混凝土钻孔灌注桩施工中的质量通病及防范措施

2022-09-11

钻孔灌注桩以其单桩承载力大, 适应性广等特点, 被广泛应用到水利、铁路、公路以及建筑工程中, 是工程地基处理中应用十分广泛的一种基础形式, 具有适应性强、施工操作简单、设备投入不大等优点。分析钻孔灌注桩在施工过程中可能发生的事故, 进行必要的防范是保证钻孔灌注桩成桩质量, 确保基础工程安全的重要措施。

下面本人根据施工实践, 对其中一些主要的质量通病进行分析, 并提出相应的防治措施, 期望通过与同行们相互交流, 达到提高施工水平的目的。

1 坍孔

灌注桩施工过程中由于土壤的持力层发生变化等原因, 将会出现因漏水、漏浆等导致的孔壁坍塌的质量事故。钻进过程中, 如发现排出的泥浆中不断出现气泡, 或泥浆面突然升高, 则表示有孔壁坍陷迹象。

1.1 产生的原因

(1) 护筒的长度不够, 护筒变形或形状不合适; (2) 保持的水头压力不够; (3) 地下水位有较高的承压力; (4) 在砾石层等处有渗流水或者没水, 孔中出现跑水现象; (5) 泥浆的容重及浓度不足; (6) 成孔速度太快, 在孔壁中来不及形成泥膜; (7) 用造孔机械在护筒底部造孔时触动了孔周围的土壤;

(8) 沉放钢筋时, 碰撞了孔壁, 破坏了泥膜及孔壁; (9) 造孔机械的机械力过大, 致使护筒与土层之间的粘着力减弱。

1.2 防治措施

(1) 施工现场在埋设灌注桩的护筒时, 坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实, 必须注意保持护筒安装垂直, 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。 (2) 当发现地基有地下水时, 应密切注意是否夹有不透水层。当下层的承压地下水的水头比下层的地下水位高时, 必须能保持足够的泥水压力, 在施工前的地质情况勘测中, 一定要求给出地下水的压力、出水量、水流方向等要素条件。 (3) 泥浆的比重以1.02~1.08左右为宜。另外, 在成孔时, 如果遇到砾石层等土层产生大量漏浆时, 应考虑是否改成其他施工方法。 (4) 当中断成孔作业时, 要着重监视漏水、跑浆的情况。 (5) 在反循环钻孔法的成孔施工中, 钻孔速度不宜过快, 如果孔壁未形成有效泥浆膜, 施工中将易出现孔壁坍塌的质量事故。成孔速度应根据地质情况并参照相应规范选取, 对于淤泥质等非常软弱的地质, 如果成孔速度过快, 造孔的桩孔将很不规则, 对于砂、砂砾等土层若成孔速度过快, 会产生桩的径向摆动, 而发生孔壁坍塌现象, 在现场调查中发现, 孔中水的向下流速超过12m/min, 在负压的作用下, 孔壁非常容易发生坍塌现象。 (6) 为避免此类问题的发生, 在施工中, 要求施工人员要严格按施工规范进行施工, 深入理解设计意图是确保成功施工的关键因素, 塌孔的桩孔应及时回填, 当地层呈现稳定状态后, 应适当的停置3~5天后再度施工为宜。 (7) 在钢筋笼的沉放过程中, 多采用边沉桩边射水搅拌的施工方式, 然后用空气升液法、砂泵等设备抽出搅混的泥浆, 同时, 要注意避免射水压力过大, 破坏钻孔的完整。

2 缩颈

2.1 产生的原因

(1) 主要由于桩周土体在桩体浇注过程中产生的膨胀造成。 (2) 清孔不彻底, 泥浆中含泥块较多, 再加上终灌拔管过快, 引起桩顶周边夹泥, 导致保护层厚度不足。 (3) 孔中水头下降, 对孔壁的静水压力减小, 导致局部孔壁土层失稳坍落, 造成砼桩身夹泥或缩颈。孔壁坍落部分留下的窟窿, 成桩后形成缩颈。

2.2 防治措施

(1) 预防缩径的关键是控制泥浆比重, 确保泥浆能保持孔壁平衡。应采用优质泥浆, 降低失水量。成孔时, 应加大泵量, 加快成孔速度, 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。 (2) 使用直径合适的钻头成孔, 可在导正器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。另外, 可采用上下反复扫孔的办法, 以扩大孔径。同时要根据地层变化配以不同的泥浆。 (3) 成孔施工时应重视清孔, 在清孔时要做到清渣而不清泥, 预防清孔后的在浇筑砼的过程中局部坍塌, 导致缩径的产生。

3 钢筋笼上浮

成孔后, 由漏斗顺导管向下灌注混凝土时, 混凝土会产生顶托力, 使钢筋笼上浮。

3.1 产生的原因

(1) 套管底部内壁黏附砂浆或土粒, 由于管的变形, 使内壁产生凹凸不平, 在拔出套管时, 将钢筋笼带上来。 (2) 当钢筋笼的外径及套管内壁之间的间隙太小, 有时套管内壁与箍筋之间夹有粗骨料时, 会发生钢筋上浮现象。 (3) 钢筋笼自身弯曲, 钢筋笼之间的接点不好、弯曲, 箍筋变形脱落, 套管倾斜等, 使得钢筋与套管内壁的接触过于紧密时, 也将造成钢筋笼上浮。 (4) 由于混凝土灌注过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的握裹力, 如此时导管底端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升。 (5) 钢筋笼放置初始位置过高, 混凝土流动性过小, 导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升。

3.2 防治措施

(1) 应注意在成孔前, 必须首先检查最下部的套管内壁, 当堆积大量粘着物时, 一定要及时清理。如确认有变形, 必须进行修补, 待成孔结束时, 可用张大锤式抓斗, 使其反复升降几次, 以敲掉残余在管内壁上的土砂, 确保孔底水平。 (2) 要采用较小粒径粗骨料, 使钢筋笼箍筋与孔壁之间的间隙要大于粗骨料的最大尺寸的2倍。 (3) 应注意提高钢筋笼加工、组装的精度, 防止钢筋笼在运输工程中的碰撞等因素引起的变形。在沉放笼时要确认钢筋笼的轴向准确度等, 不得使钢筋笼自由坠落到桩孔中, 不得敲打钢筋笼的顶部, 在贯入套管时, 必须注意汽锤制度。 (4) 当确定因导管埋深较大混凝土因浇注时间较长发生钢筋上浮时, 应立即停止灌注混凝土, 并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高, 提升导管后再进行浇注, 上浮现象即可消失。 (5) 钢筋笼初始位置应定位准确, 并与孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度, 缩短灌注时间, 或掺外加剂, 防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小, 混凝土接近笼时, 控制导管埋深在1.5m~2.0m。 (6) 除此之外, 钢筋骨架上端在孔口处与护筒相接固定, 在浇筑混凝土之前, 一定要将套管稍稍往上提一点, 以确认钢筋笼是否存在上浮现象。

4 烂桩头

4.1 产生的原因

(1) 清孔不彻底, 桩顶浮浆过浓过厚, 出现烂桩头现象。 (2) 导管起拔速度过快, 尤其是桩头直径过大时, 如未经插捣, 直接起拔导管, 桩头很容易出现砼中间高、四周低的“烂桩头”。 (3) 浇筑速度过快或钢筋笼吊放过程中, 如果钢筋笼的轴向位置未对准孔位, 将会发生碰撞孔壁导致孔壁局部坍塌, 孔壁的泥土会坍落在桩底。

4.2 防治措施

(1) 认真做好清孔工作, 确保清孔完成后孔口没有泥块返出;清孔是灌注桩施工中保证成桩质量的重要环节, 通过清孔应尽可能的使桩孔中的沉渣全部清除, 使混凝土与岩基结合完好, 提高桩基的承载力。具体处理的措施如下。

(1) 桩底的沉渣过多主要由于施工中违犯操作规定, 清孔不干净或未进行二次清孔造成的;施工中应保证灌注桩成孔后, 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30分钟, 然后用锤式抓斗慢慢放入孔底, 抓出孔底的沉渣, 确保清孔完成后孔口没有泥块返出。

(2) 当使用的泥浆比重过小或泥浆注入量不足时, 桩底的沉渣浮起困难, 沉渣将堆积在桩底, 影响桩与地基的结合。工程中需采用性能较好的泥浆, 控制泥浆的比重和粘度, 不能用清水进行置换。

(3) 钢筋笼吊放时, 务必使钢筋笼的中心与桩中心保持一致, 避免碰撞孔壁。在钢筋笼的加工工艺上, 可选用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, 使用方法是用空气升液排渣法或空吸泵反循环法。这种方法是用已有的空吸泵、空压机, 在导管上备有承接管, 它无需特殊设备, 在任何施工方法中均可采用。

(4) 清孔后, 待灌时间过长, 致使泥浆沉积。开始灌注混凝土时, 导管底部至孔底的距离宜为3 0 m m~40mm, 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, 达到清除孔底沉渣的目的。

(2) 砼终灌拔管前, 应使用导管适当地插捣砼, 把桩身可能存在的气包尽量排出桩外后, 也可通过导管插捣使桩顶砼摊平。

5 桩身孔洞

在浇注混凝土过程中, 有时会发生由于过量上提导管, 使接头部分产生漏水等情况, 将造成混凝土离析、流动等形成通道 (即桩身孔洞) , 在桩身上留下致命的质量隐患。因此要严格施工管理, 不得发生泥浆水进入导管的质量事故。

5.1 产生的原因

(1) 水下砼灌注过程中, 导管埋深过大, 导管内外砼新鲜程度不同, 再加上灌注过程中上下活动导管过于频繁, 致使导管活动部位的砼离析, 保水性能差而泌出大量的水, 这些水沿着导管部位最后灌入的、最为新鲜的砼往上冒, 形成通道 (即桩身孔洞) 。

(2) 水下砼灌注过程中, 砼倾倒入导管速度过快过猛, 把空气闷在导管中, 在桩内形成高压气包。高压气包在其自身浮力或导管起拔等外力的作用下, 在砼内不断上升, 当上升到桩顶附近时, 气包浮力与上升阻力接近, 在没有外力的作用下, 气包便滞留在桩身内, 最终形成桩身孔洞。另外, 有一些桩桩身内残余的高压气体, 因通道打开而顺桩身的细小缝隙释放出来。这时, 常会携带部分遗留在气包内的水往上冒, 出现“桩顶冒气泡”的现象。

(3) 水下砼灌注时间过长, 最早灌入孔内的砼坍落度损失过大, 流动性变差, 终灌导管起拔后会留下难以愈合的孔洞。

5.2 防治措施

(1) 控制导管的埋深, 灌注过程中做到导管勤提勤拔。

(2) 砼倾入导管的速度应根据砼在管内的深度控制, 管内深度越深, 砼倾入速度越应放慢。在可能的情况下, 应始终保持导管内满管砼, 以防止桩身形成高压气包。实际施工中, 往往因为导管每次起拔后管内都会形成空管, 再次灌注时, 桩身形成高压气包就很难避免。因此, 应在灌注过程中适当上下活动导管, 把已形成的高压气包引出桩身。

(3) 加适当缓凝剂, 确保砼在初凝前完成水下灌注。

6 断桩

6.1 产生的原因

(1) 施工中若发生导管底端距孔底过远, 则混凝土被冲洗液稀释, 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) 有时受地下水活动的影响或导管密封不良, 冲洗液浸入混凝土水灰比增大, 形成桩身中段出现混凝土不凝体。

(3) 在浇注混凝土时, 由于导管提升和起拔过多, 露出混凝土面, 或因停电、待料等原因造成夹渣, 出现桩身中岩渣沉积成层, 将混凝土桩上下分开的现象。

(4) 砼拌和物发生离析使桩身中断。

(5) 灌注中, 发生堵塞导管又未能处理好;或灌注中发生导管卡挂钢筋笼, 埋导管, 严重坍孔, 而处理不良时, 都会演变为桩身严重夹泥, 砼桩身中断的严重事故。

(6) 灌注时间过长, 首批砼已初凝, 而后灌注的砼冲破顶层与泥浆相混;或导管进水, 未及时作良好处理, 均会在两层砼中产生部分夹有泥浆渣土的截面。

(7) 施工中还会发生浇注混凝土时, 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。

6.2 防治措施

(1) 为避免断桩事故的发生, 桩孔钻成后, 必须认真清孔, 一般是采用冲洗液清孔, 冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定, 冲孔后要及时灌注混凝土, 避免孔底沉渣超过规范规定。这就要求在灌注混凝土前, 应认真进行孔径测量, 准确算出全孔及首次混凝土灌注量。

(2) 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。帮扎水泥隔水塞的铁丝, 应根据首次混凝土灌入量的多少而定, 严防断裂。确保导管的密封性, 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。

(3) 施工中应严格控制导管埋深与拔管速度, 导管不宜埋入砼过深, 也不可过浅。及时测量砼浇灌深度, 严防导管拔空。混凝土浇注过程中, 一旦开始浇筑工序, 一定要连续完成改作业, 确保在混凝土初凝时间内连续浇注, 在灌注混凝土过程中应避免停电、停水。并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, 严格遵守操作规程。

7 孔位倾斜

钻孔灌注桩施工中经常会导致孔斜超出规范要求。

7.1 产生的原因

(1) 由于桩机本身未竖直或桩机平台不水平导致钻孔倾斜。

(2) 桩机在钻孔过程中发生不均匀沉降以及在进行超深桩作业。

(3) 在进行超深桩作业时, 桩机钻杆太细, 应严格按照规范要求先配钻杆。

7.2 防治措施

(1) 要扩大桩机支承面积, 使桩机稳固, 并保证钻机平台水平。

(2) 采取经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施, 并于成孔后下放钢筋前作井径、井斜超声波测试。

(3) 应严格按照规范要求先配钻杆。

8 结语

本文根据作者施工经验, 分析了影响钻孔灌注桩施工质量的几种因素, 并提出了相应的防范和处理措施, 钻孔灌注桩工程施工质量通病主要有:坍孔、缩径、钢筋笼“上浮”、“烂桩头”、桩身孔洞、断桩、孔位倾斜等。就其形成原因逐一进行剖析, 并提出了相应的防治措施, 可以为类似工程提供借鉴, 同时要求我们在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工、验收规范, 核查地质和有关灌注桩方面的资料, 对施工过程中可能会发生的一些问题及时进行分析处理, 做至科学组织, 精心施工, 严格管理, 施工质量是完全有保证的, 这些所谓的质量通病也是完全可以避免的。

摘要:钻孔灌注桩工程施工质量通19821病主要有:坍孔、缩径、钢筋笼“上浮”、“烂桩头”、桩身孔洞、断桩、孔位倾斜等。本文就其形成原因逐一进行分析, 并提出了相应的防治措施。

关键词:钻孔灌注桩,质量通病分析,防治措施