沖孔灌注樁質量通病的成因及其預防

1、    沖孔灌注樁質量通病的成因及其預防    申勉摘要：沖孔灌注樁適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、砂土層、碎石土層、礫卵石層、巖溶發(fā)育巖層或裂陳發(fā)育的地層施工，樁孔直徑通常為8001500mm，最大直徑可達2500mm，沖孔深度最大可達50m左右。施工機具簡單,施工安全性好等諸多優(yōu)點,因而在公路工程中得到廣泛地應用。但由于沖孔灌注樁的施工環(huán)節(jié)較多,技術要求高,工藝較復雜,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,無法直觀的對質量進行控制,人為因素的影響較大,若稍有疏忽,很容易出現(xiàn)一些質量病害,甚至造成病樁、斷樁等重大質量事故,危

2、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量病害的技術方法。1、沖孔灌注樁常見的質量通病沖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。但沖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度低,中下段混凝土的強度高,若不嚴格控制,容易出現(xiàn)樁上段強度達不到質量要求的情況。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、夾泥等質量缺陷,造成樁基承載力的下降,影響到工程結構的安全。2 、影響成樁質量的原因分析2. 1 影響樁身上部強度的原因分析（1） 按照施工規(guī)范的規(guī)定,沖孔后要徹底清除孔底的淤泥,但在實際施工過程

3、中,很難將淤泥徹底清除,于是在澆灌第一斗混凝土進行封底施工時,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)樁上段強度較低的現(xiàn)象。（2） 澆灌混凝土時,若導管插入混凝土之內(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,也容易導致樁體上部強度較低的質量問題。（3）埋設護筒的周圍土不密實，或護筒水位差太大，或沖頭起落時碰撞引起質量問題。（4）孔壁坍陷的主要原因是土質松散，泥漿護壁不好，護筒周圍未用粘土緊密填封以及護筒內(nèi)水位不高。沖進速度過快、空沖時間過長、成孔后待灌時間過長和灌注時間

4、過長也會引起孔壁坍陷。（5）沖機安裝就位不穩(wěn)定，沖錘鋼繩不垂直；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。（6）清孔不干凈或未進行二次清孔；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 影響其他樁身質量的原因分析（1） 混凝土澆注施工中,若導管插入混凝土內(nèi)過淺（2） 沖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壁質量密切相關。在施工過程中,孔壁的形狀是由沖頭旋轉速度、沖桿下降速

5、度和土質等因素決定的,泥漿性能（包括容重、黏度膠體率、砂率等指標） 愈好、高程越高,越能保護好護壁,其樁周摩阻力愈大,但施工難度加大,費用也相應提高。（3） 在沖孔成孔、拆除沖桿泥漿、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、夾泥甚至斷樁的質量缺陷。3 、成樁質量的控制3. 1 樁上段強度的保證措施為保證樁上段強度達到要求,應從下述幾方面采取相應的質量保證措施：（1） 依據(jù)樁徑和樁底的濃

6、度,正確確定出第一斗混凝土的體積,一般可取1. 52. 0 m3 ,也可以按樁身的設計體積的10%加以控制。（2） 成樁質量與樁身的澆注高度有關,一般控制成樁高度高出設計樁頂標高0. 51. 0 m.待鑿去高出部分的混凝土后,剩余部分不應有浮漿和夾泥,混凝土標號應符合設計要求,否則要返工重澆。（3） 導管插入混凝土內(nèi)的長度應適宜,一般為26 m ,長樁可相應有所增加。3. 2 樁身質量的保證措施（1） 護壁用的泥漿應滿足護壁要求,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。若護壁的泥漿膠體率低、砂率大,則不僅護壁性能差,而且因其容重較大,勢必產(chǎn)生沉淀速度過快的問題。

7、一般來講,當在黏土或亞黏土中成孔時,可注入清水以原土造漿護壁,控制排碴泥漿的相對密度在1.11.2之間；當在砂性土質或較厚的夾砂層中成孔時, 應控制泥漿的相對密度在1.11.3之間；在砂夾卵石或容易坍孔的土層中成孔時,應控制泥漿的相對密度在1.31.5 之間。施工過程中,應經(jīng)常測定泥漿的相對密度、黏度、含砂率和膠體率等指標,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。（2） 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

8、保證孔底沉渣厚度達到規(guī)范的技術要求（ 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,沖孔到設計持力層以后,要對泥漿進行循環(huán)稀釋來降低相對密度,以清除泥漿中懸浮的砂子、石渣。（3） 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。（4）在混凝土灌注時，應加強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管直徑和鋼筋籠主筋

9、最小凈距的1/4，且應小于40mm.為改善混凝土的和易性和緩凝，水下混凝土宜摻外加劑。應確保導管連接部位的密封性，導管使用前應試拼裝、試壓，試水壓力為0.6-1.0mpa，以避免導管進水。在施工過程中，應時刻監(jiān)控機械設備，確保機械運轉正常，避免機械事故的發(fā)生。（5） 鋼筋籠初始位置應定位準確，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，防止混凝土頂層進入鋼筋籠時流動性變小，混凝土接近籠時，控制導管埋深在1.5-2.0m.灌注混凝土過程中，應隨時掌握混凝土澆注的標高及導管埋深，當混凝土埋過鋼筋籠底端2-3m時，應及時將導管提至鋼筋籠底端以上。導管在混凝土面的埋置深度一般宜保持

10、在2-4m，不宜大于5m和小于1m，嚴禁把導管提出混凝土面。當發(fā)生鋼筋籠上浮時，應立即停止灌注混凝土，并準確計算導管埋深和已澆混凝土面的標高，提升導管后再進行澆注，上浮現(xiàn)象即可消失。（6） 成孔后，必須認真清孔，一般是采用正反循環(huán)方法清孔，沖孔時間應根據(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。灌注混凝土前認真進行孔徑測量，準確算出全孔及首次混凝土灌注量。混凝土澆注過程中，應隨時控制混凝土面的標高和導管的埋深，提升導管要準確可靠，并嚴格遵守操作規(guī)程。嚴格確定混凝土的配合比，混凝土應有良好的和易性和流動性，坍落度損失應滿足灌注要求。在地下水活動較大的地段，事先要用套管或

11、水泥進行處理，止水成功后方可灌注混凝土。灌注混凝土應從導管內(nèi)灌入，要求灌注過程連續(xù)、快速，準備灌注的混凝土要足量，在灌注混凝土過程中應避免停電、停水。幫扎水泥隔水塞的鐵絲，應根據(jù)首次混凝土灌入量的多少而定，嚴防斷裂。確保導管的密封性，導管的拆卸長度應根據(jù)導管內(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要點因為水下混凝土施工的隱蔽性強,很容易產(chǎn)生松散、離析、縮頸等混凝土質量缺陷,因此,必須著重控制水下混凝土的澆注質量,包括選好原材料、做好配合比、改進工機具、嚴格按操作規(guī)程施工等方面。（1） 完成沖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,澆灌

12、量不得低于設計值,不然會降低泥漿的置換率造成夾泥。（2） 導管口距孔底要保持400mm 左右的距離,旋轉時要精確測量,反復校核。當球塞被壓出導管并灌下一定數(shù)量的混凝土后,應將導管緩慢下降100200mm ,使灌注初期導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量。（3） 在灌注過程中,要嚴格把握施工進度和時間,經(jīng)常地略微提升導管,以使混凝土均勻注入。導管埋入混凝土的深度一般控制在13m之間且不得< 1m ,每間隔1520min ,要對混凝土面和導管沉入深度進行一次測量和校核。（4） 若施工過程中發(fā)生了混凝土堵塞導管的現(xiàn)象,一般是由于材料規(guī)格或配合比選取不當,或者是因為導管漏水漏漿導致管內(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 樁身質量的驗收灌注樁質量的檢驗內(nèi)容和方法應符合規(guī)