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【摘 要】 本文结合工程案例，对钻孔灌注桩施工中的断桩原因进行分析，重点阐述断桩问题的特色处理方法，为类似工程起到一定的借鉴作用。
【关键词】 钻孔灌注桩;房屋建筑;断桩处理
前言：
钻孔灌注桩基础是桥梁工程中常见的隐蔽工程，在施工过程中，由于人为的主观因素及施工等的影响，造成断桩因此在钻孔灌注桩施工中，应采取一定的防范措施，避免发生断桩。成桩质量与施工有着密切的关系。在钻孔灌注桩施工中，由于各种因素的影响，操作失误，不良地质等原因。如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。在断桩出现后，应尽可能设法补救，不可轻易废弃。
一、钻孔桩断桩原因分析
混凝土灌注过程中，测定已灌注混凝土表面标高出现错误，导致导管埋深过小，出现拔脱导管现象，形成夹层断桩。一般保证导管在砼埋深在1～3米，应勤提勤拆导管。如果导管埋深过大，以及灌注时间过长，漏斗内砼无法下落，从而增大砼与导管壁的摩擦力，导致连接螺栓拉断或导管破裂而在提升时产生断桩。因工程地质情况较差，施工单位组织施工时重视不够，施工者经验不足。拌和机出现故障，拌和站电源突然中断或拌和机出现故障，造成灌桩砼供应中断或间隔时间过长，中断时间超过混凝土初凝时间，致使导管无法提起等，从而造成断桩。其他原因，如灌桩时突然遇到大雨，施工场地受到破坏，无法继续砼灌注或者灌桩时突然遭到地方人为阻工施工停止或中断时间过长等原因造成断桩。
二、断桩的处理方法
可采用旋喷帷幕法先进行隔砂止水施工，再进行断桩处理（如图1所示）。
图1 旋喷帷幕法处理断桩示意图
具体施工步骤如下：
2.1旋喷桩的布置形式、桩径及桩长的确定
旋喷桩布置于断桩的外侧，为了达到防渗堵水要求，应根据防渗要求进行设计计算，一般采用双排式或三排式布孔，有时视地质情况也可布单排桩。一般注浆扩散半径R可按式（1）计算[1]：
（1）
式中：R——浆液影响半径（R=D/2）;
K——注浆前土质渗透系数;
t——注浆连续时间;
P——注浆压力;
L1——水的粘滞系数;
L2——浆液的粘滞系数;
n——地层的有效孔空率;
r——钻孔半径。
钻孔间距L=0.866D，排距S=0.75D，D为浆液影响直径。旋喷桩的交圈厚度e=D2-L2。如图
2所示。
图2 双排旋喷桩平面布置示意图
旋喷桩桩径主要取决于土质、地质结构及施工方法，一般可采用单管注浆，常用的孔径为70mm—110mm。桩长视断桩位置及地下水位而定，若不透水层较浅时，可将旋喷桩垂直钻入不透水层中（如图1中a图所示）。若不透水层较深时，旋喷桩也可采用斜钻方式，形成一喇叭型的旋喷桩止水帷幕（如图1中b图所示）。
2.2确定旋喷浆液的配比
旋喷浆液以水泥为主，同时为了缩短凝固时间及提高灌浆速度可掺入水玻璃和减水剂。水泥采用425号或525号普通硅酸盐水泥，水灰比一般为1∶1—1.5∶1。浆液掺量根据注浆效果而变化，根据成孔的地质情况，了解渗透系数大小，确定各孔段浆液配比及灌注速度。
2.3钻孔及旋喷浆液
利用带有喷嘴的注浆钻钻进土层或岩层的预定位置后，慢速从钻孔底部开始旋喷，喷射压力为4MPa—20MPa，高压水泥浆液从注浆管底部侧面的喷嘴喷射而出，钻杆以一定的速度提升，在喷射力作用下剥落下来的颗粒与浆液充分搅拌混合，并有规律地重新排列，浆液经一定时间凝固后即在土层或砂砾中形成一个固结体，或者堵塞岩层裂隙通道，这样便在断桩周圍形成一圈相互搭接的封闭隔砂止水帷幕。
三、桩身混凝土已全部浇筑完成后断桩的处理方法
3.1加大桩径缩短桩长法
该方法适用于断桩位置较深且无法采用接桩法处理时采用。由于未改变地面上原设计中墩台及上部结构形式及尺寸，所以可保持原设计的风格和美感（如图3所示）。
图3 加大桩径、缩短桩长处理断桩示意图
由于机械设备原因或其他原因无法完成断桩接桩时，可改变原有设计方案，考虑采用缩短桩长并加大桩径的方法，此法可增加桩底单桩承载力及桩身的摩擦力，来满足原有桩基承载力的要求。可按式（2）控制桩基的承载力，以确定合适的加粗段长度和桩径。钻孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力计算公式：
（2）
式中：U——桩周长，按成孔直径计算;
Si——第i层土对桩壁的极限摩阻力;
li——桩在承台底面或冲刷线以下的第i层土层中的长度;
K——考虑桩入土深度影响的修正系数;
m0——考虑孔底沉淀层厚度影响的清底系数;
A——桩底截面积;
[R0]——桩底处土的容许承载力;
K2——地基土容许承载力随深度的修正系数;
C2——桩底以上的换算容重;
h——桩底的埋置深度。
对有冲刷的基桩，由一般冲刷线起算;对无冲刷的基桩，由天然地面（或实际开挖后地面）起算。公式右边第一项为桩侧摩阻力，第二部分为桩底承载力。
在计算加大桩桩底承载力时，从设计安全角度出发，不再考虑加大桩下部桩侧摩阻力的作用，仅考虑其桩底阻力的作用。加大桩桩底承载面积由断桩桩底面积及加大桩桩底扩大截面面积两部分组成。第一部分加大桩桩底承载力由断桩桩底面积与原桩底所处土层的容许承载力来计算。第二部分加大桩桩底承载力按加大桩扩大截面面积与加大桩桩底所处土层的容许承载力来计算。两部分之和即为加大桩桩底的承载力。
施工时利用卷扬机，依靠冲锥下落的冲击力冲碎加大桩计算长度内断桩的混凝土及钢筋，然后放入新的加大桩钢筋笼，重新灌注混凝土。此种断桩处理方法要增加桩基混凝土及钢筋的用量，且要重新计算，因此，从经济角度来说要比前几种处理方法费用高些。
3.2加桩的方式
当采用加大桩径的方法仍难以满足承载力要求时，且缺陷较严重，在原来桩基的位置上难以进行断桩的补强时，可以考虑在原缺陷桩两侧各增加一根桩基，并增加一个承台将3根桩连接起来，共同承担上部荷载，通过结构的计算分析，确定增加桩基的长度、桩径及承台的结构形式。如图4所示。
图4 加桩法处理断桩示意图
从设计安全角度出发，不再考虑断桩下部桩侧摩阻力的作用，仅考虑其桩底阻力的作用，即断桩上部的轴向受压承载力由断桩上部产生的桩侧摩阻力与原断桩桩底阻力两部分组成。该方法也未改变地面上原设计中墩台及上部结构形式及尺寸。此种断桩处理方法相对前4种来说技术上最为复杂，且所耗费用及工期也最多。
四、结束语
以上几种断桩处理方法简单实用，施工周期短且无需过多的施工设备，可为施工单位节省大量的资金并减少了工期上的损失。实践表明，混凝土钻孔灌注桩基础施工，由于在水下灌注混凝土作业，施工隐蔽等特点，施工存在一定的技术难度。因此，施工中的每一个环节都应该得到严格控制。
参考文献：
[1]张宏.灌注桩的检测与处理[M].北京：人民交通出版社，2001：1-13.
[2]李成琳，陈青.和平二号桥桩基断桩处理法[J].湖南交通科技，2000（3）：49-50.
[3]张伟中，阎富伟，李宏瑾.商开高速公路缺陷钻孔桩的几种处理方案[J].河南交通科技，2000（10）：7-8.
[4]黄勇，徐谦.高压旋喷桩隔沙止水帷幕处理缺陷桩的实践[J].中南公路工程，2001（2）：35-37.
[5] JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2000：37-48.
[6] JTJ024-85，公路桥涵地基与基础设计规范[S].北京：人民交通出版社，2000：28-30.
【关键词】 钻孔灌注桩;房屋建筑;断桩处理
前言：
钻孔灌注桩基础是桥梁工程中常见的隐蔽工程，在施工过程中，由于人为的主观因素及施工等的影响，造成断桩因此在钻孔灌注桩施工中，应采取一定的防范措施，避免发生断桩。成桩质量与施工有着密切的关系。在钻孔灌注桩施工中，由于各种因素的影响，操作失误，不良地质等原因。如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。在断桩出现后，应尽可能设法补救，不可轻易废弃。
一、钻孔桩断桩原因分析
混凝土灌注过程中，测定已灌注混凝土表面标高出现错误，导致导管埋深过小，出现拔脱导管现象，形成夹层断桩。一般保证导管在砼埋深在1～3米，应勤提勤拆导管。如果导管埋深过大，以及灌注时间过长，漏斗内砼无法下落，从而增大砼与导管壁的摩擦力，导致连接螺栓拉断或导管破裂而在提升时产生断桩。因工程地质情况较差，施工单位组织施工时重视不够，施工者经验不足。拌和机出现故障，拌和站电源突然中断或拌和机出现故障，造成灌桩砼供应中断或间隔时间过长，中断时间超过混凝土初凝时间，致使导管无法提起等，从而造成断桩。其他原因，如灌桩时突然遇到大雨，施工场地受到破坏，无法继续砼灌注或者灌桩时突然遭到地方人为阻工施工停止或中断时间过长等原因造成断桩。
二、断桩的处理方法
可采用旋喷帷幕法先进行隔砂止水施工，再进行断桩处理（如图1所示）。
图1 旋喷帷幕法处理断桩示意图
具体施工步骤如下：
2.1旋喷桩的布置形式、桩径及桩长的确定
旋喷桩布置于断桩的外侧，为了达到防渗堵水要求，应根据防渗要求进行设计计算，一般采用双排式或三排式布孔，有时视地质情况也可布单排桩。一般注浆扩散半径R可按式（1）计算[1]：
（1）
式中：R——浆液影响半径（R=D/2）;
K——注浆前土质渗透系数;
t——注浆连续时间;
P——注浆压力;
L1——水的粘滞系数;
L2——浆液的粘滞系数;
n——地层的有效孔空率;
r——钻孔半径。
钻孔间距L=0.866D，排距S=0.75D，D为浆液影响直径。旋喷桩的交圈厚度e=D2-L2。如图
2所示。
图2 双排旋喷桩平面布置示意图
旋喷桩桩径主要取决于土质、地质结构及施工方法，一般可采用单管注浆，常用的孔径为70mm—110mm。桩长视断桩位置及地下水位而定，若不透水层较浅时，可将旋喷桩垂直钻入不透水层中（如图1中a图所示）。若不透水层较深时，旋喷桩也可采用斜钻方式，形成一喇叭型的旋喷桩止水帷幕（如图1中b图所示）。
2.2确定旋喷浆液的配比
旋喷浆液以水泥为主，同时为了缩短凝固时间及提高灌浆速度可掺入水玻璃和减水剂。水泥采用425号或525号普通硅酸盐水泥，水灰比一般为1∶1—1.5∶1。浆液掺量根据注浆效果而变化，根据成孔的地质情况，了解渗透系数大小，确定各孔段浆液配比及灌注速度。
2.3钻孔及旋喷浆液
利用带有喷嘴的注浆钻钻进土层或岩层的预定位置后，慢速从钻孔底部开始旋喷，喷射压力为4MPa—20MPa，高压水泥浆液从注浆管底部侧面的喷嘴喷射而出，钻杆以一定的速度提升，在喷射力作用下剥落下来的颗粒与浆液充分搅拌混合，并有规律地重新排列，浆液经一定时间凝固后即在土层或砂砾中形成一个固结体，或者堵塞岩层裂隙通道，这样便在断桩周圍形成一圈相互搭接的封闭隔砂止水帷幕。
三、桩身混凝土已全部浇筑完成后断桩的处理方法
3.1加大桩径缩短桩长法
该方法适用于断桩位置较深且无法采用接桩法处理时采用。由于未改变地面上原设计中墩台及上部结构形式及尺寸，所以可保持原设计的风格和美感（如图3所示）。
图3 加大桩径、缩短桩长处理断桩示意图
由于机械设备原因或其他原因无法完成断桩接桩时，可改变原有设计方案，考虑采用缩短桩长并加大桩径的方法，此法可增加桩底单桩承载力及桩身的摩擦力，来满足原有桩基承载力的要求。可按式（2）控制桩基的承载力，以确定合适的加粗段长度和桩径。钻孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力计算公式：
（2）
式中：U——桩周长，按成孔直径计算;
Si——第i层土对桩壁的极限摩阻力;
li——桩在承台底面或冲刷线以下的第i层土层中的长度;
K——考虑桩入土深度影响的修正系数;
m0——考虑孔底沉淀层厚度影响的清底系数;
A——桩底截面积;
[R0]——桩底处土的容许承载力;
K2——地基土容许承载力随深度的修正系数;
C2——桩底以上的换算容重;
h——桩底的埋置深度。
对有冲刷的基桩，由一般冲刷线起算;对无冲刷的基桩，由天然地面（或实际开挖后地面）起算。公式右边第一项为桩侧摩阻力，第二部分为桩底承载力。
在计算加大桩桩底承载力时，从设计安全角度出发，不再考虑加大桩下部桩侧摩阻力的作用，仅考虑其桩底阻力的作用。加大桩桩底承载面积由断桩桩底面积及加大桩桩底扩大截面面积两部分组成。第一部分加大桩桩底承载力由断桩桩底面积与原桩底所处土层的容许承载力来计算。第二部分加大桩桩底承载力按加大桩扩大截面面积与加大桩桩底所处土层的容许承载力来计算。两部分之和即为加大桩桩底的承载力。
施工时利用卷扬机，依靠冲锥下落的冲击力冲碎加大桩计算长度内断桩的混凝土及钢筋，然后放入新的加大桩钢筋笼，重新灌注混凝土。此种断桩处理方法要增加桩基混凝土及钢筋的用量，且要重新计算，因此，从经济角度来说要比前几种处理方法费用高些。
3.2加桩的方式
当采用加大桩径的方法仍难以满足承载力要求时，且缺陷较严重，在原来桩基的位置上难以进行断桩的补强时，可以考虑在原缺陷桩两侧各增加一根桩基，并增加一个承台将3根桩连接起来，共同承担上部荷载，通过结构的计算分析，确定增加桩基的长度、桩径及承台的结构形式。如图4所示。
图4 加桩法处理断桩示意图
从设计安全角度出发，不再考虑断桩下部桩侧摩阻力的作用，仅考虑其桩底阻力的作用，即断桩上部的轴向受压承载力由断桩上部产生的桩侧摩阻力与原断桩桩底阻力两部分组成。该方法也未改变地面上原设计中墩台及上部结构形式及尺寸。此种断桩处理方法相对前4种来说技术上最为复杂，且所耗费用及工期也最多。
四、结束语
以上几种断桩处理方法简单实用，施工周期短且无需过多的施工设备，可为施工单位节省大量的资金并减少了工期上的损失。实践表明，混凝土钻孔灌注桩基础施工，由于在水下灌注混凝土作业，施工隐蔽等特点，施工存在一定的技术难度。因此，施工中的每一个环节都应该得到严格控制。
参考文献：
[1]张宏.灌注桩的检测与处理[M].北京：人民交通出版社，2001：1-13.
[2]李成琳，陈青.和平二号桥桩基断桩处理法[J].湖南交通科技，2000（3）：49-50.
[3]张伟中，阎富伟，李宏瑾.商开高速公路缺陷钻孔桩的几种处理方案[J].河南交通科技，2000（10）：7-8.
[4]黄勇，徐谦.高压旋喷桩隔沙止水帷幕处理缺陷桩的实践[J].中南公路工程，2001（2）：35-37.
[5] JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2000：37-48.
[6] JTJ024-85，公路桥涵地基与基础设计规范[S].北京：人民交通出版社，2000：28-30.