克地坝陵河特大桥大直径深桩基断桩处理措施

任 秀 恒

(中铁二十局集团第六工程有限公司,陕西 西安 710032)

克地坝陵河特大桥大直径深桩基断桩处理措施

任 秀 恒

(中铁二十局集团第六工程有限公司,陕西 西安 710032)

结合沪昆高铁克地坝陵河特大桥桩基断桩处理实例，分析了造成断桩的原因，并详细介绍了处理及预防大直径深桩基断桩的主要技术措施，实践表明采用下沉钢护筒措施处理断桩是可行的。

桥梁，桩基，断桩，钢护筒，米粒石

1 工程概况

全桥共126根桩基，桩长最长为2号墩、3号墩，2号墩共21根φ2.5 m桩基，桩长50 m；3号墩共21根φ2.5 m桩基，桩长65 m，采用冲击钻钻进、泥浆护壁，导管法灌注水下混凝土施工。

2 施工过程及断桩原因

3-1号桩于2013年1月14日成孔，经量测孔深满足要求，孔内泥浆比重为1.1、含砂率2%、粘度17 s，满足要求，2013年1月17日上午10点20分开始吊入钢筋笼，2013年1月18日凌晨5点30分完成吊放。第二次清孔后，检测泥浆比重为1.1、含砂率为0.5%、粘度为17 s，孔底沉渣厚度为3 cm，2013年1月19日晚上11点25分进行首盘混凝土浇筑，混凝土坍落度21 cm，含气量为2.3%，满足要求，封底混凝土方量12.5 m3，封底后，测量混凝土灌注高度2.2 m，导管埋深1.8 m，共灌注17车混凝土。

灌注完成第18车后，共灌注162 m3，测量孔深35.5 m，导管剩余长度41 m，外露1.5 m，埋深4 m，上下晃动导管30 cm，往下插时，发现导管无法下去，导管有一些倾斜，采用挖机下压，导管仍无法下去，考虑到导管埋深不大，决定不拆除导管，先灌注混凝土，现场停放2辆罐车，后来总共灌注了3车混凝土(其中第20车混凝土未灌注完)，约25 m3，用时90 min，混凝土灌注过程中，孔内泥浆流出正常，后测量孔深剩余31 m，计算导管埋深8.5 m，2013年1月20日早8点10分，此时距离最后一车混凝土灌注时间为3 h，现场准备拆除2节2.5 m的导管，提升导管时，导管无法提动，情况十分危急。

事故发生后，经现场监理工程师、设计方配合组、项目部桥梁主管工程师专人现场共同分析，得出以下结论：在第一次提升导管后发现导致不下去的原因是导管挂住了桩基钢筋笼，第二次导管无法提出的原因是混凝土固结了导致导管无法提升。

3 处理技术方案

事故发生后，项目部有关人员根据断桩的情况和特点：设计桩长65 m，已浇筑37 m，剩余28 m，导管被混凝土固结，提不出来，且桩身钢筋笼也提不出来；经研讨决定采用回填米粒石+压入钢护筒防护+人工开挖米粒石到桩顶+人工割断导管+凿毛混凝土面并处理施工缝+串桶法浇筑混凝土的方法进行处理。

3.1 断桩处理原则

断桩处理原则：“接桩+预防”的原则。

3.2 断桩处理步骤

回填米粒石将孔内泥浆排走→埋入顶部钢护筒并且四周夯实→人工开挖、逐节压入其他钢护筒至桩顶→人工割断被混凝土固结的导管→修整桩身钢筋→人工凿毛桩顶混凝土面→串桶法灌注桩身混凝土。

断桩处理工艺示意图见图1。

1)回填米粒石外排泥浆。

为确保人工接桩正常进行，采用回填米粒石将桩孔内泥浆排走、泥浆车外弃，经计算，需回填138 m3米粒石，粒径5 mm～10 mm，采用挖机回填，回填至原钢护筒底部时，拔掉原钢护筒，继续回填米粒石至地面标高，在米粒石回填的同时，由于大量泥浆排出，采用泥浆车将排出的泥浆运至弃渣场，回填完毕该桩后，拆除料斗及料斗下面调节导管，采用木橼将导管口塞住，继续施工其他钻孔桩基，待其他桩基施工完毕后，再继续处理该断桩。

2)桩顶埋入钢护筒四周码砌。

其他钻孔桩基施工完毕后，开挖已回填桩孔顶部，先开挖1 m，埋设内径2.5 m，长1.6 m的钢护筒，钢护筒厚8 mm，其底部设置刃角，下放完成后，由测量人员对钢护筒的中心位置及垂直度进行检查，并且采用人工配合掘机校正的方法确保钢护筒与桩基中心位置重合，之后对孔口四周采用码砌袋装砂卵石进行防护。

3)人工开挖、逐节压入钢护筒。

桩基孔口钢护筒四周加固完毕后，人工开挖护筒内米粒石，开挖至护筒底部刃角处以下1.4 m时，在钢护筒顶部逐个接长钢护筒并且下压，使钢护筒下沉到桩基顶面。采用25 t吊车将第二节钢护筒吊至第一节钢护筒上，两节护筒对口外部四周采用间距20 cm的钢板焊接加固，加固钢板尺寸为50 mm(横向)×100 mm(竖向)×5 mm(厚)，四周贴角焊将两护筒进行加固，钢板之间两护筒口间隙处采用电焊连接，施焊确保两护筒间无缝隙，单节护筒长1.4 m，当第二节钢护筒压入后，人工桩底继续开挖米粒石，如此循环，直至第20节钢护筒压入后，首节钢护筒下刃角到达桩基顶面。压入护筒时，在护筒上纵横向各放置4根工字钢承受荷载转换，防止了由于护筒承受不均匀荷载产生扭曲；在开挖过程中，为确保施工进度，采用2台电动提升机作业，4名工人2班倒轮班开挖施工，开挖时，由于该桩基四周区域地下水相对较少，准备的潜水泵几乎没用上，若桩基处在富水区，则可采用潜水泵抽排水。

4)人工割断被混凝土固结的导管。

当开挖到桩基顶部时，采用氧气焊自桩顶烧断导管，钢丝绳绑扎住导管法兰盘，25 t吊车将导管提出桩孔。

5)修整桩身钢筋。

在桩孔四周布置软绳梯，作业人员身配安全带下到已浇筑混凝土顶部(H=979.447)，采用铁锤对桩基钢筋笼进行修整，同时，在钢筋笼外四周绑扎保护层垫块，将在下钢护筒时挤压坏的保护层垫块更换，采用定制的木制十字形检测仪检测桩基各断面尺寸，及时修整，确保了桩基钢筋笼内净尺寸满足设计要求。

6)人工凿毛桩顶混凝土面。

当桩基钢筋笼修整完毕以后，采用风镐凿毛桩顶表面混凝土，凿除桩顶浮浆，露出新鲜混凝土面，凿出粗骨料1/2，并且在灌注混凝土前，采用洒水的方法保证凿毛面充分湿润后，将15 cm厚的比桩基C35混凝土水胶比略小的胶砂比为1∶2水泥砂浆平铺桩顶。

7)串桶法灌注桩身混凝土。

桩基表面经处理后，机械吊入串桶，串桶采用外径30 cm厚3 mm铁皮制作而成，下口距桩顶1 m，串桶上口采用铁丝固定在顶部钢护筒上的纵向Ⅰ32a工字钢上，串桶上设置料斗，采用汽车泵送混凝土，灌注一段，拆除上一节串桶，直到桩基灌注完成。桩基混凝土采用分层灌注，分层厚度40 cm，人工插入法振捣，振捣棒外径50 mm，振捣以混凝土表面不下沉、无气泡、泛浆为宜，该桩接桩共用C35混凝土143 m3。

4 断桩原因深层次分析

根据3-1桩基施工过程及后续其他桩基施工中遇见的问题及解决措施，结合全桥126根桩基施工过程中遇见的问题、处理措施数理统计，经归纳分析得出高铁桥梁大直径深柱基水下灌注桩产生堵管、造成断桩的要因有以下四方面：

1)混凝土初凝时间不足。

桩基混凝土试验报告上要求初凝时间不少于5 h，统计数据显示，混凝土自拌和站出发，经远距离运输到现场加上等候时间，5 h初凝时间根本没法保证，若遇中途堵车，个别车辆混凝土到现场基本没坍落度；在施工的110根桩基期间，确认由于混凝土初凝时间短差点导致堵管的频数是33，出现频率是30%，累计频率是30%。

2)混凝土坍落度损失大。

桩基混凝土标号为C35，试验报告显示混凝土坍落度要求为16 cm～22 cm，在施工的110根桩基期间，经抽样发现，坍落度低于16 cm的频数是30，出现频率是27.27%，累计频率是57.27%。

3)泥浆指标不满足要求。

桩基混凝土灌注前，泥浆比重要求不大于1.1，含砂率要求不大于2%；在施工的110根桩基期间，经抽样发现，桩基灌注前，实测泥浆比重1.15，含砂率3%的频数是27，出现频率是24.55%，累计频率是81.82%，由于长时间清孔，泥浆指标达不到要求，为确保工期而盲目灌桩。

4)料斗下导管配置不合理。

正常灌桩时料斗下导管一般配置为0.5 m+1 m调节段，桩基灌注拆除导管时，现场作业人员在安装导管顶节时，少安装调节段1 m，拆除导管时误以为安装了1 m调节段，导致导管埋深太浅，甚至导管拔脱混凝土面，在施工的110根桩基期间，发生导管埋深过浅险些脱离混凝土面的频数是20，出现频率是18.18%，累计频率是100%。

5 预防堵管、断桩的措施

1)调整混凝土配合比确保初凝时间。

调整混凝土配合比，加入适量缓凝剂，使混凝土初凝时间延长，从而延长了混凝土可利用初凝时间，经调整后混凝土灌注时间小于混凝土可利用初凝时间，可保证长距离运至工点的混凝土在正常灌注时不会凝固，可杜绝由于混凝土凝固导致堵管事件发生。

2)调整混凝土配合比，加大混凝土坍落度。

经多次试验，经调整过配合比的混凝土经过长距离运输到达施工现场后，混凝土坍落度满足设计要求，可杜绝由于混凝土长距离运输导致坍落度损失，消除混凝土堵管、杜绝断桩现象。

3)严格控制泥浆指标。

灌注前应控制泥浆比重及含砂率，采用空压机代替泥浆泵进行二次清孔，加强清孔力度，灌注前，加强泥浆各项指标检测，可消除由于泥浆比重大、含砂率高产生对混凝土的顶托力导致堵管现象。

4)确保料斗下合理配置导管调节段。

桩基正常灌注时，料斗下宜配置为0.5 m+1 m调节段，导管中间节长度宜为2 m，底节可为4 m，拆除导管时，在确保导管正确埋深的情况下，拆除中间节，采用更换调节段1 m，0.5 m的方法确保导管正常埋深。

6 处理效果

实践证明采用下沉钢护筒的措施处理断桩是可行的。历时短、效率高，回填米粒石及下护筒1 d时间，开挖时，2只电动提升机作业，桩孔内4名工人(2班倒)，用了3 d时间将138 m3粒石开挖完毕，修整钢筋笼2 d时间，桩顶处理1 d时间，灌注混凝土1 d时间，共用了8 d时间，后经第三方检测，桩基质量满足要求，经过该桩基的处理，总结出桩基水下混凝土灌注产生堵管、断桩的四大要因以及有针对性的措施，这些措施在施工过程中都成功运用且收到良好效果。

7 结语

采用下沉钢护筒方案处理断桩是可行的，回填米粒石的作用是排除泥浆、修整钢筋笼；钢护筒底部带刃角，方便钢护筒下沉。

首节钢护筒四周码砌袋装砂卵石的作用是防止孔口坍方，也起到钢护筒的导向作用，逐段开挖，钢护筒在自重荷载及竖向荷载作用下下沉，对开挖人员起到防护作用，钢护筒顶部逐节接长，接口之间采用钢板帮焊、接缝之间采用焊渣填堵。

该措施成功运用的关键是钢护筒的防护作用，防止了桩孔泥浆护壁坍方对作业人员的威胁，以后类似工程应用此方案时，应重点考虑钢护筒厚度及刚度，若处在松软泥质地层中，则最好用钢筋混凝土护壁代替钢护筒。

此措施处理断桩唯一不利的因素是若桩基处在富水区，若钢护筒接口处密封性不好，水会渗入影响正常开挖。

钻孔桩基水下混凝土灌注，必须贯彻“四要因齐抓”的原则，即混凝土初凝时间、泥浆指标、混凝土坍落度、导管合理配置。施工现场应有一名有经验、高素质的桩基工程师，随时观察、掌握分析桩基灌注情况，正确判断各突发事件的原因及正确决策处理措施。

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On broken pile treatment measures of large-diameter deep pile foundation along Baling River

Ren Xiuheng

(No.6EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway20thBureauGroup,Xi’an710032,China)

Combining with the broken pile treatment example at Baling River Super-large Bridge at Kedi along Shanghai-Kunming Express Railway, the paper analyzes the reasons for the broken piles, mainly introduces the main technical measures in treatment and prevention of the broken piles at large-diameter deep pile foundation, and proves by the practice that it is feasible to adopt the subsidence steel guard barrel to deal with broken piles.

bridge, pile foundation, broken pile, steel guard barrel, kernel ston

2014-11-27

任秀恒(1981- ),男，工程师

1009-6825(2015)04-0167-03

U443.1

A