鉆孔樁施工質量通病的防治

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

【摘  要】結合衡陽湘江特大橋鉆孔樁施工中遇到的質量通病及現(xiàn)場處理措施、方法，介紹一些事故的解決方法，為今后類似工程施工整理了一點借鑒經驗
【關鍵詞】鉆孔樁 質量通病 防治
1、工程概況
湘桂鐵路擴能改造工程衡陽至永州段湘江特大橋中心里程：DK11+772.33，橋全長L=2972.5m。其中ø1.0m315根；ø1.25m224根；ø1.5m22根；ø2.0m54根；ø2.0m單根樁長48.5m位于28號墩。
2、工程地質情況
樁身主要穿越地質為: 人工填土、淤泥質土、粉質粘土、砂類土、泥質砂巖等。26號墩~31號位于湘江河中；14號橋墩位于斷層帶，工程地質條件較差；17號橋墩位于京廣鐵路上行線與衡陽—廣州107國道中間，此路段為高填筑路段，地面以下10.0m采用風化巖填筑空洞較多。
3、鉆孔樁質量通病及處理措施
在大湘江特大橋鉆孔樁施工過程中，由于人為和地質等原因的影響，出現(xiàn)了諸多質量通病。下面就是本橋沖擊鉆孔施工中遇到的一些問題及處理辦法介紹如下：
3.1 、鉆孔過程中出現(xiàn)的相關問題的處理
3.1.1、孔位偏斜。多因護筒埋置中心與樁位中心的偏差；鉆孔樁機安裝支撐不牢；鉆孔樁位地質下沉；鉆進過程中地質軟硬不均或遇突出孤石等原因引起。應對措施：
（1）定位孔位埋設控制樁，護筒埋設應高出頂面0.3m，傾斜度偏差不得大于1%m，埋置深度根據地質條件控制在1.0～1.5m，護筒定位后應根據控制樁及時復核護筒的位置，護筒中心與樁位中心線偏差嚴格控制不大于50mm，并認真檢查回填土是否密實，以防鉆孔過程中發(fā)生漏漿的現(xiàn)象。樁位中心應報檢合格后方可開鉆。
（2）開鉆前應夯實平整孔位周邊地基，鉆孔樁機兩支撐基礎應加設支撐方木。
3.1.2、偏孔：在鉆孔中如出現(xiàn)偏孔應根據鉆渣認真核對地質資料和檢查沖擊鉆齒是否高低不平。如偏斜發(fā)生在地質變化地段應采用探孔器檢查成孔的直徑、垂直度，可在偏斜處反復掃孔進行解決。當不能解決時應分析清楚巖層的走向，而后采用適當的回填材料（回填材料一般為片石加黏土等組成的混合物）回填至計算確定的高程處，靜置一段時間后開始施工。即孔中心偏差小于20cm的，靜置1～2h后可以繼續(xù)鉆孔?？字行钠畲笥?0cm的，應根據情況靜置2h甚至更長的時間待地層沉積穩(wěn)定后恢復鉆孔施工。穿過傾斜巖層過程中，應采用自重較大的復合式牙輪鉆、沖擊鉆，以慢速鉆孔。如因鉆齒高低不平嚴重應及時更換鉆齒。
3.1.3、縮孔：是在飽和性粘土、淤泥質黏土，特別是IL＞1.0處于流塑性狀態(tài)的土層中出現(xiàn)的特有現(xiàn)象，其原因是此類地層含水高、塑性大，鉆頭經過后鉆孔壁回縮，從而導致鉆孔的直徑小于設計的樁直徑；或是因為鉆頭四周磨損嚴重造成。針對前一種原因，采取塊、卵石土回填，而后用重量較大的沖擊鉆進行沖擊，擠緊鉆孔孔壁的辦法處理。另就是要隨時檢查鉆頭直徑，磨損較大的應及時補焊。
3.1.4、卡鉆：鉆孔經過巖層分界面時相鄰巖層強度差別較大、操作中未及時根據地質情況調整鉆頭的行程等原因引起“卡鉆”現(xiàn)象。針對發(fā)生“卡鉆”的原因采取相應的方法處理：
（1）由于“探頭石”引起的卡鉆，可以適當往下放鉆頭，而后強力快速上提鉆頭，使“探頭石”受力瞬間沖擊縮回，從而順利提起鉆頭。
（2）因鉆頭穿過巖層突變處導致的卡鉆，優(yōu)先采用水下爆破的方法進行處理（砂土地層中不宜采取此方法處理）。
（3）由于機械故障或突然停電導致鉆頭在濃泥漿中滯留時間過長造成的鉆頭無法提升現(xiàn)象，應采取調節(jié)泥漿指標，增大泵量及向孔內投入砂石，嚴重糊鉆時，停鉆清除鉆渣。
3.1.5、護筒脫落：是由于護筒背后回填質量不好受地面水流的浸泡等因素引起的護筒失去穩(wěn)定、脫落。出現(xiàn)護筒脫落應立即停止鉆孔，將鉆機移開，采取相應措施處理。由于地面流水引起的可先排除流水，在原地面上填一層黏土使地面干燥、不滲漏，而后，重新安裝護筒（作好護筒背后填筑）恢復鉆孔施工。
3.1.6、掉鉆：由于機械故障、鋼絲繩斷裂、孔壁坍塌或打空錘等因素造成鉆頭落入孔底的現(xiàn)象通常稱“掉鉆”。發(fā)生“掉鉆”后，用打撈叉、打撈釣等工具實施打撈。另施工過程中注意觀察鋼絲繩的工作狀態(tài)，落錘后若鋼絲強顫動厲害則可能是鋼絲繩收放量小了，在打空錘應合理放松繩索，防止空打造成繩索斷裂。如因孔壁出現(xiàn)局部坍塌將鉆頭埋沒且大部分鉆孔壁處于穩(wěn)定時，應先加大孔內泥漿的濃度，采取“氣舉法”清除鉆頭上方的沉積土和淤泥，確認鉆頭已露出后再實施鉆頭的打撈工作。鉆孔壁隨時有繼續(xù)坍塌可能時，先在孔內安裝長鋼護筒、攪拌樁圍護、帷幕法等方法加固鉆孔壁，而后打撈鉆頭。
3.1.7、護筒下冒水、孔內漏漿：首先分析冒水、漏漿原因，由于護筒埋設太淺，周圍填土不密實，或護筒的接縫不嚴密，可加長護筒埋置深度，并在護筒周圍對稱地、均勻地回填最佳含水量的粘土(最好選用黃土)要分層回填夯實，以達到最佳密實度。如護筒嚴重下沉、位移，則應返工重埋護筒。鉆孔孔壁漏水，可倒入粘土或填入片石、碎卵石土，以增強護壁。對于本橋17號墩樁基施工的特如情況，擬采用人工挖孔、鋼筋砼護壁至地質較好地方，然后開鉆。
3.2 、水下混凝土灌注中出現(xiàn)問題的處理
3.2.1、沉碴厚度超標。其原因有第一次清孔泥漿比重過?。幌禄\時刮壞孔壁使泥土坍落孔底；二次清孔不徹底?？刂拼胧?br /> （1）鉆孔樁施工過程中的泥漿控制指標：黏度測定，一般地層：17～20s；松散易坍地層：19～28s含砂率不大于4％；膠體率不小于95％；PH值應大于6.5，制備泥漿易選用高塑性粘土或膨潤土。
（2）下籠前檢查鋼筋保護層厚度（一般在鋼筋籠上焊接鋼耳朵）是否符合要求和采用檢控器進行成孔直徑、垂直度檢查，當不符合要求應在偏斜部位采用樁錘來回掃孔。下籠時不能碰撞孔壁。
（3）根據孔深計算吊筋長度，鋼筋籠下放到位后吊筋焊接在護筒上以防止鋼筋籠掉落。進行二次清孔，應逐漸降低泥漿黏度，在孔內排出或抽出的泥漿手摸無2～3mm顆粒，含砂率小于2%時，再調節(jié)到泥漿比重不大于1.1，黏度18～20s方可進行樁身砼灌注。如沉碴為粉砂難以清孔時，可安裝分砂器進行清孔（湘江特大橋3號墩各樁位于粉砂巖層，清孔時就采用分砂器濾渣效果很好），另孔清好后及時灌注以防塌孔。
3.2.2、鋼筋籠較大、重，吊放易變形，籠身除按設計設置加強筋而無十字支撐筋時，加工鋼筋籠可在加強箍圈內設置同型號鋼筋的十字支撐以增加鋼筋籠的強度。鋼筋籠保護層厚度合格，焊接時注意規(guī)范中“同一截面規(guī)定”的要求。    
3.2.3、封底失?。河捎谑着炷翑盗窟^小、導管漏氣、導管強度不符合要求、孔底的沉碴厚度大等原因導致首批混凝土灌注入孔后，未實現(xiàn)水下混凝土封底的現(xiàn)象稱為封底失敗。封底失敗后，應立即暫停灌注，及時對孔內已灌注的混凝土進行清理。
（1）首批灌注砼數量應大于導管初次埋置深度（≥1.0米）和填充導管底部的需要,鉆孔樁所需首批砼數量可按下式計算：
V≥(πd2)/4×h1+(πD2)/4×（H1+ H2）
式中：V--首批砼所需數量(m3)
H1—樁徑底至導管底端的間距，一般為為0.4（m）
H2--導管初次埋設深度（m），H2≥1.0m
h1—樁孔內砼面高度達到H2時，導管內砼柱平衡導管外水（或泥漿）壓力所需要的高度（m），即
h1=γWHW/γC
其中：HW--是樁孔內砼面以上水或泥漿的深度（m）
γW--樁孔內水或泥漿的容重(KN/m3)
γC--砼的容重(KN/m3)
D--樁孔直徑（m）
d--導管內徑（m）
由于孔徑的不均勻，該式計算出的首批混凝土數量后，需根據現(xiàn)場孔內情況適當增大混凝土量。
（2）地層穩(wěn)定性較好的，應采取導管內安裝高壓風管進行二次清孔的方法將已灌注的混凝土清理干凈。地層穩(wěn)定性差或高壓清孔的方法不能奏效則應及時拆除導管、拔除鋼筋籠，將鉆機安裝到位，重新置換泥漿后用沖擊鉆清除已灌注的混凝土，達到孔底設計標高后，請示監(jiān)理單位檢查合格后進行水下混凝土灌注。
（3）通過孔深計算導管長，確保導管口距孔底要保持在0.4m 左右的距離。當球塞被壓出導管并灌下一定數量的混凝土后，應將導管緩慢下降0.1～0.3mm ,使灌注初期導管被混凝土埋入的深度盡可能加大（即初次埋置深度不少于1.0米,灌注中導管埋置深度2～4m），以保正混凝土灌注質量。
3.2.4、卡管：因混凝土和易性差、混凝土中含有大塊骨料或受潮凝固的水泥塊、灌注混凝土沖擊力不足或是導管密封不好、導管內擠入高壓空氣等原因導致水下混凝土灌注過程中無法繼續(xù)進行的現(xiàn)象統(tǒng)稱為“卡管”。
（1）由于混凝土自重不足造成的導管堵塞，可以少量（根據堵管前測量及計算的導管埋深結果在保證導管最小安全埋深確定）緩慢提升導管而后快速下落的方法或加大一次性灌注較大混凝土數量而后快速提升再迅速下放，以沖擊疏通導管或上、下抖動導管、附著式振搗器等方法進行處理。砼拌和物要有良好的和易性，在運輸和灌注過程中，無離析，泌水，其坍落度為18～22cm；當灌注至樁頂標高8～10m時，應及時調至16～20cm，以提高樁身上部砼強度。
（2）根據樁孔直徑選者合適的導管，導管在使用前必須進行水密試驗，合格后方準使用。進行水密實驗的水壓不應小于孔內水深1.3倍的壓力,也不應小于導管壁和焊縫可能承受砼時最大壓力的1.3倍,可按下式計算:
P=γCh1-γWHW
式中：p—導管可能受到的最大內壓力Kpa
γC—砼拌各物的容重,取24KN/m3
h1—導管內砼柱最大高度（m）,以導管全長或預計的最大高度計
γW—孔內水或泥漿的容重(KN/m3)
HW—孔內水或泥漿的深度（m）
另當導管內混凝土不滿含有空氣時，后續(xù)混凝土要徐徐灌入，以免在管內形成高壓氣囊，擠壞管節(jié)密封圈，導致漏水、漏漿。
（3）由于操作失誤或導管堵塞等需要進行采取“二次拋球法”處理。具體操作方法：原導管或新更換的導管重新下放至距已澆砼面20～40cm（設已澆砼面深度為H1）再次拋球，認真計算出砼充滿整個導管及沒過導管的砼量，當砼達到管底時（設此時砼面深度為H2）馬上利用重物將導管壓入到起始砼澆注深度（＜H1）并連續(xù)澆注，將砼澆注到要求的標高加上（H2 -H1）的高度。
3.2.5、斷樁由于灌注中提升導管失誤、混凝土供應中斷（下雨、停電、機械故障等）或導管漏水等原因導致導管中已灌注的混凝土與導管的混凝土隔斷，無法繼續(xù)灌注的現(xiàn)象通稱為斷樁。在灌注過程中認定發(fā)生斷樁事故后，應立即停止繼續(xù)灌注，提拔導管和鋼筋籠減少損失。并采取以下辦法處理：
（1）砼灌注方量較少或斷樁面位于不大于設計長度的三分之一時，一般采取原位鉆除已灌注部分砼，重新清孔和灌注（如位于湘江河中的27號墩2號樁在灌注7.0m位置時因砼輸送泵損壞造成砼供應中斷樁。處理措施：提拔導管、吊出鋼筋籠、原位復鉆）。
（2）斷樁截面位于設計樁全長的三分之二以上且距離孔口深度不大于10m時，先進行鉆孔壁加固，而后進行鉆孔樁的接長。
（3）對已經發(fā)生或估計可能發(fā)生的斷樁、夾泥樁可采取壓入水泥漿補強的方法處理。
3.2.6、鋼筋籠上?。河捎阡摻罨\的加固不牢或灌注過程中提升導管等原因引起鋼筋籠的移位現(xiàn)象統(tǒng)稱鋼筋籠上浮。
（1）防浮籠措施：在鋼筋籠主筋上焊接“倒刺”方法來防止鋼筋籠上浮，即鋼筋籠同一截面上焊3～4個“倒刺”，每個鋼筋籠設置不少于2道；加大吊筋的直徑，吊筋與護筒焊接牢固；砼灌注過程中速度不應過快和及時拆管。
（2）鋼筋籠上浮處理措施：首先應停止砼灌注，緩慢插入導管然后快速提升（注意控制好導管埋置砼深度）反復循環(huán)幾次可處理已上浮的鋼筋籠；鋼筋籠上浮比較嚴重無法恢復時必須拔出鋼筋籠，比照斷樁進行處理。
4.1、灌注成樁后發(fā)現(xiàn)的質量缺陷及處理
4.1.1、樁全長小于設計要求這種缺陷可分為兩類：處理樁頭后，混凝土頂面高程小于設計要求、樁頭質量不合格；鉆孔底部沉積的虛碴在清孔時未清理干凈導致樁全長小于設計、嵌入基巖深度小于設計。后一種情況在本橋施工中未出現(xiàn)（本橋所有樁基在灌注砼前除檢查泥漿各指標外，還停機不少于15分鐘檢查孔底沉渣厚度）。
（1）樁頂高程小于設計要求的原因是混凝土灌注終孔時控制失誤?；娱_挖后進行鉆孔樁的接長。接長施工前，先清理干凈混凝土以上的浮渣和松散混凝土等，將頂面人工鑿修平整。在護筒防護下開挖接長部分的樁孔，接長部分樁孔直徑應大于設計鉆孔樁直徑40cm，深度從平整后混凝土面向下不小于接長部分樁孔直徑的1倍。接長部分混凝土的強度應比原設計提高1個等級，新舊混凝土的接合面必須做好混凝土的接槎處理。
（2）在拔出最后一節(jié)導管時，速度要慢，防止樁頂沉淀的泥漿擠入導管形成泥心影響樁頭質量。為保證樁頭質量，砼灌注應比設計高0.5～1.0m。
4.1.2、因鉆孔樁底部沉積物未清理干凈造成的樁全長小于設計現(xiàn)象處理的難度較大。一般可以在征得設計單位同意的前提下，采取鉆孔樁底部壓漿或者高壓注漿處理。
4.1.3、樁體混凝土不連續(xù)由于灌注過程中，發(fā)生的孔壁局部坍塌的雜物等侵入混凝土、混凝土和易性差等因素在樁體形成夾層導致鉆孔樁混凝土不連續(xù)。對于此類問題，應積極與設計單位協(xié)調采取合理措施處理。
4.1.4、對于鉆孔樁底部混凝土夾碴的情況，采取樁底部壓漿或者高壓注漿方法處理。
4 結束語
總之在湘江特大橋鉆孔樁施工中雖然遇到了以上等諸多問題，但由于施工、技術、質檢人員對每道施工工序嚴格把關，發(fā)現(xiàn)問題采取積極有效的控制措施，從而確保了樁身質量。本橋所有樁基經無損檢測全部合格。最后提出一點就是：在鉆孔樁施工過程中要抓好泥漿和砼的質量，詳細做好各項施工記錄，牢牢把好鉆孔、清孔和砼灌注等關鍵工序的質量關，這是防止質量事故發(fā)生的行之有效措施。

參考文獻:
［1］《TB10203-2002鐵路橋涵施工規(guī)范》中國鐵道出版社,2002年
［2］《TB10210-2001鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》中國鐵道出版，2002年
［3］《公路橋涵施工手冊-上冊》人民交通出版社,2000年
［4］《橋涵施工百問》人民交通出版社,2004年