灌注桩施工质量通病及其防治办法的探讨.doc

灌注桩施工质量通病及其防治办法的探讨摘 要本文讨论了钻孔灌注桩施工质量问题的成因及其防治办法，主要从地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制和灌注等几个方面进行论述。重点阐述了笔者在担任吴江市第二水厂北侧规划支路工程项目总监期间遇到的桥梁灌注桩的质量事故的处理经过，补充了对混凝土灌注桩质量问题假象的认识，为同行提供经验。 关键词： 1、 灌注桩 2、 质量事故 3、钻芯检测 目 录前言.6 一、灌注桩质量保证措施.7（一）成孔质量制.7（二）钢筋笼质量控制.8（三）混凝土浇筑质量控制.8二、常见几种混凝土灌注桩缺陷形成原因.10（一）桩头破除不足.10（二）断桩.10（三）缩颈.11（四）桩底沉渣量过大.11（五）钢筋笼上浮.11（六）桩身混凝土强度不足.12三、 缺陷防治及处理措施.13（一）桩头破除不足.13（二）断桩.13（三）缩颈.13（四）桩底沉渣量过大.14（五）钢筋笼上浮.14（六）桩身混凝土强度不足.14四、结论.15致谢. .16参考文献.17 14前言钻孔灌注桩作为一种成熟的施工工艺，已被广泛应用于公路桥桩（柱）、建筑物基础、地下连续墙、坝基处理等工程领域。导致灌注桩施工质量问题的因素和防治办法业内人士也总结了很多经验，不外乎从地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制和灌注等几个方面进行论述。本文以笔者在吴江市第二水厂北侧规划支路工程（以下简称“规划支路工程”）担任总监期间遇到的桥梁灌注桩的质量问题处理经验为背景，系统地总结和整理了灌注桩施工应注意的一些关键性问题及其质量问题的解决方法。规划支路桥梁分部工程中灌注桩施工完成28天后，分别于2012年11月12日、2012年12月12日、2013年1月31日及2013年3月8日四次委托吴江市建设工程质量检测中心有限公司进行取芯检测，其中前两次结果只有极个别数据达到了设计要求，其他都未达到；最后一次检测绝大部分数据都达到了设计要求，极个别数据略低于设计要求。分析前两次的检测数据，发现部分桩基两根芯样（相同标高处）的强度检测数据偏差较大。如12月12日委托的检测报告中，1#墩13#桩的两根芯样的检测结果分别是22.0、31.1，相差两个等级。参建各方会商后初步分析“桩头破除不到位、芯样夹泥砂”是造成强度检测数据如此悬殊的根本原因。推断理由：所有桩的混凝土试块在标准养护条件下检测均合格；超声波检测报告显示桩的完整性没问题（超声波检测的原理：混凝土是由多种材料组成的多相非匀质体。对于正常的混凝土、声波在其中传播的速度是有一定范围的, 当传播路径遇到混凝土有缺陷时, 如断裂、裂缝、夹泥和密实度差等, 声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过, 声波将发生衰减, 造成传播时间延长, 使声速增大, 计算声速降低, 波幅减小, 波形畸变,利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化, 来分析判断桩身混凝土质量。声波透射法检测桩身混凝土质量, 是在桩身中预埋2 4 根声测管（本工程在桩身预埋了4根声测管）。将超声波发射、接收、探头分别置于2 根导管中, 进行声波发射和接收, 使超声波在桩身混凝土中传播, 用超声仪测出超声波的传播时间t、波幅A 及频率f 等物理量, 就可判断桩身结构完整性。）；静荷载试验检测显示桩的承载力符合规范和设计要求。2013年1月29日，在参建各方共同见证下，施工方开始对前2次未检测的剩余12套桩进行钻芯取样（全数检测），取样过程中，项目部总监发现取芯机械打膨胀螺栓固定时，部分桩需数次更换固定位置方能固定结实，且取出来的砼芯夹杂砂浆块、泥块等杂质，随即判断桩顶的混凝土结构松散，监理要求立即暂停取芯，待将桩头再往下破除100CM再进行取芯。2013年1月29日2013年1月30日期间，施工方将0#台的5#8#桩在原有桩头破除的基础上继续向下破除了1米，并于1月31日重新委托进行取芯检测，结果4根桩的检测数据都达到了设计强度的90%以上。经开会讨论，工程参建人员一致判断前两次的检测结果偏低的主要原因就是桩头破除不到位造成的。施工方随将其余26根桩统一又向下破除1米左右，于2013年3月8日邀请检测中心检测人员进行了第四次钻芯检测，检测数据表明大部分桩都达到了设计C30水下砼强度的要求，最低的也达到了27.6MPa。检测数据出来之后，施工方积极咨询混凝土、桥梁方面资深专家分析问题产生的原因，颇多意见汇总认为不合格的主要原因是桩头破除不到位所造成。同时，根据重力原理，采用水下自密性灌注桩施工工艺的混凝土的密实性会随着深度的加深而增加，强度也会随之提高，随后，设计院通过计算，为保障工程的耐久性和安全性增加了桩柱之间的系梁设计，施工单位付诸了实施。经历了3个多月的摸索，施工方终于找到了问题产生的根本原因。在这个过程中，我项目监理组全体成员查阅了诸多文献、检查了同步质控资料和影像资料，排除了本工程灌注桩多种可能的影响质量问题的因素，施工单位也为此花去了大量的人力、物力和资金。为了将来在同类工程中减少灌注桩施工质量问题的发生，现将前人研究和总结的灌注桩施工工艺的质保措施、质量缺陷形成的原因、防治措施逐一整理，以飨后人。一、灌注桩质量保证措施（一）成孔质量控制1. 孔的垂直度。钻孔灌注桩的垂直度是保证基础承载力和围护结构稳定性、建筑尺寸准确性的重要一环。产生斜孔或弯曲状孔的原因主要是:钻机安装就位稳定性差、钻机作业时振动或钻杆弯曲所致、地面软弱或软硬不均匀、土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其他硬物等情形。对于这些情况, 施工前必须认真做好准备: 将场地夯实平整，轨道枕木宜均匀着地，在不均匀地层中钻孔时采用自重大和钻杆刚度大的钻机；进入不均硬层、斜状岩层和碰到孤石时，钻速要打慢档。另外，安装导正装置也是防止孔斜简单有效的方法，规划支路桥梁工程建于捕捞中心河上，桥长30米，三跨，为保证孔的垂直度，工程施工又处于枯水期，施工方采用围堰抽水的方法，避免了水上便桥作业影响钻孔垂直度。2. 确保成孔深度。钻孔的深度是否达到设计要求，往往也影响灌注桩的承载力的重要因素之一。施工过程中自然地面的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，我项目监理部人员在桩架就位后及时复核护筒标高和桩具的总长度并做好记录，以便在成孔后能根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到的深度，成孔完成后及时采用测绳测量孔深。3. 泥浆的制备和清孔。清孔是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔，最终将桩孔内的沉渣清干净。从泥浆在混凝土钻孔桩施工中的护壁和清孔作用可以看出，泥浆的制备和清孔是确保钻孔灌注桩质量的关键环节。根据所处的不同地质条件，在钻孔灌注桩施工过程中必须严格进行工艺控制，不能选用高塑性粘土或膨润土拌制泥浆，并应根据施工机械、工艺及穿越土层的条件进行配合比设计。灌注桩成孔至设计标高，应充分利用钻杆在原位进行第1 次清孔，直到孔口返浆比重持续小于1. 10 1. 20, 粘度控制在17 20Pa.s，含砂率小于2%为止。4. 沉渣量检查。对摩擦桩来说, 由于其受力机理是通过桩表面和周围土壤之间的摩擦力或依附力，逐渐把荷载从桩顶传递到周围的土体中， 如果在设计中端部反力不大， 端部的沉渣量对桩承载力亦影响不大。对于钻孔端承桩,，如果沉渣量过大，势必造成受荷时发生大量沉降，同样使桩的承载力失效。（二）钢筋笼质量控制1. 钢筋笼制作质量。钢筋笼制作前首先要检查钢筋的质保资料, 然后进行取样试验, 合格后方可进行钢筋笼制作施工。同时, 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。由于吊环长度随钻机底梁标高的变化而改变, 所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度, 以确保钢筋埋入标高满足设计要求。2. 钢筋笼吊放。在钢筋笼吊放过程中, 应逐节验收钢筋笼连接焊缝的质量, 对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。在下放时应对准孔位中心, 一般采用正、反旋转缓慢地逐步下沉。（三）混凝土浇筑质量控制1. 为确保成桩质量, 要严格检查验收进场原材料质保书( 水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告) , 如发现实样与质保书不符, 应立即取样进行复查, 对不合格的材料( 如水泥、砂、石、水质) , 严禁用于混凝土灌注桩，实际施工过程中，我监理单位专监协助业主现场代表不定时抽查商品混凝土供应商原材料及实际投料配合比，保证了配合比的准确性。2. 项目部、施工队、试验人员各1 名进行旁站, 对每车混凝土做坍落度检测。首批灌注混凝土储料斗储量必须满足导管首次埋深不小于1. 0 m 及填充导管底部的要求。混凝土运至灌注地点时, 检查其和易性和坍落度等, 如不符合要求, 进行二次拌和；二次拌和后仍不符合要求时, 不得使用。首灌后混凝土因使用混凝土泵可满足连续灌注。灌注过程中应经常测探井孔内混凝土面的位置, 及时调整导管埋深, 控制在2 6 m。为防止钢筋骨架上浮, 当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1 m 左右时, 降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌和物上升到骨架底口4 m 以上时, 提升导管, 使其底口高于骨架底部2 m 以上, 即可恢复正常灌注速度。灌注的桩顶标高比设计高出0. 5 1. 0 m, 以保证混凝土强度（规划支路工程灌注桩施工中在控制超高部分混凝土时施工方未能充分认识到桩顶标高比设计高出0.51.0m的重要性，甚至多数桩只按最低0.5m的标准预留桩头，这也是导致本工程三次钻芯检测均不合格的假象的主要因素）；多余部分接桩和动测前必须凿除, 残余桩头应无松散层；对于一次不能灌注至桩顶标高的桩基, 安排在桩基检测合格后进行接桩；在灌注将近结束时, 核对混凝土的灌入数量, 以确定所测混凝土的灌注高度是否正确。二、常见几种混凝土灌注桩缺陷形成原因（一）桩头破除不足桩头破除不足原因有以下几种可能:1. 施工单位在进行桩机定位时未严格控制好桩机高度和护筒高度,导致停浆面与设计桩头高差太小,低于规范要求；2. 施工方管理不善，接近停浆面附近的最后一车混凝土差量时未及时补足方量。3. 灌注桩养护完成后破除桩头深度不够，有些设计图纸中采用桩柱一体化结构，故施工单位为了尽量减少混凝土的损失，主观上减少了破除桩头的深度。（二）断桩断桩是严重的质量事故, 必须在施工初期彻底消除诱发断桩的因素, 必须准备相应的对策, 预防事故的发生或一旦发生事故及时采取补救措施。产生断桩的原因有以下几方面:1. 灌注混凝土过程中, 应随时测定已灌混凝土表面标高, 当出现错误时, 会导致导管埋深过小,出现拔脱提漏现象, 可判断已形成夹层断桩。特别是钻孔灌注桩后期, 超压力不大或探测仪器不精确时, 易将泥浆中混合的坍土层误认为是混凝土表面。因此, 必须严格按照规程用规定的测身锤测量孔内混凝土表面高度, 并认真核对, 保证提升导管不出现失误。2. 在灌注过程中, 导管的埋置深度是一个重要的施工指标。导管埋深过大, 以及灌注时间过长,会导致已灌混凝土流动性降低, 从而增大混凝土与导管壁的摩擦力, 加上提升阻力很大的法兰盘连接的导管时连接螺栓拉断或导管破裂而产生断桩。3. 卡管现象也是诱发断桩的重要原因之一。由于人工配料( 有的机械配料不及时校核) 随意性大、责任心差, 造成混凝土配合比在执行过程中的误差大, 使坍落度波动大, 拌制的混合料时稀时干。坍落度过大时会产生离析现象, 使粗骨料相互挤压阻塞导管; 坍落度过小或灌注时间过长, 使混凝土的初凝时间缩短, 加大混凝土下落阻力而阻塞导管, 都会导致卡管事故, 造成断桩。所以严格控制混凝土配合比, 缩短灌注时间, 是减少和避免此类断桩的重要措施。4. 坍塌。因工程地质情况较差, 或施工单位组织施工时重视不够, 或更有甚者将工程分包或转包, 施工者无经验, 会致使灌注过程中井壁坍塌严重或出现流砂、软塑状质等造成类泥砂性断桩。5. 泥浆过稠, 会增加浇筑混凝土的阻力。如泥浆比重大且泥浆中含较大的泥块, 则施工中经常会发生导管堵塞、流动不畅等现象, 有时甚至灌满导管还是不行, 最后只好提取导管上下振击。由于导管内储存了大量混凝土, 一旦流出其势甚猛; 混凝土流出导管后, 即冲破泥浆最薄弱处急速返上, 并将泥浆夹裹于桩内, 造成夹泥层。6. 导管漏水、机械故障或停电会造成施工不能连续进行, 井中水位突然下降等因素都可能造成断桩, 因此应认真对待灌注前的准备工作, 这对保证桩基的质量很重要。（三）缩颈产生的原因如下：1. 在饱和淤泥或淤泥质软土层中沉桩管时土受强制扰动挤压, 产生孔隙水压, 桩管拔出后, 挤向新灌注的混凝土, 使桩身局部直径缩小。 2. 在流塑淤泥质土中, 由于套管的振荡作用, 使混凝土不能顺利灌入, 被淤泥质土填充进来, 造成缩颈。 3. 桩身埋置的土层, 如上下部水压不同, 桩身混凝土养护条件有别, 凝固和收缩差异较大造成缩颈。 4. 桩间距过小, 邻近桩施工时挤压已成桩使其缩颈采用跳打法加大桩的施工间距拔管速度过快, 桩管内形成真空吸力, 对混凝土产生拉力, 造成缩颈。5. 拔管时管内混凝土量过少拔管时, 管内混凝土应随时保持2m 左右高度, 也应高于地下水位1. 0 1. 5m, 或不低于地地面混凝土坍落主较小, 和易性较差, 拔管时管壁对混凝土产生摩擦力造成缩颈。6. 在饱和淤泥土层中施工, 灌入混凝土扩散严重不均匀,造成缩颈。7. 在钻孔过程中, 由于钻锥磨损或焊补不及时, 或地层中遇到膨胀的软土、粘土、泥岩等, 容易产生缩孔现象, 致使钢筋笼下不去。（四）桩底沉渣量过大原因主要是: 检查不够认真, 清孔不干净或没有进行二次清孔。（五）钢筋笼上浮原因有二: (1) 混凝土灌注至钢筋笼下, 若此时提升导管, 而当导管底端距离钢筋笼仅1 m 左右时, 由于灌注的混凝土自导管流出后冲击力较大, 会推动钢筋笼上浮; ( 2) 由于混凝土灌注导管埋深较大时, 其上层混凝土因浇筑时间较长, 已近初凝, 表面形成硬壳, 混凝土与钢筋笼有一定握裹力。若此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上, 则混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升, 同时也带动钢筋笼上移。（六）桩身混凝土强度不足原因主要有以下五方面:1. 混凝土振捣时间过短导致空鼓，或过长导致离析，造成混凝土密实性不足；2. 地下水侵入致水泥浆稀释上浮、砂石下沉，以致混凝土密实性较差；3. 混凝土灌注过程中，因导管漏水或导管提漏而二次下球造成缩颈现象；4. 导管埋深过大，拔出时底部已接近初凝，导管拔上后混凝土未能及时冲填，造成泥浆填入形成夹泥层；5. 浇筑混凝土时间相隔过长，交界面形成硬壳引发断层。由于桩身混凝土强度不足的质量事故隐蔽性极大，不易发现，而且也只能到检测阶段才能发现，因此危险性很大。三、 缺陷防治及处理措施（一） 桩头破除不足1. 防治方法在浇筑灌注桩混凝土尤其是接近设计标高时应尽可能多浇筑一段桩顶混凝土（即护筒安装时，筒顶标高要高出设计停桩面2M），可完全排除桩顶含有杂质的混凝土的可能性，便于成型后敲凿完桩头后混凝土强度能达到设计要求；另外，在敲凿桩头混凝土时施工方应特别注意该处混凝土的密实情况并查看是否含有任何杂质，在规划支路工程中施工人员缺乏经验，任凭检测单位取芯而未发觉所取得混凝土芯部分还含有泥土杂质的现象，导致检测不合格的假象。（二） 断桩1 防治方法(1) 认真做好清孔, 防止孔壁坍塌。(2) 尽可能提高混凝土浇筑速度: 开始浇混凝土时尽量积累大量混凝土, 产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力。 快速连续浇筑, 使混凝土和泥浆一直保持流动状态, 可防导管堵塞。(3) 提升导管要准确可靠, 灌注混凝土过程中随时测量导管埋深, 严格遵守操作规程。(4) 灌注水下混凝土前检查导管是否漏水、弯曲, 发现问题要及时更换。2处理方法(1) 原位复桩。对在施工过程中及时发现的断桩应彻底清理, 在原位重新浇筑1 根新桩。此种方法效果好、难度大、周期长、费用高。具体操作方法是将孔内回填土经沉淀后用冲击锥二次成孔或直接用冲击锥对已浇成的坏桩进行冲击二次成孔, 重新浇筑。(2) 接桩。首先对桩进行声测以确定断桩的部位, 然后按挖孔混凝土施工方法进行混凝土浇筑。浇筑前老桩必须充分凿毛。(3) 桩芯凿井法。边降水边采用风镐在缺陷桩中心凿一个直径为80 cm 的井, 深度至少超过缺陷部位; 然后封闭, 清洗泥砂, 放置钢筋笼, 用挖孔混凝土施工方法浇筑膨胀混凝土。（三）缩颈1. 处理方法: （1）控制拔管速度, 采取“ 慢拔密振”或“慢拔密击”方法；（2）采用复打法( 锤击沉管桩) 或反插法( 振动沉管桩)；（3）在易缩颈部位放置混凝土预制桩段；（4）保持正常拔管速度；（5）采用全适的坍落度:8 10cm( 配筋时) ，6 8cm( 素混凝土)；（6）拔出钢筋笼并用钻锥上下冲扩，若仍然不行, 则应在锥头上加焊8 cm 的合金钢, 扩大孔径, 成孔后重新浇筑。（四）桩底沉渣量过大1. 防治措施: ( 1) 认真检查, 采用正确的测绳与测锤; ( 2) 一次清孔后, 若不符合要求, 要采取措施, 如改善泥浆性能、延长清孔时间等； 下完钢筋笼后, 应再检查沉渣量, 如沉渣量超过规范要求, 应进行二次清孔；二次清孔可利用导管进行, 准备一个清孔接头, 一头接导管, 一头接胶管, 在导管下完后, 提离孔底0. 4 m, 在胶管上接上泥浆泵直接进行泥浆循环。二次清孔优点: 及时有效地保证桩底干净。（五）钢筋笼上浮1. 防治措施: ( 1) 灌注混凝土过程中, 应随时掌握混凝土浇筑标高及导管埋深, 当混凝土埋深超过钢筋笼底端2 3 m 时, 应及时将导管提至钢筋笼底端以上；( 2) 当发现钢筋笼开始上浮时, 应立即停止浇筑, 并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高, 提升导管后再进行浇筑, 上浮现象即可消除。（六）桩身混凝土强度不足1. 在施工阶段的防治措施: ( 1) 对于孔内有地下水且水位低、水量小的桩孔, 在浇捣时应将混凝土拌匀, 水抽干, 可以采用串筒迅速浇捣；但是对于水位以下部分, 必须调整混凝土配合比, 适当减少用水量并增加水泥用量。( 2) 对于水位高、出水量大的桩孔, 在水位下必须采用水下混凝土配合比与导管灌注法灌注； 在水位之上, 为避免水下导管灌注通病即桩身上部混凝土强度低, 则可采用简单串筒浇捣；2 种不同方法施工的交接层，用插捣器穿过反复插捣。2. 在检测阶段发现强度不足时，处理方法一般只能选择补桩、高压灌浆、增加连系地梁等方案处理，笔者在规划支路工程监理中发现的少数桩的砼强度未达到设计要求的C30强度时，为保障桩基的安全性，最终仍采用了增加连系地梁的设计加固措施，将原设计意图中桩-柱一体结构转换为桩-系梁-柱结构，确保了桥梁的整体性和安全性。四、结语钻孔灌注桩的施工过程属隐蔽工程, 质量检查比较困难, 加强桩基工程检测只是一种手段, 要保证钻孔灌注桩的施工质量, 关键还在于人。现场管理人员要有高度责任心, 应了解所采取的施工工艺是否适合施工的实际情况, 且应针对实际施工现场情况采取一定的质量保证措施。对桩基各个施工环节要充分重视并精心施工, 掌握施工过程中的实际情况和施工记录, 认真做好成孔记录与灌注记录, 分析记录中出现的机械故障及孔内异常情况、事故等, 并进行推断, 及时消除隐患。在安装钻孔机械时就要充分考虑预留的破除混凝土高度是否足够，标高是否已控制到位；在进行混凝土成品取芯检测的过程中更应该慎之又慎，必须仔细查看敲凿后的混凝土密实情况并严密监视取出来的芯样的表观质量，从而初步推断桩头是否已破除到位，否则，因检测桩头砼强度不合格而导致的质量问题假象将带来不可估量的经济损失。致谢本论文引用了很多资料，在此谨向有关文献的作者表示衷心的感谢；向给于我指导的指导老师表示衷心的感谢！由于本人的水平有限，论文中一定还存在着很多不妥和错误之处，恳请同行、老师批评指正，本人不胜感激。参考文献1. 陆维军,软基路基处理沉管灌注桩施工工艺J,中国高新技术企业,2009(19)。2. 杜仁才，监理对泥浆护壁钻孔灌注桩施工质量控制，安徽冶金科技职业学院学报，2011年02期。3. 李小林，混凝土灌注桩断桩处理及质量控制，江西建材，2011年03期。 4. 曹瑞森, 灌注桩水下混凝土施工常见问题及解决方法，中国水运(下半月)，2011年10期。5. 李国劲; 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