混凝土灌注桩

混凝土的可见与不可见裂缝

作者：（美）伯罗斯 著，廉慧珍，覃维祖，李文伟 译

混凝土灌注桩在工程领域应用广泛，重要性不言而喻。然而由于失误操作、不良水文地质条件等等的影响，混凝土灌注桩断桩现象屡见不鲜，不仅影响了路桥工程的质量，更影响了施工人员的生命财产安全。本文从混凝土灌注桩的施工工艺流程出发讨论，分析了断桩的形成和原因，提出了断桩的预防措施。

一、混凝土灌注桩的施工工艺流程

混凝土灌注桩基施工优势明显，然而此法并非可“万无一失”地应用于任何条件，如果施工地水文地质条件、设备条件、操作等无法满足需求，那么施工过程极易出现混凝土灌注桩断桩问题，严重的影响项目工程的质量以及施工人员的生命财产安全。“按部就班”可以极大程度的避免施工过程出现问题，因此，施工者在落实施工的时候一定要严格遵循混凝土灌注桩的施工工艺流程，即确定桩位、埋设护筒、安置桩基、钻孔、清孔、安置钢筋笼、灌注混凝土成桩。

二、浅析断桩的形成和原因

想要尽可能地避免混凝土灌注桩断桩问题，首先应全面地了解混凝土灌注桩断桩的形成与原因，有针对性地清除工程质量隐患。经分析，能够诱发混凝土灌注桩断桩的原因主要包括如下六类：

1.泥浆质量不达标，孔壁塌陷

如果施工过程遭遇丰富地下水，那么钻孔工作必须依赖护壁形式开展。护壁利用泥浆池制备泥浆、泥浆循环清渣等防止钻孔过程中出现孔壁塌孔。但如果护壁工程质量不佳，护壁不牢且灌注时间过长，那么灌注塌孔的概率会急剧增加，因而钻孔过程中增加适量的粘土是非常有必要的。另外钻孔工作先于灌注，必须保证清孔后的泥浆指标达到要求才可进行后续工作。

2.桩体与基岩间隙存在不凝固混凝土

如果导管底部与孔底距离过远，混凝土被冲洗变稀，水灰比例加大，桩体与基岩间隙的混凝土将出现凝结难的问题。另外，地下活动会影响导管的密封性，一旦冲洗液侵入导管，混凝土被稀释，水灰比例随即加大，混凝土也将出现凝结难的问题。

3.导管密封圈失去作用

丝扣连接是现阶段导管连接的最主要方式，此方法的优点是可快速安装、效率高，但此方法需要注意灌注过程，一旦存在问题（导管进水、密封圈老化、密封圈安装不当等），将会导致导管进水。一旦导管进水，不仅会减小导管内外压差，还会导致管内混凝土离析，易性与流动性因此大打折扣，导管因此阻塞，灌注工作难以为继，断桩随之产生。

4.集料配比不均

通常来说集料的粒径大小不得超过导管直径的五分之一，具体的数值需要基于实验测验。如果敷衍此过程，随意集料配比，那么可能引发混凝土离析、机械故障或是混凝土流动性减弱等等问题，继而引发断桩。

5.桩身出现岩渣层，混凝土桩被隔断

在浇筑混凝土的过程中，不可避免的会涉及导管的提升和起拔工序，一旦操作不当，导致导管露出混凝土面，又或是施工过程中出现停电等问题，那么桩体内部都会出现“夹渣”现象，断层产生，断桩随之形成。

6.桩身出现空洞体

桩身出现空洞体的发生原因是未采用“回顶”灌注，混凝土被从孔口处直接倒入，受重力的作用，混凝土随后出现离析，凝固后出现密度低、疏松、空洞的现象。

三、断桩的预防措施

在国内公路桥梁工程地基处理混凝土钻孔灌注桩施工中，断桩是一种非常常见的工程质量问题，一旦发生后果不堪设想，因而必须引起施工单位的高度重视。采取有效措施尽可能地避免断桩发生，可以有效地提升工程整体质量、提高施工单位的经济收益。从广义角度来说，断桩的预防可以从如下七个角度出发：

1.科学选择导管

导管是引发断桩的一个隐患，因此在使用之前，必须对之进行检漏及抗拉力试验，消除导管渗漏问题。为导管设计组装编号，待安装结束随即进行复核、检验，并将之制定为必须始终贯彻落实的“法”。根据桩径以及石料的粒径科学确定导管的直径，如条件允许，尽可能地选用大直径导管。

2.合理安置导管

安置导管必须保证底口与孔距小于40cm，且管口不能被沉淀的淤泥渣阻塞。另外首批混凝土灌注完成之后，导管至少被埋1m，整个灌注工作必须保证导管被埋2～4m区间范围内。

3.科学使用混凝土

混凝土的易性必须保障，塌落需要被控制于18～22cm区间范围内。如果灌注的时间相对较长，那么必须在获得监理工程师许可之后，向混凝土中添加缓凝剂，以防止早期灌注的混凝土因发生凝结而阻塞导管。

4.合理焊接

为保证钢筋笼焊口平顺，应采取对焊的焊接方式制作钢筋笼。如若需要使用搭接焊，一定要避免钢筋笼内出现焊缝错台卡住导管。

5.慎重提拔导管

提拔导管需慎重，提拔长度以一节为佳。在提拔导管的时候，可以利用“测绳”确定混凝土灌注深度、拔出的导管长度，在计算提拔导管长度的基础上拔高，严禁“随意拔高”，继而将导管暴露于混凝土面。

6.充裕施工材料

施工过程所应用的设备（混凝土搅拌设备、发电机、运输车辆等）必须预先备用，材料（砂、石、水泥）等等也需要准备充裕，以避免混凝土灌注工作被中止。

7.及时处理导管阻塞问题

混凝土阻塞导管问题可以尽可能地避免，然而想要尽数消除却并不可能。一旦出现此问题，需要全面衡量问题，科学选择应对手段，如拔插抖动法、型钢插入疏通法、震动疏通法等。

四、断桩的处理方法

根据中断位置的差异性，断桩包括两类：一种是浅层断桩，另一种是深层断桩。浅层断桩指混凝土灌注中断于孔口附近的断桩，相对的，深层断桩则指远离孔口的断桩。处理断桩的方法比较多样，常见的有五类，分别是：清空重钻法、扩大承台法、沉井接桩法、复合地基法以及扁担桩法。

1.清空重钻法

深层断桩在灌注桩开始不久之后，此时混凝土面与孔底距离较近，钢筋笼的埋深程度亦不很大。此时应采取的措施是放弃灌装，提出钢筋笼，随后将钻孔再次探入孔底灌注。浅层断桩发生在灌注一段时间后，此时混凝土面与孔底距离较远，钢筋笼的埋深程度很大，不能直接提出。此时应采取的措施是提出导管、弃掉废料，钻下直径小于钢筋笼的滚筒至断桩处，清理完泥浆、混凝土后进行复灌。

2.扩大承台法

一旦发生如下三种情况，那么原承台将无法满足承载要求或是构造要求，此时需要进行扩大承台面积的办法：第一，遭遇较大的桩位偏差；第二，桩土共同作用，如果单桩无法满足承载要求，那么需要进行承台扩大，由天然地基分担荷载；第三，桩基质量不均。这种情况会导致独立承台出现不均沉降，为了提升建筑物的抗震能力，可以加设抗震地梁或是将独立的桩基承台连成整块，利用提高整体性的办法增加稳定性。

3.沉井接桩法

在简单降水条件下，处理浅层断桩最经济的办法是沉井接桩法。此法利用泥土填满钻孔，以避免后续工序影响周围施工。待混凝土凝结后落实相关工序，因为沉井由混凝土或是钢筋混凝土组成，因此在处理前需要利用与桩径相同的混凝土管，安置于桩设计位置，在井内挖土，利用井筒重力使之缓缓下沉，与第二节井筒相接。待井筒下沉至断桩位置，对混凝土桩进行凿毛处理，随后洗净、接桩，与混凝土管共同浇筑。

4.复合地基法

复合地基法在提高地基承载能力，减少桩基荷载方面能够发挥出巨大的作用。常见的复合地基法有包括两种：一种是在承台下施行的换土地基，此法的实施需在桩基承台施工前，以砂石填层取代一定深度的土层，并分层夯实；另一种是遭遇混凝土无法继续灌注问题，此时应缓拔导管，分节拆除，在排查导管阻塞原因的同时利用吊车配合作业，以保证处理方案能够及时进行。

5.扁担桩法

一旦桩基无法满足设计要求、原位补桩无法施行且补救成本过高时，一般会在桩侧对称补桩两根，使桩变承台，共同负担荷载，此法即为扁担桩法。

五、结语

混凝土灌注桩施工简单、承载力大，在桥梁工程中应用广泛。然而，因为混凝土灌注桩属于隐蔽工程，一旦遭遇恶劣地质条件且相关操作处理不当，那么整个桥梁工程的质量将难以保障。基于此，在混凝土灌注桩施工过程中，必须不断强化成孔以及混凝土浇筑成桩技术，积极设计相应的对策，降低事故，以提升整个路桥工程的质量，保障人民的生命财产安全。

【学员问题】钻孔混凝土灌注桩的施工质量的控制要点？

【解答】一、钻孔灌注桩施工质量问题和控制要点

（一）成孔质量的控制

成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，其质量如控制得不好，则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等，还将直接影响桩身质量和造成桩承载力下降。因此，在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作。

（1）采取隔孔施工程序

钻孔混凝土灌注桩是先成孔，然后在孔内成桩，周围土移向桩身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。

（2）确保桩身成孔垂直精度

为了保证成孔垂直精度满足设计要求，应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施。

（3）确保桩位、桩顶标高和成孔深度

在护筒定位后及时复核护筒的位置。严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录。以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。

虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度，但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当或在提钻具时碰撞了孔壁，就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象，这将给第二次清孔带来很大的困难，有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此，在提出钻具后用测绳复核成孔深度，如测绳的测深比钻杆的钻探小，就要重新下钻杆复钻并清孔。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题，因其最大收缩率达1.2%，为提高测绳的测量精度，在使用前要预湿后重新标定，并在使用中经常复核。

（二）钢筋笼制作质量和吊放

钢筋笼制作前首先要检查钢材的质量保证资料，检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，这是由于钢筋笼吊放后是暂时固定在钻架底梁上的。因此，吊环长度是根据底粱标高的变化而改变，所以应根据底粱标高逐根复核吊环长度，以确保钢筋的埋人标高满足设计要求。在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因。如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。

（三）导管进水问题

1.原因

首批混凝土储量不足或是储量足够，但导管口距孔底的间距较大，混凝土下落后不能埋设导管口，以致泥水从导管口涌入。导管密封不严，接头处橡皮垫破裂，或是导管焊缝破裂，水从缝隙中进入导管。由于测深出错，作业中拔脱导管，底口涌入泥水。

2.控制办法

为了避免进水，作业前要采取相应的预防措施，检查导管密封性及焊缝是否结实，核算初灌量，测导管下水深度。万一进水，应迅速查明事故原因，采取相应对策。

由上述第一种原因引起的，应立即将导管拔出，用空气吸泥机、水力吸泥机或抓吊清除，也可以用反循环钻机的吸泥泵吸出，或提起钢筋笼，采用复钻清除，然后重新灌注。

若是第二、三种原因引起的，应视具体情况，拔除导管，重新下管，但灌注前应将进入导管内的水和污泥抽出或取出，方可继续灌注混凝土，续灌的混凝土配合比应增加水泥量，提高稠度灌入导管内，灌入前将导管小幅度振动片刻，使原混凝土损失的流动性得以弥补，以后续灌可恢复正常配合比。

若混凝土面在水下不很深，未初凝时，可于导管底部设置防水塞（应使用混凝土特制），将导管插入混凝土内，导管内装入混凝土后，稍提导管，利用原混凝土将底塞冲开，然后继续灌注。

若如前述混凝土面在水面以下不很深，但已初凝，导管不能重新插入混凝土时，可在原护筒内加设直径稍小的钢护筒，用重压或锤击方法压入混凝土面适当深度，然后将护筒内的水（泥浆）抽出，清除软弱层，再在护筒内灌注普通混凝土至桩顶。

（四）卡管

在灌注过程中，混凝土在导管中下不去为卡管，有两种情况：

初灌时隔水栓卡管，或由于混凝土本身的原因，如坍落度过小，流动性差，夹有大卵石，拌和不均匀，以及运输途中产生离析，导管接缝处漏水，雨天运送混凝土未遮盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，粗集料集中而造成导管堵塞。

处理办法：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，如仍不能下落时，则须将导管连同其内的混凝土提出钻孔，进行清理修整（注意不要使导管内的混凝土落入井孔），然后重新吊装导管，重新灌注。一旦有混凝土拌合物落入孔底，则须按前述方法清除。

机械发生故障或其他原因使混凝土在导管中停留时间过长，或灌注混凝土的时间过长，最初的混凝土已初凝，增大了导管内混凝土下落的阻力，混凝土堵在管内。

其预防方法是，灌注前仔细检查检修灌注机械，并准备备用机械，发生故障时，立即调换机械，同时采取措施，加速混凝土灌注，必要时，可在首批混凝土中掺加缓凝剂，以延缓混凝土的初凝时间。

当灌注时间已久，孔内的首批混凝土已初凝，导管内堵塞有混凝土时，将导管拔出，重安钻机，利用较小钻头将钢筋笼以内的混凝土吸出，用冲抓锥将骨架逐一拔出，然后用粘土掺砂砾填塞井孔，待沉实后重新钻孔成桩。

（五）成桩质量的控制

为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书（水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告），如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料（如水泥、砂、石、水质），严禁用于混凝土灌注桩。

钻孔灌注水下混凝土的施工主要是采用导管灌注，混凝土的离析现象还会存在，但良好的配合比可减少离析程度。因此，现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整，为使每根桩的配合比都能正确无误，在混凝土搅拌前都要复核配合比并校验计量的准确性，严格计量和测试管理，并及时填入原始记录和制作试件。

为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象。在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落采用18cm～20cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m～4m.不宜大于5m和小于1m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8m～10m时，应及时将坍落度调小至12cm～16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。