钻孔灌注桩砼水下浇注施工及其工程事故的预防与处理黄启贵[摘要]本文阐述了水下浇注砼的技术要点，结合连徐A-8标的施工实例，分析了在施工中常见的工程事故及其预防和处理的技术措施。[关键词]灌注桩水下浇注坍落度缺陷处理一、前言是目前桩基础中应用最广泛的一种型式，受工程地质文件及水文地质条件等各种因素的影响，大多数采用水下浇注砼的施工方法。在施工过程中，如何防止一些可以避免的工程事故，在事故出现之前予以预防，以及出现事故后又该如何处理，诸如此类的问题一直是广大工程施工者亟需解决的问题。二、水下浇注砼施工水下浇注砼有多种施工方法：直升导管法、箱袋法、铺石灌浆法和泵送法等。最常用的直升导管法是指砼从孔底通过导管下口，进入到初期灌注的砼(作为隔水层)的下面，顶托着初期灌注的砼及其上面的水或泥浆上升，从而将孔内泥浆置换出来而成为砼桩的一种施工方法。一般使用刚性导管进行灌注，导管内径一般为25~30cm。为了便于施工，导管分节制作，一般每节为2m，最底一节长度不超过6m，上面可用1m管来调节下管长度。导管在使用前应进行必要的水密、承压和接头抗拉等试验。在施工中还必须配备料斗、隔水球、吊车、砼运输车等设备。在进行灌注之前，为确保水下浇注砼顺利进行，除了要保证砼搅拌站的设备性能、拌制能力、运输能力等条件外，还必须充分考虑施工场地内外运输车辆运行路线、卸料设备、排除孔内泥浆措施等。先将导管放入孔内，导管底端距孔底25~40cm，将隔水球放在导管内(不能留有孔隙)，然后往料斗内注入砼，砼下压隔水球将导管内水排出，如图1所示。需要注意的是，首批砼浇注后必须保证导管插入砼中的深度不得小于1m。在浇注过程中，理想的砼流体方式是最先浇注的砼总在最上部，一直与泥浆面稳定接触。在导管插入深度较小时，导管内新注入的砼是从导管四周向上流动的，有可能冲破隔水层。只有在导管插入较深时，砼才会整体上升。浇注过程中，应及时掌握井孔内砼面的位置，及时调整导管埋深，使导管的埋深控制在2~6m之间。浇注砼必须连续进行，否则先浇灌进去的砼达到初凝，将阻止后浇灌的砼从导管中流出而造成管道阻塞。施工时，砼浇注速度应尽可能地快一些，坚持连续灌注，使灌注工作在首批砼初凝以前的时间的完成。较好的方法是将混凝土从运输车中直接投到导管的料斗中去。终止浇注前，须确定混凝土面的真实高度，使灌注的桩顶标高比设计高出0.5~1.0m(顶面与泥浆接触有可能含泥而造成桩强度达不到设计要求)，以保证浇灌的混凝土桩的质量。(a)(b)图1砼水下浇注示意图三、常见的工程事故砼浇注中常见的事故有如下几种：①导管进水②导管堵塞，砼上返不顺畅，卡管③导管埋深不够或被拔出砼顶面④导管无法拔出、埋管⑤钢筋笼上浮以上几种事故带来的后果及造成的质量问题是：①断桩②桩身有夹渣、蜂窝③桩身配筋减少通过施工现场记录可以了解事故的发生情况，通过无破损检测的方法可以确定存在的质量问题。由于灌注桩施工的不可逆性，其事故的处理就显得非常困难。四、工程事故的预防与处理〈一〉预防措施水下浇注砼常见质量事故预防的技术措施一般有如下几个方面：⑴、导管在使用前必须做密封试验和接头抗拉试验。使用后要及时冲洗，以便下次灌注时砼流通顺畅。⑵、灌注时导管底端距孔底高度可依据桩径、隔水球大小而定，最高不超过40cm。浇注过程中，应匀速向导管料斗内灌注，若突然灌注大量的砼使导管内空气不能马上排出，可能导致堵管或桩身出现蜂窝现象;若管内空气从导管底端急剧排出，可能带动导管拔出砼面。⑶、施工时，浇注速度应尽可能快一些，砼最好从运输搅拌车直接投到导管的漏斗中去。连徐A-8标施工初期，一直沿用老施工方法，即先把砼倒入吊斗中，再用吊车把吊斗吊到导管上方，把吊斗中的砼投入导管的漏斗中。这种方法成本高、效率低、耗时长，特别在气温高砼初凝快的时候，不仅增加拆管次数，而且还极易造成事故。后采用把砼从运输搅拌车中直接投入到料斗中的方法，效果显著，浇注一根36m(ф1500mm)的灌注桩，一般都在1~2小时左右，大大提高了效率，减少了事故的发生。⑷、砼的质量应严格控制。配合比中水灰比一般控制在0.5~0.6，砂率应在40%~50%，粗骨料中最大粒径应小于40mm。砼的坍落度应控制在18~20cm，要具有良好的和易性、流动性。用料上优先采用中粗沙和级配较好的卵石，砂率小、粗骨料级配不好，搅拌出的砼极易离析，影响水下浇注砼的质量。砼配合比还应考虑运输距离和气温等多种因素的影响，在夏季或运输过程中时间较长时，应加砼缓凝剂。⑸、浇注过程中，必须不断测定混凝土面上升高度，并根据砼的供应情况来确定拆卸导管的时间及长度，以免发生断桩、桩身夹渣或“埋管”事故。例如：连徐A-8标浇注主线桥15#右B桩(ф1500mm)时，灌注第1车(6m3)时，按照理论或经验计算，此车砼灌注下去砼面应上升约3.4m，但实测上升高度仅为1.8m，第2车灌注下去也只上升了2.3m，实际上，这根桩在此处已经扩径，如果仅凭经验判断，不及时实测，就会造成误判，拆卸导管过长而导致导管被拔出砼面，造成工程事故。⑹、导管插入砼中的深度应根据搅拌砼的质量、供应速度、浇注速度、孔内护壁泥浆状态等来决定，一般情况下以2~6m为宜。如果导管插入砼中的深度较大，供应砼间隔时间较长，且混凝土和易性稍差，就极易发生“埋管”事故。如果预料到不能及时供应砼(超过1小时)，砼运输距离远等因素时，除砼加缓凝剂外，导管插入砼中的深度要适中，不宜太小，以5~6m为佳。中间每隔十几分钟，应将导管上下活动几次，以免使砼产生初凝假象，防止导管埋入砼中无法拔出。⑺、非通长配筋的灌注桩，当砼坍落度偏小、浇注速度较快时，容易将钢筋笼顶托上升，所以在浇注过程中当井孔砼面接近和初进入钢筋骨架时，宜使导管保持稍大的埋深，并放慢灌注速度，以减小砼从导管底口出来后向上的冲击力，并注意控制坍落度。当井孔内砼进入钢筋骨架1~2米以后，应适当提升导管，减小导管埋深，以增加骨架在导管底口以下的埋置深度，从而增加砼对钢筋骨架的握裹力。防止钢筋笼上浮的办法很多，连徐A-8标采用的是把钢筋笼顶的主筋与钢护筒点焊在一起。其他方法还有用重物固定笼子吊环、在钢筋笼主筋上焊“倒刺”(“倒刺”焊在主筋外侧斜向上，稍一上浮就插入孔壁阻止钢筋笼继续上浮)等方法。〈二〉工程事故处理灌注中途发生事故时,在可能的条件下应及时处理。当时不能处理的，必须按照有关规定和程序，会同有关单位研究协商补救措施。(1)断桩因各种原因造成的断桩，一般只能采取补桩或接桩的方法加以弥补。补桩是指在断桩的附近重新开钻浇注一至两根桩来代替原来的那根桩。接桩一般用人工孔的办法处理，清除桩顶残渣，接钢筋笼，浇注砼至设计标高。连徐A-8标主线桥6#右A桩就是采用接桩法。浇注时因为大雨滂沱，路面泥泞不堪，砼运输车无法把砼运送进去，造成该桩在地面以下7米左右停止浇注形成断桩。具体处理方法是用10mm厚的钢板，制作一个内径ф1800mm、长8.0m的钢筒，利用锤击法把钢筒在桩位上打入，使护筒底脚沉到已灌注的砼面以下。钢筒比设计桩径适当大一些，既能保证桩的质量又方便施工;钢筒略长一些才能保证打入到已灌注的砼面以下。用潜水泵抽干井孔内的泥浆，然后人工凿除桩顶的浮渣见到中粗骨料。放入钢筋笼和原浇注桩的钢筋笼对接焊上，干孔浇注砼至设计桩顶标高，如图2所示。图26#桩处理示意图图3错误操作图如果在水下浇注砼过程中，误将导管拔出砼面，必须及时处理。孔内砼面高度较小时，应及时将导管拔出，将已灌注的砼吸出，并把钢筋笼抽出，然后重新清孔，吊装钢筋骨架和灌注砼。当孔内砼面高度较高或桩径较大时，可以采用二次导管插入的方法处理：即拔掉原管重下新管或用原管插入继续浇灌。此时特别应该注意的是，导管重新插入时里面不能进水，必须在导管底口处设置底盖阀门或隔水球，插入的过程中水的反作用力不能把阀门或隔水球挤入导管。如图3所示的操作就是错误的，具体操作示意图见图4。(a)(b)(c)(d)图4二次导管插入接桩法操作示意图操作步骤为：先测定砼面的位置，据此来重下导管。用铁丝系上隔水球(必须能承受一定压力)放入导管，在导管上的料斗内注入一定数量的砼(以0.1~0.2m3为宜)，缓慢将隔水球放在导管底端，把铁丝固定在料斗上。然后在导管上面外加一定压力来克服水的浮力，将导管插入砼面以下约1.0m处，在料斗内注满砼。剪断铁丝后，就可继续浇注。在使用此方法时，砼面的实际位置、下管长度、铁丝长度等均须事先正确确定。(2)桩身缺陷处理若清孔不彻底，或灌注时导管埋深不够导致浇灌的砼冲破顶层而上升，就容易在两层砼中夹有泥浆渣土。这些夹泥、夹渣或者有蜂窝、裹浆、局部砼松散的缺陷桩应采用压浆补强的方法来处理，使桩身达到设计强度要求。具体操作步骤如下：①在桩顶取芯钻孔两个，一个用作进浆孔，一个用作出浆孔。孔深要求达到补强位置以下至少1.0m处。②用高压水泵向其中一个孔内压入清水，将夹泥和松散的砼碎渣从另一个孔中冲洗出来，直到排出清水为止。③用压浆泵注素水泥浆，进浆管至少插入钻孔1.0m以上(条件允许可从孔底开始注浆为最佳)，直到两个孔内均返出合格的浓浆为止。素水泥浆的水灰比一般在0.4~0.5之间。五、结束语砼水下浇注的施工应按照正常的程序进行，作好充分的准备，在施工过程中采取各种措施减少人为的差错来预防质量事故的发生。另外加强管理，严把质量关，提高施工人员的素质和操作水平也是减少质量事故发生的一种有效途径。如出现事故，应分析原因，采取合理的技术措施，及时补救。连徐A-8标共浇注了426根，无损检测优良率主线桥达到97%，匝道桥达到100%，合格率全桥达到100%。这些数据表明，连徐A-8标水下浇注砼的施工方法和工程事故的预防技术措施是行之有效、切实可行的。参考资料1、《公路桥涵施工技术规范》JTJ-041-89人民交通出版社1989.北京2、彭至浩《建筑工程质量通病预防手册》中国建筑工业出版社3、《公路施工手册<桥涵>》(上册)人民交通出版社1985.北京砼水下浇注施工及其工程事故的预防与处理黄启贵路桥集团第一公路工程局三公司连徐高速公路A-8项目二零零零年十二月钻孔桩在施工过程中遇到的一些问题及处理措施钻孔桩施工中相关问题的处理措施[摘要]钻孔桩是最普遍的基础形式，本文通过对桥梁工程施工中出现的钻孔桩事故的分析，介绍了一些钻孔桩事故和质量缺陷的处理方法。[关键词]钻孔桩;施工对策;缺陷处理;1概述钻孔桩基础施工简便、操作易掌握、设备投入一般不是很大。因而，无论在铁路、公路、水利水电等大型建设，还是在各类房屋及民用建筑中都得到了广泛应用。钻孔桩是在泥浆护壁条件下，利用机械钻进形成桩孔，采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。钻孔、灌注混凝土都是在水下进行，工程质量只能通过科学的过程控制和完工后的仪器检测来确认。因而，对作业人员的操作熟练程度、工艺水平都有较高的要求。如何有效地避免钻孔过程中出现钻头掉落和灌注水下混凝土过程中发生断桩等现象，杜绝混凝土夹碴、不均匀的质量弊病，发生施工质量问题后如何恰如其分地处理以保证整个工程的质量是工程界一直在研究而又未能彻底解决的问题。2钻孔过程中出现的相关问题的处理2.1偏斜孔钻机安装时，支撑不好、桩孔地质构造不均匀等因素引起钻机整体或钻头在钻孔过程中发生偏斜，导致出现偏孔。2.1.1因钻机倾斜造成的应先移开钻机，检查钻孔壁情况，如果钻孔壁比较稳定，则应加固施工范围内的地基或加大钻机的支撑面积，而后，重新安装钻机恢复施工;钻孔壁随时有坍塌可能的，应将钻孔回填至原地面，待地层静置稳定后重新开始钻孔。2.1.2地质构造不均匀引起的，先分析清楚岩层的走向，尔后采用适当的回填材料(回填材料一般为片石加黏土、纯碱、锯末等组成的混合物)将钻孔回填至计算确定的高程处，静置一段时间后恢复施工。孔中心偏差小于20cm的，静置1～2h后可以继续钻孔。孔中心偏差大于20cm的，应根据情况静置2h甚至更长的时间待地层沉积稳定后恢复钻孔施工。穿过倾斜岩层过程中，应采用自重较大的复合式牙轮钻、冲击钻，以慢速钻孔。2.2护筒脱落由于护筒背后回填质量不好受地面流的浸泡等因素引起的护筒失去稳定、脱落。出现护筒脱落应立即停止钻孔，将钻机移开，采取相应措施处理。由于地面流水引起的可先排除流水，在原地面上填一层黏土使地面干燥、不渗漏，而后，重新安装护筒(作好护筒背后填筑)恢复钻孔施工。2.3卡钻钻孔经过岩层分界面时相邻岩层强度差别较大、操作中未及时根据地质情况调整钻头的行程等原因引起“卡钻”现象。针对发生“卡钻”的原因采取相应的方法处理：2.3.1由于“探头石”引起的卡钻现象，可以适当往下放钻头，而后，强力快速往上提，使“探头石”受瞬间冲击缩回，从而顺利提起钻头。2.3.2因钻头穿过岩层突变处导致的卡钻，优先采用水下爆破的方法进行处理。在整体岩层中此方法容易奏效，砂土地层中不宜采取此方法处理。2.3.3由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成的钻头无法提升现象，应采取插入高压水管置换泥浆的方法进行处理。2.4缩孔缩孔是在饱和性粘土、淤泥质黏土，特别是IL>1.0处于流塑性状态的土层中出现的特有现象，其原因是此类地层含水高、塑性大，钻头经过后钻孔壁回缩，从而导致钻孔的直径小于设计的桩直径。针对发生缩孔的原因，采取块、卵石土回填，而后用重量较大的冲击钻冲击，挤紧钻孔孔壁的办法处理;或者采用在导正器外侧焊接一定数量的合金叶片进行旋转清理的办法。2.5掉钻由于机械故障、钢丝绳断裂、孔壁坍塌等因素造成钻头落入孔底的现象通常称“掉钻”。发生“掉钻”后，应及时采取恰当的方法实施打捞。2.5.1钻孔壁稳定的情况，直接用钻机起吊“打捞器”入孔进行打捞。。打捞前，先用“探针”探明钻头在孔中的位置为制定打捞方案提供依据。打捞设备和打捞操作方法必须保证在抓住钻头后尽量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的现象发生。2.5.2钻孔壁出现局部坍塌将钻头埋没且大部分钻孔壁处于稳定时，应先加大孔内泥浆的浓度，将旋转钻头放入安全的深度范围搅动泥浆以加强钻孔壁，而后，采取“气举法”清除钻头上方的沉积土和淤泥，确认钻头已露出后再实施钻头的打捞工作。钻孔壁随时有继续坍塌可能时，先在孔内安装长钢护筒、搅拌桩围护、帷幕法等方法加固钻孔壁，而后打捞钻头。3水下混凝土灌注中出现问题的对策3.1封底失败由于首批混凝土数量过小、孔底的沉碴厚度大等原因导致首批混凝土灌注入孔后，未实现水下混凝土封底的现象称为封底失败。封底失败后，应立即暂停灌注，及时对孔内已灌注的混凝土进行清理。3.1.1地层稳定性较好的，应采取导管内安装高压风管进行二次清孔的方法将已灌注的混凝土清理干净，重新请示监理检查，符合规范要求后可以重新开始水下混凝土灌注。3.1.2地层稳定性差或高压清孔的方法不能奏效则应及时拆除导管、拔除钢筋笼，将钻机安装到位，将未灌注混凝土部分钻孔回填，待地层沉积稳定后用冲击钻清除已灌注的混凝土，达到孔底设计标高后，请示监理单位检查合格后进行水下混凝土灌注。3.2卡管因混凝土和易性差、混凝土中含有大块度骨料或受潮凝固的水泥块、灌注混凝土冲击力不足等原因导致水下混凝土灌注过程中无法继续进行的现象统称为“卡管”。3.2.1由于混凝土质量造成的导管堵塞，可以少量(根据堵管前测量及计算的导管埋深结果在保证导管最小安全埋深确定)提升导管而后快速下落的方法或加大一次性灌注混凝土数量而后快速提升再迅速下放，以冲击疏通导管的方法进行处理。3.2.2由于混凝土冲击力不足造成的，应及时加长上部导管的长度，而后，以一次性较大量混凝土冲击灌注达到疏通导管的目的。3.2.3采取“二次砍球法”进行处理。具体操作方法：将导管插入已灌注混凝土中0.5～0.8m，而后按照水下封底的操作方法实施二次封底。以上几种方法处理不能奏效应立即停止，认为已断桩。3.3断桩由于灌注中提升导管失误、混凝土供应中断(下雨、停电、机械故障等)或导管漏水等原因导致导管中已灌注的混凝土与导管的混凝土隔断，无法继续灌注的现象通称为断桩。在灌注过程中认定发生断桩事故后，应立即停止继续灌注，提拔导管和钢筋笼，尽量将损失降低到最小。并采取以下办法处理：3.3.1断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一以下时，一般采取冲击钻清除已灌注部分，再实施原位恢复。3.3.2断桩截面位置处于设计桩全长的三分之二以上且距离孔口深度不大于10m时，先进行钻孔壁加固，而后进行钻孔桩的接长比较经济。3.3.3断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一与三分之二之间的，应对各种处理方法进行对比，选择经济、可行的处理方法。墩(台)桩布置有条件变更，桩布置改变造成的损失较小的，应积极与设计单位联系争取变更设计;桩布置无法改变但可以增加桩的，最好由设计单位提供增加桩方案，实施增加基桩;不具备以上两类情况的一般应及时采取冲击钻处理后原位恢复。3.3.4桩长大于50m的桩出现的断桩情况，应对处理方案详细论证后着手，切勿盲目操作以免带来较大的损失。3.4钢筋笼上浮由于钢筋笼的加固不可靠或灌注过程中操作因素带来的钻孔桩钢筋笼移位现象统称钢筋笼上浮。发现钢筋笼上浮，应立即暂停灌注，采取以下措施进行处理。3.4.1对于钢筋笼上浮在1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。悬吊钢筋焊缝脱落的，应及时补焊;悬吊钢筋弯曲的情况应增加钢管支撑。3.4.2钢筋笼上浮比较严重的必须拔出钢筋笼，比照断桩进行处理。4灌注成桩后发现的质量缺陷的处理4.1桩全长小于设计要求这种缺陷可分为两类：处理桩头后，混凝土顶面高程小于设计要求、钻孔底部沉积的虚碴在清孔时未清理干净导致桩全长小于设计、嵌入基岩深度小于设计。针对具体情况分别采取相应措施处理。4.1.1桩顶高程小于设计要求的原因是混凝土灌注终孔时控制失误。基坑开挖后进行钻孔桩的接长。接长施工前，先清理干净混凝土以上的浮碴和松散混凝土等，将顶面人工凿修平整。尔后，在护筒防护下开挖接长部分的桩孔。接长部分桩孔直径应大于设计钻孔桩直径40cm，深度从平整后混凝土面向下不小于接长部分桩孔直径的一倍。开挖后，将原灌注的混凝土表面清理干净，灌注混凝土至设计位置。接长部分混凝土的强度应比原设计提高一个等级4.1.2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。一般可以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。4.2桩体混凝土不连续由于灌注过程中，发生的孔壁局部坍塌的杂物等侵入混凝土、混凝土和易性差等因素在桩体形成夹层导致钻孔桩混凝土不连续。对于此类问题，应积极与设计单位协调采取合理措施处理。4.2.1对于钻孔桩底部混凝土夹碴的情况，采取桩底部压浆或者高压注浆方法处理。4.2.2桩体的少量夹层或不连续，用小型冲击钻钻一系列小直径的孔进行置换清理泥浆和杂物(钻孔直径60～75mm，桩中心一个孔，其余3～4个孔分布在以桩中心为圆心，直径为450mm左右的圆周上)。清理后，进行高压注浆处理。4.2.3对于夹层较严重的，在钻孔桩中心处钻一个直径75mm孔探明缺陷范围。而后，以钻孔桩中心为圆心，采用冲击钻钻直径80～100cm的孔，而后人工入孔清理，清理结束后，灌注高强混凝土。综上所述，钻孔桩事故处理的方法很多，难度也较大，无论采取什么先进的办法处理都将对工程的进度、质量及施工企业的信誉带来不可忽视的影响。因此，在钻孔桩施工中必须作到每个工序严格按照规范操作，水下混凝土灌注统一指挥、紧张而有序，对可能出现的问题制定切实有效的防范措施，尽最大努力杜绝事故的发生。5钻孔桩发展展望随着施工工艺的更新，相继出现了钻孔后灌浆桩、钻孔扩底桩等新工艺、新技术，为钻孔桩基础的应用拓展了更广阔的空间。