橋梁工程鉆孔灌注樁常見質(zhì)量事故及處理措施淺析

段慶英

【摘要】本文對橋梁工程樁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工中常見的質(zhì)量事故進(jìn)行綜合分析，根據(jù)質(zhì)量事故的發(fā)生原因，提出了便于實施的防治方法和處理措施。其中，重點(diǎn)論述了鉆孔灌注樁的施工特點(diǎn)、鉆孔過程中常見的質(zhì)量問題及處理措施、水下砼灌注和樁身砼常見的質(zhì)量問題及處理措施，對實施性工程可起到參考作用。

【關(guān)鍵詞】橋梁工程、鉆孔灌注樁、質(zhì)量事故、處理措施

一、前言

近年來，我國高速公路建設(shè)迅猛發(fā)展，其中包括大量的橋梁工程。橋梁工程的樁基礎(chǔ)設(shè)計多為鉆孔灌注樁，雖然長期以來各施工企業(yè)在澆注水下混凝土方面已積累了大量的實踐經(jīng)驗，但由于樁基工程的隱蔽性，使得其工程事故還是時有發(fā)生，大到斷樁，小到浮籠等，給工程質(zhì)量帶來了極大的影響并造成了不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。因此，有必要對鉆孔灌注樁的常見質(zhì)量事故加以分析，找出質(zhì)量事故發(fā)生的原因，研究相應(yīng)對策，盡可能防止質(zhì)量事故的發(fā)生。

二、鉆孔灌注樁的特點(diǎn)

鉆孔灌注樁具有低噪音、小振動、無擠土，對周圍環(huán)境及鄰近建筑物影響小，能穿越各種復(fù)雜地層和形成較大的單樁承載力，適應(yīng)各種地質(zhì)條件和不同規(guī)模建筑物等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁、房屋、水工建筑物等工程中得到了廣泛應(yīng)用，已成為一種重要的基礎(chǔ)樁型。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，鉆孔灌注樁的樁長和樁徑不斷加大，單樁承載力也越來越高，同時，也使單柱單樁的設(shè)計成為可能。對于長樁、大樁，其施工難度大，易發(fā)生質(zhì)量事故。而單柱單樁的設(shè)計，對樁的質(zhì)量要求高，發(fā)生質(zhì)量事故后，加固處理難度大，且費(fèi)用較高。

三、鉆孔過程中常見的質(zhì)量事故及處理措施

1、地質(zhì)勘探資料和設(shè)計文件存在的問題

地質(zhì)勘探主要存在勘探孔間距太大、孔深太淺、土工試驗數(shù)量不足、土工取樣和土工試驗不規(guī)范、樁周摩阻力和樁端阻力不準(zhǔn)等問題。設(shè)計文件主要存在對地質(zhì)勘探資料沒有認(rèn)真消化、樁型選擇不當(dāng)、竣工地面標(biāo)高不清等問題。因此，在樁基礎(chǔ)開始施工前，應(yīng)針對這些問題對地質(zhì)勘探資料和設(shè)計文件進(jìn)行認(rèn)真審查。另外，對樁基礎(chǔ)持力層厚度變化較大的場地，應(yīng)適當(dāng)加密地質(zhì)勘探孔，必要時進(jìn)行補(bǔ)充勘探，防止樁端落在較薄的持力層上而發(fā)生樁端沖切破壞。場地有較厚的回填層和軟土層時，設(shè)計者應(yīng)認(rèn)真校核樁基是否存在負(fù)摩擦現(xiàn)象。

2、孔口高程及鉆孔深度的誤差

2.1 孔口高程的誤差

孔口高程的誤差主要有兩方面，一是由于地質(zhì)勘探完成后場地再次回填，計算孔口高程時疏忽引起的誤差。二是由于施工場地在施工過程中廢渣的堆積，地面不斷升高，孔口高程發(fā)生變化造成的誤差。其對策是認(rèn)真校核原始水準(zhǔn)點(diǎn)和各孔口的絕對高程，每根樁開孔前復(fù)測一次樁位孔口高程。

2.2 鉆孔深度的誤差

有些工程在場地回填平整前就進(jìn)行工程地質(zhì)勘探，地面高程較低，當(dāng)工程地質(zhì)勘探采用相對高程時，施工應(yīng)把高程換算一致，避免出現(xiàn)鉆孔深度的誤差。另外，孔深測量應(yīng)采用丈量鉆桿的方法，取鉆頭的2/3長度處作為孔底終孔界面，不宜采用測繩測定孔深。鉆孔的終孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以樁端進(jìn)入持力層深度為準(zhǔn)，不宜以固定孔深的方式終孔。因此，鉆孔到達(dá)樁端持力層后應(yīng)及時取樣鑒定，確定鉆孔是否進(jìn)入樁端持力層。

3、孔徑誤差

孔徑誤差主要是由于工人疏忽用錯其他規(guī)格的鉆頭，或因鉆頭陳舊，磨損后直徑偏小所致。對于樁徑800～1200mm的樁，鉆頭直徑比設(shè)計樁徑小30～50mm是合理的。每根樁開孔時，合同雙方的技術(shù)人員應(yīng)驗證鉆頭規(guī)格，實行簽證手續(xù)。

4、鉆孔垂直度不符合規(guī)范要求

4.1造成鉆孔垂直度不符合規(guī)范要求的主要原因如下：

（1）、場地平整度和密實度差，鉆機(jī)安裝不平整或鉆進(jìn)過程發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致鉆孔偏斜。（2）、鉆桿彎曲、鉆桿接頭間隙太大，造成鉆孔偏斜。

（3）、鉆頭翼板磨損不一，鉆頭受力不均，造成鉆頭偏離方向。

（4）、鉆進(jìn)遇軟硬土層交界面或傾斜巖面時，鉆壓過高使鉆頭受力不均，造成鉆頭偏離方向。

4.2控制鉆孔垂直度的主要技術(shù)措施為：

（1）、壓實、平整施工場地。

（2）、安裝鉆機(jī)時應(yīng)嚴(yán)格檢查鉆進(jìn)的平整度和主動鉆桿的垂直度，鉆進(jìn)過程應(yīng)定時檢查主動鉆桿的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)立即調(diào)整。

（3）、定期檢查鉆頭、鉆桿、鉆桿接頭，發(fā)現(xiàn)問題及時維修或更換。

（4）、在軟硬土層交界面或傾斜巖面處鉆進(jìn)，應(yīng)低速低鉆壓鉆進(jìn)。發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜，應(yīng)及時回填粘土，沖平后再低速低鉆壓鉆進(jìn)。

（5）、在復(fù)雜地層鉆進(jìn)，必要時在鉆桿上加設(shè)扶正器。

5、鉆孔塌孔與縮徑

鉆（沖）孔灌注樁的塌孔與縮徑從表面上看是兩個相反面，實際上產(chǎn)生的原因卻基本相同。主要是地層復(fù)雜、鉆進(jìn)進(jìn)尺過快、護(hù)壁泥漿性能差、成孔后放置時間過長沒有灌注砼等原因所造成。

鉆（沖）孔灌注樁穿過較厚的砂層、礫石層時，成孔速度應(yīng)控制在2米/小時以內(nèi)，泥漿性能主要控制其密度為1.3～1.4g/cm3、粘度為20～30s、含砂率≤6%，若孔內(nèi)自然造漿不能滿足以上要求時，可采用加粘土、粉土、燒堿、木質(zhì)素土的方法，改善泥漿的性能，通過對泥漿的除砂處理，可控制泥漿的密度和含砂率。沒有特殊原因，鋼筋籠安裝后應(yīng)立即灌注砼。

6、樁端持力層判別錯誤

持力層判別是鉆孔樁成敗的關(guān)鍵，現(xiàn)場施工必須給予足夠的重視。對于非巖石類持力層，判斷比較容易，可根據(jù)地質(zhì)資料的深度，結(jié)合現(xiàn)場取樣進(jìn)行綜合判定。

對于樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖的樁，判定巖層界面難度較大，可采用以地質(zhì)資料的深度為基礎(chǔ)，結(jié)合鉆機(jī)的受力、主動鉆桿的抖動情況和孔口撈樣進(jìn)行綜合判定，必要時進(jìn)行原位取芯驗證。

7、孔底沉渣過厚或開灌前孔內(nèi)泥漿含砂量過大

孔底沉渣過厚除清孔泥漿質(zhì)量差，清孔無法達(dá)到設(shè)計要求外，還有測量方法不當(dāng)造成誤判。要準(zhǔn)確測量孔底沉渣厚度，首先需準(zhǔn)確測量樁的終孔深度，樁的終孔深度應(yīng)采用丈量鉆桿長度的方法測定，取孔內(nèi)鉆桿長度+鉆頭長度，鉆頭長度取至鉆尖的2/3處。

在含粗砂、礫砂和卵石的地層鉆孔，有條件時應(yīng)優(yōu)先采用泵吸反循環(huán)清孔。當(dāng)采用正循環(huán)清孔時，前階段應(yīng)采用高粘度濃漿清孔，并加大泥漿泵的流量，使砂石粒能順利地浮出孔口。孔底沉渣厚度符合設(shè)計要求后，應(yīng)把孔內(nèi)泥漿密度降至1.1～1.2g/cm3。清孔整個過程應(yīng)專人負(fù)責(zé)孔口撈渣和測量孔底沉渣厚度，及時對孔內(nèi)泥漿含砂率和孔底沉渣厚度的變化進(jìn)行分析，若出現(xiàn)清孔前期孔口泥漿含砂量過低，撈不到粗砂粒，或后期把孔內(nèi)泥漿密度降低后，孔底沉渣厚度增大較多。則說明前期清孔時泥漿的粘度和稠度偏小，砂粒懸浮在孔內(nèi)泥漿里，沒有真正達(dá)到清孔的目的，施工時應(yīng)特別注意這種情況。

四、科學(xué)合理地配制混凝土是保證質(zhì)量的先決條件

水下灌注砼施工過程中，砼配制質(zhì)量關(guān)系到砼灌注過程是否順利和樁身砼質(zhì)量兩大方面，有足夠的理由要求我們對它高度重視。要配制出高質(zhì)量的砼，首先要設(shè)計好配合比和做好現(xiàn)場試配工作，采用高標(biāo)號水泥時，應(yīng)注意砼的初凝和終凝時間與單樁灌注時間的關(guān)系，必要時添加砼緩凝劑。

水下灌注樁采用混凝土，按通常的配制方法，當(dāng)水泥用量為420kg/m3（水灰比為 0.56）時，混凝土的強(qiáng)度才能達(dá)到35Mpa，但由于坍落度（18—22cm）過大，均質(zhì)性差，和易性不好，凝結(jié)時間也達(dá)不到緩凝10h以上的超大型緩凝要求。在配制混凝土中摻入1%的減水劑優(yōu)化配合比。水泥用量每1m3混凝土可節(jié)省40公斤左右，而且在坍落度達(dá)到18—22cm情況下，均質(zhì)性、和易性良好，凝結(jié)時間也可以緩凝到10h以上。優(yōu)化配合比后的混凝土和易性、緩凝作用良好，在灌注樁混凝土施工中消除了卡管或斷樁等事故，保證了順利施工。并且混凝土的7天強(qiáng)度也比通常不摻外加劑配制的混凝土提高20%左右。可見，科學(xué)配制混凝土，早期強(qiáng)度明顯提高，加快施工速度，其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合效益十分顯著。

五、水下砼灌注和樁身砼常見的質(zhì)量問題及處理措施

1、初灌時埋管深度達(dá)不到規(guī)范值

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，灌注導(dǎo)管底端至孔底的距離應(yīng)為300～500mm，初灌時導(dǎo)管埋深應(yīng)≥800mm。在計算砼的初灌量時，個別施工單位只計算了1.3m樁長所需的砼量，漏算導(dǎo)管內(nèi)積存的砼量，初灌量不足造成埋管深度達(dá)不到規(guī)范值。另一方面，施工單位準(zhǔn)備的導(dǎo)管長度規(guī)格太少，安裝導(dǎo)管時配管困難，有時導(dǎo)管底至孔底的距離偏大，而導(dǎo)管安裝人員沒有及時把實際距離通知砼灌注班組人員，形成初灌量不足導(dǎo)致埋管深度達(dá)不到規(guī)范值。

初灌砼量V應(yīng)根據(jù)設(shè)計樁徑、導(dǎo)管管徑、導(dǎo)管安裝長度、孔內(nèi)泥漿密度進(jìn)行計算，且V≥V0+V1。

V0為1.3m樁長的砼量，V0=1.2×1.3πD2/4（m3）；

“1.2”-樁的理論充盈系數(shù)；D-設(shè)計樁徑（m）。

V1為初灌時導(dǎo)管內(nèi)積存的砼量，V1=（hπd2/4）（ρ+0.55πd）/2.4 （m3）；

h-導(dǎo)管安裝長度（m）；d-導(dǎo)管直徑（m）；

ρ-孔內(nèi)泥漿密度（t /m3）；

“0.55”-導(dǎo)管內(nèi)壁的摩阻力系數(shù)；

“2.4”-砼的密度（t /m3）。

2、剪球卡管

在澆注水下混凝土?xí)r，有時會出現(xiàn)剪球卡管的情況，原因主要有兩個：

（1）、剪球制作不合理，剪球直徑與導(dǎo)管直徑相差太小，澆注水下混凝土?xí)r，由于水泥漿或細(xì)料滲入導(dǎo)管與球壁之間造成堵塞。應(yīng)急處理辦法如下：

①.用一定長度的鋼筋或棍子捅塞剪球，使混凝土下落。

②.利用機(jī)械振動使混凝土下落。

（2）、混凝土施工性能不佳，如果混凝土坍落度過小或拌和不均勻，加上混凝土下落過程中粗骨料下沉，可能導(dǎo)致漏斗口處粗集料互相擠壓而堵塞漏斗口，導(dǎo)致混凝土難以下落。

補(bǔ)救方法同上，同時應(yīng)注意嚴(yán)格控制混凝土的施工配合比和混凝土的坍落度。第一盤混凝土坍落度一般要以控制在水下混凝土坍落度規(guī)范要求的高限為宜，確保澆注水下混凝土順利進(jìn)行。

3、灌注砼時堵管

灌注砼時發(fā)生堵管主要由灌注導(dǎo)管破漏、灌注導(dǎo)管底距孔底深度太小、完成二次清孔后灌注砼的準(zhǔn)備時間太長、隔水栓不規(guī)范、砼配制質(zhì)量差、灌注過程灌注導(dǎo)管埋深過大等原因引起。

灌注導(dǎo)管在安裝前應(yīng)有專人負(fù)責(zé)檢查，可采用肉眼觀察和敲打聽聲相結(jié)合的方法進(jìn)行檢查，檢查項目主要有灌注導(dǎo)管是否存在小孔洞和裂縫、灌注導(dǎo)管的接頭是否密封、灌注導(dǎo)管的厚度是否合格。必要時采用試拼裝壓水的方法檢查導(dǎo)管是否破漏。灌注導(dǎo)管底部至孔底的距離應(yīng)為300～500mm，在灌漿設(shè)備的初灌量足夠的條件下，應(yīng)盡可能取大值。隔水栓應(yīng)認(rèn)真細(xì)致制作，其直徑和圓度應(yīng)符合使用要求，其長度應(yīng)≤200mm。

完成第二次清孔后，應(yīng)立即開始灌注砼，若因故推遲灌注砼，應(yīng)重新進(jìn)行清孔。否則，可能造成孔內(nèi)泥漿懸浮的砂粒下沉而使孔底沉渣過厚，并導(dǎo)致隔水栓無法排出導(dǎo)管外而發(fā)生堵管事故。

4、灌注砼過程鋼筋籠上浮

鋼筋籠上浮現(xiàn)象在澆注混凝土過程中屢見不鮮。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因與澆注混凝土的頂力有關(guān)，但預(yù)防不力也是一個重要因素。下放鋼筋籠后應(yīng)采取固定措施，盡可能焊幾根鋼筋在鉆機(jī)底座上，增大固結(jié)力。

在澆注混凝土過程中，應(yīng)對混凝土上升面何時接近或進(jìn)入鋼筋籠做到心中有數(shù)。在混凝土面接近鋼筋籠底時，應(yīng)減小澆注速度，盡可能減少混凝土從導(dǎo)管底口出來后對鋼筋籠的沖擊力。

引起灌注砼過程鋼筋籠上浮的原因主要有如下三方面：（1）、砼初凝和終凝時間太短，使孔內(nèi)砼過早結(jié)塊，當(dāng)砼面上升至鋼筋籠底時，砼結(jié)塊托起鋼筋籠。

（2）、清孔時孔內(nèi)泥漿懸浮的砂粒太多，砼灌注過程中砂粒回沉在砼面上，形成較密實的砂層，并隨孔內(nèi)砼逐漸升高，當(dāng)砂層上升至鋼筋籠底部時便托起鋼筋籠。

（3）、砼灌注至鋼筋籠底部時，灌注速度太快，造成鋼筋籠上浮。

若發(fā)生鋼筋籠上浮，應(yīng)立即查明原因，采取相應(yīng)措施，防止事故重復(fù)出現(xiàn)。

5、樁身砼強(qiáng)度低或砼離析

發(fā)生樁身砼強(qiáng)度低或砼離析的主要原因是施工現(xiàn)場砼配合比控制不嚴(yán)、攪拌時間不夠和水泥質(zhì)量差。嚴(yán)格把好進(jìn)庫水泥的質(zhì)量關(guān)，控制好施工現(xiàn)場砼配合比，掌握好攪拌時間和砼的和易性，是防止樁身砼離析和強(qiáng)度偏低的有效措施。

6、樁身砼夾渣或斷樁

引起樁身砼夾渣或斷樁的原因主要有如下四方面：

（1）、初灌砼量不夠，造成初灌后埋管深度太小或?qū)Ч芨揪蜎]有埋入砼內(nèi)。

（2）、砼灌注過程拔管長度控制不準(zhǔn)，導(dǎo)管拔出砼面。

（3）、砼初凝和終凝時間太短，或灌注時間太長，使砼上部結(jié)塊，造成樁身砼夾渣。

（4）、清孔時孔內(nèi)泥漿懸浮的砂粒太多，砼灌注過程中砂?；爻猎陧琶嫔?，形成沉積砂層，阻礙砼的正常上升，當(dāng)砼沖破沉積砂層時，部分砂粒及浮渣被包入砼內(nèi)。嚴(yán)重時可能造成堵管事故，導(dǎo)致砼灌注中斷。

導(dǎo)管的埋管深度宜控制在2～6米之間，若灌注順利，孔口泥漿返出正常，則可適當(dāng)增大埋管深度，以提高灌注速度，縮短單樁的砼灌注時間。砼灌注過程中，拔管應(yīng)有專人負(fù)責(zé)指揮，并分別采用理論灌入量計算孔內(nèi)砼面和重錘實測孔內(nèi)砼面，取兩者的低值來控制拔管長度，確保導(dǎo)管的埋管深度≥2米。單樁砼灌注時間宜控制在1.5倍砼初凝時間內(nèi)。

7、樁頂砼不密實或強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計要求

樁頂砼不密實或強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計要求，其主要原因是超灌高度不夠、砼浮漿太多、孔內(nèi)砼面測定不準(zhǔn)。

對于樁徑≤1000mm的樁，超灌高度不小于樁長的4%。對于樁徑>1000mm的樁，超灌高度不小于樁長的5%。對于大體積砼的樁，樁頂10米內(nèi)的砼應(yīng)適當(dāng)調(diào)整配合比，增大碎石含量，減少樁頂浮漿。在灌注最后階段，孔內(nèi)砼面測定應(yīng)采用硬桿筒式取樣法測定。

8、埋管

澆注過程中導(dǎo)管無法拔出有兩種可能：

1、鋼筋籠制作不規(guī)范，部分鋼筋掛住導(dǎo)管。這時應(yīng)左右轉(zhuǎn)動導(dǎo)管，導(dǎo)管與鋼筋籠分離，再繼續(xù)澆注。

2、導(dǎo)管埋深過大或混凝土初凝使導(dǎo)管內(nèi)外摩擦力增大。

水下混凝土澆注應(yīng)嚴(yán)格將埋管深度控制在2米～6米之間。為防止混凝土初凝，除加緩凝劑外，還應(yīng)在澆注過程中上下活動導(dǎo)管。

一但埋管發(fā)生，應(yīng)首先快速查明原因，盡可能拔起導(dǎo)管，拔起過程中應(yīng)左右搖導(dǎo)管，使其易于拔出，但應(yīng)防止拔漏導(dǎo)管。

9、砼灌注過程因故中斷的處理辦法

砼灌注過程中斷的原因較多，在采取搶救措施后仍無法恢復(fù)正常灌注的情況下，可采用如下方法進(jìn)行處理：

（1）、若剛開灌不久，孔內(nèi)砼較少，可拔起導(dǎo)管和吊起鋼筋籠，重新鉆孔至原孔底，安裝鋼筋籠和清孔后再開始灌注砼。

（2）、迅速拔出導(dǎo)管，清理導(dǎo)管內(nèi)積存砼和檢查導(dǎo)管后，重新安裝導(dǎo)管和隔水栓，然后按初灌的方法灌注砼，待隔水栓完全排出導(dǎo)管后，立即將導(dǎo)管插入原砼內(nèi)，此后便可按正常的灌注方法繼續(xù)灌注砼。此法的處理過程必須在砼的初凝時間內(nèi)完成。

（3）、砼灌注過程因故中斷后拔除鋼筋籠，待已灌砼強(qiáng)度達(dá)到C15后，先用同級鉆頭重新鉆孔，并鉆除原灌砼的浮漿，再用φ500鉆頭在樁中心鉆進(jìn)300～500mm深，這樣就完成了接口的處理工作，然后便可按新樁的灌注程序灌注砼。

六、結(jié)束語

引起鉆孔灌注樁質(zhì)量事故的原因較多，各個環(huán)節(jié)都可能會出現(xiàn)重大質(zhì)量事故。因此，在樁基工程開工前應(yīng)做好各項準(zhǔn)備工作，認(rèn)真審查地質(zhì)勘探資料和設(shè)計文件，實行會審和技術(shù)交底制度，做好現(xiàn)場試樁工作。施工過程抓好泥漿和砼質(zhì)量，詳細(xì)做好各項施工記錄，牢牢把好鉆孔、清孔和砼灌注等關(guān)鍵工序的質(zhì)量關(guān)，是防止質(zhì)量事故發(fā)生的行之有效的措施。

總之，在橋梁樁基礎(chǔ)施工過程中，施工質(zhì)量問題時有發(fā)生，為保證工程質(zhì)量，應(yīng)堅持“預(yù)防為主，防微杜漸”的原則，如不慎發(fā)生，應(yīng)視具體情況及時采取措施進(jìn)行補(bǔ)救處理，確保工程質(zhì)量得到有效控制。

參考文獻(xiàn)：

1、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）

2、張宏、灌注樁檢測與處理、北京：人民交通出版社，2000