淺談橋梁鉆孔樁施工質(zhì)量缺陷的防治和處理對策

羅曉軍

摘 要：本文著重對橋梁鉆孔樁施工中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題的形成原因進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實際將幾種較成功的防治及處理對策作介紹，供同行交流。

關(guān)鍵詞：鉆孔樁 質(zhì)量缺陷 防治和處理

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0057-02

鉆孔樁是在泥漿固壁條件下，利用機(jī)械鉆進(jìn)形成樁孔，采用導(dǎo)管法灌注水下混凝土的基礎(chǔ)形式，因其適應(yīng)性強(qiáng)、造價適中、施工簡單等特點被廣泛地應(yīng)用于橋梁或其它工程領(lǐng)域。

鉆孔樁灌注樁屬于隱蔽工程。鉆孔、灌注混凝土都是在水下進(jìn)行，工程質(zhì)量只能通過嚴(yán)格科學(xué)的過程控制和完工后的儀器檢測來確認(rèn)。因而，對作業(yè)人員的操作熟練程度、工藝水平都有較高的要求。如何有效地避免施工中出現(xiàn)的各類問題確保施工質(zhì)量，以及在出現(xiàn)質(zhì)量缺陷后如何處治，是工程技術(shù)人員需一直努力解決的問題。本文根據(jù)筆者從事橋梁施工多年的一些體會，淺談如何有效避免鉆孔樁施工出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷及幾點防治方法，供同行交流。

1 鉆孔過程中出現(xiàn)的相關(guān)問題的預(yù)防及處理

鉆孔過程中出現(xiàn)的主要問題有：斜孔、卡鉆、掉鉆、縮孔、坍孔等。

1.1 斜孔

出現(xiàn)斜孔一般是由于鉆機(jī)安裝不平、支撐不好或樁孔地質(zhì)構(gòu)造不均勻等因素引起鉆機(jī)整體或鉆頭在鉆孔過程中發(fā)生偏斜，導(dǎo)致出現(xiàn)斜孔。

（1）土質(zhì)孔壁因鉆機(jī)傾斜造成的斜孔應(yīng)先移開鉆機(jī)，加固施工范圍內(nèi)的地基或加大鉆機(jī)的支撐面積，校正落錘或鉆桿后，反復(fù)掃孔以消除偏差。孔壁隨時有坍塌可能的，應(yīng)將鉆孔回填至原地面（回填材料一般用原質(zhì)土加適量水泥即可），待地層靜置穩(wěn)定后重新開始鉆孔。

（2）石質(zhì)孔壁（強(qiáng)風(fēng)化巖、卵礫石、漂石土等）或由于地質(zhì)構(gòu)造不均勻引起的，需分析清楚巖層的走向（根據(jù)設(shè)計提供的地質(zhì)資料及鉆渣取樣分析），采用片石加黏土、適量水泥等組成的混合物回填至計算確定的高程處，靜置1～2 h后可以繼續(xù)鉆孔。穿過傾斜巖層過程中，應(yīng)采用自重較大鉆錘或復(fù)合式牙輪鉆，慢速鉆進(jìn)。

為避免出現(xiàn)斜孔，在鉆機(jī)定位后，底座必須平整，穩(wěn)固，校準(zhǔn)好鉆錘（或鉆桿）豎直度，確保在鉆進(jìn)中不發(fā)生傾斜和位移。護(hù)筒要有一定剛度，安裝牢固，在0～5 m范圍盡量慢速鉆進(jìn)。對于沖擊鉆，在鉆頭錐頂和提升鋼線繩之間設(shè)應(yīng)置保證鉆頭自由轉(zhuǎn)向的裝置，以防產(chǎn)生梅花孔。

2 卡鉆

由于鉆進(jìn)經(jīng)過巖層分界面時相鄰巖層強(qiáng)度差別較大、操作中未及時根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整鉆頭的行程等原因引起“卡鉆”現(xiàn)象?？ㄣ@現(xiàn)象多發(fā)生在沖擊鉆，針對發(fā)生“卡鉆”的原因可采取相應(yīng)的方法處理。

（1）由于“探頭石”引起的卡鉆現(xiàn)象，可以適當(dāng)往下放鉆頭，而后，強(qiáng)力快速往上提，使“探頭石”受瞬間沖擊縮回，從而順利提起鉆頭。當(dāng)“探頭石”體積較大如強(qiáng)力提升可能引起斷繩掉鉆時，則需卸掉原鉆頭鋼絲繩，更換鉆頭沖破“探頭石”后，再提起原鉆頭。

（2）因鉆頭穿過巖層突變處導(dǎo)致的卡鉆，可采用水下爆破的方法進(jìn)行處理。在整體巖層中此方法容易奏效，但在含砂地層中不宜采取此法。

（3）因機(jī)械故障導(dǎo)致鉆頭在濃泥漿中滯留時間過長，造成的鉆頭無法提升，應(yīng)采取插入高壓水管置換泥漿的方法處理，稀釋泥漿后再提鉆頭。

3 掉鉆

因機(jī)械故障、鋼絲繩斷裂、孔壁坍塌等因素造成鉆頭落入孔底的現(xiàn)象通常稱“掉鉆”。在沖擊法成孔時較常見。發(fā)生“掉鉆”后，應(yīng)及時采取恰當(dāng)?shù)姆椒▽嵤┐驌啤?/p>

掉鉆后一般直接用鉆機(jī)起吊“打撈器”入孔進(jìn)行打撈。“打撈器”為具有一定重量的三瓣式抓鉤，能自由開合，打撈時通過三瓣式抓鉤鉤住鉆頭肋槽或焊于鉆頭的環(huán)型鋼帶提升鉆頭。打撈前，先用“探針”探明鉆頭在孔中的狀態(tài)制定打撈方案。由于打撈時間一般較長，因泥漿沉淀及可能出現(xiàn)的局部坍孔將鉆頭埋沒，為防坍孔或縮孔增加打撈難度，應(yīng)先加大孔內(nèi)泥漿的濃度，使用旋轉(zhuǎn)鉆頭放入安全的深度范圍攪動泥漿以加強(qiáng)孔壁，然后采用“氣舉法”清除鉆頭上方的沉積土和淤泥，確認(rèn)鉆頭已露出后再實施鉆頭的打撈工作。如鉆頭埋深過大或傾斜卡住無法提起時，可采用水下爆破擴(kuò)大孔底，爆破后迅速提鉆。

4 縮孔

縮孔是在飽和性粘土、淤泥質(zhì)黏土，特別是在IL>1.0處于流塑性狀態(tài)的土層中出現(xiàn)的特有現(xiàn)象。在黃土地質(zhì)施工中，如粘土礦物含伊利石、蒙脫石等膠結(jié)物，遇水崩解也容易發(fā)生此類現(xiàn)象。其原因是此類地層含水高、塑性大，鉆頭經(jīng)過后鉆孔壁回縮，從而導(dǎo)致鉆孔的直徑小于設(shè)計的樁直徑。小量縮孔可加大鉆頭反復(fù)回掃清孔處理?？s孔量大，應(yīng)采取塊、卵（礫）石土、碎石土回填，而后用重量較大的鉆錘沖擊、擠緊孔壁的辦法處理。處理后要盡量縮短時間加快混凝土灌注工作。

5 坍孔

坍孔現(xiàn)象在土質(zhì)孔壁及含砂層中使用沖擊鉆進(jìn)時較容易發(fā)生，主要原因與地質(zhì)、泥漿配制、孔內(nèi)水頭及因機(jī)械原因造成的施工暫停等有關(guān)。發(fā)生坍孔后一般采取加大泥漿比重、提高水頭壓力及回填至坍塌面以上重鉆等方法處理?；靥畈牧弦栽临|(zhì)加適量水泥即可，也可加入石膏以提高泥漿固壁性能。根據(jù)經(jīng)驗，坍孔一般發(fā)生在鉆機(jī)停歇期間，故開孔后應(yīng)連續(xù)不斷鉆進(jìn)直至成孔。中途無法避免停歇時，靜置8h左右后應(yīng)提鉆上下攪動泥漿防止過度沉淀影響固壁效果。

5.1 斷樁的原因分析及預(yù)防、處理對策斷樁是指在鉆孔樁水下混凝土灌注過程中

因地質(zhì)自然原因、過程控制不嚴(yán)或操作不當(dāng)以及其他不可預(yù)見之因素，造成樁身混凝土嚴(yán)重夾泥或灌注中斷。斷樁是嚴(yán)重的質(zhì)量事故，施工者應(yīng)周密安排，嚴(yán)格過程控制，盡量消除可能引發(fā)斷樁的誘因。同時又必須準(zhǔn)備相應(yīng)的對策，預(yù)防事故的發(fā)生或一旦發(fā)生事故及時采取補(bǔ)救措施。

5.2 斷樁事故的原因分析及預(yù)防

（1）封底失敗。首批混凝土灌注后未能實現(xiàn)水下混凝土封底（導(dǎo)管埋深不足1 m）現(xiàn)象稱為封底失敗。造成封底失敗的主要原因有：首批混凝土數(shù)量不足、卡管、沖擊力不夠、孔底沉碴厚度過大及導(dǎo)管安裝太偏等等。封底失敗后，應(yīng)立即暫停灌注，采取導(dǎo)管內(nèi)安裝高壓風(fēng)管或使用泥漿泵，將風(fēng)管插近孔底，按照二次清孔的方法，沖散尚未初凝的混凝土并通過泥漿浮渣進(jìn)行清除。一般比重在1.1～1.16的泥漿，在高壓沖氣作用下，可懸浮最大粒徑4～5 cm的石子，經(jīng)過5～8 h的循環(huán)換漿，可基本清除。如地層穩(wěn)定性較差或混凝土已初凝，則該法難以奏效。此時應(yīng)盡快拆除導(dǎo)管、拔除鋼筋籠，重鉆達(dá)到孔底設(shè)計標(biāo)高。

（2）卡管。水下混凝土灌注過程中混凝土不能正常下落而堵塞在導(dǎo)管中的現(xiàn)象統(tǒng)稱為“卡管”。

造成“卡管”的原因主要有：混凝土和易性不均、混和料含有大塊徑骨料或有受潮凝固的水泥塊、混和料沖擊力不足、灌注過程不夠連續(xù)（暴雨、停電、機(jī)械故障等導(dǎo)致混凝土供應(yīng)中斷）、操作不當(dāng)使導(dǎo)管內(nèi)形成“高壓氣囊”等。發(fā)生“卡管”現(xiàn)象后，如分析認(rèn)為是混凝土和易性問題，可以少量（根據(jù)卡管前測量及計算的導(dǎo)管埋深數(shù)據(jù)，在保證導(dǎo)管最小安全埋深前提下確定提升幅度）提升導(dǎo)管而后快速下落的方法或加大一次性灌注混凝土數(shù)量而后快速提升再迅速下放，以沖擊疏通導(dǎo)管的方法進(jìn)行處理。此法在使用鉆架提升導(dǎo)管時效果較好。（但需熟練工人進(jìn)行操作，如出現(xiàn)導(dǎo)管拔脫提漏應(yīng)按斷樁處理）。如認(rèn)為屬混和料沖擊力不足所造成，可及時加長上部導(dǎo)管的長度，以一次性較大量混凝土沖擊灌注達(dá)到疏通導(dǎo)管的目的。也可采取“二次砍球法”進(jìn)行處理。具體操作方法是：將導(dǎo)管插入已灌注混凝土中0.5～0.8 m，而后按照水下封底的操作方法實施二次封底。以上幾種方法處理如不能奏效應(yīng)立即停止，認(rèn)為已斷樁。

（3）坍孔。因地質(zhì)情況較差，施工單位組織施工時重視不夠，施工者經(jīng)驗不足，在灌注過程中，井壁坍塌嚴(yán)重或出現(xiàn)流砂、軟塑狀土質(zhì)等造成泥沙性斷樁。這類現(xiàn)象在工程的斷樁中占有相當(dāng)大的比例，較為嚴(yán)重。而且位置深、灌注過程中因經(jīng)驗不足不夠重視，在通過樁基檢測后才發(fā)現(xiàn)。此類斷樁較難處理，是導(dǎo)致工期延期及經(jīng)濟(jì)浪費的重要因素之一。

灌注過程中如發(fā)現(xiàn)泥漿面突然下降、孔內(nèi)有冒泡翻漿現(xiàn)象時可判斷井下局部已發(fā)生坍塌現(xiàn)象，此時應(yīng)立刻用測錘測量坍落土的高程，與最近一次的混凝土表面高程比較，估算坍塌體積。如坍落物量小，可繼續(xù)灌注，但盡量加快灌注速度。如坍塌數(shù)量較大，需采取措施防止斷樁，首先，應(yīng)加長導(dǎo)管，加大每次混凝土灌注量，使其能獲得更大的沖擊力以克服坍孔增加的超壓力。其次，要加大導(dǎo)管埋深，進(jìn)一步改善混凝土的和易性能，（如增加水泥用量、加大砂率、添加高效緩凝減水劑）適當(dāng)抽除井內(nèi)部份泥漿以減少壓力等。

（4）導(dǎo)管漏水、斷管。因?qū)Ч懿馁|(zhì)、密封性能不好或操作不當(dāng)而在導(dǎo)管內(nèi)形成“高壓氣囊”導(dǎo)致膠圈破損漏水，或因疏忽造成導(dǎo)管埋深過大、強(qiáng)力提管造成斷管等，形成斷樁。

（5）測量錯誤。灌注混凝土過程中，測定已灌混凝土表面標(biāo)高出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致導(dǎo)管埋深過小，出現(xiàn)拔脫提漏現(xiàn)象形成夾層斷樁。特別是鉆孔灌注樁后期，超壓力不大或探測儀器不精確時，易將泥漿中混合的坍土或料斗灑落入孔內(nèi)的混凝土誤認(rèn)為是已灌混凝土表面。因此，必須嚴(yán)格按照規(guī)程用規(guī)定的測錘測量孔內(nèi)混凝土表面高度，并認(rèn)真核對，保證提升導(dǎo)管不出現(xiàn)失誤。

5.3 施工中認(rèn)定斷樁后的處理對策

在灌注過程中認(rèn)定發(fā)生斷樁事故后，應(yīng)立即停止繼續(xù)灌注，提拔導(dǎo)管和鋼筋籠，盡量將損失降低到最小。并采取以下辦法處理：

（1）斷樁截面位置處于設(shè)計樁全長的 1/3以下時，一般采取沖擊鉆清除已灌注部分，再實施原位恢復(fù)。

（2）斷樁截面位置處于設(shè)計樁全長的 2/3以上且距離孔口深度不足10 m時，可對鉆孔樁進(jìn)行接長，抽干泥漿后先對孔壁進(jìn)行加固，按規(guī)范要求處理好接頭后采用干灌接樁。如地下水位高且滲水量大時，需在樁外圍打孔注漿形成幃幕，阻斷地下水后再干灌接樁。

（3）斷樁截面位置處于設(shè)計樁全長的1/3與2/3之間的，應(yīng)對各種處理方法進(jìn)行對比，選擇經(jīng)濟(jì)、可行的處理方法。不具備補(bǔ)樁條件或補(bǔ)樁代價太高時，一般應(yīng)及時采取沖擊鉆處理后原位恢復(fù)。對于樁長大于50 m的樁出現(xiàn)的斷樁情況，應(yīng)對處理方案詳細(xì)論證后著手，切勿盲目操作以免帶來較大的損失。

5.4 其他幾類缺陷樁的處理對策

（1）樁長不足。

這種缺陷樁可分為兩類：①處理樁頭后，混凝土頂面高程小于設(shè)計要求；②鉆孔底部虛碴在清孔時未清理干凈導(dǎo)致樁長不足、嵌入基巖深度小于設(shè)計。

①類情況主要是混凝土灌注終孔時控制失誤?？稍诔信_基坑開挖后進(jìn)行接長。施工前，先清除浮碴和松散混凝土，將頂面人工鑿修平整，接長部分樁孔直徑應(yīng)大于設(shè)計鉆孔樁直徑不少于40 cm，深度從平整后混凝土面向下不小于接長部分樁孔直徑的一倍。接長部分混凝土的強(qiáng)度應(yīng)比原設(shè)計提高一個等級，新舊混凝土必須按規(guī)范作好接茬面的處理。

②類情況處理的難度較大。一般在征得設(shè)計單位同意的前提下，采取對孔樁底部高壓注漿處理。

（2）樁體混凝土不連續(xù)。

由于灌注過程中，發(fā)生的孔壁局部坍塌的雜物等侵入混凝土或混凝土和易性差等因素在樁體形成不連通的夾層導(dǎo)致鉆孔樁混凝土不連續(xù)。次類樁經(jīng)低應(yīng)變檢測后屬Ⅲ類樁以下，需處理補(bǔ)強(qiáng)以后才能使用。對于此類問題，應(yīng)積極與設(shè)計單位協(xié)調(diào)采取合理措施處理。一般采用以下方法：

①對于鉆孔樁底部混凝土夾碴的情況，可采取樁底部壓漿或者高壓注漿方法處理。

②樁體的少量夾層或不連續(xù)，可用小型沖擊鉆鉆一系列小直徑的孔進(jìn)行置換清理泥渣和雜物（鉆孔直徑60～75 mm，樁中心一個孔，其余3～4個孔分布在以樁中心為圓心，直徑為450 mm左右的圓周上）。清理后，進(jìn)行高壓注漿封閉。

③對于夾層較嚴(yán)重的，在鉆孔樁中心處鉆一個直徑75 mm孔探明缺陷范圍。而后，以鉆孔樁中心為圓心，采用沖擊鉆鉆直徑80～100 cm的孔，而后人工入孔清理，清理結(jié)束后，灌注高強(qiáng)混凝土。此法代價較高，應(yīng)與補(bǔ)樁方案進(jìn)行綜合比較后選擇。

（3）縮頸。

成樁后樁頭0～3m處出現(xiàn)直徑明顯縮小的現(xiàn)象稱為縮頸。產(chǎn)生縮頸的原因主要有混凝土灌注末期由于沖擊力的減弱、泥漿的沉淀集中影響混凝土的周邊擴(kuò)散以及混凝土面的測量錯誤等，也與孔口縮小有關(guān)。預(yù)防縮頸除了要始終保持料斗口與泥漿面不少于6～8 m高差外，灌注末期可抽除泥漿注入清水、超灌一定數(shù)量的混凝土（1 m左右）以及完工后在人工掏樁頭時進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題后立刻處理，可消除縮頸影響。

縮頸量不影響結(jié)構(gòu)正常使用的情況下可不予處理。對于嚴(yán)重的縮頸，一般需用風(fēng)鎬鑿除該部分樁頭、擴(kuò)孔不少于0.4 m的方法進(jìn)行接樁處理。

6 廢樁

除斷樁外，因樁體混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重不足或樁長、樁位與設(shè)計出入較大，經(jīng)檢算其承載力不能滿足結(jié)構(gòu)需要的，按《驗標(biāo)》規(guī)定應(yīng)作廢樁處理。由設(shè)計提出補(bǔ)樁方案。本文在此不作贅述。

7 結(jié)語

橋梁鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量直接影響到上部結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，其工程造價在橋梁結(jié)構(gòu)中所占比例也較高，故應(yīng)引起施工者的高度重視。影響灌注樁施工質(zhì)量的因素很多，施工者對于過程控制中的每一環(huán)節(jié)，都必須嚴(yán)格要求、落到實處。對于人力不可預(yù)見的其他因素，要做到超前考慮、周密部署，預(yù)備應(yīng)急措施。否則稍有疏失，就會發(fā)生質(zhì)量事故，給企業(yè)財產(chǎn)、信譽(yù)造成損害，直至影響工期并對整個工程質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 左名麟，胡人禮.樁基礎(chǔ)工程[M].中國鐵道出版社.