橋梁鉆孔樁的質(zhì)量通病研究與防治

朱長(zhǎng)亮

（中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司路橋分公司，上海市200122）

橋梁鉆孔樁的質(zhì)量通病研究與防治

朱長(zhǎng)亮

（中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司路橋分公司，上海市200122）

通過對(duì)上海A8公路高架橋施工中出現(xiàn)的幾種橋梁鉆孔樁在鉆孔、混凝土灌注及成樁檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)的通病作了分析，并提出防治措施及處理方法。其成果可為橋梁鉆孔樁施工中的質(zhì)量通病的處治提供一些經(jīng)驗(yàn)借鑒。

橋梁；鉆孔樁；質(zhì)量通??；研究；防治

0　前言

鉆孔樁現(xiàn)已廣泛用于鐵路、公路及各種建筑物基礎(chǔ)中，其工藝已經(jīng)十分成熟。但實(shí)際施工時(shí)，各種質(zhì)量通病仍然層出不窮，特別是橋梁鉆孔樁一般為排架樁及少量群樁基礎(chǔ)，產(chǎn)生質(zhì)量通病將對(duì)工程質(zhì)量及耐久性產(chǎn)生重大影響。因此對(duì)橋梁鉆孔樁的質(zhì)量通病必須加以預(yù)防及處理。

1　工程概況

某工程是利用現(xiàn)有的A8公路（松江-莘莊段），在其中央分隔帶9.5m的范圍內(nèi)設(shè)主線高架橋方式來保證交通。橋梁采用鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑為D=1 200mm和D=1 000mm兩種，樁長(zhǎng)55～65m不等，共計(jì)706根。沿線地層分布特征、物理力學(xué)條件①-⑥層土以松散和砂土兩種，其下為黃灰色粉細(xì)砂，土質(zhì)較好，是良好的樁基持力層。施工主要采用反循環(huán)鉆機(jī)成孔，拌和站集中生產(chǎn)水下混凝土，攪拌車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，以灌注方式成樁。

2　幾種橋梁鉆孔樁常見的質(zhì)量通病

在A8高架橋梁施工中，通過對(duì)先期施工的標(biāo)段及該標(biāo)段的10根試驗(yàn)樁基的調(diào)查和資料分析，質(zhì)量通病主要體現(xiàn)如下：（1）擴(kuò)孔及坍孔；（2）鋼筋籠上??；（3）樁身空洞；（4）樁頭空洞；（5）樁位偏移；（6）樁底混凝土夾渣。通過調(diào)查，以上幾種質(zhì)量通病在鉆孔樁施工當(dāng)中普遍存在。

3　質(zhì)量通病的成因研究分析、處理方法及防治措施

3.1擴(kuò)孔及坍孔

3.1.1成因分析

上海A8公路高架2標(biāo)段，地質(zhì)上部①-⑥層土以松散和砂土兩種，通過對(duì)其他標(biāo)段及10根試樁來看，在此地層極易發(fā)生擴(kuò)孔和坍孔。在對(duì)該標(biāo)段10根試樁結(jié)果來看，雖然沒有發(fā)生坍孔現(xiàn)象，但其中有4根都出現(xiàn)不同程度的擴(kuò)孔現(xiàn)象。

通過查閱大量資料表明，鉆孔樁的擴(kuò)孔與坍孔，基本和護(hù)壁泥漿質(zhì)量有直接的關(guān)系。鉆孔過程中，泥漿不僅要保護(hù)孔壁不坍，還需要泥漿比重將鉆渣排出孔口，如采用較大的泥漿比重，其粘稠性、塑膠性增大，會(huì)增加鉆具的旋轉(zhuǎn)阻力，降低成孔速度；而當(dāng)泥漿比重增大時(shí)，鉆具承受的浮力FZ=YW·VZ，鉆具體積VZ不變時(shí)，YW越大，則鉆具所承受的浮力FZ就越大，從而降低施工效率。泥漿比重較小時(shí)，護(hù)壁效果肯定不佳，極易產(chǎn)生擴(kuò)孔和坍孔現(xiàn)象；同時(shí)因泥漿過于稀薄，對(duì)施工中出現(xiàn)擴(kuò)孔和坍孔的樁基泥漿進(jìn)行檢測(cè)，其粘性、塑性和觸變性降低，排渣能力受到消弱，大量鉆渣沉積在孔底，鉆進(jìn)就非常困難。這種情況和上海A8公路鉆孔樁施工過程極其相似。因此針對(duì)以上情況，鉆孔時(shí)選用合適的泥漿比重，就非常重要。

為了研究預(yù)防措施，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的泥漿進(jìn)行取樣檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果和方案泥漿設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，見表1、表2所列。

表1　現(xiàn)場(chǎng)護(hù)壁泥漿配比和泥漿設(shè)計(jì)配比對(duì)比表

通過對(duì)泥漿的檢測(cè)對(duì)比，現(xiàn)場(chǎng)泥漿的施工實(shí)際配比中，膨潤(rùn)土和碳酸鈉的摻合量明顯大于設(shè)計(jì)配比，而正是這兩種摻合物的增大，致泥漿的各種指標(biāo)產(chǎn)生了較大的變化：

（1）相對(duì)密度降低至1.04 g/cm3，遠(yuǎn)小于方案設(shè)計(jì)配比1.08 g/cm3，且小于《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的易坍地層泥漿相對(duì)密度要求。

（2）泥漿粘度由20.4 Pa.s降低至20.4 Pa.s。

（3）泥漿的其余指標(biāo)均有不同的變化，但還在規(guī)范要求范圍內(nèi)。

表2　現(xiàn)場(chǎng)護(hù)壁泥漿指標(biāo)與設(shè)計(jì)配合比泥漿指標(biāo)對(duì)比表

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，認(rèn)為此問題是由于在泥漿配制時(shí)，各種摻料并未進(jìn)行有效的計(jì)量，而是現(xiàn)場(chǎng)工人憑經(jīng)驗(yàn)的估量進(jìn)行摻合。導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際泥漿配比和設(shè)計(jì)配比差距較大，產(chǎn)生上述問題。是造成擴(kuò)孔和坍孔的主要原因。

3.1.2易坍地層擴(kuò)孔和坍孔的預(yù)護(hù)措施

（1）在松散土和砂土等易坍地層鉆孔時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度。

（2）在鉆頭提升下放，鋼筋籠下放時(shí)，盡量動(dòng)作輕緩，不觸碰孔壁，防止坍孔和擴(kuò)孔。

（3）嚴(yán)格按方案的泥漿設(shè)計(jì)配比配制泥漿，嚴(yán)格控制泥漿的各種摻合料用量，因各種摻合料的不正確摻量，都有可能改變泥漿的指標(biāo)和性能，引起擴(kuò)孔和坍孔。

（4）在易坍地層鉆孔時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)靥罡叩乇砗舐裨O(shè)護(hù)筒，以便于抬高水頭，避免塌孔。

（5）供漿管不宜直接插入孔內(nèi)，防止直接沖刷孔壁，應(yīng)通過水槽和水池減低流速后流入孔內(nèi)。

3.1.3坍孔的處理方法

如現(xiàn)場(chǎng)已出現(xiàn)擴(kuò)孔和坍孔現(xiàn)象，應(yīng)采取以下處理措施：

（1）發(fā)生擴(kuò)孔或坍孔時(shí)，應(yīng)立即停止施工，并根據(jù)水頭變化判明擴(kuò)坍孔嚴(yán)重程度，制定處理措施。

（2）孔口坍塌時(shí)，應(yīng)拆除護(hù)筒并立即回填已鉆孔，重新埋設(shè)護(hù)筒再鉆。

（3）孔內(nèi)局部坍塌時(shí)，應(yīng)立即回填砂和粉質(zhì)土的混合物至坍塌處以上2m，保持泥漿循環(huán)，靜置4～7 d再重新鉆孔。

（4）當(dāng)孔內(nèi)坍塌嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)全部回填，靜置30d以上，重新鉆孔。

3.2灌注混凝土?xí)r鋼筋籠上浮

3.2.1原因分析

鋼筋籠上浮時(shí)一般都是因?yàn)榛炷梁湍酀{的浮力大于鋼筋籠的自重造成。一般從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明，鋼筋上浮都發(fā)生在導(dǎo)管底面位于鋼筋籠底端以下時(shí)，灌注混凝土產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力和泥漿浮力的共同作用，托舉鋼筋籠體上升，發(fā)生浮籠現(xiàn)象。

3.2.2預(yù)防措施及處理方法

（1）當(dāng)發(fā)生浮籠時(shí)，人們常用做法是加強(qiáng)鋼筋籠的上端固結(jié)措施，其實(shí)這種被動(dòng)處理方法有很大的弊端。如果浮力很大時(shí)而鋼筋籠上端固接的話，浮力會(huì)使鋼筋籠在孔內(nèi)產(chǎn)生彎曲變形，很可能使某一段籠體觸碰孔壁，此段鋼筋籠將失去保護(hù)層，從而給樁基耐久性帶來?yè)p壞，這種情況對(duì)深樁、超深樁作用效果更加明顯。對(duì)此，當(dāng)浮籠發(fā)生時(shí)應(yīng)采取主動(dòng)處理方法：a.當(dāng)灌注到鋼筋籠底部以下1m至以上4m時(shí)，放緩灌注速度，灌注保持半導(dǎo)管灌注方式；b.當(dāng)混凝土面越過籠底端3m時(shí)，立即提升拆除導(dǎo)管，導(dǎo)管底端位于鋼筋籠底端上部時(shí)，則鋼筋籠已有一定的埋深，肯定不會(huì)發(fā)生浮籠現(xiàn)象。

（2）鋼筋籠制作時(shí)，在鋼筋籠下部外側(cè)沿籠體豎向每隔2m設(shè)一層倒鉤，共設(shè)3層，每層4個(gè)，呈90°布置，相鄰層錯(cuò)開布置，倒鉤用φ8鋼筋制成長(zhǎng)10cm，與主筋?yuàn)A角為30°，可有效地防止浮籠。

（3）在混凝土灌注中發(fā)現(xiàn)鋼筋籠上浮，應(yīng)立即暫停灌注，采取以下措施進(jìn)行處理：a.鋼筋籠上浮在2倍直徑以下的可以在采取有效防止上浮的措施后繼續(xù)灌注；b.鋼筋籠上浮高度超過2倍樁徑以上的必須拔出鋼筋籠，比照斷樁進(jìn)行處理。

3.3樁身空洞

3.3.1原因分析

樁基礎(chǔ)水下混凝土灌注速度快慢不一，混凝土在導(dǎo)管中有時(shí)是滿管，有時(shí)是半管，由于深樁基礎(chǔ)導(dǎo)管長(zhǎng)，混凝土落差較大，在非滿導(dǎo)灌注的情況下，如果瞬間漏斗內(nèi)混凝土增多，就導(dǎo)致導(dǎo)管內(nèi)下部混凝土呈自由落體運(yùn)動(dòng)，速度下墜速度很快；而上層混凝土在滿管情況下受到管壁的磨擦阻力，速率變小，這樣導(dǎo)致導(dǎo)管里的混凝土空氣來不及排出。上層的混凝土依靠自身的重量下落時(shí)，對(duì)殘存在導(dǎo)管內(nèi)的空氣不斷壓縮，當(dāng)上部重量不斷增大時(shí)，把導(dǎo)管內(nèi)形成的高壓氣囊壓入樁身混凝土中，形成空洞。

3.3.2預(yù)護(hù)措施及處理方法

（1）混凝土的流動(dòng)性是保證混凝土灌注的一個(gè)前提，流動(dòng)性差也是高壓氣囊產(chǎn)生的一個(gè)重要因素，因此在施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制好混凝土的流動(dòng)性，坍落度嚴(yán)格控制在18～22cm之間。

（2）根據(jù)鉆孔樁直徑選用合適的導(dǎo)管，宜選用25cm或30cm直徑，連接直順，內(nèi)壁光滑，深樁基選擇導(dǎo)管應(yīng)盡可能選用較大直徑的。

（3）控制好下料均勻，不要時(shí)快時(shí)慢，放料時(shí)應(yīng)勤于觀察，以達(dá)不到導(dǎo)管滿管漏斗內(nèi)又無余料為準(zhǔn)。

（4）采用夾心漏斗澆注混凝土，可有效地保證在任何時(shí)候，導(dǎo)管內(nèi)的混凝土不會(huì)滿管，則不會(huì)產(chǎn)生高壓氣囊問題。

（5）樁身存在空壓氣囊空洞的處理方法：一般來說，高壓氣囊在成樁后檢測(cè)才會(huì)發(fā)現(xiàn)，其一般位于樁身的中心軸線上，其本身對(duì)樁基受力并沒有多大危害。但是如果在灌注過程中，形成的氣囊位于樁周圍，則有一定的危害性，所以應(yīng)進(jìn)行處理。處理方法可采用小應(yīng)變檢測(cè)出豎向位置，然后采用地質(zhì)鉆機(jī)在樁身豎向鉆孔，釋放樁身混凝土中的高氣壓，然后采用注漿方式填充氣囊形成的空洞。

3.4樁頭空洞

3.4.1原因分析

當(dāng)鉆孔樁混凝土落注到樁頭時(shí)，最上層混凝土為最先澆注的首批混凝土經(jīng)過較長(zhǎng)澆注時(shí)間，其坍落度、流動(dòng)性都有不同程度的降低。而在澆注完成后進(jìn)行導(dǎo)管拆除時(shí)，工人往往會(huì)以很快的速度拔出導(dǎo)管，這時(shí)的混凝土流動(dòng)性不足以馬上填充導(dǎo)管拔離后形成的空腔，這時(shí)沉渣會(huì)瞬時(shí)灌入空腔，這時(shí)候的沉渣很厚，被壓縮在混凝土中，形成樁頭空洞。

3.4.2預(yù)防措施及處理方法

（1）灌注到樁頭預(yù)設(shè)標(biāo)高后，工人拆除導(dǎo)管時(shí)應(yīng)有專人旁站指揮，拔除導(dǎo)管時(shí)應(yīng)緩慢拔除，必要時(shí)進(jìn)行導(dǎo)管反插，即每拔除100cm，反插50cm，最后拔離混凝土面應(yīng)很緩慢，防止泥漿反灌。

（2）當(dāng)灌注到樁頂后，可采取措施吸出樁頂過厚的沉渣，防止沉渣灌入樁身。

（3）成樁后樁頭部位通過檢測(cè)已形成的空洞，在下道工序施工前，應(yīng)把空洞周圍清理露出新鮮骨料，采用高一標(biāo)號(hào)混凝土澆注密實(shí)；當(dāng)空洞面積大于樁身斷面的1/4時(shí)，應(yīng)整斷面鑿除到空洞底40cm且混凝土密實(shí)狀態(tài)良好，采用接樁方法立模澆至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.5成樁位置偏移

3.5.1原因分析

橋梁樁基一般設(shè)計(jì)會(huì)采用排架樁或少樁承臺(tái)，這樣對(duì)樁位要求非常高，規(guī)范要求排架樁偏位不大于50mm，群樁不大于100mm。而在實(shí)際施工時(shí)，樁基往往會(huì)產(chǎn)生較大的偏差，有些樁基超出規(guī)范范圍較多。這種質(zhì)量通病的原因經(jīng)分析往往是由以下幾點(diǎn)造成：

（1）孔位偏斜多因護(hù)筒埋置中心與樁位中心的偏差；鉆孔樁機(jī)安裝支撐不牢；鉆孔樁位地質(zhì)下沉；鉆進(jìn)過程中地質(zhì)軟硬不均等原因引起。

（2）鉆機(jī)選型不合理，鉆機(jī)鉆頭過重，鉆桿過細(xì)，剛度不足都會(huì)造成在鉆孔過程中，因鉆桿擺動(dòng)幅度過大，產(chǎn)生成孔偏位。

（3）孔拉土質(zhì)軟硬分布不均或有探頭石等現(xiàn)象，迫使鉆頭偏位，從而造成成孔偏位。

（4）還有一種情況就是樁位中心并沒有偏移，但因上部護(hù)筒直徑比樁徑大得多，此段鋼筋籠失去孔壁支撐，產(chǎn)生傾斜和位移。若鋼筋籠位移較大，給樁柱式橋墩施工帶來一定的質(zhì)量隱患。

3.5.2預(yù)防措施及處理方法

（1）在護(hù)筒定位后及時(shí)復(fù)核護(hù)筒的位置，嚴(yán)格控制護(hù)筒中心與樁位中心線偏差不大于50mm，并認(rèn)真檢查回填土是否密實(shí)，以防鉆孔過程中發(fā)生漏漿的現(xiàn)象。樁位中心應(yīng)報(bào)檢合格后開鉆。

（2）開鉆前應(yīng)夯實(shí)平整孔位周邊地基，鉆孔樁機(jī)兩支撐基礎(chǔ)應(yīng)加設(shè)支撐墊板，防止鉆機(jī)傾斜或下沉。

（3）認(rèn)真核對(duì)地質(zhì)資料，特別是在地質(zhì)情況發(fā)生變化地段應(yīng)用探孔器檢查成孔的垂直度。若因地質(zhì)構(gòu)造不均勻引起的，先分析清楚巖層的走向，而后采用適當(dāng)?shù)幕靥畈牧希ɑ靥畈牧弦话銥轲ね?、純堿、鋸末等組成的混合物）將鉆孔回填至檢測(cè)確定的高程處，靜置一段時(shí)間后恢復(fù)施工?？字行钠钚∮?0cm的，靜置1～2 h后可以繼續(xù)鉆孔?？字行钠畲笥?0cm的，應(yīng)根據(jù)情況靜置2 h甚至更長(zhǎng)的時(shí)間待地層沉積穩(wěn)定后恢復(fù)鉆孔施工。

（4）對(duì)成樁后的樁位偏差超出規(guī)范要求的，可聯(lián)系設(shè)計(jì)單位進(jìn)行受力驗(yàn)算，滿足要求時(shí)可讓步使用；不滿足要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)樁或原位沖孔成樁。

（5）當(dāng)樁位中心偏移滿足規(guī)范要求但鋼筋籠偏移較大的樁基，是因?yàn)殇摻罨\失去孔壁支撐，偏移深度不會(huì)超出其護(hù)筒底口，因此出現(xiàn)這種情況時(shí)，可在樁位外側(cè)壓入比樁徑大30cm左右的鋼護(hù)筒，人工鑿除混凝土，到鋼筋籠位置滿足規(guī)范時(shí)，采用接樁方式澆注至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.6樁底混凝土夾渣

3.6.1原因分析

在鉆孔樁底部通過鉆芯取樣，發(fā)現(xiàn)樁基底部出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象，分析認(rèn)為，其主要是因?yàn)榍蹇撞粡氐自斐伞?/p>

3.6.2預(yù)防措施及處理方法

（1）在清孔時(shí)，一定要按規(guī)范要求執(zhí)行，清孔后（2）二次清孔：在實(shí)際施工當(dāng)中，人們往往會(huì)忽略二次清孔的作用。在一次清孔后，安裝鋼筋籠往往會(huì)有很長(zhǎng)一段時(shí)間，當(dāng)孔內(nèi)泥漿粘度偏小、含砂量偏大時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致沉淀速度加??；而忽略二次清孔直接會(huì)導(dǎo)致混凝土灌注前的沉渣厚度過大，灌注混凝土?xí)r不能完全沖開沉渣，沉渣混入混凝土形成樁底夾芯。因此二次清孔是鉆孔樁澆注混凝土前的一個(gè)必要工藝流程，必須嚴(yán)格執(zhí)行，二次清孔后各項(xiàng)指標(biāo)合格方可灌注混凝土。

沉渣厚度、泥漿比重滿足規(guī)范要求方可安裝鋼筋籠。

（3）因鉆孔樁底部沉積物未清理干凈造成的樁全長(zhǎng)小于設(shè)計(jì)現(xiàn)象處理的難度較大。一般應(yīng)在征得設(shè)計(jì)單位同意的前提下，采取鉆孔樁底部壓漿或者高壓注漿處理。

4　結(jié)語

在上海A8高架橋橋梁鉆孔樁施工中遇到了以上諸多問題，但通過采取行之有效的措施和處理方法，確保了樁身質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，全部樁基最終無損檢測(cè)全部合格。值得大家注意的是，鉆孔樁施工是在水下進(jìn)行的，其施工過程無法觀察，成樁后也不能進(jìn)行開挖驗(yàn)收，施工中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題都將直接影響整個(gè)工程的質(zhì)量和進(jìn)度，甚至可能影響到運(yùn)營(yíng)安全。因此，在鉆孔樁施工中必須做到每個(gè)工序嚴(yán)格按照規(guī)范操作，對(duì)可能出現(xiàn)的質(zhì)量通病制定切實(shí)有效的防范措施和處理方法，盡最大可能減少質(zhì)量通病。

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1009-7716（2015）01-0113-03

2014-07-01

朱長(zhǎng)亮（1973-），男，江蘇宿遷人，工程師，科技與質(zhì)量管理部經(jīng)理，研究方向：路橋施工技術(shù)與施工管理。