桥梁钻孔灌注桩质量缺陷的成因及对策

谷鸿超

摘要:随着我国交通基础设施建设的快速发展,钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点仍将被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。本文着重结合工程实际对桥梁基桩缺陷的形成原因进行分析,并将几种较成功的处理方法作介绍,供同行交流。

关键词:钻孔桩;质量缺陷;处治

灌注桩属于隐蔽工程,但由于影响灌注桩施工质量的因素很多,对其施工过程每一环节都必须要严格要求,对各种影响因素都必须有详细的考虑,如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。若稍有不慎或措施不严,就会在灌注中产生质量事故,小到塌孔松散、缩颈,大到断桩报废,给国家财产造成重大损失,直至影响工期并对整个工程质量产生不利影响。据统计资料表明,在被检测的灌注桩中大约有5～10%是有缺陷的,不良地质中灌注桩缺陷率更高达14.7%。所以,必须高度重视并严格控制钻孔灌注桩的施工质量,尽量避免发生事故及减少事故造成的损失,以利于工程的顺利进展。

1 基本情况

该高速公路,全长56.274km,分两期修建。一期开工建设的工程内容有43.6km的路基工程及桥涵通道等构造物,共有钻孔灌注桩711根。项目所在地区地貌主要处于黄河、沁河冲积平原内,地质较不稳定。K0～K20范围内,20m以内地层土体主要为黄土状亚砂土、亚粘土及细、中砂,地下水位深1.0m左右,黄土状亚砂土软塑或流塑,细中砂以松散为主,局部中密,属于较差地质段落。该工程发生的18根缺陷桩较集中分布于这一区间内,占总量的2.53%。

2 几种缺陷桩的成因及对策

2.1 断桩

2.1.1 形成断桩原因分析

断桩是严重的质量事故。对于诱发断桩的因素,必须在施工初期就彻底清除其隐患,同时又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。断桩产生的原因有以下几个方面:

2.1.1.1 灌注混凝土过程中,测定已灌混凝土表面标高出现错误,导致导管埋深过小,出现拔脱提漏现象形成夹层断桩。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为混凝土表面。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。

2.1.1.2 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,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,加上导管采用已很落后而且提升阻力很大的法兰盘连接的导管,在提升时连接螺栓拉断或导管破裂而产生断桩。

2.1.1.3 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,拌出混合料时稀时干。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。

2.1.1.4 坍塌。因工程地质情况较差,施工单位组织施工时重视不够,有甚者分包或转包,施工者谈不上有什么经验,在灌注过程中,井壁坍塌严重或出现流砂、软塑状质等造成类泥沙性断桩。这类现象在本工程的断桩中占有相当大的比例,较为严重。而且位置深、难处理,是导致工期无限延期及经济上大量浪费的重要因素之一。

2.1.1.5 另外,导管漏水、机械故障和停电造成施工不能连续进行,突然井中水位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。

2.1.2 断桩处理的几种方法

2.1.2.1 原位复桩。对在施工过程中及时发现和超声波检测出的断桩,采用彻底清理后,在原位重新浇筑一根新桩,做到较为彻底处理。此种方法效果好、难度大、周期长、费用高,可根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量等因素选择采用。如K32+686.5万花分离立交桥1#-3桩及K19+110共产主义总干渠大桥7#-6桩分别采用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,重新浇注。

2.1.2.2 接桩。如K7+954.5小桥0#-6桩,在灌注过程中发生导管焊口破裂,裂缝长30cm,宽0.5cm。设计桩长为26m,当时水下混凝土已灌注17m,为确保工程质量,停止混凝土的浇筑并提前拔出导管。确定接桩方案,首先对桩进行声测确定好混凝土的部位;其次,根据设计提供的地质资料表明桩顶以下10m均为粘土层,确定井点降水-开挖-20#素混凝土进行护壁,护壁内用?12的钢筋箍圈以20cm间距进行加固,护壁间连接筋用?12钢筋以20cm间距布置。第三,挖至合格数处利用人工凿毛,按挖孔法混凝土施工方法进行混凝土的浇注。

2.1.2.3 桩芯凿井法。这种方法说起来容易做起来难,即边降水边采用风镐在缺陷桩中心凿一直径为80cm的井,深度至少超过缺陷部位,然后封闭清洗泥沙,放置钢筋笼,用挖孔混凝土施工方法浇筑膨胀混凝土。此方法日进度0.6m,如果遇到个别桩水处理不好、降不下去,更是困难重重,导致质量、工期和经济上的重大损失。如K19+110共产主义大桥6#-3、3#-4、1#-2等几根桩及K12+087乔庙分离式立交桥3#-1桩均采用此方法,个别桩处理工期长达近6个月,费用达20万元。

2.2 缩颈

在钻孔过程中,由于钻锥磨损或焊补不及时,再或地层中遇到膨胀的软土、粘土、泥岩等,容易产生缩孔现象。如K10+028.8京广立交桥2#-4桩,设计桩长46m,直径1.5m,在28～30m处出现缩孔,即出现膨胀性软土,俗称探头泥,成孔检验不太仿事,但至下钢筋笼时钢筋笼下不去,拔出钢筋笼用钻锥上下冲扩后仍下不去,回填重新钻孔反复3次,最后下决心在锥头上加焊8cm的合金钢,再度扩大孔径,成孔后重新浇筑,增加混凝土80余方。

2.3 灌注时发生井壁坍落

成孔后灌注水下混凝土时发生坍孔现象,若坍塌不止,应将导管拔出,以粘土回填重新成孔;轻微坍落在施工中不易被察觉,声测时发现局部裹泥或夹砂现象。如K30+286白马泉小桥1#-3桩,在距声测管顶端6.5～7.0m断面处出现异常情况,AB测面读数均匀正常,但BC、AC面无读数,判定此两面交汇处可能出现裹泥块。该标在C声测管处用钻机干钻一直径为1.2m,距桩顶7m的井,用木板和钢筋圈加固后,派人从距桩顶6.5m处开凿,发现C声测管处有一高32cm、宽14cm、深16cm的黏土块。采用清除-凿出新鲜混凝土2cm-清洗(饱和面干)-高标号混凝土修补,保证了桩的整体性和完整性。根据实际情况还可以采用压浆、旋喷等工艺处理桩芯局部夹泥砂或空洞等缺陷,不再赘述。

3 钻孔灌注桩的质量控制

钻孔灌注桩的施工质量直接影响到上部结构的稳定与安全。部颁《公路工程质量检验评定标准》JTJ07198对钻孔灌注桩的质量作了严格的要求,增加了6.3.1.5和6.3.1.6条,明确规定了钻孔灌注桩进行无破损检测,这一结果需由设计单位的确认。对钻孔灌注桩的质量控制,我们认为在现时代仍应强调以下几点:

3.1 对质量控制应注重预防为主,即在施工前做好充分准备工作,制定相应的防范措施,并责任到人。

3.2 严把队伍进场关。“一流队伍投标、二流队伍进场、三流队伍干活儿”的现象在建筑市场上仍然存在。只有从严把关,使一流人才、先进的工艺,过硬的设备进场,就为优良工程打下了坚实的物质基础。

3.3 严把检测关。桥梁钻孔灌注桩无破损检测是确保施工质量的一个重要技术检测手段,我们的做法是:A、对承担本工程桩基无破损检测任务的单位和个人进行资格审查;B、逐根桩作超声波法检测;C、对处理后的缺陷桩做二次声测,若声测仍有缺陷,则该桩再辅以承载试验(大应变),以确保成桩质量及工程的安全性。