钻孔灌注桩砼水下浇注施工及其工程事故的预防与处理

1/6钻孔灌注桩砼水下浇注施工及其工程事故的预防与处理王国川何灼祥[摘要]本文阐述了钻孔灌注桩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、前言钻孔灌注桩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，大多数钻孔灌注桩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2/6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钻孔灌注桩砼水下浇注示意图三、常见的工程事故钻孔灌注桩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。3/6四、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4/6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。5/6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。6/6（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、结束语钻孔灌注桩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根钻孔灌注桩，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标钻孔灌注桩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