声波透射法检测桥梁桩基灌注质量分析

姜运良

摘 要：新建大同-西安客运专线桥梁所占比例较大，且失陷性黄土地层持力状况不甚良好，钻孔桩长多数在50m左右，按照客运专线发展的要求，需要在短时间内进行桩基施工，但在桩基声波透射检测的过程中，发现了一些在桩基灌注过程中出现的问题，本文就这些问题展开分析，对今后的桥梁桩基施工质量起到一定的指导意义。

关键字：钻孔灌注桩 超声波法检测 桩身质量

前言

桥梁钻孔灌注桩在失陷性黄土地段一般采用旋挖钻机和反循环钻机施工，施工深度可达50m以上，可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的土层，对软弱地基起到加固作用 ， 且施工机具容易选配、施工安全等诸多优点 ，因而在地基加固工程中得到广泛地应用。但由于钻孔灌注桩的施工环节较多 ，技术要求高 ，工艺较复杂 ，需要在一个短时间内快速完成水下灌注混凝土，不采用检测仪器无法直观的对质量进行控制 ，人为因素的影响较大 ，若稍有疏忽 ，很容易出现一些质量病害 ，甚至造成缩颈、夹泥、断桩等重大质量事故 ，危及桩基工程的安全。我们通过大西客专某特大桥在声波透射法桩基检测中发现的一些问题入手对桩基病害的成因进行简要的分析。

1、桥梁钻孔灌注桩出现的质量问题及原因分析

钻孔灌注桩在承受垂直荷载压力的时候 ，以桩顶位置所受的压力最大 ，下部承受的压力相对较小。但钻孔灌注桩的成桩工艺与实际受力状况相反 ，往往是上部混凝土的强度低 ，中下段混凝土的强度高 ，若不严格控制 ，容易出现桩上段强度达不到质量要求的情况。在桥梁桩基的声波透射检测中多次出现桩基顶部3.0m范围内混凝土波形异常，桩头混凝土松散，均与上部砼质量控制不严有关。除此之外 ，还容易出现缩颈、孔壁塌落、孔底沉淤、桩身空洞、蜂窝、夹泥等质量缺陷 ，造成桩基承载力的下降 ，影响到工程结构的安全。

1.1、影响桩身上部强度的原因分析

按照施工规范的规定 ，钻孔后要彻底清除孔底的钻渣 ，但在实际施工过程中 ，很难将钻渣彻底清除 ，于是在浇灌第一斗混凝土进行封底施工时 ，孔底沉积的钻渣必然混入混凝土中。由于用导管灌注的水下混凝土是从下往上顶升的 ，先灌入的混凝土顶升于孔的上面 ，这样就容易出现桩上段强度较低的现象。

浇灌混凝土时 ，若导管插入混凝土之内过深 ，浇注速度又较快 ，则容易在孔体深部沉积较多的骨料 ，在浅部分布较多水泥浆，也容易导致桩体上部强度较低的质量问题。

1.2、影响其他桩身质量的原因分析

混凝土浇注施工中 ，若导管插入混凝土内过浅 <1.5m ，则成桩过程中混凝土的上升就不是顶升式的 ，而是摊铺式的 ，这时 ，泥浆、泥块就容易混入混凝土中 ，进而影响到桩身的质量。除此之外 ，若设计的桩身直径过小 ，则混凝土上翻时就会受到孔壁的限制 ，从而使桩体产生空洞、蜂窝缺陷，这种缺陷在声波透射法检桩中表现的较为明显，现场曾多次因为桩身周边夹有泥块而破除桩身混凝土再接桩，影响了施工进度。

当水下混凝土在灌入孔内后 ，其流动性、黏聚性能会变得更差 ，尤其是快灌到桩顶标高处时，由于导管内外压力相差不大，有时需反复抖动才能下料，到若稍有疏忽 ，很容易产生空洞、蜂窝、离析、夹泥等质量缺陷。在灌桩完成后，拔出剩余的导管过程中如果拔管过快，还会造成泥浆顺着导管拔出后的空隙渗入桩身内，造成泥心。这种现象由于出现在桩顶处，在低应变检测中反映极为敏感，应绝对避免。

摩擦桩的承载力主要表现为桩周摩阻力 ，而桩周摩阻力与孔壁形状和护壁质量密切相关。在施工过程中 ，孔壁的形状是由钻头旋转速度、钻杆下降速度和土质等因素决定的 ，泥浆性能 包括容重、黏度胶体率、砂率等指标 愈好、高程越高 ，越能保护好护壁 ，其桩周摩阻力愈大 ，但施工难度加大 ，费用也相应提高。

2、成桩质量的控制

2.1、桩上段强度的保证措施

为保证桩上段强度达到要求 ，应从下述几方面采取相应的质量保证措施：

2.1.1、依据桩径和桩底的浓度 ，正确确定出第一斗混凝土的体积 ，一般可取 1.5～2.0m ，也可以按桩身的设计体积的10%加以控制。

2.1.2、成桩质量与桩身的浇注高度有关 ，一般控制成桩高度高出設计桩顶标高 0.5～1.0m。待凿去高出部分的混凝土后 ，剩余部分不应有浮浆和夹泥 ，混凝土标号应符合设计要求 ，否则要返工重浇。

2.1.3、导管插入混凝土内的长度应适宜 ，一般为2～6m，长桩可相应有所增加。

2.2、桩身质量的保证措施

2.2.1、 工程施工前 ，应先做 2 个以上的试验钻孔 ，通过检测钻孔的孔径、垂直度、孔壁稳定性和孔底沉淤等指标 ，用以核对所选设备、工艺方法是否符合技术要求。检测时 ，孔壁的稳定时间应≮12h，检测数目≮2 个。对一些重要工程 ，可视情况相应增加测径数量。

2.2.2、护壁用的泥浆应满足护壁要求 ，液面需高于地下水位0.5m以上 ，有条件时 ，以高于地下水位 2m以上更好。若护壁的泥浆胶体率低、砂率大 ，则不仅护壁性能差 ，而且因其容重较大 ，势必产生沉淀速度过快的问题。一般来讲 ，当在黏土或亚黏土中成孔时 ，可注入清水以原土造浆护壁 ，控制排碴泥浆的相对密度在1.1～1.2 之间；当在砂性土质或较厚的夹砂层中成孔时 ， 应控制泥浆的相对密度在1.1～1.3之间；在砂夹卵石或容易坍孔的土层中成孔时 ，应控制泥浆的相对密度在 1.3～1.5 之间。施工过程中 ，应经常测定泥浆的相对密度、黏度、含砂率和胶体率等指标 ，使浇注前孔底500mm以内泥浆的相对密度≯1.25，含砂率≯8%，黏度≯28Pa·s。对一些直径 <1m 的小直径桩 ，即使在泥浆停止循环期间 ，也要使孔内保持合理的泥浆液面。

2.2.3、在混凝土灌注前的一段时间里 ，须保证孔壁的稳定性 ，不能有缩颈或孔壁塌落现象发生。为保证孔底沉渣厚度达到规范的技术要求 端承桩≤50mm、摩擦端承桩及端承摩擦桩≤100mm、摩擦桩≤300mm ，以免影响桩的承载力 ，钻孔到设计持力层以后 ，要对泥浆进行循环稀释来降低相对密度 ，以清除泥浆中悬浮的砂子、石渣。除此之外 ，还要使用真空泵通过管道伸向桩底吸走端部沉渣 ，要求严格时 ，在安放钢筋笼后、下放导管之前仍要进行吸渣处理。

2.2.4、吊放入孔的钢筋笼不得碰撞壁孔 ，不得有变形损坏。吊放后 ，先将钢筋笼在垂直位置上固定好 ，然后进行第二次清孔 ，检测孔底的淤泥厚度 ，符合规定后 ，于0.5h之内开始混凝土的灌注施工。

3 、混凝土灌注施工的技术要点

因为水下混凝土施工的隐蔽性强 ，很容易产生松散、离析、缩颈等混凝土质量缺陷 ，因此 ，必须着重控制水下混凝土的浇注质量 ，包括选好原材料、做好配合比、改进工机具、严格按操作规程施工等方面。

3.1 、完成钻孔到混凝土浇灌过程的作业时间要紧凑 ，不宜过长；混凝土的浆体浓度要恰当 ，浇灌量不得低于设计值 ，不然会降低泥浆的置换率造成夹泥。

3.2、 导管口距孔底要保持 400mm左右的距离 ，灌注时要精确测量 ，反复校核。当球塞被压出导管并灌下一定数量的混凝土后 ，应将导管缓慢下降100～200mm，使灌注初期导管被混凝土埋入的深度尽可能加大 ，以保证底层的混凝土质量。

3.3、在灌注过程中 ，要严格把握施工进度和时间 ，经常地略微提升导管 ，以使混凝土均匀注入。导管埋入混凝土的深度一般控制在 1～3m之间且不得<1m，每间隔15～20min，要对混凝土面和导管沉入深度进行一次测量和校核。

3.4、若施工过程中发生了混凝土堵塞导管的现象 ，一般是由于材料规格或配合比选取不当 ，或者是因为导管漏水漏浆导致管内混凝土与管壁的摩擦力增大、流动性降低造成的 ，要分清原因有针对性地加以解决 ，切不要无控制地靠提管消除堵塞。

4、结束语

在大西客专，检测灌注桩质量的方法为声波透射法检测，全线为100%检测率，桩基的质量要求非常高，在检测中发现的问题，是今后工作中着重关注的对象。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降低 ，甚至造成病桩、断桩等重大质量事故。为了确保成桩质量，必须对钻孔灌注桩的施工全过程进行严格的质量控制和检测 ，发现问题及时采取措施予以补救。