摘要：本文结合在学习中的桥梁桩基理论及桥梁工程桩基中钻孔灌注桩的施工管理经验，对钻孔灌注桩常见成桩质量事故进行综合分析，根据质量事故的发生原因，提出了便于实施的解决方法。
关键词：钻孔灌注桩；成桩质量；预防办法
一、前言
混凝土钻孔灌注桩是桥梁和结构物的常用基桩形式之一，这主要是由于桩能将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层上去，从而大大减少基础沉降和桥梁的不均匀沉降，实践也证明它是一种极为有效，安全可靠的基础形式。但是，灌注桩的成桩过程是在桩位处的地面下或水下完成，施工工序多，质量控制难度大，稍有不甚极易产生断桩等严重缺陷。灌注桩成桩质量通常存在2个方面的问题：一是属于桩身完整性，常见的缺陷有夹泥、断裂、缩径、扩径、混凝土离析及桩顶混凝土密实性差等；二是嵌岩桩，影响桩底支撑条件的质量问题，主要是灌注混凝土前清孔不彻底，孔底沉渣厚度超过规定极限，影响承载力。据统计，国内外钻孔灌注桩的事故率高达5%～10%。
二、施工中常见质量事故产生的原因及预防方法
1、孔径误差：孔径误差主要是由于工人疏忽用错其他规格的钻头，或因钻头陈旧，磨损后直径偏小所致。每根桩开孔时，合同双方的技术人员应验证钻头规格，实行签证手续。《公路工程质量检验评定标准》中对钻孔允许偏差为群桩桩位不大于100mm，排架桩桩位容许50mm，极值100mm，钻孔倾斜度不大于1%桩长且不超过500mm。
每根钻孔灌注桩钻孔施工前，必须按照以上要求对各项指标进行检查，检查合格后，方可进行施工。
2、钻孔垂直度不符合规范要求：造成钻孔垂直度不符合规范要求的主要原因如下：场地平整度和密实度差，钻机安装不平整或钻进过程发生不均匀沉降，导致钻孔偏斜；钻杆弯曲、钻杆接头间隙太大，造成钻孔偏斜；钻头翼板磨损不一，钻头受力不均，造成钻头偏离方向；钻进遇软硬土层交界面或倾斜岩面时，钻压过高使钻头受力不均，造成钻头偏离方向。
控制钻孔垂直度的主要技术措施：压实、平整施工场地；安装钻机时应严格检查钻进的平整度和主动钻杆的垂直度，钻进过程应定时检查主动钻杆的垂直度，发现偏差应立即调整；定期检查钻头、钻杆、钻杆接头，发现问题及时维修或更换；在软硬土层交界面或倾斜岩面处钻进，应低速低钻压钻进。发现钻孔偏斜，应及时回填粘土，冲平后再低速低钻压钻进；在复杂地层钻进，必要时在钻杆上加设扶整器。
3、钻孔塌孔与缩径：钻孔灌注桩的塌孔与缩径从表面上看是两个相反面，实际上产生的原因却基本相同。主要是地层复杂、钻进进尺过快、护壁泥浆性能差、成孔后放置时间过长没有灌注砼等原因所造成。
预防方法：严格控制泥浆的比重、含砂率、粘稠度、胶体率，如有泥浆泄浆必须及时补浆。泥浆性能主要控制其密度为1.1～1.3g/cm3、粘度为16～22s、含砂率≤4％，胶体率不小于95%，PH值大于6.5，如果孔内泥浆指标不能满足以上要求时，可采用加碳酸钠、烧碱、木质素磺酸钙的方法，改善泥浆的性能，通过对泥浆的除砂处理，可控制泥浆的密度和含砂率。钻孔灌注桩穿过较厚的砂层、砾石层时，成孔速度应控制在2米/小时以内。没有特殊原因，钢筋笼安装后应立即灌注砼。为防止由于冲击振动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇注的混凝土强度，应待邻孔混凝土抗压强度达到2.5MPa后方可开钻。
4、初灌时埋管深度达不到规范值
相关规范规定，灌注导管底端至孔底的距离应为300～500mm，初灌时导管埋深应不小于1米，且不大于3米，当桩身较长时，导管埋入混凝土的深度适当加大。在计算混凝土的初灌量时，在灌注前的混凝土初灌量计算中容易只计算了1.2m桩长所需的砼量，漏算导管内积存的混凝土量，初灌量不足造成埋管深度达不到规范值。另一方面，施工时准备的导管长度规格太少，安装导管时配管困难，有时导管底至孔底的距离偏大，形成初灌量不足导致埋管深度达不到规范值。
初灌砼量V应根据设计桩径、导管管径、导管安装长度、孔内泥浆密度进行计算，且V≥πD2（H1+H2）/4+πd2h1/4（m3）；D－设计桩径（m）。H1-桩孔底至导管底端间距，一般为0.3-0.4m，H2-导管初次埋置深度（m）；d－导管直径（m）；h1－桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m）h1=Hwγw/γc〔Hw－桩孔内水或者泥浆的深度（m）；γw－桩孔内水或者泥浆的中度（kN/m3）；γc－混凝土拌合物的重度取24kN/m3〕。
5、灌注混凝土时堵管
灌注混凝土时发生堵管主要由于导管破漏、导管底距孔底深度太小、完成二次清孔后灌注混凝土的准备时间太长、隔水栓不规范、混凝土配制质量差、灌注过程导管埋深过大等原因引起。
导管在安装前应采用肉眼观察和敲打听声相结合的方法检查导管是否存在小孔洞和裂缝、导管的接头是否密封、导管的厚度是否合格。然后对导管进行压力密封试验，试压压力宜为孔底静、水压力的1.5倍。检查导管是否漏水，导管底部至孔底的距离应为300～500mm，在灌浆设备的初灌量足够的条件下，应尽可能取大值。隔水栓应认真细致制作，其直径和圆度应符合使用要求，其长度应≤200mm。
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完成第二次清孔后，应立即开始灌注砼，若因故推迟灌注混凝土，应重新进行清孔。否则，可能造成孔内泥浆悬浮的砂粒下沉而使孔底沉渣过厚，并导致隔水栓无法排出导管外而发生堵管事故。
6、孔底沉渣过厚
孔底沉渣太厚，都是由于清孔没有清干净或是由于泥浆的比重太小造成的。对于端承桩，验标要求沉渣厚度不大于10cm，摩擦桩不大于30cm。混凝土灌注前，必须检查沉渣厚度，如果沉渣厚度不满足验标要求，继续清孔。如果是由于泥浆质量差引起的，必须改善泥浆的性能后再清孔。
7、灌注混凝土过程中钢筋笼上浮
引起灌注砼过程中钢筋笼上浮的原因主要有如下三方面：混凝土初凝和终凝时间太短，使孔内砼过早结块，当砼面上升至钢筋笼底时，砼结块托起钢筋笼；清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，砼灌注过程中砂粒回沉在砼面上，形成较密实的砂层，并随孔内砼逐渐升高，当砂层上升至钢筋笼底部时便托起钢筋笼；混凝土灌注至钢筋笼底部时，灌注速度太快，造成钢筋笼上浮。
防止措施是：用2根钢管从钢筋笼中部穿过焊在钢护筒上，然后用吊斗压在其上面，这样，钢筋笼就不会上浮。
8、桩身混凝土质量差
桩身混凝土质量差主要是指混凝土强度低和混凝土离析。发生桩身混凝土强度低或混凝土离析的主要原因是：试验人员对粗细骨料的含水率测试不准确，导致混凝土中用水量超标；混凝土搅拌时间不够，由于是高性能混凝土，搅拌时间不少于2分钟；水泥与外加剂的相容性差。
严格控制好搅拌站混凝土的搅拌时间，试验室对粗细骨料含水率的测试派专人负责，必须保证含水率数据的准确。对进场的外加剂和水泥必须进行相容性试验。只有相容性合格后，方可实用。严格控制混凝土的坍落度，坍落度控制在180～220mm之间，保证混凝土的和易性，是防止桩身砼离析和强度偏低的有效措施。
9、桩身混凝土夹渣或断桩
引起桩身混凝土夹泥或断桩的原因主要有如下四方面：初灌混凝土量不够，造成初灌后埋管深度太小或导管根本就没有入混凝土内；砼灌注过程拔管长度控制不准，导管拔出混凝土面；混凝土初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使砼上部结块，造成桩身混凝土夹渣；清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，砼灌注过程中砂粒回沉在混凝土砼面上，形成沉积砂层，阻碍混凝土的正常上升，当砼冲破沉积砂层时，部分砂粒及浮渣被包入混凝土内。严重时可能造成堵管事故，导致混凝土灌注中断。
导管的埋管深度宜控制在2～6米之间，若灌注顺利，孔口泥浆返出正常，则可适当增大埋管深度，以提高灌注速度，缩短单桩的混凝土灌注时间。混凝土灌注过程拔管应有专人负责指挥，并分别采用理论灌入量计算孔内混凝土面和重锤实测孔混凝土砼面，取两者的低值来控制拔管长度，确保导管的埋管深度≥2米。单桩混凝土灌注时间宜控制在1.5倍砼初凝时间内。
10、桩顶混凝土不密实或强度达不到设计要求
桩顶混凝土不密实或强度达不到设计要求，其主要原因是超灌高度不够、混凝土浮浆太多、孔内混凝土面测定不准。
对于桩径≤1000mm的桩，超灌高度不小于桩长的4％。对于桩径＞1000mm的桩，超灌高度不小于桩长的5％。对于大体积混凝土的桩，桩顶10米内的混凝土应适当调整配合比，增大碎石含量，减少桩顶浮浆。在灌注最后阶段，孔内混凝土面测定应采用硬杆筒式取样法测定。
11、混凝土灌注过程因故中断的处理办法
混凝土灌注过程中断的原因较多，在采取抢救措施后仍无法恢复正常灌注的情况下，可采用如下方法进行处理：若刚开灌不久，孔内砼较少，可拔起导管和吊起钢筋笼，重新钻孔至原孔底，安装钢筋笼和清孔后再开始灌注混凝土；迅速拔出导管，清理导管内积存混凝土和检查导管后，重新安装导管和隔水栓，然后按初灌的方法灌注混凝土，待隔水栓完全排出导管后，立即将导管插入原砼内，此后便可按正常的灌注方法继续灌注混凝土。此法的处理过程必须在砼的初凝时间内完成；混凝土灌注过程因故中断后拔除钢筋笼，待已灌混凝土强度达到C15后，先用同级钻头重新钻孔，并钻除原灌砼的浮浆，再用φ500钻头在桩中心钻进300～500mm深，这样就完成了接口的处理工作，然后便可按新桩的灌注程序灌注砼。
三、结论
引起钻孔灌注桩成桩质量事故的原因较多，各个环节都可能会出现重大质量事故。因此，在桩基施工过程中，严格按照相关规范的规定，从工艺要求的基本单元做起，控制泥浆、混凝土质量和机械的正确运转，详细做好各项施工记录，及时采取预防措施进行纠偏。牢牢把好钻孔、清孔和混凝土灌注等关键工序的过程关和质量关，是防止成桩质量事故发生的行之有效的措施。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011
[2]方海波.公路桥梁施工过程中钻孔灌注桩质量控制策略研究〔J〕.中国标准化.2017（5）：86-87
[3]宗海涛.公路桥梁施工过程中钻孔灌注桩质量控制探析〔J〕.江西建材.2015（3）：180
论文作者:何维1,王智2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/4
标签：混凝土论文; 导管论文; 钻孔论文; 泥浆论文; 钢筋论文; 钻头论文; 钻杆论文; 《基层建设》2017年第36期论文;