钻孔灌注桩质量缺陷的成因及预防措施

【前言】钻孔灌注桩质量缺陷的成因及预防措施由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1.1 第四系全新统填筑土层（Q4me） 填筑土①：层厚1.00～3.20m，平均2.23m。 1.2 第四系全新统海陆交互相沉积层（Q4mc） 淤泥质土②1：层顶标高-0.42～1.40m层顶埋深0.00～3.20m层厚3.10～8.60m平均5.41m。粉砂②2：层顶标高-7.71～-2.80m层顶埋深5.20～8.60m，层厚5....

摘要;本文通过百安互通立交桥的施工实践阐明了桩基施工中解决类似问题的关键技术及方法，同时也提出了今后类似工程需要加以改进的措施。在不同地质条件下对桩基质量的影响还需进一步加深研究，这些结论对于今后桥梁桩基施工具有一定的指导和借鉴作用。

关键词：钻孔灌注桩;质量缺陷;成因;措施

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1 工程设计概况

佛山市顺德区高富路快速干线位于广东省佛山市顺德区南侧，主线起于顺禺公路安富交叉路口的中心点上，与甘竹滩大桥顺接，路线终点迄于杏坛镇二环路，并与高赞大桥西连接线顺接，途经右滩、安富、南华、麦村、西登、昌教、马宁、上地、高赞九个自然村，全长13.099km。荷载等级为公路一级，双向6车道;为一级公路兼城市快速路，设计时速100km/h。百安互通立交桥全长806.4m，桥宽27.3m，采用桩、承台、系梁连接双墩基础。场地地处西江河畔冲积平原，地势低平，大致呈北高南低之势沿线大部分为鱼塘，地面标高一般为0.0～3.0m，雨季易积水。地表覆盖土层主要特性如下：

1.1 第四系全新统填筑土层（Q4me）

填筑土①：层厚1.00～3.20m，平均2.23m。

1.2 第四系全新统海陆交互相沉积层（Q4mc）

淤泥质土②1：层顶标高-0.42～1.40m层顶埋深0.00～3.20m层厚3.10～8.60m平均5.41m。粉砂②2：层顶标高-7.71～-2.80m层顶埋深5.20～8.60m，层厚5.30～12.80m平均9.51m。淤泥质土②3：层顶标高-18.61～-10.95m，层顶埋深13.70～19.50m层厚

4.90～12.30m平均8.86m。淤泥质土②4：层顶标高-23.35～-21.15m层顶埋深24.00～24.60m层厚4.90～6.60m平均5.75m。粉砂②5：层顶标高-25.22～-24.52m层顶埋深27.00～28.00m层厚2.00～3.90m平均3.13m。亚粘土②6：层顶标高-22.25～-19.22m层顶埋深22.00～25.00m层厚3.00～6.60m平均4.90m。

1.3 第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）

圆砾土③：层顶标高-30.91～-26.05m层顶埋深28.90～31.80m层厚7.00～11.20m平均8.41m。

1.4 燕山三期岩浆岩（γ52（3））

强风化花岗岩④2：层顶标高-38.10～-36.25m埋深38.80～40.50m，厚度1.70～4.50m平均2.67m。

弱风化花岗岩⑤2：层顶标高-42.60～-35.85m埋深38.50～45.00m厚度1.00～8.40m平均3.34m。微风化花岗岩⑥2：层顶标高-49.00～-37.19m埋深39.50～51.40m厚度3.60～8.30m平均6.36m。

百安互能立交桥桩基地质分级参数如表1所示。

表1百安互通立交桥桩基地质分级表

地层地质 地层编号 岩土名称 岩土状态 桩周围极限的摩

阻力τi（kPa） 桩尖处的极限承

载力σR（kPa）

Q4me ① 填筑土 结构松散 / /

Q4mc ②1 淤泥质土 流 塑 15 /

②2 粉砂 松 散 25 /

②3 淤泥质土 流～软塑 20 /

②4 淤泥质土 流～软塑 25 /

②5 粉砂 稍 密 35 /

②6 亚粘土 软～可塑 35 /

Q3al+pl ③ 圆砾土 稍密～中密 100 800

52（3） ④2 强风化花岗岩 半岩半土状 100 1500

⑤2 弱风化花岗岩 块 状 180 /

⑥2 微风化花岗岩 短柱状 / Ra=36

注：Ra为岩石单轴饱和抗压强度其值是根据勘察试验结果提出的。

2 现场施工过程中钻孔灌注桩常见的质量缺陷

在现场施工过程中钻孔灌注桩质量通常存在两方面问题：一是属于桩身完整性;常见的缺陷有缩径、扩径、夹泥、断裂、混凝土离析及桩顶混凝密实性较差等;二是嵌岩桩，影响桩底支承条件的质量问题，主要是灌注混凝土前清孔不彻底，孔底沉渣厚度超过规定极限，影响承载力。

3 钻孔灌注桩质量缺陷成因分析

3.1 影响桩身完整性的成因分析

3.1.1 桩基缩径成因分析：缩径是孔内局部孔径小于设计孔径。其主要成因是泥浆性能欠佳，失水量大，引起塑性土层吸水膨胀，或形成疏松、 蜂窝状厚层泥皮;邻桩施工间距和时间间隔不当，土层中应力尚未消散，新孔孔壁软土流变;钻头直径磨损过大。

3.1.2 桩基扩径成因分析：扩径是由于成孔直径不规则及其它不良地质现象引起的，扩孔一般是由于钻头振动过大、偏位或孔壁坍塌造成的。扩径可用充盈系数来衡量，一般地质系数取1.05～1.1，软土中系数取1.2～1.3，一些砂层中甚至超过1.3。

3.1.3 桩基夹泥、断裂成因分析：泥浆过稠，增加了灌注混凝土的阻力，如泥浆比重大且泥浆中含较大的泥块，因此在施工中经常发生导管堵塞、流动不畅等现象，有时甚至灌满导管，最后只好提取导管上下振击，由于导管内储存大量混凝土，一旦流出其势甚猛，在混凝土流出导管后，瞬间冲破泥浆最薄弱处急速上返，并将泥浆夹裹于桩内，造成夹泥层;灌注混凝土过程中，因导管漏水或导管提漏而二次封底也是造成夹泥层和断桩的原因。导管提漏有两种原因：当导管堵塞时，一般采用上下振击法，混凝土强行流出，但此时导管埋深很少，极易提漏。因泥浆过稠，估算或测混凝土面困难，在测量导管埋深时，对混凝土灌注高度判断错误，而在卸管时多提，使导管提离混凝土面，也就产生提漏，引起断桩;灌注时间过长，而上部混凝土已接近初凝，形成硬壳，而且随时间增长，泥浆中残渣将不断沉淀，从而加厚了积聚在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注极为困难，造成堵管与导管拔不上来，引发断桩事故;导管埋得太深，拔出时底部已接近初凝，导管拔上后混凝土不能及时冲填，造成泥浆灌入。

3.1.4 桩基混凝土离析成因分析：导管气密性差水泥浆流失;混凝土配制不合理，骨料级配不良，水灰比过大，使用水泥品种不当或失效，混凝土搅拌不均匀;孔隙水透过冲刷新灌注混凝土，等诸多原因造成混凝土离析。

3.1.5 桩基顶部混凝密实性较差成因分析：按照施工规范的规定，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，在灌注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。用导管灌注的水下混凝土是从下往上顶升的，先灌注的混凝土顶升在桩的上面，这样就容易出现桩上段强度较低的现象。浇灌混凝土时，若导管插入混凝土内过深，灌注速度又较快，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。

3.2 影响桩底支承条件的成因分析：

3.2.1 成因分析：清孔后孔底沉淀超厚检查不够认真，清孔不干净或没有进行二次清孔。沉渣量过大，造成桩承受荷载时发生大量沉降，使桩的承载力失效;混凝土有缺陷，没有达到设计要求的标号;施工过程中没有钻到持力层，桩底地基承载力较差。

4. 钻孔灌注桩成桩质量的预防措施

4.1 桩身完整性的预防措施

4.1.1 桩基缩径预防措施：采用优质泥浆，控制泥浆比重和粘度，降低失水量;当设计桩距<4D时，应跳隔1～2根桩施工;或新桩孔尽可能在邻桩成桩36h后开钻。成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间，孔壁形成泥皮，孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀，如出现缩径，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。经常检查钻具尺寸，及时补焊或更换钻齿。

4.1.2 桩基扩径预防措施：在成孔过程中要徐徐钻进，经常检查钻机是否固定、平稳，防止钻头摆动或偏位，以便形成良好的孔壁;要始终保持适当的泥浆比重和足够的孔内水位，确保孔内泥浆对孔壁有足够的压力，成孔尤其是清孔后应尽快灌注水下混凝土，尽可能减少孔壁在小比重泥浆中的浸泡时间。

4.1.3 桩基夹泥、断裂预防措施：认真做好清孔，防止孔壁坍塌;尽可能提高混凝土灌注速度，开始浇混凝土时尽量备够足量的混凝土，首批混凝土产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力，快速连续灌注使混凝土和泥浆一直保持流动状态，可防导管堵塞;提升导管要准确可靠，灌注混凝土过程中随时测量导管埋深，并严格遵守操作规程;灌注水下混凝土前要对导管进行气密性及抗拉力试验，发现问题要及时更换。

4.1.4 桩基混凝土离析预防措施：混凝土灌注前认真检查导管气密性。严格控制混凝土的质量，塌落度及粗骨料粒径符合设计和规范要求。在地下水活跃地段，事先要用套管或水泥进行止水处理，止水成功后方可灌注混凝土。

4.1.5 桩基顶部混凝密实性较差预防措施：依据桩径和桩底的泥浆相对密度，正确确定出第一斗混凝土的体积，一般可按照《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041--2000）中所给出计算公式计算，也可以按桩身的设计体积的10 %加以控制。成桩质量与桩身的灌注高度有关，一般控制成桩高度高出设计桩顶标高0. 5～1. 0 m。待凿去高出部分的混凝土后，剩余部分不应有浮浆和夹泥，混凝土标号应符合设计要求。导管插入混凝土内的长度应适宜，一般为2～6 m ，长桩可相应有所增加。

4.2 桩底支承条件的预防措施

4.2.1 预防措施：桩基底部沉淀土厚度的大小极大地影响桩端承载力的发挥，因此在施工过程中必须严格控制桩底部沉淀土的厚度。根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041--2000）规定，对于摩擦桩清孔后沉淀厚度应符合设计要求，当设计无要求时对于直径≤1.5m的桩，沉淀厚度≤300mm。对于直径大于1.5m或桩长大于40m或土质较差的桩，沉淀厚度≤500mm。支承桩的沉淀厚度不大于设计规定值;在混凝土拌合地点和灌注地点分别作混凝土检测试验，并在施工前认真检验原材料和施工配合比;施工过程中要认真比对现场钻渣是否和图纸设计地质相一致。

4.3 混凝土灌注施工的技术要点

钻孔灌注桩混凝土施工属隐蔽工程，很容易产生缩径 、扩径、夹泥、断裂、混凝土离析及桩顶混凝密实性较差、承载力不足等，因此，必须严格控制水下混凝土的灌注质量，包括精选原材料、优化配合比、革新施工机具、严格按操作规程施工、规范施工管理等方面。

4.3.1 经检验合格的原材料（砂、石、水泥、外加剂等）要准备充足，以保证混凝土能连续灌注。

4.3.2 混凝土和易性要好，坍落度要控制在18～22cm。若灌注时间较长时，可以在混凝土中加入缓凝剂（须征得监理工程师的许可），以防止先期灌注的混凝土初凝，堵塞导管。

4.3.3 关键设备（混凝土搅拌设备、发电机、运输车辆）要有备用，以便应对突发事件以保证混凝土能连续灌注。

4.3.4 完成钻孔到混凝土浇灌过程的作业时间要紧张有序科学合理的进行;混凝土的泥浆指标要符合现行公路桥涵施工技术规范，浇灌混凝土量不得低于设计值。

4.3.5 导管口距孔底要控制在25～40cm之间，同时能保证首批混凝土灌注后能埋住导管至少1m。在首批混凝土灌注过程中，应将导管缓慢下降10cm，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。

4.3.6 在灌注过程中，要严格把握混凝土灌注进度和施工时间，经常轻微小幅度抖动导管，以使混凝土均匀注入孔内。导管埋入混凝土的深度一般控制在2～6 m 之间，每间隔15～20 min ，要对混凝土面和导管埋入深度进行一次测量和计算校核。

4.3.7 施工过程中发生混凝土堵塞导管的现象，要分清成因有针对性地加以解决，切不要无控制地靠提管消除堵塞。

4.3.8 在提拔导管时要通过量测混凝土的灌注深度，及已拆下导管的长度，认真计算提拔导管的长度，严禁不经量测和计算而盲目提拔导管。

4.4 桩基成桩质量的检测

钻孔灌注桩质量的检验内容和方法应符合规范规定和施工图纸要求。桩基完整性检测应用最广泛的是反射波（JTG/TF81-01-2004），其次是超声波法（JTG/TF81-01-2004）。桩基承载力检测中静载试验仍是最可靠的检测法，目前还有比较成熟的动测试验方法（凯斯法）。

5 结论

钻孔桩事故处理的方法很多，难度也较大，无论采取什么先进的办法处理都将对工程的进度、质量及施工企业的信誉带来不可忽视的影响。因此，在钻孔桩施工中必须做到每个工序严格按照规范操作加强施工过程动态管理，水下混凝土灌注要统一指挥、紧张而有序，对可能出现的问题制定切实有效的防范措施及时有效解决出现的问题，尽最大努力杜绝事故的发生。

参考文献：

〔1〕公路工程质量检验评定标准（JTG F80-2004）.人民交通出版社.

〔2〕公路桥涵施工技术规范（JTJ041--2000）.人民交通出版社.

〔3〕卢世深，林亚超著桥梁钻孔桩试验.人民交通版社.