钻孔灌注桩事故原因分析及其质量控制

袁金伟

0 引言

钻孔灌注桩具备适应性强、成本适中、承载力大、施工简便等特点,因此它是一种被广泛地应用于公路桥梁及其他工程领域的基础形式。灌注桩是地下工程,具有隐蔽施工的特点,因此其安全施工难以控制,必须详细考虑各种影响因素,严格要求其施工过程每一环节。而桩基础施工所处的环境复杂,影响其施工质量的因素多种多样,主要包括地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。若稍有不慎或措施不当,就会在灌注中产生质量事故,小到塌孔松散、缩颈,大到断桩报废,影响工期并对整个工程质量产生不利影响。所以,控制钻孔灌注桩的施工质量是避免发生事故及减少事故造成损失的关键,是工程顺利进展的基础。

1 钻孔灌注桩事故原因分析

1.1 钻孔施工中的事故

1)钻机停钻。由于基础工程中的地质条件比较复杂,对不同的地质应选择相应的钻机。例如,冲击(或总抓)钻机适合坡积层、河床砂砾石层;回旋钻机专门为第四纪河床冲击层(砂土、黏性土、黄土、淤泥)设计;冲击钻与回旋钻配合钻机,或采用地质岩心钻机则可适用于复杂的地质条件,例如胶结坚硬的砂砾石以及含大块孤石的砂土层。因此,桩基础中的停钻事故很大程度上是因为选用的钻机不适应复杂的地层所致[3]。2)错位桩。由于测量放线错误,造成桥台桩位向河中心偏位,改变了设计桥跨,因此不得不废弃钻孔灌注桩,重新在正确桩位完成钻孔灌注桩的施工。3)塌孔。在复杂地层,尤其是疏松土层、砂层中进行钻孔施工,比较容易出现塌孔现象。4)偏头桩。为液积土、砂砾石互层,用冲击锥冲孔,由于安放钢筋笼没有固定好,灌注混凝土完成后,测量桩位时发现桩头钢筋笼偏位超过规范的允许值。5)错位孔、桩。在第一根钻孔桩位测量放线时,未进行复测校核,钻机就位开钻,结果导致与其他桩位联测发现该桩位相错,因此必须采用停钻措施,在钻孔中回填土、碎石,20 d后重新放线测定桩位钻孔,这种事故按程序施工是不应该发生的。

1.2 灌注水下混凝土施工中的事故

1)孔底沉淤厚度大。在施工中,由于缺少清淤设备,特别是采用冲击(抓)钻机成孔,经常发生清孔不彻底,沉淤厚度大于允许值。

如果清孔不彻底(未用清水换泥浆循环),沉淤厚度大,而且钻孔内泥浆太稠,在灌注混凝土时,导管外的反压力增大,当导管偏离中心靠到孔壁一侧,灌注的混凝土上翻过程中可能有稠泥浆卷入混凝土中,造成夹泥层,发生“缺陷桩”或“断桩”事故。

由于泥浆反压力大,泥浆卷放砂浆,孔底灌注混凝土质量差,对摩擦嵌岩桩将导致“缺陷桩”事故。

2)导管不能“封口”(闭气)。导管距孔底过高(大于 20 cm),“封口”用的砂浆(1∶2),混凝土备量不足(漏斗、吊头容积小),“剪球”后砂浆、混凝土冲向孔底,吊斗内混凝土没有及时注入泥漏斗连续不断充满导管,不能将导管底口埋住,泥浆水进入导管,导致停灌事故。

剪球失败。“隔水球”一般放在漏斗底(漏斗连接导管处),第一盘砂浆满漏斗,第一盘混凝土装满吊斗就位在漏斗上空,剪断隔水球的铅丝,漏斗内的砂浆沿导管向孔底冲去,同时未能打开悬吊阀门,混凝土不能进入漏斗充满导管,而泥浆水导管底反压进入导管,导致混凝土停灌事故。

悬吊隔水球的钢丝拉断。某大桥将隔水球悬吊在导管内的中部,隔水球以上充满砂浆,用溜槽将混凝土送入漏斗内进入导管,由于绑扎隔水球的钢丝不牢固,不能承受隔水球以上砂浆、混凝土的自重压力而被拉断,隔水球、砂浆缓慢而不连续下沉,而此时混凝土还停留在溜槽内未注入导管,不能将导管内(球下部)的泥水全部挤出导管底口,导致混凝土连续灌注失败。

3)导管漏水,导管漏水现象有以下几种:混凝土灌注不顺畅,有时提升、晃动导管,混凝土也不能灌入(孔口不涌水),提升导管时,只见导管上下跳动,说明导管进(漏)水了。

灌注混凝土的深度。在混凝土灌注过程中,应定时测量孔内混凝土顶面高程,以控制导管在混凝土中的埋深,一般要求导管埋深2 m～6 m,对于长桩(大于30 m),在灌注桩的下部时,导管埋深大些(4 m～5 m,不超过6 m),还要考虑到起吊能力;在灌注桩的上部时,逐渐减小埋管深度,但埋深不得小于2 m。

导管埋深过大。当导管埋深过大,大于 6 m,达到8 m～10 m,导管提升困难,甚至不能提升导管,导管外埋深的混凝土将导管卡死,导致断桩事故。

导管埋深过小。在灌注混凝土过程中,有时导管提升过大,使导管埋深小于2 m,如果导管倾斜,孔内混凝土面以上的泥浆水可能反压或卷入混凝土中,成夹泥层,导致“缺陷桩”的质量事故。

4)钢筋笼上浮问题。在灌注混凝土时,尤其当混凝土灌注不久,可能会发生钢筋笼上浮现象,具体包括:由于导管不居中或导管倾斜,法兰盘或吊导管的钢丝绳没有扎好,挂住钢筋笼,当提升导管时把钢筋笼提起。

对于摩擦嵌岩桩,由于桩长较短(小于20 m),灌注的混凝土向上翻时将钢筋笼浮起。

5)断头桩及桩头混凝土不密实。

2 成桩质量的控制

在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作[5]:1)确保桩身成孔垂直精度。这是灌注桩顺利施工的一个重要条件,否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求,应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固,经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施。2)泥浆护壁技术是关键。泥浆护壁是钻孔灌注桩施工技术关键之一。泥浆护壁的好坏直接关系到钻孔灌注桩的质量。泥浆护壁按土层的性质可以用原土造浆,即钻孔时直接注入清水使之与原位的黏土混合成护壁泥浆,也可用人工制备的泥浆。在砂层、砂夹层等易塌孔的土层中钻孔,应采用人工制备的特殊泥浆。3)确保桩位、桩顶标高和成孔深度。在护筒定位后及时复核护筒的位置,严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50 mm,并认真检查回填土是否密实,应保持护筒位置稳定,以防钻孔过程中发生漏浆的现象。4)清孔施工。清孔的主要目的是清除孔底沉渣,而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。5)钢筋笼制作质量和吊放技术。钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料,检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上,以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。

3 结语

钻孔灌注桩的整个施工过程属隐蔽工程项目,质量检查比较困难,要保证钻孔灌注桩的施工质量,其关键还在于分析问题的根源,严格按照规范施工。在执行上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,对灌注桩在施工过程中可能会发生的一些问题进行分析后制订出施工质量标准、验收实施方案和每根桩的施工记录,以便有效地对桩基施工质量加以控制。只有这样桩基的质量控制才能得到保证,灌注成高质量的水下混凝土。

[1] 吾布力哈斯木◦依明那洪.桥梁钻孔灌注桩质量缺陷的探讨[J].黑龙江科技信息,2008(32):242.

[2] 胡文福.浅谈钻孔灌注桩施工中应注意的若干问题[J].山西建筑,2007,33(28):121-122.

[3] 沈忠武.钻孔灌注桩施工中钢筋笼偏位及断桩的处理方法[J].铁道工程学报,2009,128(5):12-15.

[4] 卢春城,刘英乔,关 冰.钻孔灌注桩施工质量事故分析与处理方法[J].黑龙江交通科技,2008,175(9):58-59.

[5] 程素兰.钻孔灌注桩施工应用及探讨[J].山西建筑,2009,35(31):79-80.