橋梁鉆孔樁的質量通病研究與防治

朱長亮

（中國建筑土木建設有限公司路橋分公司，上海市200122）

橋梁鉆孔樁的質量通病研究與防治

朱長亮

（中國建筑土木建設有限公司路橋分公司，上海市200122）

通過對上海A8公路高架橋施工中出現的幾種橋梁鉆孔樁在鉆孔、混凝土灌注及成樁檢測中，發現的通病作了分析，并提出防治措施及處理方法。其成果可為橋梁鉆孔樁施工中的質量通病的處治提供一些經驗借鑒。

橋梁；鉆孔樁；質量通病；研究；防治

0　前言

鉆孔樁現已廣泛用于鐵路、公路及各種建筑物基礎中，其工藝已經十分成熟。但實際施工時，各種質量通病仍然層出不窮，特別是橋梁鉆孔樁一般為排架樁及少量群樁基礎，產生質量通病將對工程質量及耐久性產生重大影響。因此對橋梁鉆孔樁的質量通病必須加以預防及處理。

1　工程概況

某工程是利用現有的A8公路（松江-莘莊段），在其中央分隔帶9.5m的范圍內設主線高架橋方式來保證交通。橋梁采用鉆孔樁基礎，樁徑為D=1 200mm和D=1 000mm兩種，樁長55～65m不等，共計706根。沿線地層分布特征、物理力學條件①-⑥層土以松散和砂土兩種，其下為黃灰色粉細砂，土質較好，是良好的樁基持力層。施工主要采用反循環鉆機成孔，拌和站集中生產水下混凝土，攪拌車運輸至現場，以灌注方式成樁。

2　幾種橋梁鉆孔樁常見的質量通病

在A8高架橋梁施工中，通過對先期施工的標段及該標段的10根試驗樁基的調查和資料分析，質量通病主要體現如下：（1）擴孔及坍孔；（2）鋼筋籠上浮；（3）樁身空洞；（4）樁頭空洞；（5）樁位偏移；（6）樁底混凝土夾渣。通過調查，以上幾種質量通病在鉆孔樁施工當中普遍存在。

3　質量通病的成因研究分析、處理方法及防治措施

3.1擴孔及坍孔

3.1.1成因分析

上海A8公路高架2標段，地質上部①-⑥層土以松散和砂土兩種，通過對其他標段及10根試樁來看，在此地層極易發生擴孔和坍孔。在對該標段10根試樁結果來看，雖然沒有發生坍孔現象，但其中有4根都出現不同程度的擴孔現象。

通過查閱大量資料表明，鉆孔樁的擴孔與坍孔，基本和護壁泥漿質量有直接的關系。鉆孔過程中，泥漿不僅要保護孔壁不坍，還需要泥漿比重將鉆渣排出孔口，如采用較大的泥漿比重，其粘稠性、塑膠性增大，會增加鉆具的旋轉阻力，降低成孔速度；而當泥漿比重增大時，鉆具承受的浮力FZ=YW·VZ，鉆具體積VZ不變時，YW越大，則鉆具所承受的浮力FZ就越大，從而降低施工效率。泥漿比重較小時，護壁效果肯定不佳，極易產生擴孔和坍孔現象；同時因泥漿過于稀薄，對施工中出現擴孔和坍孔的樁基泥漿進行檢測，其粘性、塑性和觸變性降低，排渣能力受到消弱，大量鉆渣沉積在孔底，鉆進就非常困難。這種情況和上海A8公路鉆孔樁施工過程極其相似。因此針對以上情況，鉆孔時選用合適的泥漿比重，就非常重要。

為了研究預防措施，對現場的泥漿進行取樣檢測。檢測結果和方案泥漿設計進行比較，見表1、表2所列。

表1　現場護壁泥漿配比和泥漿設計配比對比表

通過對泥漿的檢測對比，現場泥漿的施工實際配比中，膨潤土和碳酸鈉的摻合量明顯大于設計配比，而正是這兩種摻合物的增大，致泥漿的各種指標產生了較大的變化：

（1）相對密度降低至1.04 g/cm3，遠小于方案設計配比1.08 g/cm3，且小于《公路橋涵施工技術規范》的易坍地層泥漿相對密度要求。

（2）泥漿粘度由20.4 Pa.s降低至20.4 Pa.s。

（3）泥漿的其余指標均有不同的變化，但還在規范要求范圍內。

表2　現場護壁泥漿指標與設計配合比泥漿指標對比表

經現場調查，認為此問題是由于在泥漿配制時，各種摻料并未進行有效的計量，而是現場工人憑經驗的估量進行摻合。導致現場施工實際泥漿配比和設計配比差距較大，產生上述問題。是造成擴孔和坍孔的主要原因。

3.1.2易坍地層擴孔和坍孔的預護措施

（1）在松散土和砂土等易坍地層鉆孔時，應嚴格控制鉆進速度。

（2）在鉆頭提升下放，鋼筋籠下放時，盡量動作輕緩，不觸碰孔壁，防止坍孔和擴孔。

（3）嚴格按方案的泥漿設計配比配制泥漿，嚴格控制泥漿的各種摻合料用量，因各種摻合料的不正確摻量，都有可能改變泥漿的指標和性能，引起擴孔和坍孔。

（4）在易坍地層鉆孔時，應適當地填高地表后埋設護筒，以便于抬高水頭，避免塌孔。

（5）供漿管不宜直接插入孔內，防止直接沖刷孔壁，應通過水槽和水池減低流速后流入孔內。

3.1.3坍孔的處理方法

如現場已出現擴孔和坍孔現象，應采取以下處理措施：

（1）發生擴孔或坍孔時，應立即停止施工，并根據水頭變化判明擴坍孔嚴重程度，制定處理措施。

（2）孔口坍塌時，應拆除護筒并立即回填已鉆孔，重新埋設護筒再鉆。

（3）孔內局部坍塌時，應立即回填砂和粉質土的混合物至坍塌處以上2m，保持泥漿循環，靜置4～7 d再重新鉆孔。

（4）當孔內坍塌嚴重時，應全部回填，靜置30d以上，重新鉆孔。

3.2灌注混凝土時鋼筋籠上浮

3.2.1原因分析

鋼筋籠上浮時一般都是因為混凝土和泥漿的浮力大于鋼筋籠的自重造成。一般從實際經驗證明，鋼筋上浮都發生在導管底面位于鋼筋籠底端以下時，灌注混凝土產生強大的沖擊力和泥漿浮力的共同作用，托舉鋼筋籠體上升，發生浮籠現象。

3.2.2預防措施及處理方法

（1）當發生浮籠時，人們常用做法是加強鋼筋籠的上端固結措施，其實這種被動處理方法有很大的弊端。如果浮力很大時而鋼筋籠上端固接的話，浮力會使鋼筋籠在孔內產生彎曲變形，很可能使某一段籠體觸碰孔壁，此段鋼筋籠將失去保護層，從而給樁基耐久性帶來損壞，這種情況對深樁、超深樁作用效果更加明顯。對此，當浮籠發生時應采取主動處理方法：a.當灌注到鋼筋籠底部以下1m至以上4m時，放緩灌注速度，灌注保持半導管灌注方式；b.當混凝土面越過籠底端3m時，立即提升拆除導管，導管底端位于鋼筋籠底端上部時，則鋼筋籠已有一定的埋深，肯定不會發生浮籠現象。

（2）鋼筋籠制作時，在鋼筋籠下部外側沿籠體豎向每隔2m設一層倒鉤，共設3層，每層4個，呈90°布置，相鄰層錯開布置，倒鉤用φ8鋼筋制成長10cm，與主筋夾角為30°，可有效地防止浮籠。

（3）在混凝土灌注中發現鋼筋籠上浮，應立即暫停灌注，采取以下措施進行處理：a.鋼筋籠上浮在2倍直徑以下的可以在采取有效防止上浮的措施后繼續灌注；b.鋼筋籠上浮高度超過2倍樁徑以上的必須拔出鋼筋籠，比照斷樁進行處理。

3.3樁身空洞

3.3.1原因分析

樁基礎水下混凝土灌注速度快慢不一，混凝土在導管中有時是滿管，有時是半管，由于深樁基礎導管長，混凝土落差較大，在非滿導灌注的情況下，如果瞬間漏斗內混凝土增多，就導致導管內下部混凝土呈自由落體運動，速度下墜速度很快；而上層混凝土在滿管情況下受到管壁的磨擦阻力，速率變小，這樣導致導管里的混凝土空氣來不及排出。上層的混凝土依靠自身的重量下落時，對殘存在導管內的空氣不斷壓縮，當上部重量不斷增大時，把導管內形成的高壓氣囊壓入樁身混凝土中，形成空洞。

3.3.2預護措施及處理方法

（1）混凝土的流動性是保證混凝土灌注的一個前提，流動性差也是高壓氣囊產生的一個重要因素，因此在施工時，應嚴格控制好混凝土的流動性，坍落度嚴格控制在18～22cm之間。

（2）根據鉆孔樁直徑選用合適的導管，宜選用25cm或30cm直徑，連接直順，內壁光滑，深樁基選擇導管應盡可能選用較大直徑的。

（3）控制好下料均勻，不要時快時慢，放料時應勤于觀察，以達不到導管滿管漏斗內又無余料為準。

（4）采用夾心漏斗澆注混凝土，可有效地保證在任何時候，導管內的混凝土不會滿管，則不會產生高壓氣囊問題。

（5）樁身存在空壓氣囊空洞的處理方法：一般來說，高壓氣囊在成樁后檢測才會發現，其一般位于樁身的中心軸線上，其本身對樁基受力并沒有多大危害。但是如果在灌注過程中，形成的氣囊位于樁周圍，則有一定的危害性，所以應進行處理。處理方法可采用小應變檢測出豎向位置，然后采用地質鉆機在樁身豎向鉆孔，釋放樁身混凝土中的高氣壓，然后采用注漿方式填充氣囊形成的空洞。

3.4樁頭空洞

3.4.1原因分析

當鉆孔樁混凝土落注到樁頭時，最上層混凝土為最先澆注的首批混凝土經過較長澆注時間，其坍落度、流動性都有不同程度的降低。而在澆注完成后進行導管拆除時，工人往往會以很快的速度拔出導管，這時的混凝土流動性不足以馬上填充導管拔離后形成的空腔，這時沉渣會瞬時灌入空腔，這時候的沉渣很厚，被壓縮在混凝土中，形成樁頭空洞。

3.4.2預防措施及處理方法

（1）灌注到樁頭預設標高后，工人拆除導管時應有專人旁站指揮，拔除導管時應緩慢拔除，必要時進行導管反插，即每拔除100cm，反插50cm，最后拔離混凝土面應很緩慢，防止泥漿反灌。

（2）當灌注到樁頂后，可采取措施吸出樁頂過厚的沉渣，防止沉渣灌入樁身。

（3）成樁后樁頭部位通過檢測已形成的空洞，在下道工序施工前，應把空洞周圍清理露出新鮮骨料，采用高一標號混凝土澆注密實；當空洞面積大于樁身斷面的1/4時，應整斷面鑿除到空洞底40cm且混凝土密實狀態良好，采用接樁方法立模澆至設計標高。

3.5成樁位置偏移

3.5.1原因分析

橋梁樁基一般設計會采用排架樁或少樁承臺，這樣對樁位要求非常高，規范要求排架樁偏位不大于50mm，群樁不大于100mm。而在實際施工時，樁基往往會產生較大的偏差，有些樁基超出規范范圍較多。這種質量通病的原因經分析往往是由以下幾點造成：

（1）孔位偏斜多因護筒埋置中心與樁位中心的偏差；鉆孔樁機安裝支撐不牢；鉆孔樁位地質下沉；鉆進過程中地質軟硬不均等原因引起。

（2）鉆機選型不合理，鉆機鉆頭過重，鉆桿過細，剛度不足都會造成在鉆孔過程中，因鉆桿擺動幅度過大，產生成孔偏位。

（3）孔拉土質軟硬分布不均或有探頭石等現象，迫使鉆頭偏位，從而造成成孔偏位。

（4）還有一種情況就是樁位中心并沒有偏移，但因上部護筒直徑比樁徑大得多，此段鋼筋籠失去孔壁支撐，產生傾斜和位移。若鋼筋籠位移較大，給樁柱式橋墩施工帶來一定的質量隱患。

3.5.2預防措施及處理方法

（1）在護筒定位后及時復核護筒的位置，嚴格控制護筒中心與樁位中心線偏差不大于50mm，并認真檢查回填土是否密實，以防鉆孔過程中發生漏漿的現象。樁位中心應報檢合格后開鉆。

（2）開鉆前應夯實平整孔位周邊地基，鉆孔樁機兩支撐基礎應加設支撐墊板，防止鉆機傾斜或下沉。

（3）認真核對地質資料，特別是在地質情況發生變化地段應用探孔器檢查成孔的垂直度。若因地質構造不均勻引起的，先分析清楚巖層的走向，而后采用適當的回填材料（回填材料一般為黏土、純堿、鋸末等組成的混合物）將鉆孔回填至檢測確定的高程處，靜置一段時間后恢復施工。孔中心偏差小于20cm的，靜置1～2 h后可以繼續鉆孔。孔中心偏差大于20cm的，應根據情況靜置2 h甚至更長的時間待地層沉積穩定后恢復鉆孔施工。

（4）對成樁后的樁位偏差超出規范要求的，可聯系設計單位進行受力驗算，滿足要求時可讓步使用；不滿足要求時，應進行補樁或原位沖孔成樁。

（5）當樁位中心偏移滿足規范要求但鋼筋籠偏移較大的樁基，是因為鋼筋籠失去孔壁支撐，偏移深度不會超出其護筒底口，因此出現這種情況時，可在樁位外側壓入比樁徑大30cm左右的鋼護筒，人工鑿除混凝土，到鋼筋籠位置滿足規范時，采用接樁方式澆注至樁頂設計標高。

3.6樁底混凝土夾渣

3.6.1原因分析

在鉆孔樁底部通過鉆芯取樣，發現樁基底部出現夾渣現象，分析認為，其主要是因為清孔不徹底造成。

3.6.2預防措施及處理方法

（1）在清孔時，一定要按規范要求執行，清孔后（2）二次清孔：在實際施工當中，人們往往會忽略二次清孔的作用。在一次清孔后，安裝鋼筋籠往往會有很長一段時間，當孔內泥漿粘度偏小、含砂量偏大時，則會導致沉淀速度加劇；而忽略二次清孔直接會導致混凝土灌注前的沉渣厚度過大，灌注混凝土時不能完全沖開沉渣，沉渣混入混凝土形成樁底夾芯。因此二次清孔是鉆孔樁澆注混凝土前的一個必要工藝流程，必須嚴格執行，二次清孔后各項指標合格方可灌注混凝土。

沉渣厚度、泥漿比重滿足規范要求方可安裝鋼筋籠。

（3）因鉆孔樁底部沉積物未清理干凈造成的樁全長小于設計現象處理的難度較大。一般應在征得設計單位同意的前提下，采取鉆孔樁底部壓漿或者高壓注漿處理。

4　結語

在上海A8高架橋橋梁鉆孔樁施工中遇到了以上諸多問題，但通過采取行之有效的措施和處理方法，確保了樁身質量滿足設計及規范要求，全部樁基最終無損檢測全部合格。值得大家注意的是，鉆孔樁施工是在水下進行的，其施工過程無法觀察，成樁后也不能進行開挖驗收，施工中任何一個環節出了問題都將直接影響整個工程的質量和進度，甚至可能影響到運營安全。因此，在鉆孔樁施工中必須做到每個工序嚴格按照規范操作，對可能出現的質量通病制定切實有效的防范措施和處理方法，盡最大可能減少質量通病。

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1009-7716（2015）01-0113-03

2014-07-01

朱長亮（1973-），男，江蘇宿遷人，工程師，科技與質量管理部經理，研究方向：路橋施工技術與施工管理。