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【摘要】：分析了影响钻孔灌注桩桩身施工质量及桩上段强度的主要原因，提出了预防桩身质量通病的相关技术措施。
【关键词】：钻孔灌注桩;质量;原因;措施
【引言】
钻孔灌注桩作为一种基础形式，可以穿越各种地质复杂或软硬变化较大的地层对地基进行加固处理，其对承载力的适应范围广，施工机具简单，目前在我国广泛使用在铁路桥梁、公路桥梁、城市各种桥梁中。由于钻孔灌注桩的施工环节较多，技术要求高，工艺较复杂，需要在一个较短的时间内快速完成水下灌注混凝土隐蔽工程的灌注，无法直观的对质量进行控制，人为因素的影响较大，若稍有疏忽，很容易出现一些质量病害，甚至造成病桩、断桩等重大质量事故，危及桩基工程的安全。以下笔者根据自己施工多座灌注桩桥梁的实践经验，从分析桩基病害的成因入手，介绍一些控制桩身质量病害的技术方法，供参考。
1钻孔灌注桩常见的质量病害
钻孔灌注桩在承受垂直荷载压力的时候，以桩顶位置所受的压力最大，下部承受的压力相对较小。但钻孔灌注桩的成桩工艺与实际受力状况相反，往往是上部混凝土的强度低，中下段混凝土的强度高，若不严格控制，容易出现桩上段强度达不到质量要求的情况。除此之外，还容易出现缩颈、孔壁塌落、孔底沉淤、桩身空洞、蜂窝、夹泥等质量缺陷，造成桩基承载力的下降，影响到工程结构的安全。
2影响成桩质量的原因分析
2.1影响桩身上部强度的原因分析
(1)按照施工规范规定，钻孔后要彻底清除孔底的淤泥，但在实际施工过程中，很难将淤泥彻底清除，于是在浇灌第一斗混凝土进行封底施工时，孔底沉积的淤泥必然混入混凝土中。由于用导管灌注的水下混凝土是由下向上顶升，先灌入的混凝土顶升于孔的上面，这样就容易出现桩上段强度较低的现象。
(2)浇灌混凝土时，若导管插入混凝土之内过深，浇注速度又较快，则容易在孔体深部沉积较多的骨料，加上振捣过程所造成的混凝土的离析，也容易导致桩体上部强度较低的质量问题。
2.2影响其他桩身质量的原因分析
(1)混凝土浇注施工中，若导管插入混凝土内过浅(<1.5m)，则成桩过程中混凝土的上升就不是顶升式的，而是摊铺式的，这时，泥浆、泥块就容易混入混凝土中，进而影响到桩身的质量。除此之外，若设计的桩身直径过小，则混凝土上翻时就会受到孔壁的限制，从而使桩体产生空洞、蜂窝缺陷。
(2)钻孔灌注桩的承载力主要表现为桩周摩阻力，而桩周摩阻力与孔壁形状和护壁质量密切相关。
在施工过程中，孔壁的形状是由钻头旋转速度、钻杆下降速度和土质等因素决定的，泥浆性能(包括容重、黏度胶体率、砂率等指标)愈好、高程越高，越能保护好护壁，其桩周摩阻力愈大，但施工难度加大，费用也相应提高。
(3)在钻孔成孔、拆除钻杆泥浆、停止循环至吊放钢筋笼、浇灌水下混凝土的全过程中，施工环节多，时间长，会在孔底淤积较厚的淤泥而影响成桩质量。静置的时间越长，淤积的淤泥越多。
(4)混凝土在水下浇灌的过程中，其流动性、初凝时间、黏聚性能会变得更差，若稍有疏忽，很容易产生空洞、蜂窝、离析、夹泥甚至断桩的质量缺陷。
3成桩质量的控制
3.1桩上段强度的保证措施为保证桩上段强度达到要求，应从下述几方面采取相应的质量保证措施：
(1)依据桩径和导管初次埋置深度，正确确定出首批混凝土的体积：
首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度(≥1.0m)和填充导管底部的需要，见右图，所需混凝土数量可参考以下公式计算：
式中：V——灌注首批混凝土所需数量(m3)；
D——桩孔直径(m)；
H1——桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m；
H2——导管初次埋置深度(m)；
d——导管内径(m)；
h1——桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m)，即H1=/ ；
(2) 灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为0.5～1.0m，以保证混凝土强度，多余部分接桩前必须凿除，残余桩头应无松散层。
(3) 在灌注过程中，导管的埋置深度宜控制在2～6m。
3.2桩身质量的保证措施
(1)工程施工前，应先做2个以上的试验钻孔，通过检测钻孔的孔径、垂直度、孔壁稳定性和孔底沉淤等指标，用以核对所选设备、工艺方法是否符合技术要求。检测时，孔壁的稳定时间应≮12h，检测数目≮2个。对一些重要工程，可视情况相应增加测径数量。
(2)护壁用的泥浆应满足护壁要求，液面需高于地下水位0.5m以上，有条件时，以高于地下水位2m以上更好。若护壁的泥浆胶体率低、砂率大，则不仅护壁性能差，而且因其容重较大，势必产生沉淀速度过快的问题。一般来讲，当在黏土或亚黏土中成孔时，可注入清水以原土造浆护壁，控制排碴泥浆的相对密度在1.1～1.2之间;当在砂性土质或较厚的夹砂层中成孔时，应控制泥浆的相对密度在1.1～1.3之间;在砂夹卵石或容易坍孔的土层中成孔时，应控制泥浆的相对密度在1.3～1.5之间。施工过程中，应经常测定泥浆的相对密度、黏度、含砂率和胶体率等指标，使浇注前孔底500mm以内泥浆的相对密度≯1.25，含砂率≯8%，黏度≯28Pa•s。对一些直径<1m的小直径桩，即使在泥浆停止循环期间，也要使孔内保持合理的泥浆液面。泥浆性能指标选择如下：
(3)在混凝土灌注前的一段時间里，须保证孔壁的稳定性，不能有缩颈或孔壁塌落现象发生。为保证孔底沉渣厚度达到规范的技术要求(端承桩≤50mm、摩擦端承桩及端承摩擦桩≤100mm、摩擦桩≤300mm)，以免影响桩的承载力，钻孔到设计持力层以后，要对泥浆进行循环稀释来降低相对密度，以清除泥浆中悬浮的砂子、石渣。除此之外，还要使用真空泵通过管道伸向桩底吸走端部沉渣，要求严格时，在安放钢筋笼后、下放导管之前仍要进行吸渣处理。
(4)吊放入孔的钢筋笼不得碰撞壁孔，不得有变形损坏。吊放后，先将钢筋笼在垂直位置上固定好，然后进行第二次清孔，检测孔底的淤泥厚度，符合规定后，于0.5h之内开始混凝土的灌注施工。
3.3钻孔桩混凝土灌注施工的技术要点
因为水下混凝土施工的隐蔽性强，很容易产生松散、离析、缩颈等混凝土质量缺陷，因此，必须着重控制水下混凝土的浇注质量，包括选好原材料、做好配合比、改进工机具、严格按操作规程施工等方面。
(1)完成钻孔到混凝土浇灌过程的作业时间要紧凑，不宜过长;混凝土的浆体浓度要恰当，浇灌量不得低于设计值，不然会降低泥浆的置换率造成夹泥。
(2)导管口距孔底要保持400mm左右的距离，旋转时要精确测量，反复校核。当球塞被压出导管并灌下一定数量的混凝土后，应将导管缓慢下降100～200mm，使灌注初期导管被混凝土埋入的深度尽可能加大，以保证底层的混凝土质量。
(3)在灌注过程中，要严格把握施工进度和时间，经常地略微提升导管，以使混凝土均匀注入。导管埋入混凝土的深度一般控制在1～3m之间且不得<1m，每间隔15～20min，要对混凝土面和导管沉入深度进行一次测量和校核。
(4)若施工过程中发生了混凝土堵塞导管的现象，一般是由于材料规格或配合比选取不当，或者是因为导管漏水漏浆导致管内混凝土与管壁的摩擦力增大、流动性降低造成的，要分清原因有针对性地加以解决，切不要无控制地靠提管消除堵塞。
3.4桩身质量的验收
灌注桩质量的检验内容和方法应符合规范的规定，通常检测承载力采用的方法有：钻芯检测法、振动检测法、超声脉冲检验法、射线法，而检验桩身质量一般是通过对钻芯样实施超声波检测进行检验，抽查数量不少于总桩数的10%，若工程需要时，还可相应增加检验数量直至逐根检查。
4结语
钻孔灌注桩有许多优点，但由于施工环节多，工艺复杂，成桩质量有可能受到多种因素的干扰和制约，严重时会导致桩身承载力的明显降低，甚至造成病桩、断桩等重大质量事故。为了确保成桩质量和桩基工程的安全，必须对钻孔灌注桩的施工全过程进行严格的质量控制和检测，发现问题及时采取措施予以补救。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
【关键词】：钻孔灌注桩;质量;原因;措施
【引言】
钻孔灌注桩作为一种基础形式，可以穿越各种地质复杂或软硬变化较大的地层对地基进行加固处理，其对承载力的适应范围广，施工机具简单，目前在我国广泛使用在铁路桥梁、公路桥梁、城市各种桥梁中。由于钻孔灌注桩的施工环节较多，技术要求高，工艺较复杂，需要在一个较短的时间内快速完成水下灌注混凝土隐蔽工程的灌注，无法直观的对质量进行控制，人为因素的影响较大，若稍有疏忽，很容易出现一些质量病害，甚至造成病桩、断桩等重大质量事故，危及桩基工程的安全。以下笔者根据自己施工多座灌注桩桥梁的实践经验，从分析桩基病害的成因入手，介绍一些控制桩身质量病害的技术方法，供参考。
1钻孔灌注桩常见的质量病害
钻孔灌注桩在承受垂直荷载压力的时候，以桩顶位置所受的压力最大，下部承受的压力相对较小。但钻孔灌注桩的成桩工艺与实际受力状况相反，往往是上部混凝土的强度低，中下段混凝土的强度高，若不严格控制，容易出现桩上段强度达不到质量要求的情况。除此之外，还容易出现缩颈、孔壁塌落、孔底沉淤、桩身空洞、蜂窝、夹泥等质量缺陷，造成桩基承载力的下降，影响到工程结构的安全。
2影响成桩质量的原因分析
2.1影响桩身上部强度的原因分析
(1)按照施工规范规定，钻孔后要彻底清除孔底的淤泥，但在实际施工过程中，很难将淤泥彻底清除，于是在浇灌第一斗混凝土进行封底施工时，孔底沉积的淤泥必然混入混凝土中。由于用导管灌注的水下混凝土是由下向上顶升，先灌入的混凝土顶升于孔的上面，这样就容易出现桩上段强度较低的现象。
(2)浇灌混凝土时，若导管插入混凝土之内过深，浇注速度又较快，则容易在孔体深部沉积较多的骨料，加上振捣过程所造成的混凝土的离析，也容易导致桩体上部强度较低的质量问题。
2.2影响其他桩身质量的原因分析
(1)混凝土浇注施工中，若导管插入混凝土内过浅(<1.5m)，则成桩过程中混凝土的上升就不是顶升式的，而是摊铺式的，这时，泥浆、泥块就容易混入混凝土中，进而影响到桩身的质量。除此之外，若设计的桩身直径过小，则混凝土上翻时就会受到孔壁的限制，从而使桩体产生空洞、蜂窝缺陷。
(2)钻孔灌注桩的承载力主要表现为桩周摩阻力，而桩周摩阻力与孔壁形状和护壁质量密切相关。
在施工过程中，孔壁的形状是由钻头旋转速度、钻杆下降速度和土质等因素决定的，泥浆性能(包括容重、黏度胶体率、砂率等指标)愈好、高程越高，越能保护好护壁，其桩周摩阻力愈大，但施工难度加大，费用也相应提高。
(3)在钻孔成孔、拆除钻杆泥浆、停止循环至吊放钢筋笼、浇灌水下混凝土的全过程中，施工环节多，时间长，会在孔底淤积较厚的淤泥而影响成桩质量。静置的时间越长，淤积的淤泥越多。
(4)混凝土在水下浇灌的过程中，其流动性、初凝时间、黏聚性能会变得更差，若稍有疏忽，很容易产生空洞、蜂窝、离析、夹泥甚至断桩的质量缺陷。
3成桩质量的控制
3.1桩上段强度的保证措施为保证桩上段强度达到要求，应从下述几方面采取相应的质量保证措施：
(1)依据桩径和导管初次埋置深度，正确确定出首批混凝土的体积：
首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度(≥1.0m)和填充导管底部的需要，见右图，所需混凝土数量可参考以下公式计算：
式中：V——灌注首批混凝土所需数量(m3)；
D——桩孔直径(m)；
H1——桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m；
H2——导管初次埋置深度(m)；
d——导管内径(m)；
h1——桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m)，即H1=/ ；
(2) 灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为0.5～1.0m，以保证混凝土强度，多余部分接桩前必须凿除，残余桩头应无松散层。
(3) 在灌注过程中，导管的埋置深度宜控制在2～6m。
3.2桩身质量的保证措施
(1)工程施工前，应先做2个以上的试验钻孔，通过检测钻孔的孔径、垂直度、孔壁稳定性和孔底沉淤等指标，用以核对所选设备、工艺方法是否符合技术要求。检测时，孔壁的稳定时间应≮12h，检测数目≮2个。对一些重要工程，可视情况相应增加测径数量。
(2)护壁用的泥浆应满足护壁要求，液面需高于地下水位0.5m以上，有条件时，以高于地下水位2m以上更好。若护壁的泥浆胶体率低、砂率大，则不仅护壁性能差，而且因其容重较大，势必产生沉淀速度过快的问题。一般来讲，当在黏土或亚黏土中成孔时，可注入清水以原土造浆护壁，控制排碴泥浆的相对密度在1.1～1.2之间;当在砂性土质或较厚的夹砂层中成孔时，应控制泥浆的相对密度在1.1～1.3之间;在砂夹卵石或容易坍孔的土层中成孔时，应控制泥浆的相对密度在1.3～1.5之间。施工过程中，应经常测定泥浆的相对密度、黏度、含砂率和胶体率等指标，使浇注前孔底500mm以内泥浆的相对密度≯1.25，含砂率≯8%，黏度≯28Pa•s。对一些直径<1m的小直径桩，即使在泥浆停止循环期间，也要使孔内保持合理的泥浆液面。泥浆性能指标选择如下：
(3)在混凝土灌注前的一段時间里，须保证孔壁的稳定性，不能有缩颈或孔壁塌落现象发生。为保证孔底沉渣厚度达到规范的技术要求(端承桩≤50mm、摩擦端承桩及端承摩擦桩≤100mm、摩擦桩≤300mm)，以免影响桩的承载力，钻孔到设计持力层以后，要对泥浆进行循环稀释来降低相对密度，以清除泥浆中悬浮的砂子、石渣。除此之外，还要使用真空泵通过管道伸向桩底吸走端部沉渣，要求严格时，在安放钢筋笼后、下放导管之前仍要进行吸渣处理。
(4)吊放入孔的钢筋笼不得碰撞壁孔，不得有变形损坏。吊放后，先将钢筋笼在垂直位置上固定好，然后进行第二次清孔，检测孔底的淤泥厚度，符合规定后，于0.5h之内开始混凝土的灌注施工。
3.3钻孔桩混凝土灌注施工的技术要点
因为水下混凝土施工的隐蔽性强，很容易产生松散、离析、缩颈等混凝土质量缺陷，因此，必须着重控制水下混凝土的浇注质量，包括选好原材料、做好配合比、改进工机具、严格按操作规程施工等方面。
(1)完成钻孔到混凝土浇灌过程的作业时间要紧凑，不宜过长;混凝土的浆体浓度要恰当，浇灌量不得低于设计值，不然会降低泥浆的置换率造成夹泥。
(2)导管口距孔底要保持400mm左右的距离，旋转时要精确测量，反复校核。当球塞被压出导管并灌下一定数量的混凝土后，应将导管缓慢下降100～200mm，使灌注初期导管被混凝土埋入的深度尽可能加大，以保证底层的混凝土质量。
(3)在灌注过程中，要严格把握施工进度和时间，经常地略微提升导管，以使混凝土均匀注入。导管埋入混凝土的深度一般控制在1～3m之间且不得<1m，每间隔15～20min，要对混凝土面和导管沉入深度进行一次测量和校核。
(4)若施工过程中发生了混凝土堵塞导管的现象，一般是由于材料规格或配合比选取不当，或者是因为导管漏水漏浆导致管内混凝土与管壁的摩擦力增大、流动性降低造成的，要分清原因有针对性地加以解决，切不要无控制地靠提管消除堵塞。
3.4桩身质量的验收
灌注桩质量的检验内容和方法应符合规范的规定，通常检测承载力采用的方法有：钻芯检测法、振动检测法、超声脉冲检验法、射线法，而检验桩身质量一般是通过对钻芯样实施超声波检测进行检验，抽查数量不少于总桩数的10%，若工程需要时，还可相应增加检验数量直至逐根检查。
4结语
钻孔灌注桩有许多优点，但由于施工环节多，工艺复杂，成桩质量有可能受到多种因素的干扰和制约，严重时会导致桩身承载力的明显降低，甚至造成病桩、断桩等重大质量事故。为了确保成桩质量和桩基工程的安全，必须对钻孔灌注桩的施工全过程进行严格的质量控制和检测，发现问题及时采取措施予以补救。
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