浅析钻孔灌注桩断桩成因及防治措施

【内容摘要】：随着我国交通基础设施建设的快速发展，钻孔灌注作为一种基础形式，以其适应性强、成本适中、施工简便等特点被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。但灌注属于隐蔽工程，大部分是在水下进行的，影响灌注桩施工质量的因素很多，质量检查也比较困难，因此对其施工每一环节都必须严格要求，稍有不慎或措施不严就会在灌注中产生质量缺陷，断桩就是经常发生且难以处理的病害之一。本文详细介绍了钻孔灌注桩断桩的处置方法。

关键词：钻孔灌注桩  断桩   成因  防治措施

1.普通地基中断桩成因及防治措施

1.1 断桩概念

由于钻孔灌注桩在水下灌注过程中提升导管失误、混凝土供应中断（下雨、停电、机械故障等）或导管漏水等原因导致已灌注的混凝土与导管内的混凝土隔断，无法继续灌注的现象通称为断桩.

1.2 断桩成因

一般而言，常见的断桩成因有以下几种：

（1）混凝土桩体与基岩之间被冲洗液等疏松体及泥土填充形成间断桩。原因是：由于导管底端距孔底过远，混凝土冲洗液稀释，使水灰比增大，混凝土强度降低，容易造成混凝土凝结时间延长，形成混凝土桩体与基岩之间凝固不好；或受地下水活动的影响、导管密封不良，冲洗液侵入使混凝土水灰比增大，形成身中段出现混凝土不凝体。

（2）混凝土灌注过程中拔导管长度控制不准，导管拔出混凝土面，也即导管提漏。导管提漏有两种原因：a。当导管堵塞时，一般采用上下振击法，使混凝土强行流出，但如此时埋深很小，极易提漏。b.因泥浆过稠，如果估算或测出混凝土面难，在测量导管埋深时，对混凝土浇注高度判断错误，而在卸管时多提，使导管提离混凝土面，引发断桩。

（3）混凝土初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使混凝土上部结块，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。

（4）清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，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。严重时可能造成堵管事故，导致混凝土灌注中断，近而造成断桩。

（5）由于在浇注混凝土时，因停电、待料等原因造成夹渣，出现桩身中岩渣积成层，将混凝土桩上下分开而导致的断桩。

（6）浇注混凝土时，没有从导管内灌入，而是采用从孔口直接倒入的方法灌注混凝土，产生混凝土离析造成凝固后不密实坚硬，个别孔段出现疏松、空洞的现象而形成的断桩。

（7）初灌混凝土量不够，造成初灌后埋管深度太小或导管根本没有插入混凝土内。

（8）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，造成泥浆填入。

1.3 防治措施

  （1）  桩孔成孔后，必须认真清孔，防止孔壁坍塌。一般采用冲洗液清孔，冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定，清孔过程中，应不断置换泥浆，冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣超过规范规定。防止孔壁坍塌可以根据具体情况采用泥浆或护筒护壁。护筒一般采用4~8mm钢板制作，其内径应大于钻头100mm，其上部宜开设1~2个溢出孔。  

（2）  灌注混凝土前认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次灌注孔段的混凝土需要量，特别要注意到基岩中的孔径扩展情况，避免首次灌注量不足。应有足够的混凝土储备量，首次混凝土灌注量要满足把导管下埋设0.8m以上的要求。首次灌注时，起始部分或第1-2斗需采用水泥砂浆，并尽量做到一次性灌注孔内。检查成孔质量合格后应尽快灌注混凝土。混凝土浇注过程中，一旦开始浇筑工作，一定要连续完成作业确保在混凝土初凝时间内连续浇注，在灌注过程中应避免停水、电。初灌混凝土量应根据设计孔径、导管内径、导管安装长度、孔内泥浆密度进行计算。

    V≥V0+V1

      V0=1.2×1.3πD2/4

    V1=（hπd2/4）（ρ+0.55πd）/2.4

式中，V——混凝土初灌量（m3）；    

      V0——1.3m桩长的混凝土量（m3）；

      V1——初灌时导管内积存的混凝土量（m3）；

      1.2——桩的理论充盈系数 ；

      D——设计桩径 （m）；

      H——导管安装长度（m）；

      h——导管安装长度（m）；

      d——导管直径（m）；

      ρ——孔内泥浆密度 （t/m3）；

      0.55——导管内壁的摩阻力系数；

      2.4——混凝土的密度（t/m3）；

初灌量算例：

一桩设计桩长21m，直径D=1.2m，导管安装长度h=24m，导管内径d=0.3m，孔内泥浆密度ρ=1.1t/m3 。计算混凝土初灌量。

根据公式：

V0=1.2×1.3π*1.22/4=1.76 m3

V1=（24*π*1.22/4）（1.1+0.55π0.3）/2.4=1.15 m3

所以V≥V0+V1=1.76+1.15=2.91 m3  即初灌量至少为2.91 m3

（3）混凝土浇注过程中，要定时测量导管内外混凝土的深度，并绘制曲线，以监视断桩是否出现。在正常情况下，导管内外混凝土界面的距离是开始大，然后逐渐缩小，最后重合。若发现导管内外混凝土灌注曲线距离拉大，并且导管外混凝土曲线变平，而管内混凝土曲线变陡，则是断桩预兆，应查明原因，尽快处理。根据导管内外混凝土的上升高度，合理掌握导管的拆卸长度，提升导管要准确可靠，严格遵守操作规程。

（4）JGJ94—94中规定，导管底部至孔底的距离宜为300~500mm，桩直径小于600mm时可适当加大导管底部至孔底的距离；导管埋深宜为2~6m，若灌注顺利，孔口泥浆反出正常，则可适当加大埋管深度，以提高灌注速度，缩短单桩的混凝土灌注时间。采用理论灌入量计算孔内混凝土面和重锤实测孔内混凝土面，取两者低植来控制拔管长度，确保导管的埋管深度≥2m。单桩混凝土灌注时间宜控制在1.5倍混凝土初凝时间内。严禁导管提吃混凝土面。

（5）严格确定混凝土的配合比，混凝土应有良好的和易性和流动性，应严格控制起坍落度（一般控制在16—20cm为宜）。在改变水泥标号、品种及生产厂家时，必须先做好配合比实验，按配合比控制质量。

（6）尽可能提高混凝土灌注速度：a。开始浇注混凝土时尽量积累大量混凝土，产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力。B。快速连续浇注，使混凝土和泥浆一直保持流动状态，可防止导管堵塞。

（7）灌注导管口径下限应控制在200mm以上，导管下端应尽量光滑。其连接处要加放“0”型密封圈，确保导管的密封性，防止冲洗液侵入。导管使用前要进行清洗，除掉污垢与残渣。导管内水泥隔水塞应加放橡皮板，以增强隔水效果。

（8）在地下水活动较大的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。灌注水下混凝土前检查导管是否有漏水、弯曲等缺陷，发现问题要及时更换。

（9）采用从导管内灌入的“回顶”法进行灌注。

（10）绑扎水泥隔水塞的铁丝，应分首次灌注量多少选取其规格，严防折断。

2.软土地基中断桩成因与防治措施

2.1成因

（1）桩下部遇软弱土层，桩成型后，还未达到初凝强度时，在软硬不同的两层土中振动下沉套管，由于振动对两层土的波速不一样，产生了剪切力把桩剪断。

（2）拔管时速度过快，混凝土尚未流出套管，周围土迅速回缩，形成断桩。

（3）在流态的淤泥质土中，孔壁不能自立，浇注混凝土时，混凝土密度大于流态淤泥质土，造成混凝土在该层坍塌。

（4）桩中心距过近，打邻桩时受挤压（水平力及抽管上拔力）断裂，混凝土终凝不久，受振动和外力扰动。

2.2防治措施

（1）导管要有足够的抗拉强度，能承受其自重和盛满混凝土的重量；内径应一致，其误差应小于±2mm，内壁须光滑无阻，组拼后须用球塞、检查锤作通过实验；导管最下端一节导管长度要求长一些，一般为4m，其底端不得带法兰盘。导管在浇灌前要进行试拼装、试压，试水压力为0.6~1.0MPa，以免导管进水，做好水密性试验。

（2）严格控制导管埋深与拔管速度，导管不宜埋入混凝土过深，也不可以过浅，拔管速度一般以1.2~1.5m/min为宜。对于松散性和流态淤泥质土，不宜多振，以边振边拔套管为宜。

（3）采用跳打法施工，跳打应在相邻成型的桩达到设计强度的60%以上进行。

（4）在流态淤泥质土中，出现桩身坍塌时，尽可能不采用套管护壁；控制桩中心距大于3.5倍桩直径；混凝土终凝不久，避免振动和扰动；如果桩中心距过近，可采用跳打法或控制时间的方法。

3.混凝土灌注过程因故中断处理方法

（1）刚开灌不久，孔内混凝土较少，迅速拔出导管，清理导管内积存的混凝土和检查导管后，重新安装导管和隔水栓，然后按初灌的方法灌注混凝土，待隔水栓完全排出导管后，立即将导管插入原混凝土内，此后便可按正常的灌注方法继续灌注混凝土。此法的处理过程必须在混凝土的初凝时间内完成。

（2）灌注过程中因故中断后拔除钢筋笼，待已灌混凝土强度达到要求以后，先用同级钻头重新钻孔，并钻除原灌混凝土的泥浆，再用新钻头在桩中心钻进300~500mm深，这样就完成了接口的处理工作，然后便可按新桩的灌注程序灌注混凝土。

4.断桩处理方法

（1）在灌注过程中认定发生断桩事故后，应立即停止继续灌注，提拔导管和钢筋笼，尽量将损失降低到最小。并采取以下方法处理：

（2）断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一时，一般采取冲击钻清除已灌注部分，再实施原位恢复。

（3）断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一与三分之二之间时，应对各种处理方法进行对比，选择经济、可行的处理方法。墩（台）桩布置有条件变更、桩布置改变造成的损失较小的，应积极与设计单位联系争取变更设计；桩布置无法改变但可以增加桩的，最好由设计单位提供增加桩方案，实施增加基桩；不具备以上两类情况的一般应及时采取冲击钻处理后原位恢复。

（4）断桩截面位置处于设计桩全长的三分之二以上且距离孔口深度不大于10m时，先进行钻孔壁加固，而后进行钻孔桩的接长比较经济。

（5）桩长大于50m的桩出现断桩情况，应对处理方案详细论证着手，切勿盲目操作以免带来较大的损失。

5结束语

引起钻孔灌注质量事故的原因很多，各个环节都可能出现重大质量事故。因此，在桩基工程开工前应作好各项准备工作，认真审查地质勘探资料和设计文件，实行会审和技术交底制度，做好现场试桩工作。施工过程抓好泥浆和混凝土质量，详细做好各项施工记录，牢牢把好钻孔、清孔和混凝土等关键工序的质量关，是防止质量事故发生的行之有效的措施。

参考文献

[1] 《建筑桩基技术规范》   JTJ94-94[S]

[2]《建筑施工手册》  第三版  中国建筑工业出版社  1997.04

[3] 《公路桥涵地基与基础设计规范》   JTJ024-85

[4]《公路桥涵施工技术规范》   JTJ041-2000