水下混凝土灌注过程中事故分析与应急处理关键技术

为充分利用埋管压力差、混凝土自重，让混凝土从导管底端缓慢流出，将泥浆从孔底逐渐推挤到孔口流出去，直到最终将孔内全部泥浆用混凝土置换出去，进而形成完整、密实、连续的地下混凝土桩体。根据设计桩基受力组合方式不同，又分为单排桩和群桩基础。目前，桩基础已被广泛应用于各领域深基础工程中。

1混凝土灌注事故发生原因及应急措施

所谓混凝土卡管，就是在混凝土浇筑过程中，因种种原因混凝土在导管中形成混凝土隔栓堵塞，导致导管内混凝土无法下灌。

混凝土卡管主要原因是由于混凝土质量不合格、泥浆清孔指标不合要求、导管质量或接头密封差以及导管在浇筑过程中埋的太深等诸多因素造成的。

1.1混凝土质量要求

要求水下混凝土不但要具备很好和易性，足够的流动性。混凝土现场坍落度一般要保持在180～220mm。粗骨料的最大粒径要满足泵送混凝土、灌注导管及钢筋笼钢筋间距要求。细骨料宜采用级配良好的中砂。水泥不得有结块、冻块直接进入导管。

混凝土在浇筑过程中始终不能有离析现象发生。另外，要具有保证在首批混凝土初凝前完成整桩浇筑的措施，特别是夏期，当混凝土运输距离较远，混凝土坍落度损失更大，必要时，可适当加入缓凝剂或采取相应的降温措施。

1.2泥浆清空指标要求

在混凝土浇筑过程中，混凝土顶面沉淀层厚度一般超过300mm以上，往往导致导管外混凝土顶面产生硬壳效应，造成混凝土顶升困难，从而导管内混凝土对导管壁压力加大，摩擦力也随之加大，往往造成混凝土卡管。

通常来说，造成孔底沉淀层厚度变大的原因：泥浆粘度小、密度过小、含砂率高，均会导致沉淀层加厚，所以清孔泥浆指标须符合规范要求是很好的选择，否则，必须进行二次清孔。

1.3导管质量要求

为保证混凝土在下落过程中不会离散，要求导管，既要具有一定的强度、刚度，还要求密封良好、直径适当。在使用前要进行水密承压和接头抗拉试验，试验水压不小于孔内水深1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力的1.3倍。另外，要求导管的内径上下一致，且内表面平整顺畅。

1.4浇筑工艺要求

（1）浇筑料斗及导管内侧在注入混凝土之前，必须用水湿润，以防混凝土坍落度的损失。

（2）到达现场的混凝土坍落度损失太大，可加入同等水灰比的水泥浆或减水剂以便改善混凝土的和易性，增强混凝土的可灌性。

（3）混凝土发生初期卡管，也可能是轻微卡管，提升导管法增加导管底部内外混凝土压力差等措施，来解决该问题。切忌采用混凝土振捣器振捣导管或混凝土的办法。

（4）在浇筑混凝土过程中，要均匀卸料，防止导管产生负压、超压在导管内部变形不均，导致导管内混凝土受力不稳而时松时紧，易于形成堵栓。

（5）在浇筑混凝土过程中，供料要及时，拆除导管要勤、快，确保混凝土初凝前将混凝土浇筑完成。

2混凝土卡管应急措施及关键技术

2.1混凝土卡管应急措施

混凝土发生混凝土卡管，在采用常规方法无效的情况下，且被卡导管外混凝土仍具有一定的流动性。建议采用如下应急方法进行处理（图1）。

卡管发生后，用起重设备如25t以上起重机，将被卡导管连同浇筑料斗快速拆除，为节约时间，也可先将大斗拆除，将被卡导管在孔口临时固定。然后，采用起重机将备用导管插入已浇混凝土中一定深度。

将事前准备好的小型潜水排污泵从备用导管中，放入已浇混凝土顶面上方，将备用导管内泥浆抽完。为防止排污泵出水管中泥浆回流，在取出排污泵过程中，不能关闭电源。现场处理混凝土卡管如图2所示。

在初始灌注混凝土时，可采用二次剪球法灌注，让混凝土集中下放。利用混凝土较强的冲击力，将卡管前混凝土推挤到导管外面，将混凝土搅拌。

当孔内备用导管外混凝土面上升一节导管高度后，可拆除一节备用导管。此时可借机拆除被卡导管。

由于混凝土顶面会因事故处理的时间延长，而加大了桩顶浮浆厚度，故在混凝土浇筑完成后，预留桩头要能保证成桩桩顶质量合符设计要求。

目前，采用该技术处理混凝土卡管事故成功率达到100%。处理后的桩基采用各种方法进行成桩检测，甚至采用钻芯取样检测，均为I类桩（俗称优良桩）。该处理方法不改变设计方案不延误工期，安全可靠，投资少，易于被施工技术人员掌握。

2.2关键技术

（1）混凝土卡管后，采用处理方法，必须具有充分的处理准备时间。要求设备从安装、抽取备用导管中泥浆到混凝土灌注结束，首批混凝土不会初凝。

（2）为充分保证成桩混凝土质量，备用导管内的泥浆务必抽取干净。要求水泵从导管中取出过程中，水泵可在电源未关闭情况下快速从导管中取出。

（3）混凝土在二次浇筑过程中，在首批混凝土浇筑成功后，可上下适当活动导管，保证新老混凝土界面混凝土充分溶合。

3灌注桩断桩

灌注桩发生断桩事故，主要是由于混凝土卡管，然后处理不当引起的，其次在混凝土施工过程中产生塌孔造成的。为防止成孔后塌孔，清孔完成后，孔内泥浆水头必须高于护筒外水头1.5m以上，并保证泥浆比重、粘度等技术指标符合规范要求。

3.1混凝土卡管引起断桩应急处理措施

卡管引起断桩也是该类事故中出现概率最多的事件，出现这种事故最多采用处理措施有以下4种。

（1）及时拔除钢筋笼，然后回填粘土，一般待1个月以后再从新开钻，对下面混凝土可采用冲击成孔。用冲击钻机成孔，要控制好泥浆指标，清孔后的指标也要符合相应的规范要求。

（2）如果钢筋笼无法及时拔除，则采用碎石或小块石，然后采用冲击钻机，冲击成孔并完成后续工作。用冲击钻机成孔，同样要遵守方法（1）的要求。

（3）对钢筋笼无法及时拔除且断桩部位距离地面在20m以内，也可在桩位处采用大护筒，利用高功率振动锤进行振动沉桩到位，形成围堰，再清除护筒内杂物、桩头浮浆后进行接桩，或采用埋管干浇法浇筑混凝土，并在混凝土初凝前，拔除护筒。

（4）在上述3种方法行之无效或不适合的情况下，只好采用补桩措施。这是人们都不愿接受的事情，一般影响正常工期，也会带来较大的经济损失和社会影响。这就牵涉到改变设计方案问题，须征得设计部门同意，按设计变更图纸施工。正常补桩措施是在断桩周围采用2根桩替代1根断桩，然后在后补的桩顶上加设一个承台（俗称扁担梁）或将其直接深入到所设计的原有承台中。

3.2关键技术

采用上述方法（2），在处理过程中，若钢筋暴露比孔中碎石或小块石高出许多而影响冲击机成孔，可向空中补加小块石，目的是便于更好地冲击、锤断桩基内的钢筋。然后用电磁铁不断取出碎断钢筋，以便加快施工速度。在处理过程中，对锤头的锤牙磨损较大，要及时补焊锤牙。在锤头进入混凝土桩体后，要加大泥浆密度，采用小冲程锤击成桩法。

采用上述方法（3），在处理前要搭设施工平台作为钢护筒导向装置，在安装钢护筒时，要以断桩处混凝土顶面中心和孔口中心的平均点为中心，并考虑钢护筒周围留出15cm以上的空间余量。江阴大桥北引桥16号墩桩径1.5m，地面向下15m发生断桩，采用1.8m直径钢护筒。另外，护筒口顶面要与振动锤焊接牢固。护筒底周围与桩体之间采用水玻璃等快凝材料封固。此方法建议采用水下混凝土浇筑免振捣工艺进行成桩。在混凝土浇筑过程中，适时将钢护筒借助反力架采用振动法向上分段拆除。

4结束语

灌注桩施工过程中出现混凝土卡管、断桩事故，可以采取有效措施进行控制。特别是在发生混凝土卡管阶段，采用文中述及的一种快速应急措施，已得到数次实践证明，成功率非常之高。如万不得已发生混凝土断桩，采取所建议的断桩方法，也是行之有效补救措施。这些方法对于处理混凝土卡管、断桩都是非常快捷高效的，特别是混凝土卡管处理方法，有着很好的经济、社会效益，具有一定的参考意义和推广价值。