量减轻，导管上下串插困难，或串插程度不够；护筒起拔过猛，或起拨护筒不垂直，使护筒粘带未初凝的混凝土，导致混凝土抗拉强度低而掺入泥浆，形成夹泥或断裂面。施工对策：勤测混凝土面，并在桩顶设计标高以上加灌一定高度的混凝土，其最小高度不宜小于桩长的5%，且不小于2m，以保证设计标高以下的混凝土符合设计要求，孔口加水稀释渣浆，冲出部分稠浆，减小泥浆比重；导管重量减轻时，可以改为人工左右转动导管加压串插密实混凝土，护筒吊绳要周正，起拔护筒要稳、慢，混凝土疏松、夹泥、断裂、可采用压浆补强或补桩。5．断桩：混凝土凝固后不连续，中间被冲洗液等疏松体及泥土充填的间断桩，影响了桩身的整体性，降低了桩体强度和承载力，以致不能满足设计要求。病因分析：坍落度损失大的配方和浇灌过程不连续是造成断桩的重要原因；灌注过程中发生埋管、卡管及其他一些情况都将造成断桩。埋管：导管在混凝土中掩埋过长，钢筋笼变形，灌注时间过长，混凝土已初凝，内阻力倍增长，导管被卡死在混凝土内，法兰盘顶住钢筋笼下端，由于孔斜大，笼与孔壁壁摩阻力过大，加上笼内已有一定高度的混凝土导管无法提升。卡管：骨料级配不合理，含有大粒径的卵石、漂砾；混凝土出拌合机时间或运输路程过长，已产生离析或局部初凝现象而直接用于灌注；导管密封不良，局部漏水。施工对策：按有关规范要求，通过计算和试配确定混凝土配合比，混凝土应具良好的和易性和流动度，坍落度损失应能满足灌注要求，初凝时间应为正常灌注时间的2倍；要求灌注过程连续，快速、防止出现上述埋管、卡管及其他情况。三、结语钻孔桩事故处理的方法很多，难度也较大，无论采取什么先进的办法处理都将对工程的进度、质量及施工企业的信誉带来不可忽视的影响。因此，在钻孔桩施工中必须做到每个工序严格按照规范操作，水下混凝土灌注统一指挥、紧张而有序，对可能出现的问题制定切实有效的防范措施，尽最大努力杜绝事故的发生。