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钻孔灌注桩在施工中常见问题及处理措施浅析摘 要：针对钻孔桩钻孔及水下灌注水下混凝土施工常见的问题，而采取的相应防治措施。 关键词：钻孔灌注桩；水下混凝土混凝土灌注；造成原因；防治措施；处理方法 。桥梁的桩基础根据施工方法的不同可分为：沉入桩、钻孔桩、挖孔桩等，而钻孔桩则是桥梁桩基础中比较常见的一种施工方法。钻孔桩的施工在施工过程中受到牵制的因素比较多，容易产生断桩等施工通病。本文结合斯里兰卡亭可马里综合基建项目（TIIP）A15路桥梁工程施工实践，浅析了钻孔桩钻孔过程及混凝土灌注过程中遇到的一些常见问题，分析了产生问题的原因，总结出了一些规律和防治措施，为今后的施工起到一些帮助。现针对这些问题和措施，作一一介绍。 一、钻孔过程出现的质量问题及处理措施 (一)护筒冒水 护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉，护筒倾伴和移位，造成钻孔偏斜，甚至无法施工。 造成原因 1. 埋设护筒的周围不密实、护筒水位差太大，水头太高，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。 2. 钻头起落时碰撞钢护筒。 防治措施 1 在埋筒时，坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实。 2 在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持1.0m-1.5m的水头高度，保证孔内泥浆压力永远大于环境地下水向孔壁的渗透压力。 3 钻头起落时，应防止碰撞护筒。 处理方法 发现护筒冒水时，应立即停止钻孔，用粘土在四周填实加固，若护筒严重下沉或移位时，则应重新定位后安装护筒。 （二）钻孔漏浆 造成原因 1 在透水性强的砂砾或流砂中，特别是在有地下水流动的地层中钻进时，稀泥浆向孔壁外漏失。2 护筒埋置太浅，回填土夯实不够，致使刃脚漏浆。 3 护筒制作不良，接缝不密实，造成漏浆。 防治措施 1 使用较粘稠或高质量的泥浆钻孔。 2 按有关护筒制作与埋设的要求处理。 处理方法 接缝处漏浆不严重时，可让潜水工用棉絮堵塞，封闭接缝。如漏水严重时，应挖出护筒，修理完善后再重新埋设。 （三）掉钻落物 造成原因 1 卡钻时强提强扭，操作不当，使钻杆或钢丝绳超负荷疲劳断裂。 2 钻头接头不良或滑丝。 3 电动机接线错误，钻机反向旋转，钻杆松脱。4 转向环、转向套等焊接处断开。 5 钢丝绳过度陈旧，断丝太多，未及时更换。 6 操作不慎，落入扳手、撬棍等物。 防治措施 1 开钻前应清除孔内落物，零星铁件可用电磁铁吸取，较大落物和钻具也可用冲抓锥打捞，然后再护筒口加盖。 2 经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联接装置。 3 为便于打捞落锤，可在冲击锤或者其它类型的钻头上预先焊打捞环，打捞杠或在锥身上围捆几圈钢丝绳等。 （四）塌孔、溶洞或裂隙 钻进过程中，如发现排出的泥浆中出现细密的气泡、泥浆突然漏失、渣量显著增加而不见进尺、钻机负荷显著增加，则表示有孔壁坍陷、溶洞或裂隙的迹象。 造成原因 1. 孔壁坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好. 2. 钢护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位较低。 3. 钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。 4. 当遇到小溶洞或裂缝时，可能发生孔内泥浆均匀缓慢下降的现象。 5. 地下水流量大，护壁及钢护筒不起作用，造成塌孔。 6 提钻头、下钢筋笼时碰撞孔壁。 7 护筒周围堆放重物或机械振动。 防治措施 1. 在松散易坍的土层中，适当埋深护筒。 2. 用粘土密实填封护筒四周，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度。 3. 保持护筒内泥浆水位高于地下水位。 4. 搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，钢筋笼接长时要加快焊接时间，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。 处理方法 1 当遇到小溶洞或裂隙且发生孔内泥浆均匀缓慢下降的现象的时候，可采用在泥浆中加适量水泥，增大泥浆比重及其护壁效果。 2 当遇到大溶洞时，孔内泥浆急剧下降的情况，可采用粘土或碎石回填后重新钻孔。 3 当遇到地下水流量大、地下水位过高，护壁及钢护筒均不起作用时，可采用在本桩附近井点降水的方法，降低孔内地下水位至砼浇注完毕。 （五）糊钻和埋钻 粘性岩粉粘附在粗径钻具的外表面的现象。 造成原因 1 糊钻和埋钻常出现于正反循环回转钻进。正反循环回旋钻进中，糊钻的表征是在细粒土层中钻时进尺缓慢，甚至不进尺出现憋泵现象。在粘土层中冲击成孔时，由于冲程太大，泥浆粘度过高，泥渣量大，钻杆内径过小，出浆口堵塞以致钻头被糊钻或者被埋住。 防治措施 1 对正反循环回旋钻，可清除泥包，调节泥浆的相对密度和粘度。 2 适当增大泵量和向孔内投入适量的砂石解决泥包糊钻，选取用刮板齿小，出浆口大的钻锤。 处理方法 若已严重糊钻，应停钻，清除钻渣。对钻杆内径、钻渣进出口和排渣设备的尺寸进行检查计算。 （六）缩颈 缩颈即实际孔径小于设计孔径。 造成原因 1. 软土层受地下水影响和周边车辆振动。 2. 塑性土膨胀，造成缩孔。 3. 钻锤磨损过甚，焊补不及时。 防治措施 1. 在软塑土地层采用失水率小的优质泥浆护壁，降低失水量。 2. 成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间内，孔壁形成泥皮，则孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀。 3. 及时焊补钻锤，或在其外侧焊接一定数量的合金刀片，在钻进或起钻时起到扫孔作用。 处理方法 1. 如出现缩颈，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。 （七）成孔偏斜 成孔壁桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。 造成原因 1. 施工现场不平整，不坚实，地面软弱或软硬不均匀，在支架上钻孔时，支架的承载力不足，发生不均匀沉降，导致钻杆不垂直。 2. 钻机部件磨损，接头松动，钻杆弯曲。 3. 钻头晃动偏离轴线，扩孔较大。 4. 土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形。 5.在有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜处钻进或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均匀。 6.施工检测控制不到位。 防治措施 1. 先将场地夯实平整，轨道及枕木宜均匀着地，支架的承载力应满足要求，在发生不均匀沉降时，必须随时调整。 2. 钻机就位时，应使转盘，底座水平，使起重滑轮缘、钻杆的卡盘和护筒的中心在同一垂直线上，并在钻进过程中防止位移，在不均匀地层中钻孔时，采用自重大、钻杆刚度大的钻机。 3. 进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，钻速要加慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。 处理方法 钻孔偏斜时，可提起钻头，上下反复扫钻几次，以便削去硬土，如纠正无效，应于孔中局部回填粘土至偏孔处0.5m以上，待沉积密实后再钻。 （八）桩底沉渣量过多 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；而对于端承桩来说，如果沉渣量过大，势必造成桩受荷时发生大量沉降，同样使桩的承载力失效，因此钻孔灌注桩的沉渣量检查是施工控制中的一项关键工作。 造成原因 1. 检查不够认真，清孔不干净或未进行二次清孔。 2. 泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起。 3. 钢筋笼吊放过程中，未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底。 4. 清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。 防治措施 1. 加强对沉淀层的检查力度和意识。 2. 成孔后，钻头提高孔底20cm-30cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30min。采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不要用清水进行置换。 3. 钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。可采用钢筋笼冷压接头工艺加快对接钢筋笼速度，减少空孔时间，从而减少沉渣。下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，直至孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求。 4. 开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为30cm-40cm，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下1.0m以上，以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣，达到消除孔底沉渣的目的。 二、 水下混凝土灌注施工问题及处理措施 (一)卡管 水中灌注混凝土过程中，混凝土在导管中下不去的现象。 造成原因 1. 初灌时，隔水栓堵管。 2. 混凝土和易性、流动性较差造成离析，混凝土中粗骨料粒径过大。 3. 各种机械故障引起混凝土浇筑不连续，在导管中停留时间过长而卡管；造成混凝土离析等。 防治措施 1. 使用的隔水栓直径应与导管内径相配，同时具有良好的隔水性能，保证顺利排出；或采用隔水盖板或插板盖住导管顶部，封底时拉起盖板或抽时插板即可。 2. 在混凝土灌注时，应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必须具备良好的和易性，配合比应实验室确定，坍落度宜为18cm-22cm。为改善混凝土的和易性和缓凝，水下混凝土掺缓凝剂。 3. 应确保导管连接部位的密封性，导管使用前应试拼装、试压，试水压力为0.6 Mpa -1.0Mpa，以避免导管进水。 4. 在混凝土浇筑过程中，混凝土应缓缓倒入漏斗的导管，避免在导管内形成高压气塞。 5. 在施工过程中，应时刻监控机械设备，确保机械运转正常，避免机械事故的发生。 （二）钢筋笼上浮 造成原因 1 当混凝土灌注至钢筋笼下，若此时提升导管， 导管底端距离钢筋笼底有13m左右的距离时，由于浇注的混凝土自导管流出后冲击力较大，推动了钢筋笼上浮. 2. 由于混凝土灌注过程导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已接近初凝表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定握裹力，如果此时导管底部未及时提到钢筋笼底部以上，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。 防治措施 1. 适当减少钢筋笼下端箍筋数量，可用减少混凝土向上的顶托力。 2. 钢筋笼上端焊固在护筒上，可用承受部分顶托力，具有防止其上升的作用。 3. 在孔底设置直径不小于主筋的12道加强环形筋，并以适当数的牵引筋牢固地焊接于钢筋笼的底部，实践证明对于克服钢筋笼上升是行之有效的。 4. 加快混凝土灌注速度，缩短灌注时间，或掺外加剂，防止混凝土顶层进行钢筋笼时流动性变小，当混凝土上升到接近钢筋笼下端时，控制导管埋深在1.5cm-2.0m，应放慢浇筑速度，减小混凝土面上升的动能作用，以免钢筋笼顶被托而上浮。 5. 灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2m-3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m-6m，建议控制在4.5m左右，严禁把导管提出混凝土面。 处理方法 1. 当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇注，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注，上浮现象即可消除。 （三）断桩。 泥浆或砂砾与水泥混凝土混合把灌注的上下两段混凝土隔开，使混凝土变质或截面积受损，是较严重的质量事故。 造成原因 1. 封底时，由于导管底端距孔底过远，混凝土被泥浆稀释，使水灰比增大，造成混凝土不凝固，形成混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土填充。 2. 泥浆过稠，增加了浇注混凝土的阻力，如泥浆比重大且泥浆中含较大的泥块，导致在施工中经常发生导管堵塞、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，由于导管内储存大量混凝土，一旦流出其势甚猛，在混凝土流出导管后，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。 3. 灌注混凝土过程中，因导管漏水或导管提漏而二次下沉也是造成夹泥层和断桩的原因。导管提漏有两种原因：（1）当导管堵塞时，一般采用上下振击法，使混凝土强行流出，但如此时导管埋深很少，极易提漏；（2）因泥浆过稠，如果估算或测混凝土面难，在测量导管埋深时，对混凝土浇注高度判断错误，而在卸管时多提，使导管提离混凝土面，也就产生提漏，引起断桩。 4. 灌注时间过长，而上部混凝土已接近初凝，形成硬壳，而且随时间增长，泥浆中残渣将不断沉淀，从而加厚了积聚在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注极为困难，造成堵管与导管拔不上来，引发断桩事故。 5. 导管埋得太深，拔出时底部已接近初凝，导管拔上后混凝土不能及时冲填，造成泥浆填入。 6. 浇注混凝土时，没有从导管内灌入，而采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，产生混凝土离析造成凝固后不密实坚硬，个别孔段出现疏松、空洞的现象。 7. 混凝土灌注过程中，发生了人为不可抗拒的自然灾害，迫使灌注停止。 防治措施 1. 成孔后，必须认真清孔，防止孔壁坍塌。清孔时间应根据孔内沉渣情况而定，清孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣超过规范规定。 2. 灌注混凝土前认真进行孔径测量，准确算出全孔及首盘混凝土灌注量。3. 尽可能提高混凝土浇注速度：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；快速连续浇注，使混凝土和泥浆一直保持流动状态，可防导管堵塞。 4. 混凝土浇注过程中，应随时控制混凝土面的标高和导管的埋深，提升导管要准确可靠，并严格遵守操作规程。 5. 严格确定混凝土的配合比，混凝土应有良好的和易性和流动性，坍落度损失应满足灌注要求6. 在地下水活动较大的地段，事先要用套管或水泥进行处理，止水成功后方可灌注混凝土。 7. 灌注混凝土应从导管内灌入，要求灌注过程连续、快速，准备灌注的混凝土要足量，在灌注混凝土过程中应避免停电、停水，必要时应有备用搅拌机、发电机等应急设施。 8. 导管的拆卸长度应根据导管内外混凝土的上升高度而定，切勿起拔过多。 9. 对导管的要求：（1）导管应有足够的抗拉强度，能承受其自重和盛满混凝土的重量；（2）各节的安装接头的对接位置，要预先试拼并作好标记，安插导管时须按试拼时的状态对号安装，所有的法兰盘接头均须垫入5mm-7mm厚的橡胶垫圈，安放时须对正放平，拧紧螺栓，严防漏水；（3）内径应一致，其误差应±2mm，内壁须光滑无阻，组拼后须用球塞、检查锤作通过试验；（4）最下端一节导管长度要长一些，一般为4m左右，其底端不得带法兰盘，以便在混凝土内减小摩擦。每节导管的长度要整齐统一，便于丈量长度，并作出标记和记录；（5）导管使用前做好水密性试验。 处理方法 1 压入水泥浆补强。 2 重新补桩或会同设计单位研究其他补救措施。（四）埋管 导管无法拔出称为埋管。 造成原因 1 导管埋入混凝土过深，导管内外混凝土已初凝与混凝土间摩阻力过大。 2 提管过猛将导管拉断。 防治措施 1 严格控制导管埋深，一般在2-6m，建议控制在4.5m。 2 首批混凝土掺入缓凝剂，加速灌注速度。 3 导管接头螺栓事先应检查是否稳妥，提升导管时不可过猛。 处理方法 1 初时可用链滑车、千斤顶试拔，如仍拔不出，凡属并非因混凝土初凝流动性损失过大的情况，可插入一直径稍小的护筒至已灌混凝土中，用泥浆机吸出混凝土表面泥渣。 2 派潜水工至混凝土面，在水下将导管齐混凝土面切断，拔出小护筒，重新向下导管灌注，此桩灌注完成后，上下断层间应予以补强。 （五）灌短桩头 灌注结束后，若桩头高程低于设计高程，则属桩头灌短事故，即短桩。 造成原因 1 灌注桩接近结束时，浆渣过稠，用测深锤探测难于判断泥渣或者混凝土表面，或者由于测深锤太轻，沉不到混凝土面，发生误测，以致拔出导管终止灌注而造成断桩头事故。 2 灌注混凝土时发生孔壁塌方，未被发觉，测深锤或测深仪探头达不到混凝土面。 防治措施 1 测深锤亦重不亦轻，建议使用两个测深锤（一重一轻，轻锤灌注过程前期使用，重锤后期使用）。 2 灌注将近结束时加清水稀释泥浆并掏出部分沉淀浮渣。 3 用热敏电阻仪或者感应探头测深仪。 4 在灌注过程中，注意是否有发生塌孔的征兆，如有塌孔，应采取措施处理后再续灌。 处理方法 1 按具体情况参照前述接长护筒，或在原护筒里面或外面加设护筒，压入已灌注的混凝土内，然后抽水，除渣，接浇普通混凝土。 2 用高压水将泥渣和松散层冲松，再用吸泥机将混凝土表面上的泥浆沉渣吸除干净，重新下导管灌水下混凝土。 三、结 语 钻孔灌注桩有很多优点，但是由于施工环节多，工艺复杂，成桩质量有可能受到多种因素的干扰，严重时会导致桩身承载力明显下降，甚至造成断桩等重大质量事故。为了确保成桩质量和桩基工程的安全，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，发现问题及时补救。以上是钻孔灌注桩施工中常遇到的问题及相应解决措施，对现场施工确保整体工程施工质量，有一定的参考价值。 四、参考文献 1 王伯惠、上官兴. 中国钻孔灌注桩新发展M.北京：人民交通出版社，1999 2 公路桥涵施工技术规范S. 中华人民共和国行业标准，JTJ041-2000 3 杨文元.桥梁施工工程师手册M.北京：人民交通出版社，1985.