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东湖万达钻孔灌注桩质量缺陷的处治与预防
发布时间:2011-6-8  浏览人数:1177

摘 要:钻孔灌注桩在基础工程中已得到广泛应用。但由于地质条件复杂、所用设备优劣、施工水平差异等原因,钻孔灌注桩成桩后或钻孔过程中往往会出现桩身混凝土离淅松散、裂缝、夹泥、断桩和桩位位移等问题。本文以渭南渭河特大桥钻孔灌注桩为例并根据施工中发生事件阐述了相应的处理措施。
一、前言
         钻孔桩基础施工方法简便,操作容易掌握,设备投入一般也不是很大,因而无论在铁路、公路、水利、电力等大型工程建设,还是在各类房屋及民用建筑中都得到了广泛应用。钻孔桩是指在泥浆护壁条件下,利用机械钻进形成桩孔,再采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。钻孔、灌注混凝土都在水下进行,工程质量只能通过科学的过程控制和完工后的仪器检测来确认,所以对作业人员的操作熟练程度、工艺水平都有较高的要求。如何在灌注水下混凝土过程中有效地避免断桩等现象的发生,杜绝混凝土夹碴、不均匀等质量弊病,且在一旦发生施工质量问题后又能恰如其分地处理,这一直是我们高度关注并要思索探讨的问题。统计资料表明,在被检测的灌注桩中大约有5~10%是有缺陷的,不良地质中灌注桩缺陷率更是高达14.7%。为此我们必须高度重视并严格控制钻孔灌注桩的施工质量,尽量避免因发生事故而造成的损失,以保证工程的顺利进展。
二、钻孔灌注桩钻孔中问题及处理方法
         钻孔灌注桩在钻孔过程中往往因地质、操作等因素影响,会发生断桩、桩孔偏位、漏浆塌孔、钻头脱落等问题。
        1、断桩是严重的质量事故。对于诱发断桩的因素,必须在施工初期就彻底清除其隐患,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。断桩产生的原因有以下几个方面:
        (1)基桩灌注混凝土过程中,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层误为混凝土表面。因此,必须严格按照规程用规定的测深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。
       (2)基桩灌注过程中,导管的埋置深度是一个重要的施工指标。导管埋深过大,以及灌注时间过长,导致已灌混凝土流动性降低,从而增大混凝土与导管壁的摩擦力,加上导管采用已很落后而且提升阻力很大的法兰盘连接的导管,在提升时连接螺栓拉断或导管破裂而产生断桩。
       (3)卡管现象也是诱发断桩的重要原因之一。原本人工配料(或有时机械配料未及时校核)就随意性大,如果作业人员责任心又较差,就必然会造成混凝土配合比在操作过程中误差增大,并直接导致坍落度波动,拌出的混合料时稀时干。坍落度过大时会产生离析现象,使粗骨料相互挤压阻塞导管;坍落度过小或灌注时间过长时又会使混凝土的初凝时间缩短,加大混凝土下落阻力而阻塞导管,这都会导致卡管事故,形成断桩。所以严格控制混凝土配合比,缩短灌注时间,是减少和避免断桩出现的重要措施。
       (4)坍塌。因工程地质情况较差,施工单位组织施工时重视不够,有甚者分包或转包,施工者谈不上有什么经验,在灌注过程中,井壁坍塌严重或出现流砂、软塑状质等造成类泥沙性断桩。这类现象在本工程的断桩中占有相当大的比例,较为严重。而且位置深、难处理,是导致工期无限延期及经济上大量浪费的重要因素之一。
       (5)另外,导管漏水、机械故障和停电造成施工不能连续进行,突然性井中水位下降等因素都可能造成断桩。因此应认真对待灌注前的准备工作,这对保证桩基的质量很重要。
       
断桩解决措施: (1)、原位复桩。钻孔进入岩层分界面时,因为相邻岩层强度差别较大,操作中又未能根据地质情况及时调整钻头的行程,这是导致“卡钻”的主要因素。针对“卡钻”发生的原因,可采取相应的在原位重新冲孔、灌注新桩的方法处理。此种方法效果好,处理较为彻底,但是难度大、周期长、费用高。所以应该根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量等因素选择采用。如在DIK427+918.99处43#墩8#桩及DIK428+547.90处62#墩7#桩处,则分别采用了往孔内回填片石,经沉淀后用冲击钻二次成孔,或直接用冲击钻对已浇成的坏桩进行冲击二次成孔、重新浇注的办法
       (2)接桩。在桩身完整性检测时发现为不合要求的三类桩。从现场记录得知,该桩在砼灌注前检测情况正常,在砼灌注桩底以上51.5m范围内施工顺利,但在距离桩顶4.5m处开始出现堵管现象。据分析,在处理堵管过程中,由于施工单位现场控制不力,机械操作人员失误,故出现因导管埋深不足,导致该部分砼同孔内沉渣混杂而造成距桩顶2.4m~4.4m范围内的缺陷产生。经研究,该缺陷的处理方法是:在距桩顶4.4m范围内将缺陷砼全部清除,并在加深1m做接桩此基础上再处理。
       (3)桩芯凿井法。这种方法说起来容易做起来难,即边降水边采用风镐在缺陷桩中心凿一直径为80cm的井,深度至少超过缺陷部位,然后封闭清洗泥沙,放置钢筋笼,用挖孔混凝土施工方法浇筑膨胀混凝土。此方法日进度0.6m,如果遇到个别桩水处理不好、降不下去,更是困难重重,导致质量、工期和经济上的重大损失。
         2、桩孔漏降塌孔。钻孔灌注桩钻孔过程中,由于地质原因,发生孔壁垮塌,泥浆渗漏是比较常见的情况,须根据实际情况确定处理方案。在钻孔中孔壁垮塌出现较多,主要发生在离地面0~3m位置,主要是采取埋设钢护筒,加入外掺料(片石),提高泥浆比重及粘度。在钻孔过程中注意补给泥浆,保持一定高度的水头。
在施工过程或成孔后,要防止物体对孔壁产生刮碰(如在吊装钢筋笼时注意钢筋笼刮碰孔壁)。成孔后待灌时间一般不超过4h,加快浇灌速度,缩短浇灌时间。
         3、孔底沉渣过多。钻孔灌注桩在成孔后孔底沉淀泥砂过厚,或是孔壁土层坍落孔底,导致桩孔深度不足。主要产生原因是:下钢筋笼时,碰撞孔壁,泥土坍落孔底,或等待浇筑时间拖延过长,泥浆沉淀过多。
解决措施:终孔后,钻头提高孔底10cm左右保持慢速空转,循环清孔时间不少于30分钟。清孔时采用优质泥浆,控制泥浆比重和粘度。钢筋笼垂直缓放入孔,避免碰撞孔壁。清孔采用二次清孔,冲孔时间以导管内测量的孔底沉渣达到规范要求为止。二次清孔后要立即浇灌混凝土。
         4、导管拔空。在浇筑混凝土过程中,导管脱离混凝土面,泥水进入导管中,造成桩身夹泥或断桩。造成导管拔空的主要原因是施工人员操作失误,过量上拔导管所致。
解决措施:当发现导管拔空时,应迅速将导管插入到混凝土中,利用小型水泵或小口径抽水设备,将导管中泥水抽出,再继续浇灌混凝土;迅速提出导管,重新设隔水球灌注混凝土,在隔水球冲出导管后,应将导管继续下降,直到导管不能插入时再少许提升导管,继续浇灌混凝土。
          5、埋管。在浇灌混凝土过程中,导管埋在混凝土内,没有及时拔出,混凝土硬化后,形成废桩。造成埋管原:混凝土浇灌速度过快,施工人员未及时将导管拔出或起吊设备不够;混凝土初凝时间短,或由于其他原因造成混凝土浇灌时间中断,间歇时间过长,重新浇灌时下部混凝土已初凝乃至硬化,导管拔不出。
解决措施:在浇灌混凝土过程中,应勤提勤拆导管;混凝土初凝时间一定要保证正常浇灌时间的2倍,夏季施工时应加缓凝剂,保证混凝土的连续供应、浇捣。
          6、补加新桩法。该方法适用于处理桩身缺陷较深,局部性缺陷严重的或倾斜度不符合设计要求的单桩、多桩、群桩,并且场地许可的情况下。补加桩后原设计单桩承台即成为二桩承台、二桩承台即成为三桩承台。施工方法同新桩,施工时注意不要损害其它灌注桩。如果桩孔钻孔过程中,地下水丰富,孔壁垮塌,掩埋钻头,采取回填桩孔,在钻孔过程中,埋设钢护筒加固孔壁,打捞钻头,最终钻头无取回。通过业主、设计、监理研究后,取消该桩孔,重新加桩,也就是补加新桩法。

三、钻孔灌注桩成桩后质量缺陷处理
          钻孔灌注桩钻孔过程中,由于地质原因,发生孔壁垮塌,泥浆渗漏是比较常见钻孔灌注桩成桩后质量缺陷主要有压浆补强法、桩身搭接法、重新成桩法和补加新桩法。在成桩后所发生的质量缺陷,考虑桩孔深度、地质状况、处理效果及经济成本,选用了桩身搭接法和重新成桩法两种处理方法。
          1、桩身搭接法:主要适用于砼灌注完后经检测,灌注桩存在严重夹泥、裂缝、松散和断桩,而且缺陷部位不深,一般深度在10 m 以内。例:在进行水下砼灌注时,突遇雷雨天气,施工专用电线停止供电,为了保证施工人员人身安全,经请示监理工程师同意,停止施工。此时该桩基已灌注完成24m,剩余桩身6m未完成。按照规范要求对已经灌注完成的24m砼桩采用声波透视法检测进行,无质量问题。对未灌注完成的桩孔,考虑到该桩上半部分采用人工挖孔,护壁在钻孔过程中未造成破坏,故采用桩身搭接。采用人工挖孔,使用风镐分层凿除桩顶上面的浮浆, 按照桩顶清除要求进行凿除。每层30~50 cm ,一般先从中部开始凿起,再沿桩径周围凿孔,严禁使用爆破的方法。在凿除过程严禁损坏钢筋。若原有的钢筋笼不能满足质量要求,需更换新钢筋笼,断层以上的钢筋除预留搭接长度外其余均不能使用,搭接长度要满足要求。砼凿除后钢筋笼质量满足要求,监理工程师同意使用。由于桩孔渗水较小,满足旱桩灌注要求,最后采用旱桩灌注剩余部分砼,采用其灌注材料和方法与原设计相同。
           2、重新成桩法:对于桩身存在严重缺陷或缺陷部位深度较大者,或者桩身严重位移、倾斜,同时由于客观条件不能采取其它方法处理的,为不留下隐患,可采用冲除废桩重新成桩的方法。冲除废桩可采用冲击钻,钻头直径比要废除的桩径大5~10 cm ,以防止废桩钢筋笼卡住钻头。冲击锤质量不小于5000kg ,宜使用6 翅锤头,冲击时应先采用2m 左右的冲程,以起到冲击破碎和向外挤压的作用。砼堵塞导管。若在提升导管时,导管漏气,出现断桩。且桩孔深度较深,并且渗水较大宜采用重新成桩法。冲除前,先用强度大于30Mpa片石回填桩孔,填满桩孔,用冲击锤夯实片石,再将冲击式钻机就位并开始冲桩,为增大冲击能力和加快冲击速度,冲击过程中宜采用低密度的泥浆,并不断地进行泥浆沉淀循环和掏渣换浆工作。泥浆相对密度以1.2 为宜,含沙率宜小于8 %。如发现泥浆稠度太小,可在冲桩前及冲桩过程中适当抛加粘土块用以护壁防止塌孔。
四、钻孔灌注桩的质量控制措施
           钻孔灌注桩的施工质量直接影响到上部结构的稳定与安全,对钻孔灌注桩的质量控制,应强调以下几点:
          1、质量控制应以预防为主,即在施工前做好充分准备,制定相应的防范措施,并责任落实到人。
          2、严把队伍进场关。由于“一流队伍投标、二流队伍进场、三流队伍干活”的现象在建筑市场上仍然存在,所以必须从严把关,确保一流的人才、先进的工艺、过硬的设备进场,这样才能为优良工程的建设奠定坚实的基础。
          3、严把检测关。桥梁钻孔灌注桩无破损检测是判断施工质量优劣的一个重要技术手段。我们的做法是:对承担本工程桩基无破损检测任务的单位和个人予以资格审查;对桩体逐根作超声波检测;对处理后的缺陷桩做二次声测,若声测仍有缺陷,则该桩再辅以承载试验(大应变),以确保成桩质量及工程的安全性。结束语
钻孔灌注桩在施工过程中,发生断桩、短桩或其他质量缺陷也是正常的,但处理一定要认真,尽量将事故消灭在萌芽状态。若发生了这类事故, 要对桩底的断层位置、地质、钻孔成孔状况及当时原始记录加以认真分析,处理后必须要再进行验证为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象,在施工过程中, 要控制好灌注工艺和操作, 抽动导管使混凝土面上升的力度要适中, 保证有程序的拔管和连续灌注,升降的幅度不能过大,如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁,导致孔壁下坠或坍落,桩身夹泥,这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。