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

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