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1、市政公用工程专业一级注册建造师继续教育培训,城市桥梁桩基施工质量事故,天津第六市政公路工程有限公司薛长迁2014年5月,主要内容,第一部分 桥梁桩基类型和背景一、桥梁桩基础施工工艺简介二、桥梁桩基础质量问题概述第二部分 桥梁桩基础质量问题一、桥梁冲击钻成孔桩质量问题及应对措施二、桥梁泥浆护壁成孔灌注桩质量问题及应对措施三、桩基灌注时施工问题及应对措施第三部分 桥梁桩基质量事故实例,概述,随着科技水平的提高，对钻孔灌注桩的设计、机械设备、施工工艺方法和质量检测技术的深入研究，使得钻孔灌注桩的设计理论，施工技术和检测方法有了很大的发展和完善。在钻进工艺方面，也解决了桩底沉渣、松散地层稳定孔壁、硬岩
2、成孔以及深长桩、斜桩施工等复杂技术问题。,概述,但是，桩基作为隐蔽工程，其工序多，工艺复杂、工程质量问题相对来说仍比较难以控制。灌注桩工程质量出现的通病是：小直径灌注桩多出现缩孔断桩、孔底沉渣超厚及持力层满足不了设计要求等问题；大直径灌注桩多出现桩身混凝土离析、孔底沉渣超厚等问题。,桥梁桩基础目前应用广泛，按成桩方式分类如下,本节重点分析钻孔灌注桩的受害机理：,正循环钻钻孔,反循环钻钻孔,旋挖钻钻孔,冲击钻钻孔,冲击钻成孔桩质量问题及应对措施,1、桩孔偏斜：在冲击中遇到探头石，钻头受力不均，基岩面产状较陡或钻机底座不平和产生不均匀沉降造成桩孔偏斜。处理措施：（1）遇到探头石后，向孔内回填碎石，
3、并采用高冲程击碎探头石。（2）遇基岩时，采用低冲程，并使钻头充分转动，加快冲击频率。（3）发现孔斜，回填重钻，及时检查钻机并进行调整。,2、钻孔呈梅花形 ：钻头的钻向装置失灵，冲击时钻头不转。泥浆黏度过高，阻力大或冲程小造成钻头转动困难形成梅花形钻孔。解决措施： 检查转向装置保证灵活性，调整泥浆的黏度和比重，钻进一定深度时交替变换冲程。3、卡钻：钻孔缩颈，遇探头石或不规则。上部孔坍塌卡住钻头。粘土层中泥浆粘度过大，以致吸钻。放绳太多使钻头倾侧，顶住孔壁。处理措施：,（1）发生卡钻时，不宜强提。查明原因和钻头位置，采取晃动大绳以及其他措施，使钻头松动后再提起，使钻头脱离卡点。（2）用打捞钩或打捞
4、活塞助提钻头或使用专用工具将钻头拨正。（3）修理孔径，处理钻头石。用优质泥浆替换原有泥浆。4、钻头脱落：钢绳磨断，或绳卡松脱，或锥体在薄弱处折断。转向装置与顶锥联结处脱开。应对措施：,（1）用打捞活套，打捞钩打捞或用冲抓锥抓取并且加强对其检查防止掉锥。（2）先进行打捞，如打捞不起，则采用冲击钻，将钻头击碎。,5、孔壁坍塌：冲击钻头或掏渣筒倾倒撞击孔壁，孔内泥浆面低于地下水位或比重偏低。遇流砂、淤泥、破碎底层或松散层时进尺太快。应对措施：（1）探明坍塌位置，将砂和粘土混合物回填塌孔位置以上1m2m，夯实后重新冲孔。（2）调整孔内泥浆液面或比重。增大泥浆比重，降低进尺速度，严重塌孔，用粘土回填重钻
5、。,6、孔底涌砂：孔外地层水压力比孔内大，孔壁松散，使大量流砂涌入孔底。应对措施： 流砂严重时，可抛入碎砖石、粘土，用冲锤将之挤入流砂层，做成泥浆结块，使孔壁坚厚，阻止流砂涌入。,循环钻机成孔灌注桩质量问题及应对措施,1、坍孔：泥浆稠度小，起不到护壁的作用，水位高度不够，对孔壁压力小。强透水层使因漏水使孔内压急剧下降。护筒埋量太浅，加之周围回填土不密实而造成漏水。施工操作不当如提钻快，松软砂层进尺快。停钻时间过长或放钢筋笼时碰撞孔壁。 向孔内加水时流速过大，直接冲刷孔壁。坍孔的处理措施：,（1）塌孔分为孔口坍塌和孔内坍塌，要根据事故状态采取相应的措施。（2）当发生孔内坍塌时，要先判明坍塌的位置
6、再分析具体原因。坍孔不严重时，可回填砂和粘土混合物到坍孔处以上，采取措施后继续钻进。（3）坍孔严重时，应使用砂和粘土混合物全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。,坍孔的预防措施 （1）桩基施工前，要认真研究地质勘察报告，确定护筒的埋置深度，预先备好足够的粘土，做泥浆护壁；（2）为防止连续钻孔机振动对地层造成较大影响，要合理安排钻孔的时间和孔位，现场施工时采用跳打法施工，相邻桩孔不要连续施工，跳打时，必须等相邻成形桩砼浇注完2d后方可施工。,2、缩颈或孔斜：在施工过程中均出现了钢筋笼放不下去的问题，最可能的情况就是出现了缩孔或孔斜，经下放检孔器，即可判定是否出现了缩颈或孔斜。尽管表面上看，这种质
7、量事故可以在施工过程中及时发现，不至于引起严重的质量隐患。事实上，其不仅造成工期延长，浪费人力、物力，对桩基承载力的影响也不容忽视。,2.1缩颈：可能是由于地质情况不良，孔口附近堆积砂石料，产生较大的土压力后，一种高塑料粘土带孤石橡胶土同时挤入孔内所致缩颈。处理方式：（1）于缩颈事故，通常应保持孔口附近的无堆积物，减少土压力的影响; （2）采用加长钢护筒的措施来加以解决，或改装正孔器。正孔器用 10mm厚钢板卷制成与钻头同直径，高 1.5m的十字架钢护筒中心通过钻杆与钻头连接，增加钻头的自重，即可钻孔成桩。,2.2孔斜：造成孔斜事故的原因较多:1. 钻孔中遇到较大的孤石或探头石;2. 在有倾斜
8、度的软硬地层交界处、岩面倾斜处或粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进时，钻头受力不均匀; 3.扩孔较大处，钻头摆动偏向一方; 4. 钻机安装不合要求，钻进过程钻机产生不均匀沉陷或运转过程震动过大引起孔斜;5. 钻具弯曲或插接式连接钻杆磨损，间隙过大受压后钻杆发生弯曲而导致孔斜。,孔斜的处理措施：（1）若孔斜不严重，一般可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔，使钻孔修直。（2）孔斜严重或纠斜无效时，采用回填片、卵石到偏斜部位上部冲平后再重新钻进成孔。孔斜的预防方式：（1）安装钻机时，机座应安放在平稳坚固的地基上，使转盘和底座水平，重滑轮缘固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条直线上，且钻进中应经常检查校正;,（2
9、）钻具入孔前要仔细检查，弯曲的钻具严禁入孔内，且插接式连接钻杆接头磨损严重、间隙过大时要及时修复或更换; （3）在开孔、换层界面处或有倾斜的软、硬地层钻进时，应采用轻压慢转的操作规程，钻机遇到地下障碍物时应及时处理，严禁盲目加压; 要经常用检孔器进行检查，发现偏斜及时纠正。（4）孔斜不严重时，一般可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔， 使钻孔修直；孔斜严重或纠斜无效时，采用回填片、卵石到偏斜部位上部冲平后再重新钻进成孔。,孔斜预防采取如下措施: （1）安装钻机时，机座应安放在平稳坚固的地基上，使转盘和底座水平，重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条直线上，且钻进中应经常检查校正; （2）钻具
10、入孔前要仔细检查，弯曲的钻具严禁入孔内，且插接式连接钻杆接头磨损严重间隙过大时要及时修复或更换;,（3）在开孔、换层界面处或有倾斜的软、硬地层钻进时，应采用轻压慢转的操作规程，钻机遇到地下障碍物时应及时处理，严禁盲目加压; 要经常用检孔器进行检查，发现偏斜及时纠正。（4）孔斜不严重时，一般可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔， 使钻孔修直；孔斜严重或纠斜无效时，采用回填片、卵石到偏斜部位上部冲平后再重新钻进成孔。,3、进尺速度3.1粘性土正循环进尺慢：泥浆黏度过大，轴压过大而孔底粘屑不能及时排出。糊钻或者泥包钻头 。应对措施： 调整泥浆性能，调整钻进参数，调整泥浆性能参数，适当增大泵量或向孔内投入适
11、量砖石。 3.2沙砾层进尺慢：在沙砾层中，由于冲洗液上返流速小，钻屑未能及时排出或钻头破损严重。会出现进尺慢的情况。应对措施： 加大泵量，增大上返流速。每钻4m6m，专门清渣一次。及时检查、修复或更换钻头。,4、钻具跳动大，切削具崩落 ：孔内有砾、卵石，或杂填的砖块、石块。 应对措施： 用冲抓锥捞除大石块。用冲击钻头破碎或挤压石块。,灌注浇灌过程中出现的问题及应对措施1、挂笼：在灌注砼过程中，因导管不居中，造成导管提升过程中挂到钢筋笼。此时，不得强行提升导管，避免将钢筋笼挂坏。必须先用人工将导管来回旋转，同时稍微将导管下放，这样就能将导管和钢筋笼脱离。,2、浮笼：在灌注砼过程中，因砼灌注过快、
12、导管拔升未控制好及挂笼，或当灌注的混凝土超过钢筋笼且导管埋深较大时，若其上层混凝土因浇注时间过长，已接近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼之间产生一定的握裹力，如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上浮。 为防止浮笼要采取以下措施：,（1）在钢筋笼顶添加压杠，防止浮笼，如图,（2）当砼到达钢筋笼底面时，必须放慢砼灌注速度，让砼缓慢上升将钢筋笼包裹达1m后，再将砼灌注速度正常化。（3）在砼到达钢筋笼底面时，不得拔升导管，避免将钢筋笼带起。导管的拆卸必须在砼到达钢筋笼底面之前，或在砼将钢筋笼包裹达1m后进行。（4）挂笼也会引起浮笼，在灌注
13、砼过程中，必须让导管尽量居中。如挂笼，则按处理“挂笼”方法处理。,3.钢筋笼的偏位和变形：钢筋笼过长，箍筋未起到作用，使得钢筋笼的刚度不够，吊入孔内后钢筋笼发生变形。钢筋笼上未设垫块或耳环控制保护层厚度，或桩孔本身偏斜或偏位; 钢筋笼吊装时未垂直缓慢下放，而斜插孔内使保护层厚度不够而使钢筋笼偏位。 预防措施如下：（1）第一次清孔时应换用比重和粘度较低的泥浆进行冲洗和置换，同时将钻头上下活动，边冲边扫，尽量将孔内的泥块和泥皮搅拌成浆，排出孔外，直到泥浆符合要求时再进行提钻;,（2）加快混凝土浇灌速度，控制浇灌时间，遇高温天气应添加缓凝剂以防止混凝土顶层进入钢筋笼时，流动性变小。（3）加固钢筋笼与
14、孔口的固定，防止钢筋笼位移。4、翻浆不顺：在灌注砼过程中，因导管埋置过深、砼坍落度偏小、砼和易性不好、灌注时间过长等原因，均会造成翻浆不顺。处理措施：（1）及时拆卸导管，宜保证导管埋深在26m。,（2）接长导管，使用大漏斗，增加砼的压力，使用吊车和料斗（容量11.5m3）吊送砼到大漏斗。（3）坍落度偏小、和易性不好的砼拒绝使用。（4）如桩孔内泥浆比重过大，而桩身砼顶面离孔口不深时（10m以内），可将泥浆泵出浆管伸入孔内，在距已灌砼面1m左右位置，用比重小的泥浆或清水进行换浆，用以降低泥浆比重，进而降低砼面的压力。（5）加强现场组织和管理，缩短作业衔接时间，缩短灌注时间。,5、堵管：产生的原因和
15、处理方法和“翻浆不顺”基本一样。如处置方法实施后仍无效，则将导管拔出，进行二次封底，如下图：,二次封底方法：（1）重新检测孔深，计算导管长度，吊放导管，确保导管下口距砼面2030cm。（2）使用大漏斗，计算初存量。漏斗注满砼后，迅速提拉孔口盖，让砼迅速下冲，在漏斗砼下流量能达到已灌砼面时，将漏斗和导管迅速下放（此时导管内泥浆已全部排除，且导管下口已被砼包裹），人工与机械配合强行使得导管下口插入原砼面下不少于1m。（3）继续砼灌注，直至达到设计标高，再超灌1.5m以上，将原砼面顶出设计桩身。,6、导管漏水：导管初次使用应做导管水密试验。在平整场地内将整根导管进行拼装连接牢固后，将导管顶口封闭，并
16、留一注水孔，用水泵向导管内注满水后，用空压机向导管内加压，以1.00m桩基长60m为例，应加压到0.50.8MPa，压力表读数不降低，导管表面不滴水或漏气，即表示导管水密性合格。水密试验结束后，自下而上编号拆卸，以便在孔位导管安装时对号组拼。,导管水密试验,7、导管超拔：在灌注砼过程中，因导管埋深计算不准及卷扬机操作手不熟练、不听从指挥，造成导管超拔。处理措施采用二次封底。8、导管拔不出：在灌注砼过程中，因导管埋置过深、挂笼、灌注时间过长等原因，造成导管拔不出。处理措施如下：（1）挂笼：按处理“挂笼”方法处理。（2）导管埋置过深、灌注时间过长：迅速调集大型起吊设备（吊车或挖掘机），进行提拔，在
17、提拔过程中，辅以机械或人工晃动导管。导管提拔过程中，必须保证导管的最小埋深1m。,9、卡管：卡管事故又分为剪球时卡管与灌注中卡管，它们的原因稍有不同。剪球时卡管的情况较多，造成此类情况的主要原因有 9.1剪球时卡管：剪球制作不合理，塞球直径与导管直径差过小，剪球前由于砂浆或细石料渗入导管与球壁之间而堵塞; 混凝土配比不合格，用于封底的混凝土坍落度过小或拌和不均匀，加上累积混凝土过程中粗骨料下沉，可能导致漏斗口处粗骨料相互挤压密实而堵塞漏斗口，致使剪球后混凝土难以下落。处理措施：（1）用适当长度的钢筋强制性捅塞球，使混凝土下落; 采用机械微振动使混凝土自然下落，以保证混凝土下落时导管回到正常的埋
18、管位置;,（2）要严格计算封底混凝土的数量，宜多不少，改善配合比的设计，宜选择和易性好的水泥及合格的砾石作粗骨料，使用这样的混凝土封底效果较好。 9.2 灌注过程中卡管现象：主要是由于混凝土过早凝固造成堵塞而引起的。钢筋笼制作质量差，部分钢筋焊缝不牢脱离主筋后插入导管吊环内，也会造成埋管。导管埋深过大或混凝土初凝使导管内外摩擦力增大，同样会发生埋管。 应对措施：,（1）通常以预防为主，灌注前应做好准备工作，尽可能使灌注连续快速，在炎热季节灌注水下混凝土初期可加入适量的缓凝剂，以避免混凝土过早初凝。 ( 2 )针对埋管事故，可采取以下措施预防补救: 注意长短天气预报，合理安排浇注时间; 正反转动
19、缓慢提升导管，使导管脱离钢筋笼并居钻孔中心，可再继续浇注; 认真做好浇注记录，严格控制埋管深度;,10、漏浆 ：漏浆时，首先必须先维持孔内水位，再根据钻孔的原始记录及相关资料，判别本处的地质情况，是裂隙或溶洞，然后根据以上资料及漏浆的程度来判别采用什么材料进行回填。施工时，必须综合考虑施工环境及现场资料，处理的办法也应相应变动。 漏浆应对措施：（1）当发现护筒内水面冒出气泡或浑水时，孔内水头高度开始缓慢下降，表示轻微漏浆，可以适当地加入粘土或用袋装粘土直接投入，从而改善泥浆质量，继续钻进(钻进过程中应保持较小冲程钻进，待孔内情况稳定后，再恢复正常钻进。）,（2）当气泡或浑水大量涌出，漏浆速度较
20、快，加入粘土钻至原标高处仍不能防止漏浆时，最好停止钻进。如果距离终孔标高不远，回填土方量太大，在保持泥浆质量的同时，必须注意保持孔内外水位差，以免造成坍孔。 （3）钻孔桩施工时，一旦发生漏浆，极易发生坍孔。可以采用重整护筒，判明坍塌位置，回填片石和粘土混合物到坍孔处以上1m2m，继续钻进片石不宜太大，钻进过程中速度不宜太快，待钻至原漏浆处标高以下时，再以较大的冲程钻进。,（4）单一的处理办法不行时，可以采用全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进;在维持孔内外水位差的同时，向孔内先投入水泥和片石，经小冲程冲砸后，再加入粘土，回填的次序不能随意变动。经多次观察发现漏浆后，泥浆流失严重，孔内泥浆比重迅
21、速下降，根本无法维持钻孔施工的正常进行。因此，必须先回填水泥和片石，待孔内水位稳定后，再加入粘土，以防止泥浆再次流失。,11、离析：桩身混凝土离析、缩孔一般发生在大直径灌注桩上。离析的处理措施：（1）对桩身砼离析层的处理，若是孔洞蜂窝缺陷，可采用小孔钻进到要处理的部位，用高压水清洗后再用高压泵向要处理的部位压入水泥浆；（2）砼灌注完成后当发现桩身缩孔，如位置较浅，则直接开挖对缩孔部位施工补救，如位置较深且严重，则应考虑补桩 桩身砼离析、缩孔事故的预防措施：,（1）导管入孔连接时一定要密封好，以防止发生漏水现象；（2）灌注过程应严格控制导管埋深，避免浮浆的浸入；(3) 预防地下水浸入引起水浸。,
22、12、断桩：如在灌桩过程中处理翻浆不顺、堵管、导管超拔、导管拔不出等措施失败，造成断桩，则视已灌桩长的长短，采取填充重钻、明挖接长等措施。断桩的,（1）灌注前注意天气预报，做好充分准备；保证灌注操作连续紧凑地进行（2） 灌注过程中控制导管埋置深度，保证导管埋深大于2m；（3） 预先在砼导管上套装一个用1mm厚钢板制成的锥形活动护罩，以护住导管法兰挂住钢筋骨架，护罩底部与法兰大小一致；（4） 在灌砼时，控制好导管上拔速度，并随时掌握导管埋入深度，避免导管埋入过深或导管脱离砼面；,（5） 砼的拌制要严格按照规范要求控制水灰比、坍落度，保证砼的和易性，以防砼的和易性差，造成导管堵塞，不得不拔出导管而
23、造成断桩。,确保工程质量安全 桥梁桩基工程质量事故案例,泥浆比重超标，导致：护壁过厚，孔壁摩擦系数小，不能满足承载力要求。造成返工！损失20万！,事故1,事故2,襄樊某桥2.4m桩，h=70m，旋转钻机钻头掉入孔底，潜水工下潜打捞，因控制管线与钻杆扭结，窒息死亡！,广州某桥钻孔桩成桩后，业主方采用激震法检测认为优良；施工单位采用超声波法检测认为地表以下2m处有局部露筋，开挖后，果然有局部缺欠，经修补后验收。 此后业主对该桥质量免检。,事故3,事故4,北京某桥钻孔桩桩头下 没有粗骨料 由于商品混凝土陷度超过24Cm，运距远，造成混凝土内粗骨料下沉，而桩顶预留超灌高度不足以将浮浆浮至桩头部位，导致
24、这种现状。处理办法： 继续向下凿，直至正常为止。结果：凿下40至80Cm即正常。,事故5,东莞某桥1.6m钻孔桩成桩后，检测发现桩底有1m沉砂！原因：清孔不彻底； 泥浆池内有沉渣；清孔完成封混凝土的时间过 长，封底前，没有再进行检测沉 渣厚度。处理方法： 冲击造孔，重新成桩。损失10万元。,事故6,汉江某桥2.4m钻孔桩断桩原因：护筒没有打入不 良地质层，导致 封底灌注混凝土 过程中局部塌 孔，造成断桩。处理方法： 特制包径钢护 筒，打入原桩外 围，重新成桩。,事故7天津XX大桥,桥梁概况：天津XX大桥于1996年8月6日开工， 1998年10月31日竣工。工程总投资约34亿元。 大桥按一级汽
25、车专用公路设计，双向四车道，全长4.565公里。其中主桥长504m，宽29m。该桥没计采用3x168m下承式无推力钢管混凝土拱桥。引桥长712m，宽27m，采用25孔25m预制梁和2孔50m现浇梁。,1998年x月，大桥12号墩钢板桩围堰施工中，发生重大事故（“包饺子”）,天津xx大桥12号墩钢板桩围堰平立面简图,高潮位时，正在清基准备明浇混凝土垫层，钢板桩四周突然向内倾覆，大量海水和泥沙涌入基础，工人被涌上水面，2人遇难；38根已成桩均被从承台底以下约7m处挤断，向内倾斜！只有2根桩安然无恙！,原因分析,1 对地质情况没有认真分析，区别对待！锚固段太浅；2 没有认真计算工况稳定等必要数据以指导施工；3 第3层支撑（围囹）刚度不够；4 下部无支撑区域过大，钢板桩抵挡不了外部水和土的侧压力而失稳！5 平撑与钢板桩没有电焊牢固！未形成整体受力体系。,围堰失稳示意图,谢谢,
