浅谈桥梁钻孔桩施工质量缺陷的防治和处理对策.docx

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浅谈桥梁钻孔桩施工质量缺陷的防治和处理对策

浅谈桥梁钻孔桩施工质量缺陷的防治和处理对策

摘要:

本文着重对桥梁钻孔桩施工中可能出现的质量问题的形成原因进行分析,并结合工程实际将几种较成功的防治及处理对策作介绍,供同行交流。

关键词:

钻孔桩质量缺陷防治和处理

钻孔桩是在泥浆固壁条件下,利用机械钻进形成桩孔,采用导管法灌注水下混凝土的基础形式,因其适应性强、造价适中、施工简单等特点被广泛地应用于桥梁或其它工程领域。

钻孔桩灌注桩属于隐蔽工程。

钻孔、灌注混凝土都是在水下进行,工程质量只能通过严格科学的过程控制和完工后的仪器检测来确认。

因而,对作业人员的操作熟练程度、工艺水平都有较高的要求。

如何有效地避免施工中出现的各类问题确保施工质量,以及在出现质量缺陷后如何处治,是工程技术人员需一直努力解决的问题。

本文根据笔者从事桥梁施工多年的一些体会,浅谈如何有效避免钻孔桩施工出现的质量缺陷及几点防治方法,供同行交流。

1钻孔过程中出现的相关问题的预防及处理

钻孔过程中出现的主要问题有:

斜孔、卡钻、掉钻、缩孔、坍孔等。

1.1斜孔

出现斜孔一般是由于钻机安装不平、支撑不好或桩孔地质构造不均匀等因素引起钻机整体或钻头在钻孔过程中发生偏斜,导致出现斜孔。

（1）土质孔壁因钻机倾斜造成的斜孔应先移开钻机,加固施工范围内的地基或加大钻机的支撑面积,校正落锤或钻杆后,反复扫孔以消除偏差。

孔壁随时有坍塌可能的,应将钻孔回填至原地面（回填材料一般用原质土加适量水泥即可）,待地层静置稳定后重新开始钻孔。

（2）石质孔壁（强风化岩、卵砾石、漂石土等）或由于地质构造不均匀引起的,需分析清楚岩层的走向（根据设计提供的地质资料及钻渣取样分析）,采用片石加黏土、适量水泥等组成的混合物回填至计算确定的高程处,静置1～2h后可以继续钻孔。

穿过倾斜岩层过程中,应采用自重较大钻锤或复合式牙轮钻,慢速钻进。

为避免出现斜孔,在钻机定位后,底座必须平整,稳固,校准好钻锤（或钻杆）竖直度,确保在钻进中不发生倾斜和位移。

护筒要有一定刚度,安装牢固,在0～5m范围尽量慢速钻进。

对于冲击钻,在钻头锥顶和提升钢线绳之间设应置保证钻头自由转向的装置,以防产生梅花孔。

2卡钻

由于钻进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。

卡钻现象多发生在冲击钻,针对发生“卡钻”的原因可采取相应的方法处理。

（1）由于“探头石”引起的卡钻现象,可以适当往下放钻头,而后,强力快速往上提,使“探头石”受瞬间冲击缩回,从而顺利提起钻头。

当“探头石”体积较大如强力提升可能引起断绳掉钻时,则需卸掉原钻头钢丝绳,更换钻头冲破“探头石”后,再提起原钻头。

（2）因钻头穿过岩层突变处导致的卡钻,可采用水下爆破的方法进行处理。

在整体岩层中此方法容易奏效,但在含砂地层中不宜采取此法。

（3）因机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长,造成的钻头无法提升,应采取插入高压水管置换泥浆的方法处理,稀释泥浆后再提钻头。

3掉钻

因机械故障、钢丝绳断裂、孔壁坍塌等因素造成钻头落入孔底的现象通常称“掉钻”。

在冲击法成孔时较常见。

发生“掉钻”后,应及时采取恰当的方法实施打捞。

掉钻后一般直接用钻机起吊“打捞器”入孔进行打捞。

“打捞器”为具有一定重量的三瓣式抓钩,能自由开合,打捞时通过三瓣式抓钩钩住钻头肋槽或焊于钻头的环型钢带提升钻头。

打捞前,先用“探针”探明钻头在孔中的状态制定打捞方案。

由于打捞时间一般较长,因泥浆沉淀及可能出现的局部坍孔将钻头埋没,为防坍孔或缩孔增加打捞难度,应先加大孔内泥浆的浓度,使用旋转钻头放入安全的深度范围搅动泥浆以加强孔壁,然后采用“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。

如钻头埋深过大或倾斜卡住无法提起时,可采用水下爆破扩大孔底,爆破后迅速提钻。

4缩孔

缩孔是在饱和性粘土、淤泥质黏土,特别是在IL＞1.0处于流塑性状态的土层中出现的特有现象。

在黄土地质施工中,如粘土矿物含伊利石、蒙脱石等胶结物,遇水崩解也容易发生此类现象。

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。

小量缩孔可加大钻头反复回扫清孔处理。

缩孔量大,应采取块、卵（砾）石土、碎石土回填,而后用重量较大的钻锤冲击、挤紧孔壁的办法处理。

处理后要尽量缩短时间加快混凝土灌注工作。

5坍孔

坍孔现象在土质孔壁及含砂层中使用冲击钻进时较容易发生,主要原因与地质、泥浆配制、孔内水头及因机械原因造成的施工暂停等有关。

发生坍孔后一般采取加大泥浆比重、提高水头压力及回填至坍塌面以上重钻等方法处理。

回填材料以原土质加适量水泥即可,也可加入石膏以提高泥浆固壁性能。

根据经验,坍孔一般发生在钻机停歇期间,故开孔后应连续不断钻进直至成孔。

中途无法避免停歇时,静置8h左右后应提钻上下搅动泥浆防止过度沉淀影响固壁效果。

5.1断桩的原因分析及预防、处理对策断桩是指在钻孔桩水下混凝土灌注过程中

因地质自然原因、过程控制不严或操作不当以及其他不可预见之因素,造成桩身混凝土严重夹泥或灌注中断。

断桩是严重的质量事故,施工者应周密安排,严格过程控制,尽量消除可能引发断桩的诱因。

同时又必须准备相应的对策,预防事故的发生或一旦发生事故及时采取补救措施。

5.2断桩事故的原因分析及预防

（1）封底失败。

首批混凝土灌注后未能实现水下混凝土封底（导管埋深不足1m）现象称为封底失败。

造成封底失败的主要原因有:

首批混凝土数量不足、卡管、冲击力不够、孔底沉碴厚度过大及导管安装太偏等等。

封底失败后,应立即暂停灌注,采取导管内安装高压风管或使用泥浆泵,将风管插近孔底,按照二次清孔的方法,冲散尚未初凝的混凝土并通过泥浆浮渣进行清除。

一般比重在1.1～1.16的泥浆,在高压冲气作用下,可悬浮最大粒径4～5cm的石子,经过5～8h的循环换浆,可基本清除。

如地层稳定性较差或混凝土已初凝,则该法难以奏效。

此时应尽快拆除导管、拔除钢筋笼,重钻达到孔底设计标高。

（2）卡管。

水下混凝土灌注过程中混凝土不能正常下落而堵塞在导管中的现象统称为“卡管”。

造成“卡管”的原因主要有:

混凝土和易性不均、混和料含有大块径骨料或有受潮凝固的水泥块、混和料冲击力不足、灌注过程不够连续（暴雨、停电、机械故障等导致混凝土供应中断）、操作不当使导管内形成“高压气囊”等。

发生“卡管”现象后,如分析认为是混凝土和易性问题,可以少量（根据卡管前测量及计算的导管埋深数据,在保证导管最小安全埋深前提下确定提升幅度）提升导管而后快速下落的方法或加大一次性灌注混凝土数量而后快速提升再迅速下放,以冲击疏通导管的方法进行处理。

此法在使用钻架提升导管时效果较好。

（但需熟练工人进行操作,如出现导管拔脱提漏应按断桩处理）。

如认为属混和料冲击力不足所造成,可及时加长上部导管的长度,以一次性较大量混凝土冲击灌注达到疏通导管的目的。

也可采取“二次砍球法”进行处理。

具体操作方法是:

将导管插入已灌注混凝土中0.5～0.8m,而后按照水下封底的操作方法实施二次封底。

以上几种方法处理如不能奏效应立即停止,认为已断桩。

（3）坍孔。

因地质情况较差,施工单位组织施工时重视不够,施工者经验不足,在灌注过程中,井壁坍塌严重或出现流砂、软塑状土质等造成泥沙性断桩。

这类现象在工程的断桩中占有相当大的比例,较为严重。

而且位置深、灌注过程中因经验不足不够重视,在通过桩基检测后才发现。

此类断桩较难处理,是导致工期延期及经济浪费的重要因素之一。

灌注过程中如发现泥浆面突然下降、孔内有冒泡翻浆现象时可判断井下局部已发生坍塌现象,此时应立刻用测锤测量坍落土的高程,与最近一次的混凝土表面高程比较,估算坍塌体积。

如坍落物量小,可继续灌注,但尽量加快灌注速度。

如坍塌数量较大,需采取措施防止断桩,首先,应加长导管,加大每次混凝土灌注量,使其能获得更大的冲击力以克服坍孔增加的超压力。

其次,要加大导管埋深,进一步改善混凝土的和易性能,（如增加水泥用量、加大砂率、添加高效缓凝减水剂）适当抽除井内部份泥浆以减少压力等。

（4）导管漏水、断管。

因导管材质、密封性能不好或操作不当而在导管内形成“高压气囊”导致胶圈破损漏水,或因疏忽造成导管埋深过大、强力提管造成断管等,形成断桩。

（5）测量错误。

灌注混凝土过程中,测定已灌混凝土表面标高出现错误,导致导管埋深过小,出现拔脱提漏现象形成夹层断桩。

特别是钻孔灌注桩后期,超压力不大或探测仪器不精确时,易将泥浆中混合的坍土或料斗洒落入孔内的混凝土误认为是已灌混凝土表面。

因此,必须严格按照规程用规定的测锤测量孔内混凝土表面高度,并认真核对,保证提升导管不出现失误。

5.3施工中认定断桩后的处理对策

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,尽量将损失降低到最小。

并采取以下办法处理:

（1）断桩截面位置处于设计桩全长的1/3以下时,一般采取冲击钻清除已灌注部分,再实施原位恢复。

（2）断桩截面位置处于设计桩全长的2/3以上且距离孔口深度不足10m时,可对钻孔桩进行接长,抽干泥浆后先对孔壁进行加固,按规范要求处理好接头后采用干灌接桩。

如地下水位高且渗水量大时,需在桩外围打孔注浆形成帏幕,阻断地下水后再干灌接桩。

（3）断桩截面位置处于设计桩全长的1/3与2/3之间的,应对各种处理方法进行对比,选择经济、可行的处理方法。

不具备补桩条件或补桩代价太高时,一般应及时采取冲击钻处理后原位恢复。

对于桩长大于50m的桩出现的断桩情况,应对处理方案详细论证后着手,切勿盲目操作以免带来较大的损失。

5.4其他几类缺陷桩的处理对策

（1）桩长不足。

这种缺陷桩可分为两类:

①处理桩头后,混凝土顶面高程小于设计要求;②钻孔底部虚碴在清孔时未清理干净导致桩长不足、嵌入基岩深度小于设计。

①类情况主要是混凝土灌注终孔时控制失误。

可在承台基坑开挖后进行接长。

施工前,先清除浮碴和松散混凝土,将顶面人工凿修平整,接长部分桩孔直径应大于设计钻孔桩直径不少于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一倍。

接长部分混凝土的强度应比原设计提高一个等级,新旧混凝土必须按规范作好接茬面的处理。

②类情况处理的难度较大。

一般在征得设计单位同意的前提下,采取对孔桩底部高压注浆处理。

（2）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或混凝土和易性差等因素在桩体形成不连通的夹层导致钻孔桩混凝土不连续。

次类桩经低应变检测后属Ⅲ类桩以下,需处理补强以后才能使用。

对于此类问题,应积极与设计单位协调采取合理措施处理。

一般采用以下方法:

①对于钻孔桩底部混凝土夹碴的情况,可采取桩底部压浆或者高压注浆方法处理。

②桩体的少量夹层或不连续,可用小型冲击钻钻一系列小直径的孔进行置换清理泥渣和杂物（钻孔直径60～75mm,桩中心一个孔,其余3～4个孔分布在以桩中心为圆心,直径为450mm左右的圆周上）。

清理后,进行高压注浆封闭。

③对于夹层较严重的,在钻孔桩中心处钻一个直径75mm孔探明缺陷范围。

而后,以钻孔桩中心为圆心,采用冲击钻钻直径80～100cm的孔,而后人工入孔清理,清理结束后,灌注高强混凝土。

此法代价较高,应与补桩方案进行综合比较后选择。

（3）缩颈。

成桩后桩头0～3m处出现直径明显缩小的现象称为缩颈。

产生缩颈的原因主要有混凝土灌注末期由于冲击力的减弱、泥浆的沉淀集中影响混凝土的周边扩散以及混凝土面的测量错误等,也与孔口缩小有关。

预防缩颈除了要始终保持料斗口与泥浆面不少于6～8m高差外,灌注末期可抽除泥浆注入清水、超灌一定数量的混凝土（1m左右）以及完工后在人工掏桩头时进行检查,发现问题后立刻处理,可消除缩颈影响。

缩颈量不影响结构正常使用的情况下可不予处理。

对于严重的缩颈,一般需用风镐凿除该部分桩头、扩孔不少于0.4m的方法进行接桩处理。

6废桩

除断桩外,因桩体混凝土强度严重不足或桩长、桩位与设计出入较大,经检算其承载力不能满足结构需要的,按《验标》规定应作废桩处理。

由设计提出补桩方案。

本文在此不作赘述。

7结语

桥梁钻孔灌注桩的施工质量直接影响到上部结构的安全稳定,其工程造价在桥梁结构中所占比例也较高,故应引起施工者的高度重视。

影响灌注桩施工质量的因素很多,施工者对于过程控制中的每一环节,都必须严格要求、落到实处。

对于人力不可预见的其他因素,要做到超前考虑、周密部署,预备应急措施。

否则稍有疏失,就会发生质量事故,给企业财产、信誉造成损害,直至影响工期并对整个工程质量产生不利影响。

参考文献

[1]左名麟,胡人礼.桩基础工程[M].中国铁道出版社.