1、公路桥梁钻孔灌注桩断桩的原因分析摘要：桥梁钻孔灌注桩在施工过程中，发生断桩、短桩或其他质量缺陷是正常的，但处理一定要认真，尽量将可能发生的事故消灭在萌芽状态。本文结合笔者多年的施工经验，别结合实际案例，对断桩产生的原因、断桩的预防和处理措施进行了探讨，以期为相关人员提供技术参考。 关键词：桥梁 灌注桩 原因 防治 处理 中图分类号： K928 文献标识码： A 文章编号： 正文： 孔灌注桩技术具有操作方便，结构性能强等特点，在现代桥梁工程施工中得到了广泛的应用。桥梁钻孔灌注桩水下砼的灌注工艺并不复杂，但影响因素很多，对灌注工艺的每一个环节稍有不慎或考虑不周时，都会导致灌注的失败、形成断桩,断桩
2、是由于桩基混凝土的某一部分和全部端面段受泥浆或泥砂浸入，破坏了桩的整体受力形态，形成废桩。 1.公路桥梁钻孔灌注桩断桩原因分析 在桥梁工程建设之前，都有关于桥梁承重计算的设计，但在使用过程中，往往由于一些人为因素导致桥梁实际承重远远超过设计承重，导致桥梁断桩。断桩问题产生的原因如下 1.1 混凝土初凝和终凝时间太短。若混凝土初凝和终凝时间太短或灌注时间过长，使混凝土上部结块，造成桩身混凝土夹渣。若导管埋深过大，加上混凝土灌注时间过长，混凝土流动性降低，从而增大混凝土与导管壁的摩擦力，导管提升阻力加大的，容易造成连接螺栓拉断或导管破裂而产生断桩。 1.2.孔内悬浮的砂粒太多。若清孔后孔内悬浮的砂
3、粒太多，混凝土灌注过程中，砂粒回沉在混凝土面上，形成沉积砂层，阻碍混凝土的正常上升，当混凝土冲破沉积砂层时，部分砂粒及浮渣被包入混凝土内造成桩身夹渣断桩。 1.3 井壁坍塌。若工程地质情况较差或受水位涨落等因素的影响，在灌注过程中，井壁坍塌严重或出现流砂、软塑状质等, 而施工单位技术水低、经验少或处理不当，容易造成泥砂性断桩。 1.4 机械故障或停电造成施工不连续。机械故障或停电造成混凝土灌注中断，在混凝土终凝前无法连续施工，从而造成断桩。另外，机械故障或停电机可能使得无法向井内补水，可能会出现井中水位突然下降，引起井壁坍塌，从而造成断桩。因此，做好施工组织，认真对待灌注前的准备工作, 这对保
4、证桩基的质量是也十分重要的。 1.5 工程地质条件差，并且施工单位没有采取有效的保障措施，很容易使灌桩过程中出现的井壁流砂、软塑状土质形成类泥沙性断桩或因井壁坍塌而引起断桩。这类现象在工程中占有较大的比例,且发生的位置深,难处理,是导致工期延期或投资增大的重要因素之一。 1.6 配料比例误差过大，导致混凝土坍落度波动大、混合料时干时稀，很可能会导致出现卡钻问题和断桩，例如:当混凝土坍落度过大时,产生的离析现象会使粗骨料相互挤压而阻塞导管;当混凝土坍落度过小或灌注时间延长时,会因混凝土初凝时间缩短、下落阻力增大而阻塞导管,这是诱发断桩事故的重要原因之一。因此,必须严格控制混凝土的配合比,缩短灌注
5、时间,以减少此类断桩事故的出现几率。 1.7 导管的埋置深度。在施工过程中的导管如果出现深度过大或长时间灌注等情况，会导致混凝土流动性降低、与导管壁的摩擦加大，从而发生断桩。尤其在采用落后且提升阻力大的法兰盘连接的导管时,更易在提升时出现导管破裂或连接螺栓被拉断的现象而引起断桩。 2.断桩的预防措施 2.1混凝土配合比的确定与控制。在实际工程施工之前，通过多次试验建立起完善的混凝土配合比数据库，作为施工时混凝土的配合依据，确保实际生产与试验之间没有太大的偏差。施工过程中还要做好对材料含水量的检测工作，同时依据砂石的含水量的不同来确定减水剂的用量，以确保混凝土的和易性和流动性符合规范要求。 2.
6、2. 严格检验施工的原材料 进料的时候，进货员应当对于骨料进行严格的检查，在采购的时候一定要选取质量好的骨料并定点进行购买。在选材料的时候对于粗骨料和细骨料的尺寸应当有所限制，一定要选取适合的、质量有保证的骨料。在采购的过程中，对减水剂的质量做严格的检查，做好抽查工作，并且测试黁凝土的凝结时间，并且对于凝结时间作出统计和记录，保证混凝土能够满足施工的需要。 水泥的严格检验。采购水泥时，应选择大型旋窑生产的高质量水泥，根据设计要求，选用相应规格的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥来作为原料。同时，水泥的初凝时间不应早于 2.5h。 3. 断桩处理案例分析 某高速公路主线桥桥台基础采用钻孔灌注桩设计,
7、设计桩长 21m,直径 1.2m,桩基地质层底部 8m 深为中砂砾层。钻孔灌注桩完成后,在进行桩基小应变检测时发现某桩在桩长 17.518.0m 处无桩长反应,根据小应变波形图判断, 确定该桩为“短”桩或断桩。经对该桩钻孔钻杆的长度以及孔深的检测和灌注砼时埋设导管长度的原始记录进行分析后发现,该桩实际施工长度已达到 21m,不可能为短桩,应是断桩,至于断层以下桩长无检测应变波的反映,只能是断层比较严重。根据该桩所断位置接近桩底,已经超过零弯矩点以下的特点, 决定使用压浆补强法进行处理。 3 补强处理过程 3.1 施工准备 准备好所需钻孔、压浆等机具, 由于施工现场极不平整,加上灌注桩的桩头外露
8、钢筋挡视, 须在该桩头上部搭设一个悬空工作平台, 以保证钻孔、压浆作业。 3.2 钻孔取芯近一步检查验证 由于断层较深近桩底,因此钻机在钻孔过程中一定要不停地对钻机主轴进行垂直度校正,防止钻孔到不了 17.518.0m 处就斜到桩壁以外,无法安排下道工序。同时,在钻机(可选用砼取芯机 G-210 型)钻孔取芯过程中,要对每节混凝土芯样进行认真分析总结,密切关注芯样的变化情况。3.3 孔底清淤 根据取芯的结果，说明了桩的底部淤积中粗砂，决定采取清空桩底淤泥中粗砂的后灌注高标号水泥浆进行置换处理。但是清空 7 厘米钻杆要将桩底部的一堆约 3.5 立方米中粗砂清理干净是非常困难的，尤其是在中粗砂地质
9、钻探，很容易地埋钻事故发生。为防止埋钻事故发生，根据清孔经验,先将钻头下到 18.5m 处不停地清孔,约半小时后有大量的中粗砂沿钻杆和孔壁陆续泛出。同时结合施工规范,根据清孔工作量准备足量纯碱(Na2CO3)和聚乙烯。纯碱的作用可使 PH 值加大,使土颗粒分散,使粘粒表面负电荷增加,为粘土吸收外界的正离子颗粒提供了条件,增加水化膜厚度,提高泥浆的胶体率和稳定性,降低失水量;聚乙烯的作用是提高泥浆的使用性能。 用纯碱、聚乙烯加少量黄土配制成的泥浆用手抓黏而有滴的感觉,即可开始清孔 。在清孔过程中要安排专人对泛砂不停地进行排除清理, 根据清出的中粗砂的总量统计,在清孔 6h 后基本排尽了孔底 3.
10、5m3 的中粗砂,之后孔口周壁泛砂已很少,且从孔口涌出大量呈白色的、和清孔时配制的泥浆几乎一样的泥浆,这就可以判定孔底基本排尽中粗砂。为了防止孔底周壁中粗砂的涌入,在压浆前不能停止清孔。 3.4 压浆处理 为了保证灌浆可以一次性成功，在制备的水泥浆的时候，尽可能根据高标号配置，但水泥浆太厚会导致压注困难，通过反复制定定稿压喷射实验，最后将水泥浆料制备确定为 1:1。刚开始注射压力时，将钻头埋设到桩底 20.5m 处,在压注过程中,特别要注意对孔口壁的封闭,不能让水泥浆外溢,只能有少许泥浆甚至清水流淌出来,直到无法压注为止。随后打开封闭的孔口壁,这时候如孔口壁处突然冒出大量水泥浆,与注入的配制水
11、泥浆基本一致,补注水泥浆即可停止。为防止在 17.5m 处有新的断层或蜂窝现象产生,应将钻头定位于 17.518m 处进行二次补浆,直到压注不动为止,然后慢慢提钻并不断压浆到桩顶。经过 2h 压注,压力达到 2MPa,共用去约 2.1m3 的水泥浆。 保留样品制备的水泥浆取样，28 天的试件强度为 32.5MPa，超过原设计强度的桩。注浆主要是通过挤密填充补强来保证桩体底部质量。为了减少因水泥浆收缩而产生孔隙,可以在配制水泥浆时适当加入膨胀剂(按 110000 比例)。 二次取芯验证压注水泥浆属地下隐蔽工程,具体效果如何, 只能通过再次取芯检测。为了减少二次取芯的难度和费用,待水泥浆终凝后 1
12、2 小时即在原孔位取芯验证。二次取芯验证的孔位确定要根据具体情况而定,二次取芯同样要注意钻杆的垂直度及 17.518m 处的芯样质量。经过观测,从桩顶到桩底 21m 处的芯样都完好密实。待该桩底压浆强度成型后,再次安排对该桩进行小应变检测,检测表明桩长 21.0m,且被判为质量较好的 A 类桩。 4.结语 造成断桩的因素是各种各样的，如果发生这样的事件，要仔细分析的桩端故障的位置，地质，钻孔成孔条件和原来的记录，处理后必须要再进行验证。 参考文献： 1孙雪峰.桥梁钻孔灌注桩质量检测及缺陷的处理J.民营科技.2010(02) 2房忠权.试述桥梁缺陷桩的成因与检测J.黑龙江科技信息.2010(22) 3原子键.对桥梁缺陷桩分类及其检测方法的几点研究J.民营科技.2011(02)
