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桥梁钻孔灌注桩常见病害成因及对策

发布时间:2021-03-17 09:36 人气:

  摘要:文章针对黄织线桥梁钻孔灌注桩施工中常见断桩、串桩等病害和处理措施,介绍了桥梁钻孔灌注桩常见病害成因及对策,为今后的类似问题提拱参考。

  钻孔灌注桩包括成孔和成桩两大过程,是一项工序环节较多,工艺比较复杂,技术要求较高,工作量较大,并需在一个较短时间内快速完成水下灌注混凝土的隐蔽工程。施工过程控制受人为因素影响较大,稍有疏忽,就难免出现质量病害,造成病桩或断桩等重大质量事故,危及桩基工程的质量。为此,必须以系统工程的观点,推行全面质量管理,明确工序质量标准,建立严格的施工管理和工序质量检查制度,以工序过程控制,来保证成桩质量。在完善施工工艺、提高操作技能的基础上,认真分析成孔、成桩过程常见病害的产生原因,总结研究其预防治理措施,以期将施工质量病害的影响减至最低限度,高标准、高质量地完成桩基施工任务。

  一、成孔过程

  1.护筒冒水:护筒外壁冒水,严重的会引起地基下沉、护筒倾斜和位移,造成成孔偏斜,甚至无法施工。

  病因分析:埋设护筒时周围填土不密实;或护筒内水位相差太大;或钻头起落时碰撞。

  防治措施:埋护筒时,坑底与四周选用最佳含水量的粘土层分层夯实;在护筒适当高度开孔,使护筒内保持有1~1.5m的水头高度;起落钻头时,防止碰撞护筒。

  2.桩孔孔壁坍塌:成孔中或成孔后,孔壁不同程度塌落。成孔中,排出的泥浆不断出现气泡,有时护筒内的水位突然下降,均为塌孔的兆头。

  病因分析:主要是由于土质松散,加之泥浆护壁不好;护筒埋设不好;筒内水位不高;提住钻头钻进,钻头钻速过快,或空钻时间太长,都易引起钻孔下部坍塌;或成孔后待灌时间和灌注时间过长。

  施工对策:在松散易坍土层中适当深埋护筒,密实回填土;使用优质泥浆,提高泥浆比重和粘度;升高护筒,终孔后补给泥浆,保持要求的水头高度;保证钢筋笼制作质量,防止变形;吊放时要对准孔位,吊直扶稳,缓缓下沉,防止碰撞孔壁;成孔后,待灌时间一般不应超过3h,并应尽快灌注速度,缩短灌注时间;在钢筋笼未下入孔内情况下,将砂、粘土混合物回填到坍孔深以上1~2m,或全孔回填并密实后,再用原径钻头和优质泥浆扫孔;在钢筋笼碰孔壁而引起轻微坍塌的情况下,用直径小于钢筋笼内径的钻头以优质泥浆扫孔或用导管清孔。

  3.桩孔局部缩径:指局部孔径小于设计孔径。

  病因分析:泥浆性能欠佳,失水量大,引起塑性土层吸水膨胀,或形成疏松、蜂窝状厚层泥皮;邻桩施工间距和时间间隔不当,土层中应力尚未消散,新孔孔壁软土流变;钻头直径磨损过大。

  施工对策:采用优质泥浆,控制泥浆比重和粘度,降低失水量;当设计桩距<4D时,应跳隔1~2根桩施工;或新桩孔尽可能在邻桩成桩36h后开钻。

  4.桩孔偏移倾斜:成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。

  病因分析:钻机安装不平,或钻台下有虚土产生下均匀沉陷:桩架不稳,钻杆导架不垂直,钻机磨损,部件松动,护筒埋设偏斜,钻杆弯曲,主动钻杆倾斜,遇旧基础或大弧石等地下障碍物,土层软硬不均或基岩倾斜。

  施工对策:钻机安装周正、水平、稳固,护筒不偏斜,钻杆不弯曲,主动钻杆保持垂直;增添导向架,控制提引水龙头,尽可能采用钻铤加压,清除地下障碍物;除软硬互层采用轻压慢转技术参数外,从软塑粘土层,尤其流塑粘上层和砂层进入硬塑粘土层或从软土层进入基岩时,笼状钻头下端的锥形导向小钻头需改用平底导向小钻头,或者直接用不带导向小钻头的平底钻头钻进;用砂、粘土混合物回填至偏斜处以上1~2m,待密实后用平底合金钻头轻压慢转纠斜,在基岩面发生倾斜时,可投入20~40mm粒径碎石,略高于偏斜处,冲击密实后用平底合金钻头。

  5.孔底沉渣过多:孔底沉淤、残留泥砂过厚,或孔壁泥土塌落在孔底,使沉渣超标。

  原因分析:泥浆过稀,清孔未净;清孔汜浆比重过小或清水置换;钢筋笼吊放未垂直对中,碰刮孔壁泥土坍落孔底;或清孔后待灌时间过长,泥健沉淀;沉渣厚度测量的孔底标高下统一。

  施工对策:终孔后,钻头提离孔底1~20cm,保持慢速空转,维持循环清孔时间不少于30min;清孔采用优质泥浆,控制泥浆比重和粘度下要直接用清水置换,钢筋笼垂直缓放入孔;避免碰撞孔壁;清孔完毕立即迅速灌注混凝土;采用导管二次清孔,冲孔时间以导管内侧量的孔底沉渣厚度达到规范要求为准;提高混凝土初灌时对孔底的冲击力;导管底端距孔底控制在40~50cm,初灌混凝土量,必须满足导管底端能埋入混凝土中0.8~1.3m的要求。

  二、成桩过程

  1.导管堵塞:灌注过程中,混凝土在导管中不能下落,影响灌注工作顺利进行。

  病因分析:初灌时隔水塞堵管;粗骨料粒径过大:混凝土坍落度不合要求和易性、流动性差;拌合不均匀,产生离析;导管连接部位和焊缝不密封,发生漏水,管内形成水塞,当管内内混凝上不满而含有空气时,混凝土整斗倾入导管,导致管内形成高压气塞,或气塞挤破管节间密封垫继而导致导管漏水。

  施工对策:先灌储0.2~0.3m3水泥砂浆,后灌储混凝土,防止骨料卡阻水塞;选用粒径小于25mm的粗骨料,其最大粒径不大于导管内径和钢筋笼主筋最小净距的1/4;严格混凝土配合比,坍落度控制在18~22cm,坍落度降低至l5cm的时间,一般下宜小于1h;混凝土拌合均匀。搅拌机拌合时间大于90s,确保导管连接部位焊缝的密封性,导管应在大于0.5~0.77Mpa下试压时间大于15min而下泄漏,以免在导管内形成水塞:在浇灌过程中,混凝土宜徐徐倒入漏和导管,避免在导管内形成高压气塞;确保机械运转正常,必须有备用搅拌机,必要时,可在混凝土中掺加缓凝剂;当隔水塞堵塞导管时,可将提管时散落在孔底的混凝土拌合物清除,重新下隔水塞浇灌;当孔内混凝土尚未初凝时,尽决清理导管,重新下至混凝土面,开泵冲洗浮浆后,重新下隔水塞浇灌。隔水塞冲出后,尽可能将导管向下插入原先浇灌的混凝土内,原位上下串插导管,使混凝土混合密实,再继续浇灌。

  2.钢筋笼上浮或下沉:系指钢筋笼的位置高于或低于设汁位置的现象。上浮较大时,降低了桩体抗水平剪切能力;下沉过多,给土建施工带来麻烦和损失。

  病因分析:钢筋笼放置初始位置过高或过低;混凝土流动性过小,导管在混凝土中埋置深度过大(6m以上)钢筋笼被混凝土顶托上浮;导管掩埋过长,提升时易摇晃,难以对准笼的中心,易发生挂笼现象;导管提升过猛,混凝土下沉太快,瞬时反冲力使钢筋笼上浮;钢筋笼制作质量不佳,或吊装下当而变形;或桩孔倾斜,钢筋笼随之而变形,增加了混凝土上升阻力。

  施工对策:钢筋笼放置初始位置准确无误,并与孔口固定牢固;为防止铁丝拉长下沉或顶住上升力,可采用吊筋加套管等方法顶住钢筋笼上口;加快浇灌速度,缩短浇灌时间,或添加缓凝剂,防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小;混凝上陷近笼底时,控制导管埋深1.5~2m,尽量减少串插导管,改用转动导管密实混凝土;每浇灌一斗混凝土,检查一次埋深,直到钢筋笼埋牢后,恢复正常埋置深度;钢筋笼制作平直下变形,主筋底端可适当向外弯折,井增加封底箍筋:导管对中桩孔,导管接头处套装锥形活动护罩或加密焊接防护斜筋;导管正常埋置深度一般控制在2~4m,最大不超过而6m,便于转动移位;钢筋笼上升时,停止浇灌混凝土检查埋管深度,拆除部分导管,保持埋管l.5~2m,导管钩挂钢筋笼时,要下降导管,转动移位脱钩后上提。

  3.串桩:指灌注的混凝土跑到另一桩孔内的现象。串桩不仅增加待灌桩孔内沉渣厚度,且不易消除,增加成孔难度,还大量增加混凝上用量,造成浪费影响施工进度,孔斜过大不仅降低了桩的承载力,在受力后桩身还可能被剪断。

  病因分析:开挖旧基础钢筋混凝土土梁或石板时,造成桩位在浅部连通;遇抽水渗井时,由于渗井被大量淤泥质杂物充填,井周土质松散,致使一定范围桩位连通,孔距过小,土层软弱、松散,在混凝土冲力作用下,通过侧向挤压使混凝土侵入到相邻桩孔中;孔斜过大或塌孔严重未及时处理,使深部桩位相连。

  施工对策:若桩体上部连通,当灌注至连通部位,先排开返出的泥水,同时在连通部位加保护圈,以防泥水及混凝土进入另一桩孔内,而引起塌孔或增加孔内沉渣量,向渗井中下水泥套管,边钻进边下套管,以确保施工进度和成桩质量。

  4.桩顶段砼质量差:指桩顶上部混凝土疏松、夹泥、断裂等质量问题。上部桩身由于缺乏压力,与桩周土接触应力低,而受荷时桩身上部荷载应力最大,因此桩身破坏最易在上部发生。

  病因分析:没有勤测混疑土面,预加的灌注混凝土高度不足,上部压力小,混凝土密度低;导管内混凝土高度减少,超压力降低,而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加,比重增大,混凝土升顶困难,甚至与泥浆、浮浆接触掺混,造成夹泥、疏松、离析;导管缩短,重量减轻,导管上下串插图难,或串插程度不够;护筒起拔过猛,或起拨护筒不垂直,使护筒粘带未初凝的混凝土,导致混凝土抗拉强度低而掺入泥浆,形成夹泥或断裂面。

  施工对策:勤测混凝土面,并在桩顶设计标高以上加灌一定高度的混凝土,其最小高度不宜小于桩长的5%,且不小于2m,以保证设计标高以下的混凝土符合设计要求,孔口加水稀释渣浆,冲出部分稠浆,减小泥浆比重;导管重量减轻时,可以改为人工左右转动导管加压串插密实混凝土,护筒吊绳要周正,起拔护筒要稳、慢,混凝土疏松、夹泥、断裂、可采用压浆补强或朴桩。

  2.5 断桩:混凝土凝固后不连续,中间被冲洗液等疏松体及泥土充填的间断桩,影响了桩身的整体性,降低了桩体强度和承载力,以致不能满足设计要求。

  病因分析:坍落度损失大的配方和浇灌过程不连续是造成断桩的重要原因;灌注过程中发生埋管、卡管及其他一些情况都将造成断桩。

  埋管:导管在混凝土中掩埋过长,钢筋笼变形,灌注时间过长,混凝土已初凝,内阻力倍增长,导管被卡死在混凝土内,法兰盘顶住钢筋笼下端,由于孔斜大,笼与孔壁壁摩阻力过大,加上笼内已有一定高度的混凝土导管无法提升。

  卡管:骨料级配不合理,含有大粒径的卵石、漂砾;混凝土出拌合机时间或运输路程过长,已产生离析或局部初凝现象而直接用于灌注;导管密封不良,局部漏水。

  施工对策:按有关规范要求,通过计算和试配确定混凝土配合比,混凝土应具良好的和易性和流动度,坍落度损失应能满足灌注要求,初凝时间应为正常灌注时间的2倍;要求灌注过程连续,快速、防止出现上述埋管、卡管及其他情况。

  三、结语

  钻孔桩事故处理的方法很多,难度也较大,无论采取什么先进的办法处理都将对工程的进度、质量及施工企业的信誉带来不可忽视的影响。因此,在钻孔桩施工中必须做到每个工序严格按照规范操作,水下混凝土灌注统一指挥、紧张而有序,对可能出现的问题制定切实有效的防范措施,尽最大努力杜绝事故的发生。

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