混凝土灌注桩的质量控制关键所在及缺陷防治探究

曾丽华,车莉娜

(阜新高等专科学校,辽宁　阜新　123000)

混凝土灌注桩的质量控制关键所在及缺陷防治探究

曾丽华,车莉娜

(阜新高等专科学校,辽宁阜新123000)

[摘要]混凝土灌注桩作为桥梁工程基础的主要形式之一,是桥梁工程质量控制的重中之重,由于桩基工程的隐蔽性,给质量控制带来一定的难度。根据阜新至朝阳高速公路桥梁工程桩基施工的经验,提出了桩基工程施工质量控制的一些关键技术问题及质量缺陷的防止措施,有效控制桥梁混凝土灌注桩桩基工程施工质量。

[关键词]灌注桩；质量控制；缺陷防治；检测；桩基础

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.17.151

灌注桩质量控制从验收规范来看十分简单,无非是地基承载力的鉴定、钢筋笼的检查与桩混凝土质量的判断,但由于地下工程不可见的因素很多,因此判定起来比较难以准确。笔者依据阜新至朝阳高速公路桥梁工程基桩施工和多年的工作经验及理论知识,从桩的承载机理看质量控制的关键,对桩的缺陷与防治措施等问题进行探讨。

1从灌注桩承载机理看质量控制的关键

支撑桩的承载机理是桩把荷载传递到桩的底部,它支承在兼顾的岩土层上,不难得出桩的承载力取决于桩身强度与地基承载力。当桩身强度>地基承载力,桩的承载力=地基承载力：反之,桩身强度<地基承载力,桩的承载力=桩身强度。

前面公式在孔底没有沉渣情况下成立。对挖孔桩沉渣不是问题,而沉渣问题对于钻孔桩则是存在的,沉渣量过大,桩受荷时发生大量沉降,桩将失效。对摩擦桩来说,由于其受力机理是通过桩表面和周围土壤之间的摩擦力或依附力,逐渐把荷载从桩顶传递到周围的土体中,如果在设计中端部反力不大,端部的沉渣量对桩承载力亦影响不大。

1.1桩质量控制关键之一：地基承载力

从桩的施工程序来讲,在质量控制中,首先确保地基承载力符合设计要求,否则将使桩失效。支撑桩地基承载力取决岩层的构造情况、桩嵌入岩石的深度、岩石单轴饱和抗压强度。摩擦桩地基承载力取决于桩表面周围土壤的种类、接触面积、摩擦系数等。

地基承载力的控制措施主要为：在施工中及时捞取渣样与设计进行对比,如有异常及时向设计部门及主管单位汇报,以采取措施进行补救或更变。

1.2桩质量控制关键之二：桩身强度的控制(在于施工工艺)

地基承载力符合设计要求,如桩身强度不足,桩的承载力亦得不到保证,桩身强度是桩质量控制的另一关键。桩身质量控制主要在于控制混凝土的质量,桩身强度取决于钢筋笼的制作质量与混凝土质量。钢筋笼的制作检查,简单明了：而影响混凝土质量因素则很多,有些是可见的,有些是不可见的。在工程实践中,不少桩由于混凝土质量问题而使桩身强度达不到设计要求,因此桩身质量的控制主要在于控制混凝土质量。

混凝土的缺陷往往是由于施工工艺不合格引起,因此必须对桩基工程的施工工艺、质量保证措施进行严格的控制,否则,也起不到质量控制效果,工程验收时,对工程质量如何,将没有把握,检测出现的问题亦无从分析。

人工挖孔桩混凝土缺陷主要产生于混凝土浇捣工艺。成孔时,在土层设置护壁,而在岩石层,孔壁岩石自然护壁,一般不存在孔壁质量对混凝土产生多大的影响。主要控制混凝土浇捣工艺特别是有地下水的水下部分混凝土的浇捣,必须采用水下混凝土配合比与水下导管灌注等。

钻孔桩混凝土质量不仅与浇注工艺有关,还与成孔工艺有很大的关系。要确保桩孔成孔质量与灌注工艺的合理性,操作得当。钻孔桩成孔质量在于：桩径不小于设计桩径,护壁可靠；关系到混凝土质量的灌注工艺主要是：第一，控制好混凝土质量的和易性,防止出现堵管、埋管,引起断桩事故。第二，控制导管埋深2～4米,使混凝土面处于垂直顶升状,不使浮浆、泥浆卷入混凝土,防止提漏引起断桩事故。

1.3对于钻孔灌注桩质量控制的另一个关键：沉渣量的检查

对摩擦桩来说,由于其受力机理是通过桩表面和周围土壤之间的摩擦力或依附力逐渐把荷载从桩顶传递到周围的土体中,如果在设计中端部反力不大,端部的沉渣量对桩承载力亦影响不大；而对于钻孔端承桩,如果沉渣量过大,势必造成桩受荷时发生大量沉降,同样使桩的承载力失效。桩出现的大量沉降,经多方面证实是因为桩端沉渣量过多,导致该桩失效,亦影响其他桩的评定。因此钻孔灌注桩另一个控制的关键还在于沉渣量的检查。

主要质量控制措施如下。

(1)认真检查,采用正确的测绳与测锤。

(2)一次清孔后,不符合要求,要采取措施：如改善泥浆性能,延长清孔时间等进行清孔。

(3)在下完钢筋笼后,再检查沉渣量,如沉渣量超过规范要求,应进行二次清孔。二次清孔是保证沉渣量符合要求的最有效措施。

总之,人工挖孔桩质量控制的关键在于桩身混凝土浇捣工艺是否合理与地基承载力是否符合设计要求；钻孔灌注桩的关键不仅在于施工工艺与地基承载力,还在于沉渣量是否符合规范要求。因此对于人工挖孔桩来说,如桩存在质量问题,不是混凝土有缺陷,就是没有挖到持力层。而钻孔灌注桩检验不合格,就可能是桩底沉渣量过大,或混凝土有缺陷,或没有钻到持力层,或兼而有之。

2混凝土灌注桩基础缺陷及防治措施

2.1人工挖孔桩

桩身混凝土强度不足。原因：混凝土遭受孔内水的危害,引起灰浆稀释,砂石下沉,严重破坏混凝土的强度。防治措施：①对于孔内有地下水,水位低、水量小的桩孔,在浇捣时把混凝土拌匀,水抽干,可以采用串筒迅速浇捣,但是在水位以下部分,必须调整混凝土配合比,适当减少用水量并增加水泥用量等；②对于水位高、出水量大的桩孔,在水位下必须采用水下混凝土配合比与导管灌注法灌注,在水位之上,为了避免水下导管灌注通病——桩身上部混凝土强度低,则可以采用简单串筒浇捣,但是水必须抽干,泥浆、浮浆要清除干净,两种不同方法施工的交接层,用插捣器穿过反复插捣。

2.2钻孔灌注桩

(1)桩底地基承载力不足。原因：桩端没有支撑在持力层上面。防治措施：这种情况一般出现在复杂地层,这种地层一般最好取芯检验,如不能孔孔取芯,要参照邻近取芯情况、钻速、泥浆返上的岩屑及钻进情况(一般钻进至微风化岩时,钻头不蹩钻,主动钻杆震动不很厉害,钻进声音感觉较好)、工程地质资料进行综合考虑。

(2)缩径(孔径小于设计孔径)。原因：塑性土膨胀。防治措施：成孔时,应加大泵量,加快成孔速度,快速通过,在成孔一段时间,孔壁形成泥皮,孔壁不会渗水,亦不会引起膨胀,如出现缩径,采用上下反复扫孔的办法,以扩大孔径。

(3)桩底沉渣量过大。原因：检查不够认真,清孔不干净或没有进行二次清孔。防治措施：①认真检查,采用正确的测绳与测锤；②一次清孔后,不符合要求,要采取措施：如改善泥浆性能,延长清孔时间等进行清孔。在下完钢筋笼后,再检查沉渣量,如沉渣量超过规范要求,应进行二次清孔。二次清孔可利用导管进行,准备一个清孔接头,一头可接导管,一头接胶管,在导管下完后,提离孔底0.4m,在胶管上接上泥浆泵直接进行泥浆循环。二次清孔优点：及时有效保证桩底干净。

(4) 钢筋笼上浮。原因：①当混凝土灌注至钢筋笼下,若此时提升导管,导管底端距离钢筋笼仅有1米左右的距离,由于浇注的混凝土自导管流出后冲击力较大,推动了钢筋笼上浮；②由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时,其上层混凝土因浇注时间较长,已经初凝,表面形成硬壳,混凝土与钢筋笼有一定握裹力,如果此时导管底端未及时提到钢筋底部以上,混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升,同时也带动钢筋笼上移。防治措施：①灌注混凝土过程中,应随时掌握混凝土浇筑标高及导管埋深,当混凝土埋过钢筋笼底端2～3米时,应及时将导管提升至钢筋笼底端以上；②当发现钢筋笼开始上浮时,应立即停止浇注,并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高,提升导管后在进行浇注,上浮现象即可消除。

(5)断桩与夹泥层。原因：①泥浆过稠,增加了浇注混凝土的阻力,比如泥浆比重大且泥浆中含较大的泥块。因此,在施工中经常发生导管堵塞、流动不畅等现象,有时甚至灌满导管还是不行,最后只好提取导管上下振击,由于导管内储存大量混凝土,一旦流出其势甚猛,在混凝土流出导管后,即冲破泥浆最薄弱处急速返上,并将泥浆夹裹于桩内,造成夹泥层；②灌注混凝土过程中,因导管漏水或导管提漏而二次下球也是造成夹泥层和断桩的原因。

导管提漏有两种原因：①当导管堵塞时,一般采用上下振击法,使混凝土强行流出,但如此时导管埋深很少,极易提漏。②因泥浆过稠,如果估算或测混凝土面难,在测量导管埋深时,对混凝土浇筑高度判读错误,而在卸管时多提,使导管提离混凝土面,也就产生提漏,引起断桩；③灌注时间过长,而上部混凝土已接近初凝,形成硬壳,而且随时间增长,泥浆中残渣将不断沉淀,从而加厚了积聚在混凝土表面的沉淀物,造成混凝土灌注极为困难,造成堵管与导管拔不上来,引发断桩事故；④导管埋得太深,拔出时底部已经接近初凝,导管拔上后混凝土不能及时充填,造成泥浆填入。

防治方法：①认真做好清孔,防治孔壁坍塌；②尽可能提高混凝土浇筑速度:一是开始浇混凝土时尽量累积大量混凝土,产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力；二是快速连续浇注,使混凝土和泥浆一直保持流动状态,可防导管堵塞；③提升导管要准确可靠,灌注混凝土过程中随时测量导管埋深,严格遵守操作规程；④灌注水下混凝土前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷,发现问题要及时更换。

3结论

桥梁混凝土灌注桩基桩施工质量控制的关键环节在于地基承载力的保证,混凝土施工工艺合理,并掌握基桩缺陷的防治措施。这样才能对混凝土灌注桩质量进行有效控制,达到质量控制的目的。

参考文献：

[1]王英.混凝土灌注桩工程质量超声波检测理论方法及应用[D].济南:山东科技大学,2005.

[2]王正君.超声法检测灌注桩混凝土强度的研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2005.

[3]常聚友,刘祖富,郭江波.混凝土灌注桩完整性及沉渣厚度的检测研究[J].铁道工程学报,2014(10):59-63.