浅谈桥梁施工中钻孔灌注桩质量缺陷的预防

　　［摘要］文章通过辽阳河东新城新运大桥工程桩基础现场施工的实践，较为详细地分析了影响钻孔灌注桩桩身施工质量的一些主要原因，提出了相应的预防技术措施。
　　［关键词］钻孔灌注桩；缺陷；原因；措施
　　
　　
　　一、工程概况
　　辽阳河东新城新运大桥工程位于辽阳市主城区的中心位置，横跨太子河，向西与太子河西路平交后连接新运大街，向东与太子河东路平交后连接德盛街，可满足河东新城与主城区间的交往及随之形成的新城区对外交通的需求。桥位处现状太子河主河道宽度520m，该桥为斜桥，桥梁中心线与河道夹角为71°43’20”。工程全长822.94m，全线无平曲线。由主桥、引桥、引道三部分组成。
　　桥梁主桥为4跨大跨径变截面连续箱梁桥，长度为380m，跨径布置为70+120+120+70=380m。
　　两侧引桥采用连续箱梁形式，西引桥长120m，跨径布置为3x40=120m；东引桥长160m，跨径布置为4x40=160m。
　　西引道长105m，东引道长57.94m。
　　全桥共有钻孔桩基础150根，孔径分别为：Φ1.5m、Φ1.8m、Φ2.0m。
　　二、钻孔灌注桩常见的质量缺陷
　　钻孔灌注桩首先是用钻孔机械在土中钻成桩孔，然后在孔内放入钢筋骨架，最后灌注桩身混凝土而成钻孔灌注桩。在成孔阶段主要有坍孔、钻孔偏斜、缩孔、掉钻、卡钻和埋钻、清孔后孔底沉淀超厚等质量缺陷。桩身混凝土水下灌注过程中又会出现卡管、掉管、导管漏水堵塞；导管拔出混凝土面、混凝土上返不流畅、钢筋笼上浮、混凝土拌制不符合要求等质量问题。
　　三、钻孔过程中影响成桩质量的原因分析及预防措施
　　1、坍孔
　　造成原因：孔壁坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土紧密填封，以及护筒内水位不高，钻进速度太快，空钻时间过长，成孔后待灌时间或浇灌时间延误也会引起孔壁坍陷。
　　防治措施：根据不同地质，调整泥浆比重，选用优质泥浆，要求泥浆中不得含有沙石等杂质，塑性指数大于25。确保泥浆具有足够的稠度确保孔内外水位差，维护孔壁稳定。泥浆的比重控制在1.25～1.30左右，数量不少于单桩井孔体积的2倍。实践证明：高质充足的泥浆是确保钻孔灌注桩施工质量的关键之一。钻至井孔上段6～7m时，可不必向井孔内输入高压水，让钻渣自然形成浓稠的低质泥浆护壁，特别是护住护筒底脚处这一最易坍塌的井壁位置。搬运和吊装钢筋笼时应防止变形，安装就位要垂直对准孔位，降落缓慢避免碰撞孔壁。钢筋笼连接时要缩短焊接时间，尽可能缩短沉放时间。沉孔后待灌时间不大于3h，严格控制混凝土的灌注时间，在保证质量的前提下尽量缩短浇灌时间。
　　2、钻孔偏斜
　　造成原因：在地质软硬交界处钻孔，或钻孔中遇有较大孤石或探头石；在有倾斜度的软硬地层交界处，岩面倾斜处钻进，或在粒径大小悬殊的卵石层中钻进，钻头受力不均；钻孔中发生扩孔，钻孔向扩孔一侧摆动而产生倾斜；钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷；钻杆弯曲，接头不正。
　　防治措施：当遇到地质软硬交界处或孤石时，应吊着钻杆控制钻进速度，上下反复扫孔，使钻孔正直。安装钻机时要使转盘，底座水平，起重滑轮轮轴，固定钻杆的卡孔和护筒中心三者在一条竖直线上，并经常检查校正。当孔深较大，钻杆较长，转动时摆动过大，则应在钻架上增设导向架，控制钻杆上的提引水龙头，使其沿导向架对中钻进。钻杆、接头应逐个检查，及时调正。
　　3、缩孔
　　造成原因：钻具焊补不及时，严重磨损的钻锥往往钻出比设计桩径稍小的孔；钻进地层中有软塑土，遇土膨胀后使孔径缩小。
　　防治措施：经常检查钻具尺寸，及时补焊或更换钻齿。有软塑土时，采用失水率小的优质泥浆护壁；采用钻具上、下反复扫孔的方法来扩大孔径。
　　4、掉钻、卡钻和埋钻
　　造成原因：冲击钻孔时钻头旋转不匀，产生梅花形孔。或孔内有探头石等均会发生卡钻。钻杆接头不良、滑丝；电机接线错误，使不能反转的钻杆松脱，钻杆、钢丝绳、联结装置磨损未及时更换等均会造成掉钻事故。坍孔也易造成掉钻、埋钻。
　　防治措施：经常检查转向装置，保证灵活，经常检查钻杆、钢丝绳及联结装置的磨损情况，及时更换磨损件，防止掉钻。用低冲程时，隔一段时间要更换高一些的冲程，使冲锥有足够的转动时间，避免形成梅花孔而卡钻。
　　5、桩底沉渣过多
　　造成原因：清孔不干净或未能进行二次清孔；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掉入桩底；清孔后待灌时间太长，致使泥浆沉积。
　　防止措施：成孔进行终孔检查后，采用性能较好的泥浆，控制好泥浆的比重和粘稠度。钢筋笼吊放过程中，使钢筋笼中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。加快钢筋对接速度，缩小时间从而减少沉渣量。检查沉渣量，若超过规范要求，须利用导管进行二次清孔，直至孔口返上泥浆比重及沉渣厚度达到规范要求。灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离不应超过50cm。
　　采用正循环清孔时，前阶段应采用高粘度浓浆清孔，并加大泥浆泵的流量，使砂石粒能顺利地浮出孔口。孔底沉渣厚度符合设计要求后，应把孔内泥浆密度降至1.1～1.2g/cm3。
　　四、水下混凝土灌注过中程影响成桩质量的原因及预防措施
　　1、卡管、掉管、导管漏水堵塞
　　造成原因：混凝土的和易性流动性差，造成离析；混凝土粗骨料粒径太大；机械故障或其它因素引起的混凝土浇灌过程不连续，致使混凝土在导管内停留时间过长；导管进水造成混凝土离析而堵塞管道。
　　防治措施：在混凝土灌注时，应加强对混凝土搅拌时间及坍落度的控制。水下混凝土必须具备良好的和易性，配合比必须通过试验和施工规范确定，坍落度宜为18～22cm，粗骨料的最大粒径不得大于导管直径、钢筋笼主筋最小净距的1/4，且必须小于40mm。为改善混凝土的和易性可掺一定的外加剂。必须连续监控并做好记录，坍落度2h、泥浆比重3h做一次观测记录，严格控制水灰比。同时应保证导管连接部位的密闭性，导管试用前应试拼装并进行打压试验，试水压力为0.6～1.0MPa，以避免导管进水。混凝土应缓慢到入漏斗，以免在导管内形成高压气。
　　2、钢筋笼上浮
　　造成原因：（1）、混凝土初凝和终凝时间太短，使孔内混凝土过早结块，当混凝土面上升至钢筋笼底时，混凝土结块托起钢筋笼。（2）、清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，混凝土灌注过程中砂粒回沉在混凝土面上，形成较密实的砂层，并随孔内混凝土逐渐升高，当砂层上升至钢筋笼底部时便托起钢筋笼。（3）、混凝土灌注至钢筋笼底部时，灌注速度太快，造成钢筋笼上浮。
　　防治措施：钢筋笼初始位置应准确定位，并与孔口固定牢固。加快混凝土的浇注速度，缩短灌注时间，掺外加剂增大混凝土的流动性，混凝土接近笼时，控制导管埋深在1.5～2.0m。灌注过程中，应随时掌握混凝土浇注高程及导管埋深，当混凝土超过钢筋笼底部2～3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上，导管在混凝土中的埋置深度一般应保持在2～4m，不宜大于5m或小于1m，严禁把导管提出混凝土面以上。采用在主筋上焊“倒刺”的方法，来防止钢筋笼上浮，效果较好。
　　3、夹泥或断桩
　　造成原因：如果导管底端距孔底较远，混凝土会被稀释，致使水灰比增大而造成混凝土不凝固，因此会形成不凝固混凝土填充在桩身部位，地下水活动的影响或导管封闭不严也会形成桩身出现混凝土不凝体，如果程度严重就会形成断桩；另外，如果在浇注混凝土时，导管提升和起拔过多超出混凝土面，或因停电待料等原因造成夹渣，出现桩体中沉积夹层，将混凝土桩上下分开而造成断桩；浇注混凝土时没有从导管内灌入，而是从孔口直接倒入来灌注混凝土，就会产生混凝土离析不密实，个别孔还可能出现蜂窝、孔洞现象。
　　防治措施：认真清孔，冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣超过规范要求。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。混凝土浇注过程中应随时掌握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。严格确定并控制混凝土的配合比，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。
　　五、结束语
　　钻孔灌注桩有许多优点，但由于施工环节多，工艺复杂，成桩质量有可能受到多种因素的干扰和制约，严重时会导致桩身承载力的明显降低，甚至造成病桩、断桩等重大质量事故。因此，在桩基工程开工前应做好各项准备工作，认真审查地质勘探资料和设计文件，对施工方案实行会审和技术交底制度。施工过程抓好泥浆和混凝土质量，详细做好各项施工记录，牢牢把好钻孔、清孔和混凝土灌注等关键工序的质量关，是防止质量事故发生的行之有效的措施。