桥梁钻孔桩的质量通病研究与防治

朱长亮

（中国建筑土木建设有限公司路桥分公司，上海市200122）

桥梁钻孔桩的质量通病研究与防治

朱长亮

（中国建筑土木建设有限公司路桥分公司，上海市200122）

通过对上海A8公路高架桥施工中出现的几种桥梁钻孔桩在钻孔、混凝土灌注及成桩检测中，发现的通病作了分析，并提出防治措施及处理方法。其成果可为桥梁钻孔桩施工中的质量通病的处治提供一些经验借鉴。

桥梁；钻孔桩；质量通病；研究；防治

0　前言

钻孔桩现已广泛用于铁路、公路及各种建筑物基础中，其工艺已经十分成熟。但实际施工时，各种质量通病仍然层出不穷，特别是桥梁钻孔桩一般为排架桩及少量群桩基础，产生质量通病将对工程质量及耐久性产生重大影响。因此对桥梁钻孔桩的质量通病必须加以预防及处理。

1　工程概况

某工程是利用现有的A8公路（松江-莘庄段），在其中央分隔带9.5m的范围内设主线高架桥方式来保证交通。桥梁采用钻孔桩基础，桩径为D=1 200mm和D=1 000mm两种，桩长55～65m不等，共计706根。沿线地层分布特征、物理力学条件①-⑥层土以松散和砂土两种，其下为黄灰色粉细砂，土质较好，是良好的桩基持力层。施工主要采用反循环钻机成孔，拌和站集中生产水下混凝土，搅拌车运输至现场，以灌注方式成桩。

2　几种桥梁钻孔桩常见的质量通病

在A8高架桥梁施工中，通过对先期施工的标段及该标段的10根试验桩基的调查和资料分析，质量通病主要体现如下：（1）扩孔及坍孔；（2）钢筋笼上浮；（3）桩身空洞；（4）桩头空洞；（5）桩位偏移；（6）桩底混凝土夹渣。通过调查，以上几种质量通病在钻孔桩施工当中普遍存在。

3　质量通病的成因研究分析、处理方法及防治措施

3.1扩孔及坍孔

3.1.1成因分析

上海A8公路高架2标段，地质上部①-⑥层土以松散和砂土两种，通过对其他标段及10根试桩来看，在此地层极易发生扩孔和坍孔。在对该标段10根试桩结果来看，虽然没有发生坍孔现象，但其中有4根都出现不同程度的扩孔现象。

通过查阅大量资料表明，钻孔桩的扩孔与坍孔，基本和护壁泥浆质量有直接的关系。钻孔过程中，泥浆不仅要保护孔壁不坍，还需要泥浆比重将钻渣排出孔口，如采用较大的泥浆比重，其粘稠性、塑胶性增大，会增加钻具的旋转阻力，降低成孔速度；而当泥浆比重增大时，钻具承受的浮力FZ=YW·VZ，钻具体积VZ不变时，YW越大，则钻具所承受的浮力FZ就越大，从而降低施工效率。泥浆比重较小时，护壁效果肯定不佳，极易产生扩孔和坍孔现象；同时因泥浆过于稀薄，对施工中出现扩孔和坍孔的桩基泥浆进行检测，其粘性、塑性和触变性降低，排渣能力受到消弱，大量钻渣沉积在孔底，钻进就非常困难。这种情况和上海A8公路钻孔桩施工过程极其相似。因此针对以上情况，钻孔时选用合适的泥浆比重，就非常重要。

为了研究预防措施，对现场的泥浆进行取样检测。检测结果和方案泥浆设计进行比较，见表1、表2所列。

表1　现场护壁泥浆配比和泥浆设计配比对比表

通过对泥浆的检测对比，现场泥浆的施工实际配比中，膨润土和碳酸钠的掺合量明显大于设计配比，而正是这两种掺合物的增大，致泥浆的各种指标产生了较大的变化：

（1）相对密度降低至1.04 g/cm3，远小于方案设计配比1.08 g/cm3，且小于《公路桥涵施工技术规范》的易坍地层泥浆相对密度要求。

（2）泥浆粘度由20.4 Pa.s降低至20.4 Pa.s。

（3）泥浆的其余指标均有不同的变化，但还在规范要求范围内。

表2　现场护壁泥浆指标与设计配合比泥浆指标对比表

经现场调查，认为此问题是由于在泥浆配制时，各种掺料并未进行有效的计量，而是现场工人凭经验的估量进行掺合。导致现场施工实际泥浆配比和设计配比差距较大，产生上述问题。是造成扩孔和坍孔的主要原因。

3.1.2易坍地层扩孔和坍孔的预护措施

（1）在松散土和砂土等易坍地层钻孔时，应严格控制钻进速度。

（2）在钻头提升下放，钢筋笼下放时，尽量动作轻缓，不触碰孔壁，防止坍孔和扩孔。

（3）严格按方案的泥浆设计配比配制泥浆，严格控制泥浆的各种掺合料用量，因各种掺合料的不正确掺量，都有可能改变泥浆的指标和性能，引起扩孔和坍孔。

（4）在易坍地层钻孔时，应适当地填高地表后埋设护筒，以便于抬高水头，避免塌孔。

（5）供浆管不宜直接插入孔内，防止直接冲刷孔壁，应通过水槽和水池减低流速后流入孔内。

3.1.3坍孔的处理方法

如现场已出现扩孔和坍孔现象，应采取以下处理措施：

（1）发生扩孔或坍孔时，应立即停止施工，并根据水头变化判明扩坍孔严重程度，制定处理措施。

（2）孔口坍塌时，应拆除护筒并立即回填已钻孔，重新埋设护筒再钻。

（3）孔内局部坍塌时，应立即回填砂和粉质土的混合物至坍塌处以上2m，保持泥浆循环，静置4～7 d再重新钻孔。

（4）当孔内坍塌严重时，应全部回填，静置30d以上，重新钻孔。

3.2灌注混凝土时钢筋笼上浮

3.2.1原因分析

钢筋笼上浮时一般都是因为混凝土和泥浆的浮力大于钢筋笼的自重造成。一般从实际经验证明，钢筋上浮都发生在导管底面位于钢筋笼底端以下时，灌注混凝土产生强大的冲击力和泥浆浮力的共同作用，托举钢筋笼体上升，发生浮笼现象。

3.2.2预防措施及处理方法

（1）当发生浮笼时，人们常用做法是加强钢筋笼的上端固结措施，其实这种被动处理方法有很大的弊端。如果浮力很大时而钢筋笼上端固接的话，浮力会使钢筋笼在孔内产生弯曲变形，很可能使某一段笼体触碰孔壁，此段钢筋笼将失去保护层，从而给桩基耐久性带来损坏，这种情况对深桩、超深桩作用效果更加明显。对此，当浮笼发生时应采取主动处理方法：a.当灌注到钢筋笼底部以下1m至以上4m时，放缓灌注速度，灌注保持半导管灌注方式；b.当混凝土面越过笼底端3m时，立即提升拆除导管，导管底端位于钢筋笼底端上部时，则钢筋笼已有一定的埋深，肯定不会发生浮笼现象。

（2）钢筋笼制作时，在钢筋笼下部外侧沿笼体竖向每隔2m设一层倒钩，共设3层，每层4个，呈90°布置，相邻层错开布置，倒钩用φ8钢筋制成长10cm，与主筋夹角为30°，可有效地防止浮笼。

（3）在混凝土灌注中发现钢筋笼上浮，应立即暂停灌注，采取以下措施进行处理：a.钢筋笼上浮在2倍直径以下的可以在采取有效防止上浮的措施后继续灌注；b.钢筋笼上浮高度超过2倍桩径以上的必须拔出钢筋笼，比照断桩进行处理。

3.3桩身空洞

3.3.1原因分析

桩基础水下混凝土灌注速度快慢不一，混凝土在导管中有时是满管，有时是半管，由于深桩基础导管长，混凝土落差较大，在非满导灌注的情况下，如果瞬间漏斗内混凝土增多，就导致导管内下部混凝土呈自由落体运动，速度下坠速度很快；而上层混凝土在满管情况下受到管壁的磨擦阻力，速率变小，这样导致导管里的混凝土空气来不及排出。上层的混凝土依靠自身的重量下落时，对残存在导管内的空气不断压缩，当上部重量不断增大时，把导管内形成的高压气囊压入桩身混凝土中，形成空洞。

3.3.2预护措施及处理方法

（1）混凝土的流动性是保证混凝土灌注的一个前提，流动性差也是高压气囊产生的一个重要因素，因此在施工时，应严格控制好混凝土的流动性，坍落度严格控制在18～22cm之间。

（2）根据钻孔桩直径选用合适的导管，宜选用25cm或30cm直径，连接直顺，内壁光滑，深桩基选择导管应尽可能选用较大直径的。

（3）控制好下料均匀，不要时快时慢，放料时应勤于观察，以达不到导管满管漏斗内又无余料为准。

（4）采用夹心漏斗浇注混凝土，可有效地保证在任何时候，导管内的混凝土不会满管，则不会产生高压气囊问题。

（5）桩身存在空压气囊空洞的处理方法：一般来说，高压气囊在成桩后检测才会发现，其一般位于桩身的中心轴线上，其本身对桩基受力并没有多大危害。但是如果在灌注过程中，形成的气囊位于桩周围，则有一定的危害性，所以应进行处理。处理方法可采用小应变检测出竖向位置，然后采用地质钻机在桩身竖向钻孔，释放桩身混凝土中的高气压，然后采用注浆方式填充气囊形成的空洞。

3.4桩头空洞

3.4.1原因分析

当钻孔桩混凝土落注到桩头时，最上层混凝土为最先浇注的首批混凝土经过较长浇注时间，其坍落度、流动性都有不同程度的降低。而在浇注完成后进行导管拆除时，工人往往会以很快的速度拔出导管，这时的混凝土流动性不足以马上填充导管拔离后形成的空腔，这时沉渣会瞬时灌入空腔，这时候的沉渣很厚，被压缩在混凝土中，形成桩头空洞。

3.4.2预防措施及处理方法

（1）灌注到桩头预设标高后，工人拆除导管时应有专人旁站指挥，拔除导管时应缓慢拔除，必要时进行导管反插，即每拔除100cm，反插50cm，最后拔离混凝土面应很缓慢，防止泥浆反灌。

（2）当灌注到桩顶后，可采取措施吸出桩顶过厚的沉渣，防止沉渣灌入桩身。

（3）成桩后桩头部位通过检测已形成的空洞，在下道工序施工前，应把空洞周围清理露出新鲜骨料，采用高一标号混凝土浇注密实；当空洞面积大于桩身断面的1/4时，应整断面凿除到空洞底40cm且混凝土密实状态良好，采用接桩方法立模浇至设计标高。

3.5成桩位置偏移

3.5.1原因分析

桥梁桩基一般设计会采用排架桩或少桩承台，这样对桩位要求非常高，规范要求排架桩偏位不大于50mm，群桩不大于100mm。而在实际施工时，桩基往往会产生较大的偏差，有些桩基超出规范范围较多。这种质量通病的原因经分析往往是由以下几点造成：

（1）孔位偏斜多因护筒埋置中心与桩位中心的偏差；钻孔桩机安装支撑不牢；钻孔桩位地质下沉；钻进过程中地质软硬不均等原因引起。

（2）钻机选型不合理，钻机钻头过重，钻杆过细，刚度不足都会造成在钻孔过程中，因钻杆摆动幅度过大，产生成孔偏位。

（3）孔拉土质软硬分布不均或有探头石等现象，迫使钻头偏位，从而造成成孔偏位。

（4）还有一种情况就是桩位中心并没有偏移，但因上部护筒直径比桩径大得多，此段钢筋笼失去孔壁支撑，产生倾斜和位移。若钢筋笼位移较大，给桩柱式桥墩施工带来一定的质量隐患。

3.5.2预防措施及处理方法

（1）在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。桩位中心应报检合格后开钻。

（2）开钻前应夯实平整孔位周边地基，钻孔桩机两支撑基础应加设支撑垫板，防止钻机倾斜或下沉。

（3）认真核对地质资料，特别是在地质情况发生变化地段应用探孔器检查成孔的垂直度。若因地质构造不均匀引起的，先分析清楚岩层的走向，而后采用适当的回填材料（回填材料一般为黏土、纯碱、锯末等组成的混合物）将钻孔回填至检测确定的高程处，静置一段时间后恢复施工。孔中心偏差小于20cm的，静置1～2 h后可以继续钻孔。孔中心偏差大于20cm的，应根据情况静置2 h甚至更长的时间待地层沉积稳定后恢复钻孔施工。

（4）对成桩后的桩位偏差超出规范要求的，可联系设计单位进行受力验算，满足要求时可让步使用；不满足要求时，应进行补桩或原位冲孔成桩。

（5）当桩位中心偏移满足规范要求但钢筋笼偏移较大的桩基，是因为钢筋笼失去孔壁支撑，偏移深度不会超出其护筒底口，因此出现这种情况时，可在桩位外侧压入比桩径大30cm左右的钢护筒，人工凿除混凝土，到钢筋笼位置满足规范时，采用接桩方式浇注至桩顶设计标高。

3.6桩底混凝土夹渣

3.6.1原因分析

在钻孔桩底部通过钻芯取样，发现桩基底部出现夹渣现象，分析认为，其主要是因为清孔不彻底造成。

3.6.2预防措施及处理方法

（1）在清孔时，一定要按规范要求执行，清孔后（2）二次清孔：在实际施工当中，人们往往会忽略二次清孔的作用。在一次清孔后，安装钢筋笼往往会有很长一段时间，当孔内泥浆粘度偏小、含砂量偏大时，则会导致沉淀速度加剧；而忽略二次清孔直接会导致混凝土灌注前的沉渣厚度过大，灌注混凝土时不能完全冲开沉渣，沉渣混入混凝土形成桩底夹芯。因此二次清孔是钻孔桩浇注混凝土前的一个必要工艺流程，必须严格执行，二次清孔后各项指标合格方可灌注混凝土。

沉渣厚度、泥浆比重满足规范要求方可安装钢筋笼。

（3）因钻孔桩底部沉积物未清理干净造成的桩全长小于设计现象处理的难度较大。一般应在征得设计单位同意的前提下，采取钻孔桩底部压浆或者高压注浆处理。

4　结语

在上海A8高架桥桥梁钻孔桩施工中遇到了以上诸多问题，但通过采取行之有效的措施和处理方法，确保了桩身质量满足设计及规范要求，全部桩基最终无损检测全部合格。值得大家注意的是，钻孔桩施工是在水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收，施工中任何一个环节出了问题都将直接影响整个工程的质量和进度，甚至可能影响到运营安全。因此，在钻孔桩施工中必须做到每个工序严格按照规范操作，对可能出现的质量通病制定切实有效的防范措施和处理方法，尽最大可能减少质量通病。

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1009-7716（2015）01-0113-03

2014-07-01

朱长亮（1973-），男，江苏宿迁人，工程师，科技与质量管理部经理，研究方向：路桥施工技术与施工管理。