鉆孔灌注樁事故原因分析及其質量控制

袁金偉

0 引言

鉆孔灌注樁具備適應性強、成本適中、承載力大、施工簡便等特點,因此它是一種被廣泛地應用于公路橋梁及其他工程領域的基礎形式。灌注樁是地下工程,具有隱蔽施工的特點,因此其安全施工難以控制,必須詳細考慮各種影響因素,嚴格要求其施工過程每一環節。而樁基礎施工所處的環境復雜,影響其施工質量的因素多種多樣,主要包括地質因素、鉆孔工藝、護壁、鋼筋籠的上浮、混凝土的配制、灌注等。若稍有不慎或措施不當,就會在灌注中產生質量事故,小到塌孔松散、縮頸,大到斷樁報廢,影響工期并對整個工程質量產生不利影響。所以,控制鉆孔灌注樁的施工質量是避免發生事故及減少事故造成損失的關鍵,是工程順利進展的基礎。

1 鉆孔灌注樁事故原因分析

1.1 鉆孔施工中的事故

1)鉆機停鉆。由于基礎工程中的地質條件比較復雜,對不同的地質應選擇相應的鉆機。例如,沖擊(或總抓)鉆機適合坡積層、河床砂礫石層;回旋鉆機專門為第四紀河床沖擊層(砂土、黏性土、黃土、淤泥)設計;沖擊鉆與回旋鉆配合鉆機,或采用地質巖心鉆機則可適用于復雜的地質條件,例如膠結堅硬的砂礫石以及含大塊孤石的砂土層。因此,樁基礎中的停鉆事故很大程度上是因為選用的鉆機不適應復雜的地層所致[3]。2)錯位樁。由于測量放線錯誤,造成橋臺樁位向河中心偏位,改變了設計橋跨,因此不得不廢棄鉆孔灌注樁,重新在正確樁位完成鉆孔灌注樁的施工。3)塌孔。在復雜地層,尤其是疏松土層、砂層中進行鉆孔施工,比較容易出現塌孔現象。4)偏頭樁。為液積土、砂礫石互層,用沖擊錐沖孔,由于安放鋼筋籠沒有固定好,灌注混凝土完成后,測量樁位時發現樁頭鋼筋籠偏位超過規范的允許值。5)錯位孔、樁。在第一根鉆孔樁位測量放線時,未進行復測校核,鉆機就位開鉆,結果導致與其他樁位聯測發現該樁位相錯,因此必須采用停鉆措施,在鉆孔中回填土、碎石,20 d后重新放線測定樁位鉆孔,這種事故按程序施工是不應該發生的。

1.2 灌注水下混凝土施工中的事故

1)孔底沉淤厚度大。在施工中,由于缺少清淤設備,特別是采用沖擊(抓)鉆機成孔,經常發生清孔不徹底,沉淤厚度大于允許值。

如果清孔不徹底(未用清水換泥漿循環),沉淤厚度大,而且鉆孔內泥漿太稠,在灌注混凝土時,導管外的反壓力增大,當導管偏離中心靠到孔壁一側,灌注的混凝土上翻過程中可能有稠泥漿卷入混凝土中,造成夾泥層,發生“缺陷樁”或“斷樁”事故。

由于泥漿反壓力大,泥漿卷放砂漿,孔底灌注混凝土質量差,對摩擦嵌巖樁將導致“缺陷樁”事故。

2)導管不能“封口”(閉氣)。導管距孔底過高(大于 20 cm),“封口”用的砂漿(1∶2),混凝土備量不足(漏斗、吊頭容積小),“剪球”后砂漿、混凝土沖向孔底,吊斗內混凝土沒有及時注入泥漏斗連續不斷充滿導管,不能將導管底口埋住,泥漿水進入導管,導致停灌事故。

剪球失敗。“隔水球”一般放在漏斗底(漏斗連接導管處),第一盤砂漿滿漏斗,第一盤混凝土裝滿吊斗就位在漏斗上空,剪斷隔水球的鉛絲,漏斗內的砂漿沿導管向孔底沖去,同時未能打開懸吊閥門,混凝土不能進入漏斗充滿導管,而泥漿水導管底反壓進入導管,導致混凝土停灌事故。

懸吊隔水球的鋼絲拉斷。某大橋將隔水球懸吊在導管內的中部,隔水球以上充滿砂漿,用溜槽將混凝土送入漏斗內進入導管,由于綁扎隔水球的鋼絲不牢固,不能承受隔水球以上砂漿、混凝土的自重壓力而被拉斷,隔水球、砂漿緩慢而不連續下沉,而此時混凝土還停留在溜槽內未注入導管,不能將導管內(球下部)的泥水全部擠出導管底口,導致混凝土連續灌注失敗。

3)導管漏水,導管漏水現象有以下幾種:混凝土灌注不順暢,有時提升、晃動導管,混凝土也不能灌入(孔口不涌水),提升導管時,只見導管上下跳動,說明導管進(漏)水了。

灌注混凝土的深度。在混凝土灌注過程中,應定時測量孔內混凝土頂面高程,以控制導管在混凝土中的埋深,一般要求導管埋深2 m～6 m,對于長樁(大于30 m),在灌注樁的下部時,導管埋深大些(4 m～5 m,不超過6 m),還要考慮到起吊能力;在灌注樁的上部時,逐漸減小埋管深度,但埋深不得小于2 m。

導管埋深過大。當導管埋深過大,大于 6 m,達到8 m～10 m,導管提升困難,甚至不能提升導管,導管外埋深的混凝土將導管卡死,導致斷樁事故。

導管埋深過小。在灌注混凝土過程中,有時導管提升過大,使導管埋深小于2 m,如果導管傾斜,孔內混凝土面以上的泥漿水可能反壓或卷入混凝土中,成夾泥層,導致“缺陷樁”的質量事故。

4)鋼筋籠上浮問題。在灌注混凝土時,尤其當混凝土灌注不久,可能會發生鋼筋籠上浮現象,具體包括:由于導管不居中或導管傾斜,法蘭盤或吊導管的鋼絲繩沒有扎好,掛住鋼筋籠,當提升導管時把鋼筋籠提起。

對于摩擦嵌巖樁,由于樁長較短(小于20 m),灌注的混凝土向上翻時將鋼筋籠浮起。

5)斷頭樁及樁頭混凝土不密實。

2 成樁質量的控制

在成孔的施工技術和施工質量控制方面應著重做好以下幾項工作[5]:1)確保樁身成孔垂直精度。這是灌注樁順利施工的一個重要條件,否則鋼筋籠和導管將無法沉放。為了保證成孔垂直精度滿足設計要求,應采取擴大樁機支承面積使樁機穩固,經常校核鉆架及鉆桿的垂直度等措施。2)泥漿護壁技術是關鍵。泥漿護壁是鉆孔灌注樁施工技術關鍵之一。泥漿護壁的好壞直接關系到鉆孔灌注樁的質量。泥漿護壁按土層的性質可以用原土造漿,即鉆孔時直接注入清水使之與原位的黏土混合成護壁泥漿,也可用人工制備的泥漿。在砂層、砂夾層等易塌孔的土層中鉆孔,應采用人工制備的特殊泥漿。3)確保樁位、樁頂標高和成孔深度。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50 mm,并認真檢查回填土是否密實,應保持護筒位置穩定,以防鉆孔過程中發生漏漿的現象。4)清孔施工。清孔的主要目的是清除孔底沉渣,而孔底沉渣則是影響灌注樁承載能力的主要因素之一。5)鋼筋籠制作質量和吊放技術。鋼筋籠制作前首先要檢查鋼材的質保資料,檢查合格后再按設計和施工規范要求驗收鋼筋的直徑、長度、規格、數量和制作質量。在驗收中還要特別注意鋼筋籠吊環長度能否使鋼筋準確地吊放在設計標高上,以確保鋼筋的埋入標高滿足設計要求。

3 結語

鉆孔灌注樁的整個施工過程屬隱蔽工程項目,質量檢查比較困難,要保證鉆孔灌注樁的施工質量,其關鍵還在于分析問題的根源,嚴格按照規范施工。在執行上施工前要認真熟悉設計圖紙及有關施工、驗收規范,核查地質和有關灌注樁方面的資料,對灌注樁在施工過程中可能會發生的一些問題進行分析后制訂出施工質量標準、驗收實施方案和每根樁的施工記錄,以便有效地對樁基施工質量加以控制。只有這樣樁基的質量控制才能得到保證,灌注成高質量的水下混凝土。

[1] 吾布力哈斯木?依明那洪.橋梁鉆孔灌注樁質量缺陷的探討[J].黑龍江科技信息,2008(32):242.

[2] 胡文福.淺談鉆孔灌注樁施工中應注意的若干問題[J].山西建筑,2007,33(28):121-122.

[3] 沈忠武.鉆孔灌注樁施工中鋼筋籠偏位及斷樁的處理方法[J].鐵道工程學報,2009,128(5):12-15.

[4] 盧春城,劉英喬,關 冰.鉆孔灌注樁施工質量事故分析與處理方法[J].黑龍江交通科技,2008,175(9):58-59.

[5] 程素蘭.鉆孔灌注樁施工應用及探討[J].山西建筑,2009,35(31):79-80.