浅析公铁立交工程桩身混凝土缺陷

摘要：公铁立交工程桥梁桩身混凝土缺陷比例偏高。介绍桩身混凝土缺陷的原因分析和改进措施。
关键词：钻孔灌注桩；桩身混凝土缺陷；原因分析；改进措施
1概述
工程起点位于G319国道北478.88m，与拟建的集杏路相接，跨越G319国道、鹰厦铁路后，高架桥与西滨路相接，为苜蓿叶形互通立交，按照TRANBBS城市快速路标准进行TRANBBS设计。立交桥上部结构设计为现浇连续箱梁，基础采用钻孔灌注桩，全桥共有桩身混凝土156根，其中Φ1.5m和Φ1.8m桩各116根和40根，主要设计为摩擦桩，有146根，柱桩仅10根，桩长25~55m不等。公铁立交工程地质情况从上至下依次为：1、填筑土2、亚粘土3、残积亚粘土4、全风化花岗岩5、强风化花岗岩6、弱风化花岗岩7、微风化花岗岩。地质层位相对稳定，岩土构造和水文地质比较简单，对灌注桩TRANBBS施工无不良影响。
钻孔采用冲击钻法，钻进中自然造浆护壁，正循环排渣。清孔采用换浆法。
公铁立交工程桩身混凝土完整性采用超声波透射法检测，第一、第二批12根桩身混凝土检测结果为Ⅰ类桩5根，Ⅱ类桩3根，Ⅲ类桩4根。
2施工过程说明
2.1水下混凝土配置
混凝土为C25商品混凝土，混凝土配合比设计为含砂率43%，水灰比0.48，碎石级配为5~31.5mm，砂为中砂，水泥标号为P.O 42.5，掺和料为粉煤灰，外加剂为NF高效减水剂，坍落度为200±30。
2.2水下混凝土灌注施工
采用垂直导管法灌注，导管底口距离孔底0.4~0.5m,首批灌注混凝土的数量为5~7m3，导管首次埋置深度均大于1m。灌注时漏斗底部与护筒基本齐平，为防止泥浆侵入混凝土中，没有采取使混凝土密实的抖管和倒插法。桩身混凝土检测安排在混凝土灌注7天后。
3现象归纳
（1）质量缺陷部位主要集中在距桩顶6~11m和2~4m处，该段地质主要为可塑性强的残积亚粘土。
（2）查混凝土灌注记录，发现缺陷部位均在拆导管处，拆导管时导管埋深8~10m,距开始灌注时间2.5h以后，实际混凝土灌注量比设计混凝土量稍多。
（3）混凝土灌注过程中，从护筒孔口返出的泥浆未见有大泥块（护壁泥皮）流出，测其PH值5~6，胶体率70%左右。
（4）挖露14#右2桩和12#右2桩缺陷处（距桩顶距离6~7m, Ⅲ类桩），发现桩体周围（深度20~30cm）为沉积胶凝砂浆，砂体未裹泥，有一定强度，砂浆中的砂经分析为孔中钻渣；桩体内层混凝土质量好。
（5）挖露37#左3桩缺陷处（距桩顶距离2~3m, Ⅱ类桩），发现混凝土疏松，强度低。桩顶部位混凝土疏松现象多分布在桩顶标高接近地坪标高的桩基。
（6）混凝土灌注过程中曾发现混凝土和易性差，单粒径而将混凝土退回混凝土生产厂家。
（7）有缺陷桩身混凝土灌注施工过程中曾因村民阻拦或混凝土供应不连续等原因导致混凝土停顿，停顿时间最长超过40min。
（8）10#右1桩身混凝土灌注施工结束拆除导管时，发现最后两节导管的外壁上附着有20~30cm厚的松散混凝土，导管拔除后，上段桩身混凝土中央出现一空洞。
4原因分析
4.1桩身混凝土质量缺陷原因分析
根据上述现象，分析桩身混凝土质量缺陷如下：
（1）从上述现象（3）和（4），由于PH值和胶体率偏低，导致泥浆失水量增加，流动性降低，同时由于正循环法排渣不够彻底，泥浆中固相沉淀快，这是造成桩身混凝土缺陷的主要原因之一。
（2）由于混凝土添加了NF高效减水剂，根据研究，高效减水剂的坍落度损失较快，当混凝土灌注进入后期，混凝土已失去了流动性，同时拆管不及时，对混凝土搅动很少，出现混凝土“假凝”，甚至初凝，这是造成桩身混凝土缺陷的另一主要原因。另外NF高效减水剂也易引起混凝土离析。
（3）漏斗高度（导管内混凝土高度）不够，导致灌注后期混凝土下降困难，也是重要影响因素。
4.2桩身混凝土质量缺陷形成过程推断
4.2.1混凝土裹砂缺陷形成的推断
灌注过程中，由于泥浆PH值和胶体率低，泥浆中固相成分随时间推移不断沉淀，浮浆不断返出，加剧了固相成分的沉淀，沉淀的固相成分聚集在灌注混凝土面上。当混凝土灌注进入后期，由于“假凝”及导管埋置过深，拆管时，混凝土“抱管”，导致断面出现“缩径”现象，沉淀的砂粒灌进来填充。孔壁为残积亚粘土，对沉淀砂层有吸引力，沉淀砂层上升摩阻力增大，从而使沉淀砂层停留在原地方，不随混凝土灌注而抬升。
当拆管频繁，对混凝土搅动较多，且导管埋深较浅时，上述情况就不会发生。
4.2.2混凝土疏松缺陷形成的推断
当混凝土灌注到达桩顶附近，由于导管内混凝土高度不够，孔内混凝土上升困难，加上NF高效减水剂容易引起离析的缺陷，这时水泥浆从混凝土中离析出来，先行上升，骨料留在原地方。骨料由于缺少泥浆，水化不充分，即出现混凝土疏松现象。
当导管内混凝土高度调整到使混凝土灌注顺利时，上述情况就不会发生。
5改进措施
针对上述原因，采取了以下改进措施：
（1）改善泥浆性能。采取的措施包括：在泥浆中掺入纯碱和膨润土；配备1台泥砂分离器。控制泥浆指标达到规范要求：含砂率≤4%，PH值8~10，胶体率≥95%。纯碱和膨润土掺入量根据现场试验确定。
（2）改进混凝土配合比，掺加磨细矿渣，提高混凝土的和易性；严格控制粗骨料级配；现场每车混凝土均测坍落度，符合要求后才允许投入灌注。
（3）控制导管埋深2~6m，在确保不断桩的情况下，增加拆管次数，尽量减少导管埋深。
（4）在灌注后期，提高导管内混凝土高度，控制漏斗底部与护筒保持3~4m的距离，确保灌注顺利。
（5）加强管理，力求混凝土供应及时和缩短混凝土待灌时间，确保混凝土灌注施工连续、快速。
6改进效果
采取改进措施后灌注的桩身混凝土，第三批检测16根，其中Ⅰ类桩13根，Ⅱ类桩2根，Ⅲ类桩1根，说明改进措施是有效的，但仍不够彻底。检查混凝土灌注施工记录，发现缺陷桩身混凝土的导管埋深依然较大，为7~8m，混凝土灌注过程中仍有混凝土灌注不连续现象。为此，在后续桩身混凝土施工中，对控制导管埋深和混凝土连续灌注进行认真落实。后续施工的桩身混凝土经检测，除个别为Ⅱ类桩外，其余均为Ⅰ类桩，杜绝了Ⅲ类桩，这也从另一侧面证明了桩身混凝土缺陷原因分析是正确的。       
7体会
通过本次查找桩身混凝土缺陷原因的过程，我们发现只有严格按照规范要求施工，才能确保工程质量，切忌凭所谓的个人经验施工。
[参考文献]
1、混凝土外加剂的原理与应用/陈建奎编著.－北京：中国计划出版社，1996.12
2、公路桥涵施工TRANBBS技术规范/路桥第一集团公路工程局主编.－北京：人民TRANBBS交通出版社，2000.10