鉆孔灌注樁質(zhì)量通病的成因及其預(yù)防
2010-11-12
引言
鉆孔灌注樁可以穿越各種土質(zhì)復(fù)雜或軟硬變化較大的土層（如各類黏性土、砂土、碎礫石土、風(fēng)化巖及多夾層的巖層） 對地基進(jìn)行加固處理,其對承載力的適應(yīng)范圍廣（為300～20000 kN），施工機(jī)具簡單,且施工過程具有噪音低、對相鄰樓宇影響小、施工安全性好等諸多優(yōu)點,因而在基加固工程中得到廣泛地應(yīng)用。但由于鉆孔灌注樁的施工環(huán)節(jié)較多,技術(shù)要求高,工藝較復(fù)雜,需要在一個較短的時間內(nèi)快速完成水下灌注混凝土隱蔽工程的灌注,無法直觀的對質(zhì)量進(jìn)行控制,人為因素的影響較大,若稍有疏忽,很容易出現(xiàn)一些質(zhì)量病害,甚至造成病樁、斷樁等重大質(zhì)量事故,危及樁基工程的安全。以下從分析樁基病害的成因入手,介紹一些控制樁身質(zhì)量病害的技術(shù)方法。
1、鉆孔灌注樁常見的質(zhì)量通病
鉆孔灌注樁在承受垂直荷載壓力的時候,以樁頂位置所受的壓力最大,下部承受的壓力相對較小。但鉆孔灌注樁的成樁工藝與實際受力狀況相反,往往是上部混凝土的強(qiáng)度低,中下段混凝土的強(qiáng)度高,若不嚴(yán)格控制,容易出現(xiàn)樁上段強(qiáng)度達(dá)不到質(zhì)量要求的情況。除此之外,還容易出現(xiàn)縮頸、孔壁塌落、孔底沉淤、樁身空洞、蜂窩、夾泥等質(zhì)量缺陷,造成樁基承載力的下降,影響到工程結(jié)構(gòu)的安全。
2 、影響成樁質(zhì)量的原因分析
2. 1 影響樁身上部強(qiáng)度的原因分析
?。?） 按照施工規(guī)范的規(guī)定,鉆孔后要徹底清除孔底的淤泥,但在實際施工過程中,很難將淤泥徹底清除,于是在澆灌第一斗混凝土進(jìn)行封底施工時,孔底沉積的淤泥必然混入混凝土中。由于用導(dǎo)管灌注的水下混凝土是從下往上頂升的,先灌入的混凝土頂升于孔的上面,這樣就容易出現(xiàn)樁上段強(qiáng)度較低的現(xiàn)象。
?。?） 澆灌混凝土?xí)r,若導(dǎo)管插入混凝土之內(nèi)過深,澆注速度又較快,則容易在孔體深部沉積較多的骨料,加上振搗過程所造成的混凝土的離析,也容易導(dǎo)致樁體上部強(qiáng)度較低的質(zhì)量問題。
?。?）埋設(shè)護(hù)筒的周圍土不密實，或護(hù)筒水位差太大，或鉆頭起落時碰撞引起質(zhì)量問題。
（4）孔壁坍陷的主要原因是土質(zhì)松散，泥漿護(hù)壁不好，護(hù)筒周圍未用粘土緊密填封以及護(hù)筒內(nèi)水位不高。鉆進(jìn)速度過快、空鉆時間過長、成孔后待灌時間過長和灌注時間過長也會引起孔壁坍陷。
?。?）鉆機(jī)安裝就位穩(wěn)定性差，作業(yè)時鉆機(jī)安裝不穩(wěn)或鉆桿彎曲所致；地面軟弱或軟硬不均勻；土層呈斜狀分布或土層中夾有大的孤石或其它硬物等情形，以至造成成孔后樁孔出現(xiàn)較大垂直偏差或彎曲。
?。?）清孔不干凈或未進(jìn)行二次清孔；泥漿比重過小或泥漿注入量不足而難于將沉渣浮起；鋼筋籠吊放過程中，未對準(zhǔn)孔位而碰撞孔壁使泥土坍落樁底；清孔后，待灌時間過長，致使泥漿沉積，以至造成樁底沉渣量過多。
2. 2 影響其他樁身質(zhì)量的原因分析
?。?） 混凝土澆注施工中,若導(dǎo)管插入混凝土內(nèi)過淺（<1.5m） ,則成樁過程中混凝土的上升就不是頂升式的,而是攤鋪式的,這時,泥漿、泥塊就容易混入混凝土中,進(jìn)而影響到樁身的質(zhì)量。除此之外,若設(shè)計的樁身直徑過小,則混凝土上翻時就會受到孔壁的限制,從而使樁體產(chǎn)生空洞、蜂窩缺陷。
?。?） 鉆孔灌注樁的承載力主要表現(xiàn)為樁周摩阻力,而樁周摩阻力與孔壁形狀和護(hù)壁質(zhì)量密切相關(guān)。在施工過程中,孔壁的形狀是由鉆頭旋轉(zhuǎn)速度、鉆桿下降速度和土質(zhì)等因素決定的,泥漿性能（包括容重、黏度膠體率、砂率等指標(biāo)） 愈好、高程越高,越能保護(hù)好護(hù)壁,其樁周摩阻力愈大,但施工難度加大,費用也相應(yīng)提高。
（3） 在鉆孔成孔、拆除鉆桿泥漿、停止循環(huán)至吊放鋼筋籠、澆灌水下混凝土的全過程中,施工環(huán)節(jié)多,時間長,會在孔底淤積較厚的淤泥而影響成樁質(zhì)量。靜置的時間越長,淤積的淤泥越多。
（4） 混凝土在水下澆灌的過程中,其流動性、初凝時間、黏聚性能會變得更差,若稍有疏忽,很容易產(chǎn)生空洞、蜂窩、離析、夾泥甚至斷樁的質(zhì)量缺陷。
3 、成樁質(zhì)量的控制
3. 1 樁上段強(qiáng)度的保證措施
為保證樁上段強(qiáng)度達(dá)到要求,應(yīng)從下述幾方面采取相應(yīng)的質(zhì)量保證措施：
（1） 依據(jù)樁徑和樁底的濃度,正確確定出第一斗混凝土的體積,一般可取1. 5～2. 0 m3 ,也可以按樁身的設(shè)計體積的10%加以控制。
?。?） 成樁質(zhì)量與樁身的澆注高度有關(guān),一般控制成樁高度高出設(shè)計樁頂標(biāo)高0. 5～1. 0 m.待鑿去高出部分的混凝土后,剩余部分不應(yīng)有浮漿和夾泥,混凝土標(biāo)號應(yīng)符合設(shè)計要求,否則要返工重澆。
?。?） 導(dǎo)管插入混凝土內(nèi)的長度應(yīng)適宜,一般為2～6 m ,長樁可相應(yīng)有所增加。
3. 2 樁身質(zhì)量的保證措施
?。?） 工程施工前,應(yīng)先做2個以上的試驗鉆孔,通過檢測鉆孔的孔徑、垂直度、孔壁穩(wěn)定性和孔底沉淤等指標(biāo),用以核對所選設(shè)備、工藝方法是否符合技術(shù)要求。檢測時,孔壁的穩(wěn)定時間應(yīng)≮12 h ,檢測數(shù)目≮2 個。對一些重要工程,可視情況相應(yīng)增加測徑數(shù)量。
（2） 護(hù)壁用的泥漿應(yīng)滿足護(hù)壁要求,液面需高于地下水位0.5m 以上,有條件時,以高于地下水位2m以上更好。若護(hù)壁的泥漿膠體率低、砂率大,則不僅護(hù)壁性能差,而且因其容重較大,勢必產(chǎn)生沉淀速度過快的問題。一般來講,當(dāng)在黏土或亞黏土中成孔時,可注入清水以原土造漿護(hù)壁,控制排碴泥漿的相對密度在1.1～1.2之間；當(dāng)在砂性土質(zhì)或較厚的夾砂層中成孔時, 應(yīng)控制泥漿的相對密度在1.1～1.3之間；在砂夾卵石或容易坍孔的土層中成孔時,應(yīng)控制泥漿的相對密度在1.3～1.5 之間。施工過程中,應(yīng)經(jīng)常測定泥漿的相對密度、黏度、含砂率和膠體率等指標(biāo),使?jié)沧⑶翱椎?00 mm 以內(nèi)泥漿的相對密度≯1. 25 ,含砂率≯8 %,黏度≯28 Pa.s.對一些直徑< 1 m 的小直徑樁,即使在泥漿停止循環(huán)期間,也要使孔內(nèi)保持合理的泥漿液面。
?。?） 在混凝土灌注前的一段時間里,須保證孔壁的穩(wěn)定性,不能有縮頸或孔壁塌落現(xiàn)象發(fā)生。為保證孔底沉渣厚度達(dá)到規(guī)范的技術(shù)要求（ 端承樁≤50 mm、摩擦端承樁及端承摩擦樁≤100 mm、摩擦樁≤300 mm） ,以免影響樁的承載力,鉆孔到設(shè)計持力層以后,要對泥漿進(jìn)行循環(huán)稀釋來降低相對密度,以清除泥漿中懸浮的砂子、石渣。除此之外,還要使用真空泵通過管道伸向樁底吸走端部沉渣,要求嚴(yán)格時,在安放鋼筋籠后、下放導(dǎo)管之前仍要進(jìn)行吸渣處理。
?。?） 吊放入孔的鋼筋籠不得碰撞壁孔,不得有變形損壞。吊放后,先將鋼筋籠在垂直位置上固定好,然后進(jìn)行第二次清孔,檢測孔底的淤泥厚度,符合規(guī)定后,于0.5 h 之內(nèi)開始混凝土的灌注施工。
?。?） 使用的隔水栓直徑應(yīng)與導(dǎo)管內(nèi)徑相配，同時具有良好的隔水性能，保證順利排出。在混凝土灌注時，應(yīng)加強(qiáng)對混凝土攪拌時間和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必須具備良好的和易性，配合比應(yīng)通過實驗室確定，坍落度宜為18-22cm，粗骨料的最大粒徑不得大于導(dǎo)管直徑和鋼筋籠主筋最小凈距的1/4，且應(yīng)小于40mm.為改善混凝土的和易性和緩凝，水下混凝土宜摻外加劑。應(yīng)確保導(dǎo)管連接部位的密封性，導(dǎo)管使用前應(yīng)試拼裝、試壓，試水壓力為0.6-1.0MPa，以避免導(dǎo)管進(jìn)水。在混凝土澆筑過程中，混凝土應(yīng)緩緩倒入漏斗的導(dǎo)管，避免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣塞。在施工過程中，應(yīng)時刻監(jiān)控機(jī)械設(shè)備，確保機(jī)械運轉(zhuǎn)正常，避免機(jī)械事故的發(fā)生。
?。?） 鋼筋籠初始位置應(yīng)定位準(zhǔn)確，并與孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度，縮短灌注時間，或摻外加劑，防止混凝土頂層進(jìn)入鋼筋籠時流動性變小，混凝土接近籠時，控制導(dǎo)管埋深在1.5-2.0m.灌注混凝土過程中，應(yīng)隨時掌握混凝土澆注的標(biāo)高及導(dǎo)管埋深，當(dāng)混凝土埋過鋼筋籠底端2-3m時，應(yīng)及時將導(dǎo)管提至鋼筋籠底端以上。導(dǎo)管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2-4m，不宜大于5m和小于1m，嚴(yán)禁把導(dǎo)管提出混凝土面。當(dāng)發(fā)生鋼筋籠上浮時，應(yīng)立即停止灌注混凝土，并準(zhǔn)確計算導(dǎo)管埋深和已澆混凝土面的標(biāo)高，提升導(dǎo)管后再進(jìn)行澆注，上浮現(xiàn)象即可消失。
?。?） 成孔后，必須認(rèn)真清孔，一般是采用沖洗液清孔，沖孔時間應(yīng)根據(jù)孔內(nèi)沉渣情況而定，沖孔后要及時灌注混凝土，避免孔底沉渣超過規(guī)范規(guī)定。灌注混凝土前認(rèn)真進(jìn)行孔徑測量，準(zhǔn)確算出全孔及首次混凝土灌注量?；炷翝沧⑦^程中，應(yīng)隨時控制混凝土面的標(biāo)高和導(dǎo)管的埋深，提升導(dǎo)管要準(zhǔn)確可靠，并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。嚴(yán)格確定混凝土的配合比，混凝土應(yīng)有良好的和易性和流動性，坍落度損失應(yīng)滿足灌注要求。在地下水活動較大的地段，事先要用套管或水泥進(jìn)行處理，止水成功后方可灌注混凝土。灌注混凝土應(yīng)從導(dǎo)管內(nèi)灌入，要求灌注過程連續(xù)、快速，準(zhǔn)備灌注的混凝土要足量，在灌注混凝土過程中應(yīng)避免停電、停水。幫扎水泥隔水塞的鐵絲，應(yīng)根據(jù)首次混凝土灌入量的多少而定，嚴(yán)防斷裂。確保導(dǎo)管的密封性，導(dǎo)管的拆卸長度應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管內(nèi)外混凝土的上升高度而定，切勿起拔過多。
3. 3 混凝土灌注施工的技術(shù)要點
因為水下混凝土施工的隱蔽性強(qiáng),很容易產(chǎn)生松散、離析、縮頸等混凝土質(zhì)量缺陷,因此,必須著重控制水下混凝土的澆注質(zhì)量,包括選好原材料、做好配合比、改進(jìn)工機(jī)具、嚴(yán)格按操作規(guī)程施工等方面。
?。?） 完成鉆孔到混凝土澆灌過程的作業(yè)時間要緊湊,不宜過長；混凝土的漿體濃度要恰當(dāng),澆灌量不得低于設(shè)計值,不然會降低泥漿的置換率造成夾泥。
（2） 導(dǎo)管口距孔底要保持400mm 左右的距離,旋轉(zhuǎn)時要精確測量,反復(fù)校核。當(dāng)球塞被壓出導(dǎo)管并灌下一定數(shù)量的混凝土后,應(yīng)將導(dǎo)管緩慢下降100～200mm ,使灌注初期導(dǎo)管被混凝土埋入的深度盡可能加大,以保證底層的混凝土質(zhì)量。
（3） 在灌注過程中,要嚴(yán)格把握施工進(jìn)度和時間,經(jīng)常地略微提升導(dǎo)管,以使混凝土均勻注入。導(dǎo)管埋入混凝土的深度一般控制在1～3m之間且不得< 1m ,每間隔15～20min ,要對混凝土面和導(dǎo)管沉入深度進(jìn)行一次測量和校核。
?。?） 若施工過程中發(fā)生了混凝土堵塞導(dǎo)管的現(xiàn)象,一般是由于材料規(guī)格或配合比選取不當(dāng),或者是因為導(dǎo)管漏水漏漿導(dǎo)致管內(nèi)混凝土與管壁的摩擦力增大、流動性降低造成的,要分清原因有針對性地加以解決,切不要無控制地靠提管消除堵塞。
3. 4 樁身質(zhì)量的驗收
灌注樁質(zhì)量的檢驗內(nèi)容和方法應(yīng)符合規(guī)范的規(guī)定,通常檢測承載力采用樁荷試驗或大應(yīng)變動測法,而檢驗樁身質(zhì)量一般是通過對鉆芯樣實施超聲波檢測進(jìn)行檢驗,抽查數(shù)量不少于總樁數(shù)的10% ,若工程需要時,還可相應(yīng)增加檢驗數(shù)量直至逐根檢查。
4、 結(jié)語
鉆孔灌注樁有許多優(yōu)點,但由于施工環(huán)節(jié)多,工藝復(fù)雜,成樁質(zhì)量有可能受到多種因素的干擾和制約,嚴(yán)重時會導(dǎo)致樁身承載力的明顯降低,甚至造成病樁、斷樁等重大質(zhì)量事故。為了確保成樁質(zhì)量和樁基工程的安全,必須對鉆孔灌注樁的施工全過程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢測,發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施予以補(bǔ)救。
