灌注樁導(dǎo)管爆管與癟管的原因分析

1、灌注樁導(dǎo)管爆管與癟管的原因分析駱嘉成摘要： 水下混凝土灌注是鉆孔樁施工中最關(guān)鍵工序，超深孔水下混凝土灌注的導(dǎo)管偶爾會出現(xiàn)爆管與癟管現(xiàn)象，通過對導(dǎo)管受力分析，從理論上分析了造成該現(xiàn)象的直接原因，從實(shí)踐中羅列出可能導(dǎo)致爆管與癟管各種因素，并提出預(yù)防措施，有利于超深孔水下混凝土灌注質(zhì)量的管理。關(guān)鍵詞：灌注樁；導(dǎo)管；爆管；癟管Cause Analysis of Tube Rupture and Collapse for Tremie in Bored PileLUO Jia-cheng1,FAN Shuai2(Wenzhou Zhenan Geological Engineering Co.,Ltd,

2、Wenzhou Zhejiang 325006,China;Wenzhou Greentovon Real Estate Development Co.,Ltd 325000,China)Abstract: Underwater concrete injection is the most important process in the construction of bored pile. There will be the phenomenon of tube rupture or collapse sometimes for the tremie in underwater concr

3、ete injection in ultra-deep hole. The direct reason why the phenomenon would happen was theoretically analyzed through stress analysis. Various factors which may cause tube rupture collapse were listed from practice, and the corresponding preventive measures were given, which may be beneficial to th

4、e quality management of underwater concrete injection in ultra-deep hole.Key Words: bored pile; tremie; tube rupture; tube collapse 1 前言在鉆孔樁水下混凝土灌注過程中，尤其是超深孔灌注樁，偶爾會發(fā)生導(dǎo)管爆管與癟管現(xiàn)象。如果說，導(dǎo)管自身強(qiáng)度無法抵抗導(dǎo)管內(nèi)外壓力差，產(chǎn)生導(dǎo)管爆裂現(xiàn)象容易理解，是什么力量使得鋼性導(dǎo)管向內(nèi)變形而形成癟管？同樣在水下混凝土灌注過程中，為何產(chǎn)生兩種截然相反變形現(xiàn)象？這兩種現(xiàn)象的發(fā)生均影響樁身質(zhì)量，有時會造成嚴(yán)重的質(zhì)量事故，故有必要弄清楚產(chǎn)生這

5、種現(xiàn)象的原因。2 爆管2.1 典型實(shí)例溫州市某市政工程，基樁形式鉆孔灌注樁，設(shè)計樁徑900mm，實(shí)際孔深為87.53m，首車混凝土8m3澆注過程順利，中途等料85分鐘，再澆注第二車料時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)混凝土不通暢，孔口只有少量上返泥漿，繼續(xù)加料至導(dǎo)管頂，提升導(dǎo)管約2.5m并在孔口板上下振動，管內(nèi)混凝土面并不再下降。全部上拔導(dǎo)管后發(fā)現(xiàn)：在距孔口以下57.5m處發(fā)生爆管（如右圖所示），爆管處以下導(dǎo)管中的混凝土離析嚴(yán)重并形成堵管，而以上部分的混凝土質(zhì)量正常。圖1 導(dǎo)管爆管照片2.2 原因分析正常情況下，不考慮導(dǎo)管內(nèi)外混凝土摩阻力，導(dǎo)管內(nèi)任何處豎向壓力等于管內(nèi)混凝土高度，也等于該處導(dǎo)管外混凝土及泥漿壓力和，

6、由于混凝土比重約為泥漿比重兩倍，故導(dǎo)管內(nèi)外混凝土高度差約為管外泥漿高度的一半，任意處混凝土側(cè)壓力：Pc=h (1)式中 Pc混凝土側(cè)壓力；混凝土側(cè)壓力系數(shù)；混凝土比重；h管內(nèi)混凝土高度在安全情況下，三者之間關(guān)系是：PcPs+Pm (2)或者是導(dǎo)管內(nèi)外壓力差：P=|Pc-Pm|Ps (3)式中 Ps導(dǎo)管抗壓強(qiáng)度；Pm導(dǎo)管外混凝土與泥漿對管壁的側(cè)壓力；P導(dǎo)管內(nèi)外壓力差在不正常情況下，假若導(dǎo)管內(nèi)某處產(chǎn)生堵管，則后面所加入管內(nèi)的混凝土無法正常壓出管外，只能在管內(nèi)繼續(xù)堆高，根據(jù)公式(1)，側(cè)壓力Pc增大；另外，若由于導(dǎo)管質(zhì)量原因，如導(dǎo)管壁變薄、導(dǎo)管某處焊接質(zhì)量降低等，也會降低導(dǎo)管的抗壓強(qiáng)度Ps。總之，有

7、可能Pc增大，Ps降低。也有可能是兩種因素共同作用，當(dāng)某處PPc時，必然產(chǎn)生爆管。圖2 爆管示意圖-孔口板；-孔壁； -泥漿；-導(dǎo)管； -空氣柱；-混凝土有人提出如右圖所示，是導(dǎo)管內(nèi)某處存在空氣柱形成“氣栓”，空氣柱在上部混凝土壓力作用下形成高壓，而剛好在空氣柱段存在導(dǎo)管質(zhì)量原因使得Ps降低，就直接產(chǎn)生爆管。這種情況有可能發(fā)生，但“氣栓”并非導(dǎo)致爆管的直接原因，因?yàn)樵谡９嘧⒒炷習(xí)r，孔口泥漿中經(jīng)常冒出大量氣泡，說明導(dǎo)管中經(jīng)常攜帶大量空氣，只有當(dāng)導(dǎo)管某處堵管時，在堵管處以上部位形成高壓“氣栓”才有可能產(chǎn)生爆管。2.3 小結(jié)根據(jù)以上分析，結(jié)合工程實(shí)例，形成爆管的內(nèi)因是導(dǎo)管抗壓強(qiáng)度Ps不夠；外因是

8、灌注混凝土過程中發(fā)生堵管，或者管底混凝土流動受阻，造成管內(nèi)混凝土柱升高，導(dǎo)管內(nèi)外壓力差P過大；另外，不正當(dāng)?shù)牟僮鳎ㄈ缟舷聫?qiáng)烈抖動、振動扎導(dǎo)管）也會加劇爆管的發(fā)生。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計，發(fā)生爆管的位置一般距地表50m以下。下表為可能導(dǎo)致爆管的原因統(tǒng)計：表1 可能導(dǎo)致爆管的原因統(tǒng)計原因分類具體因素描述爆管可能性導(dǎo)管原因?qū)Ч苁褂脮r間過長，管壁變溥導(dǎo)管接縫處焊接質(zhì)量差導(dǎo)管壁向內(nèi)變形成同心度不好導(dǎo)管在接頭處密封性不好大大小大混凝土原因混凝土嚴(yán)重離析，坍落度不合格中途停止灌注時間過長因氣溫原因造成混凝土和易性降低混凝土中夾雜有大塊粗骨料大大小大其它原因初灌量超大的樁，底管與孔底間距過小孔底沉渣過厚，泥漿性能不合理

9、導(dǎo)管外局部形成坍孔，造成管外混凝土無法上升大大小3 癟管3.1 典型實(shí)例溫州市某房建鉆孔灌注樁工程，設(shè)計樁徑為1000mm，孔深為95m，屬摩擦端承樁。地層以淤泥及淤泥質(zhì)粘土為主，夾雜有松散卵礫石層，施工樁機(jī)為GPS-15型，采用泥漿正循環(huán)成孔與清孔。混凝土灌注時，前兩車混凝土導(dǎo)管不是很通暢，每次加料需要提升導(dǎo)管，孔口才有返漿，當(dāng)繼續(xù)灌注第三車混凝土?xí)r，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱上升很快，孔口無返漿現(xiàn)象，上下提升并振動導(dǎo)管，管內(nèi)混凝土面仍然不下降，遂上拔全部導(dǎo)管發(fā)現(xiàn)：距地表以下72.70m處發(fā)生癟管，如下圖所示。癟管處上端混凝土質(zhì)量正常，未形成堵管，下端導(dǎo)管中沒有混凝土，說明也未發(fā)生堵管。另外，癟管部

10、位可能是導(dǎo)管下方某一處，也有可能是下方某一段，例如下圖4所示，為溫州市區(qū)某工地施工現(xiàn)場，該樁孔深度為103.58m，癟管長度超過35m。 圖3 導(dǎo)管癟管照片1圖4 導(dǎo)管癟管照片23.2 原因分析同樣，在正常情況下，癟管處始終有混凝土，導(dǎo)管內(nèi)外側(cè)豎向壓力是平衡的，內(nèi)外壓力差P值很小，遠(yuǎn)小導(dǎo)于Ps值。實(shí)際上，由于各種原因造成導(dǎo)管內(nèi)混凝土灌注時不是很通暢，但并未形成堵管，每次混凝土壓出導(dǎo)管時需要提升導(dǎo)管，不是連續(xù)壓出，當(dāng)操作工人發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)混凝土?xí)簳r不通暢時，誤以為堵管，習(xí)慣性提升導(dǎo)管并作孔口抖動或振動，當(dāng)時導(dǎo)管內(nèi)混凝土突然急速下降，在慣性作用下，有時導(dǎo)管中混凝土面下降至比正常位置還要低，這就是為何癟

11、管處本應(yīng)該有混凝土而沒有的原因。由于管內(nèi)混凝土下降速度過快，管內(nèi)下部形成局部真空狀態(tài)，此刻導(dǎo)管內(nèi)外壓力差P=|Pm+Pa|(Pa為大氣壓力)，突然升高，當(dāng)P值超過Ps值，則產(chǎn)生癟管現(xiàn)象。3.3 小結(jié)形成癟管原因：導(dǎo)管內(nèi)混凝土?xí)簳r性不通暢，操作工人誤以為堵管，盲目提升導(dǎo)管，造成管內(nèi)混凝土下降速度過快，導(dǎo)致導(dǎo)管內(nèi)局部形成真空，導(dǎo)管內(nèi)外壓力差P迅速升高，超過導(dǎo)管抗壓強(qiáng)度Ps所致。一般情況，癟管現(xiàn)象均發(fā)生在超深孔（孔深大于70m施工過程中），大多數(shù)發(fā)生在剛開始灌注混凝土不久?？赡茉斐砂T管的具體原因，詳見下表2。表2 可能造成癟管的原因統(tǒng)計原因分類具體描述因素癟管可能性泥漿原因泥漿比重過大，造成管外混凝

12、土面上升困難孔壁泥皮過厚，造成管外混凝土面上升困難大小沉渣原因由于成孔與清孔原因，孔底沉渣殘留過多泥漿比重過小，造成孔底沉渣過多大大導(dǎo)管原因?qū)Ч芙宇^處密封性能差造成管內(nèi)混凝土輕微離析大混凝土原因混凝土和易性降低，在管內(nèi)下降受阻大反循環(huán)原因在反循環(huán)清孔時導(dǎo)管內(nèi)泥漿上返速度過快小4 總結(jié)與建議 以上分別介紹了爆管與癟管產(chǎn)生的原因，具體原因不盡相同，但還是有共同點(diǎn)。首先，鉆孔深度均比較深，發(fā)生爆管與癟管的位置也比較深；其次，直接原因是導(dǎo)管內(nèi)外壓力差P超過其極限抗壓強(qiáng)度Ps，只是P方向不同而產(chǎn)生兩種截然相反變形效果。為了預(yù)防爆管與癟管現(xiàn)象的發(fā)生，現(xiàn)建議如下： 采購超深孔專用導(dǎo)管時，應(yīng)首選專業(yè)公司制造的產(chǎn)品，導(dǎo)管壁厚應(yīng)大于4mm，在出廠時應(yīng)對導(dǎo)管做壓水試驗(yàn)，檢驗(yàn)導(dǎo)管的抗壓強(qiáng)度與接頭密封性能。 在施工時注意及時清洗導(dǎo)管與有序輕放，建議每套導(dǎo)管在灌注80100根樁時，再在現(xiàn)場再作一次壓水