桥梁钻孔灌注桩质量缺陷的防治与处理实践
2009-09-28
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、施工简便等特点广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。但灌注桩属于隐蔽工程，大部分是在水下进行的，影响灌注桩施工质量的因素很多，质量检查也比较困难，因此对其施工过程每一环节都必须严格要求，稍有不慎或措施不严就会在灌注中产生质量缺陷，断桩就是经常发生且难以处理的病害之一。本文结合工程实例，详细介绍了钻孔灌注桩断桩的处治方法，对类似工程将有一定的借鉴作用。
1 工程概述
某高速公路主线桥桥台基础采用钻孔灌注桩设计，设计桩长21m，直径1.2m，桩基地质层（桩基剖面图），底部8m深为中砂砾层，钻孔灌注桩完成后，在进行桩基小应变检测时发现0＃台的4＃桩在桩长17.5～18.0m处无桩长反应，根据小应变波形图判断，确定该桩为“短”桩或断桩。 经对该桩钻孔钻杆的长度以及孔深的检测和灌注砼时埋设导管长度的原始记录进行分析后发现，该桩实际施工长度已达到21m，不可能为短桩，应是断桩，至于断层以下桩长无检测应变波的反映，只能是断层比较严重。根据该桩所断位置接近桩底，已经超过零弯矩点以下的特点，决定使用压浆补强法进行处理。
2 补强处理过程
2?1 施工准备 首先明确现场处理时的各道工序负责制，并委派专业工程师对处理过程进行全过程不间断的控制，保证处理质量。 其次准备好所需钻孔、压浆等机具，由于施工现场极不平整，加上灌注桩的桩头外露钢筋挡视，须在该桩头上部搭设一个悬空工作平台，以保证钻孔、压浆作业。 2?2 钻孔取芯近一步检查验证 由于断层较深近桩底，因此钻机在钻孔过程中一定要不停地对钻机主轴进行垂直度校正，防止钻孔到不了17.5～18.0m处就斜到桩壁以外，无法安排下道工序。同时，在钻机（可选用砼取芯机G－210型）钻孔取芯过程中，要对每节混凝土芯样进行认真分析总结，密切关注芯样的变化情况。 现场情况表明，该桩取芯到18m以上都完好无损，且无夹泥，混凝土的强度也较好，而在18m后无完整的混凝土，芯样中除蜂窝状夹带个别石料且很不成型的砂浆外，几乎就是中粗砂。这说明了两点，其一是小应变检测和实际是相吻合的，基本反映了工程的实际情况；其二证实了该桩钻孔深度达到了设计深度21m，只是在灌注第一盘砼时没有封住导管，加上沉淀过快，导管在砼开盘前已经被中粗砂砾淤埋，之后在操作导管时可能过提，没有被及时发现或重视，导致该底桩在3米范围内混凝土没有成型，发生断桩。 2?3 孔底清淤 根据上述钻孔取芯结果，表明桩底淤积了中粗砂，决定采取清空桩底淤积中粗砂后灌注高标号水泥浆进行置换处理。 但是采用7cm的钻杆要将桩底约3.5m3的中粗砂清空是有很大难度的，尤其在中粗砂地质中钻进很容易发生埋钻事故，因此，要加大清孔频度。 为了防止埋钻事故的发生，根据清孔经验，先将钻头下到18.5m处不停地清孔，约半小时后有大量的中粗砂沿钻杆和孔壁陆续泛出。同时结合施工规范，根据清孔工作量准备足量纯碱（Na2CO3）和聚乙烯。纯碱的作用可使PH值加大，使土颗粒分散，使粘粒表面负电荷增加，为粘土吸收外界的正离子颗粒提供了条件，增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量；聚乙烯的作用是提高泥浆的使用性能。用纯碱、聚乙烯加少量黄土配制成的泥浆用手抓粘而有滴的感觉，即可开始清孔。 在清孔过程中要安排专人对泛砂不停地进行排除清理，根据清出的中粗砂的总量统计，在清孔6小时后基本排尽了孔底3.5m3的中粗砂，之后孔口周壁泛砂已很少，且从孔口涌出大量呈白色的、和清孔时配制的泥浆几乎一样的泥浆，这就可以判定孔底基本排尽中粗砂。为了防止孔底周壁中粗砂的涌入，在压浆前不能停止清孔。 2?4 压浆处理 为了保证压浆能一次性成功，应先计算压浆所需的525＃水泥用量。在配制水泥浆时，尽可能按高标号配制，但水泥浆过稠会导致压注困难，通过多次配制压注实验，最后确定水泥浆配制比例为1∶1。刚开始压注时，将钻头埋设到桩底20.5m处，在压注过程中，特别要注意对孔口壁的封闭，不能让水泥浆外溢，只能有少许泥浆甚至清水流淌出来，直到无法压注为止。随后打开封闭的孔口壁，这时候如孔口壁处突然冒出大量水泥浆，与注入的配制水泥浆基本一致，补注水泥浆即可停止。为防止在17.5m处有新的断层或蜂窝现象产生，应将钻头定位于17.5～18m处进行二次补浆，直到压注不动为止，然后慢慢提钻并不断压浆到桩顶。经过2小时压注，压力达到2MPa，共用去约2.1m3的水泥浆。 配制水泥浆时留下试件取样，28天试件强度达到32.5MPa，超过桩体原设计强度。 注浆主要是通过挤密填充补强来保证桩体底部质量。为了减少因水泥浆收缩而产生孔隙，可以在配制水泥浆时适当加入膨胀剂（按1∶10000比例）。 2?5 二次取芯验证 压注水泥浆属地下隐蔽工程，具体效果如何，只能通过再次取芯检测。为了减少二次取芯的难度和费用，待水泥浆终凝后12小时即在原孔位取芯验证。二次取芯验证的孔位确定要根据具体情况而定，二次取芯同样要注意钻杆的垂直度及17.5～18m处的芯样质量。经过观测，从桩顶到桩底21m处的芯样都完好密实。待该桩底压浆强度成型后，再次安排对该桩进行小应变检测，检测表明桩长21.0m，且被判为质量较好的A类桩。
3 小结
从上述处理过程可以看出： （1）钻孔灌注桩在施工过程中，发生断桩、短桩或其他质量缺陷也是正常的，但处理一定要认真，尽量将事故消灭在萌芽状态。若发生了这类事故，要对桩底的断层位置、地质、钻孔成孔状况及当时原始记录加以认真分析，处理后必须要再进行验证。建议对桩体采用三点压浆法（三点成等边三角形，若桩径1.2m，边长可取60cm布设）处理，以保证断层处通过取芯压浆后能够充分密实，达到桩体完好的程度，按此方案处理断桩至少有三个优点：一是质量可靠；二是保证工期，正常10～15天即可处理完毕；三是成本大大降低，如果报废一根桩，需要费用至少15万元以上，按此处理仅需1?5万元左右即可。但是如断层发生在桩体中部，则方案确定则应慎之又慎。 （2）为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中必须每灌注2m3左右测一次混凝土面上升的高度，确定每段桩体的充盈系数，确保桩身混凝土的充盈系数必须大于1?0。
