浅谈钻孔灌注桩水下混凝土灌注施工中常见的质量事故及预防处理措施
关键词:水下混凝土灌注，质量事故，预防处理
1前言
随着我国交通基础设施建设的快速发展，钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域中。但灌注桩基础属于隐蔽工程，大部分是在水下进行的，因此灌注好水下混凝土是保证灌注桩成桩质量的重中之重。灌注混凝土水下时，混凝土拌和物是通过导管下口进入到初期灌注的混凝土（作为隔水层）下面，顶托着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆或水逐步上升而成桩的。为了能够在施工过程中最大限度的避免质量事故的发生，水下混凝土灌注要做到分工明确，密切配合，统一指挥，力求快速、连续施工。若已出现质量事故时应根据施工现场所发生的具体质量事故状况结合现场具备的施工条件，冷静分析原因，并尽快采取合理的技术措施及时设法补救。
2钻孔灌注桩水下混凝土灌注质量事故及预防处理措施。
2.1导管进水
（1）主要原因：①首批混凝土储量不足，或虽然混凝土储量已够，但导管底口距孔底的间距过大，混凝土下落后不能埋没导管底口，以致泥水从底口进入。②导管接头不严，接头间橡皮垫被导管内高压气囊挤开，或焊缝破裂，水从接头或焊缝中流入。③导管提升过猛，或测深出错，导管底口超出原混凝土面，底口涌入泥水。
（2）预防和处理方法
为避免发生导管进水，灌注前要根据桩径准确计算首批混凝土储量并对拼接好的导管做水密试验。试验方法是：在拼装好的导管内先灌入70%的水，两端封闭，一端焊接风管接头输入计算的风压力，然后滚动导管数次，经15分钟不漏水即为合格。万一发生导管进水，要当即查明事故原因，采取以下处理方法：
①若是上述第一种原因引起的，应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌和物用抓斗清除，不得已时需要将钢筋笼拔出采取复钻清除。然后重新下放钢筋骨架、导管并投入足够储量的首批混凝土，重新灌注。
②若是第二、三种原因引起的，应视具体情况，拔换原管重下新管；或将原导管插入续灌，但灌注前均应将时进入导管内的水和沉淀土用吸泥和抽水的方法吸出。如系重下新管，必须用潜水泵将管内水抽干，才可继续灌注混凝土。为防止抽水后导管内的泥水穿透原灌注混凝土从导管底口翻入，导管插入混凝土内应有足够深度，一般宜大于200㎝。
2.2卡管
在灌注过程中，混凝土在管中不下去，称为卡管。卡管有以下两种情况：
（1）初灌时隔水栓卡管；或由于混凝土本身的原因，如坍落度小、流动性差、夹有大卵石、拌和不均匀，以及运输途中产生离析、粗集料集中而造成导管堵塞。
处理方法可用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管，或在导管上安装附着式振捣器等使隔水栓下落。
（2）机械发生故障或其它原因使混凝土在导管内停留时间过久，或灌注时间持续过长，到致混凝土已在管内初凝。增大了导管内混凝土下落的阻力，混凝土堵在管内。其预防的方法是灌注前仔细检修灌注机械，并准备备用机械，同时采取措施，加速混凝土灌注速度，必要时掺入缓凝剂。当灌注时间已久，孔内首批混凝土已初凝，导管内又堵塞有混凝土，此时只有将导管拔出，重新安设钻机，重新钻孔成桩。
在甘肃已竣工通车的某高速公路主线大桥左幅2号墩1#桩在水下混凝土灌注施工中，由于拌和的混凝土流动性差加上运输中产生离析，原设计25m深的桩，灌注到离桩顶设计位置15.4m处时产生了严重卡管。当时使用吊车提拔抖动导管，并在导管外侧安装附着式振捣器配合人工用大锤敲击导管外壁试图疏通导管内混凝土都没有成功。在此情况下采用了将两根Φ32螺纹钢筋首尾焊接在一起，将一头伸入导管内混凝土表面，另一头连接到吊车吊钩上，吊车起吊钢筋后让其自由下落冲捣导管内混凝土，经过多次反复冲捣，终于疏通导管内的混凝土恢复了正常灌注。在对卡管质量事故的具体处理过程中要根据卡管的位置、时间的长短要尽快采取措施疏通管内混凝土，避免时间过长首批混凝土初凝导致返工重钻，造成较大的经济损失。
2.3坍孔
混凝土灌注过程中塌孔的表征是孔内水位突然下降，孔口冒出大量的细密水泡。究其原因重要有：护筒底脚周围漏水，孔内水位降低，或在潮汐河流中涨潮时，孔内外水位差减小，不能保持原有静水压力，以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等。
发生坍孔后，应查明原因，采取相应的措施，如保持或加大水头、移开重物、排除振动等，防止继续坍孔。然后用吸泥机吸出孔内的泥土；如不继续坍孔。可恢复正常灌注。如坍孔仍不停止，坍塌部位较深，宜将导管拔出，将混凝土钻开抓出，并将钢筋笼提出，只保存孔位，再以粘土掺砂砾回填，重新钻孔成桩。
2.4埋管
导管无法拔出称为埋管，其原因是：导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土间摩阻力过大。或因提管过猛将导管拉断。
预防办法：控制埋管深度一般不得超过6m～8m，在导管上端安装附着式振捣器，拔管前或停灌时间较长时，均应适当振捣，使导管周围的混凝土不致过早初凝；首批混凝土掺入缓凝剂，加快灌注速度；拔管时用力不可过猛。
若埋管事故已发生，初时可用链滑车、千斤顶试拔。如仍拔不出，凡属并非因混凝土初凝流动性损失过大的情况，可插入一直径稍小的护筒至已灌混凝土中，用吸泥机配合小护筒，重新下导管灌注。
2.5灌短桩头
灌短桩头亦称短桩。产生的原因：灌注接近结束时，由于泥浆过稠或测深锤太轻到致测深错误，拔出导管终止混凝土灌注而造成短桩头事故。还有些是由于孔壁坍方，未被发觉，测深锤或测深仪探头达不到混凝土表面，这种情况最危险，有时会灌短数米。
预防办法是：
（1）在灌注过程中必须注意是否发生坍孔征象，如有坍孔，应立即用吸泥机吸出孔内泥土后方可再续灌。
（2）测深锤的重量形状必须符合规范规定。由此避免由于测深不准而造成的人为断桩情况。
（3）灌注将近结束时加清水稀释泥浆并掏出部分沉淀土。
（4）处理办法可在原护筒里面或外面加设护筒，压入已灌注的混凝土内，然后抽水、除渣，接浇普通混凝土；或用高压水将泥渣和松软层冲松，再用吸泥机将混凝土表面上的泥浆沉渣吸除干净，重新下导管灌注水下混凝土。
2.6桩身夹泥断桩
该质量事故大都是以上各种事故引起的次生结果。此外，由于清孔不彻底，或灌注时间过长，首批混凝土已初凝，流动性降低，而续灌的混凝土冲破顶层而上升，因而也会在两层混凝土中间夹有泥浆渣土，甚至全桩夹有泥浆渣土形成断桩。
对已发生或估计可能发生夹泥断桩的桩，应采用地质钻机、钻芯取样，作深入深查，判明情况。有下列情况之一时，应采取压浆补强方法处理。
（1）对于柱桩，桩底与基岩之间的夹泥大于设计规定值。
（2）桩身混凝土有夹泥断桩或局部混凝土松散。
（3）桩身有蜂窝、松散、裹浆等情况。
在建的陕西省境内某高速公路特大桥右幅29号墩1#桩成桩后用超声波检测完整性时发现离桩顶设计位置2.2m至桩顶部分存在薄弱环节（属于B类桩），好在次桩位置处于旱地上，经组织人工开挖后发现离桩顶2.2m处至桩顶部分一侧约有四分之一断面存在桩身夹泥现象。经分析其原因是由于清孔不彻底加之灌注将近结束时没有加清水稀释泥浆，导致泥浆过稠侵占了桩身截面位置造成桩身一侧夹泥。对于次桩夹泥部分的处理，首先将桩身夹泥部分用风镐清除干净，并凿出桩身混凝土的新鲜表面，然后在原桩体上安装同直径的圆柱钢模板补浇高标号混凝土成桩。为了确保该桩的施工质量，对该桩进行了第二次超声波完整性检测，检测结果显示该桩已成了质量较好的A类桩。
3灌注桩补强方法
灌注桩的各种质量事故，其后果均会导致桩身强度的降低，不能满足设计的受力要求，因此需要作补强处理。事前，应会同主管部门、设计单位、工程监理以及施工单位的上级领导单位共同研究，提出切实可行的处理办法。据以往的施工经验，一般采用压入水泥浆补强方法，其施工要点如下：
（1）对需要补强的桩，除用地质钻机已钻一个取芯孔外，应再钻一个孔，一个用做进浆孔，另一个用做出浆孔。孔深要求达到补强位置以下1m，柱桩则应达到基岩。
（2）用高压水泵向一个孔内压入清水，压力不宜小于0.5MPa～0.7MPa，将夹泥和松散的混凝土碎渣从另一个孔冲洗出来，直到排出清水为止。
（3）用压浆泵压浆，第一次压入水灰比为0.8的纯水泥稀浆（宜用425号水泥），进浆管应插入钻孔1.0m以上，用麻絮填塞进浆管周围，防止水泥浆从进浆口冒出。待孔内原有清水从出浆口压出来以后，再用水灰比0.5的浓水泥浆压入。
（4）为使浆浆得到充分扩散。应压一阵停一阵，当浓浆从出浆口冒出后，停止压浆，用碎石将出浆口封填，并用麻袋堵实。
（5）最后用水灰比0.4的水泥浆压入，并增大灌浆压力至0.7MPa～0.8MPa，并关闭进浆闸，稳压闷浆20min～25min，压浆工作即可结束。
压浆工作结束，水泥浆硬化以后，应再做一钻芯，检查补强效果：如断桩夹泥情况已排除，认为合格后，可交付使用；否则，应重钻补桩或合同有关单位研究其它补救措施。
4结束语
水下混凝土灌注施工是在原地面以下进行的，属隐蔽工程，地下地质结构复杂多变且不可见，故实际施工中出现的情况也千差万别，应视具体情况分别对待。钻孔灌注桩在施工过程中，如已发生短桩、桩身夹泥或其他质量缺陷应尽可能设法补强，不宜轻易放弃，造成不必要的经济损失。
参考文献：
（1） 中华人民共和国行业标准，公路桥涵施工技术规范（JTJ041—2000），人民交通出版社。
（2） 杨理准、武吉中、余军，公路施工手册，基本作业，人民交通出版社，1990。