浅谈钻孔灌注桩施工技术及质量控制.doc

浅谈钻孔灌注桩施工技术及质量控制钻孔灌注桩以其承载力大、造价低、合用于各种土质、能制成较大直径和各种长度桩的特点，越来越广泛地运用于桥梁和高层建筑的基础。但钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观测，成桩后也不能进行开挖验收。此外还由于其施工技术复杂、工艺流程互相衔接紧密，影响施工因素较多，钻孔灌注桩很容易出现各种质量缺陷，如蜂窝、空洞、夹泥断桩和缩径等，影响桩身的完整性和单桩的承载能力。因此，在施工中任何一个环节出现问题，都将直接影响到整个工程的质量和进度，甚至给投资者导致巨大的经济损失和不良的社会影响。为保证钻孔灌注桩的施工质量，在施工中，规定在施工技术措施上要贯彻、并加强施工质量管理，密切注意抓好施工过程中每一个环节的质量，力争将隐患消除在成桩之前。因此在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工、验收规范，核查地质和有关灌注桩方面的资料，对灌注桩在施工过程中也许会发生的一些问题进行分析后制订出施工质量标准、验收实行方案和每根桩的施工记录，以便有效地对桩基施工质量加以控制并保证施工进度。1钻孔灌注桩施工工艺 11钻孔前的准备工作 钻孔前的准备工作重要涉及桩位放样，整理平整场地，布设施工便道，设立供电及供水系统，制作和埋设护筒，制作钻孔架，泥浆的制备和准备钻孔机具等。111 场地整理施工前，施工场地按不同情况进行解决。对于处在水中的钻孔桩基础都必须搭设施工平台，桩基处在旱地时，清除杂物后夯压密实即可。112钻孔桩的钢护筒采用3mm-5mm钢板制作。为保证其刚度，防止变形，在护筒上、下端和中部外侧各焊一道加劲肋。根据钻孔桩直径来设计钢护筒的直径。护筒埋设时，其轴线对准测量所标出的桩位中心，护筒周边和护筒底接触紧密，保证其位置偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。113 泥浆的制作制浆前，先把粘土尽量打坏，使其在搅拌中容易成浆，缩短成浆时间，提高泥浆质量。制浆时，可将打坏的粘土直接投入护筒内，使用冲击锥冲击制浆，待粘土已冲搅成泥浆时，即可进行钻孔。多余的泥浆用管子导入钻孔外泥浆池贮存，以便随时补充孔内泥浆。114钻机就位埋设好护筒后，即可进行钻机就位，钻机一般为为卷扬机牵引式冲击钻和冲抓钻。就位时，只要使钻锥中心对准测量放样时所测设的桩位即可，其对中误差不得大于5cm。 12钻孔工艺121冲击钻钻孔工艺A. 开钻前应注意的事项开钻前，在护筒内多加一些粘土。地表土层松疏时，还要混和加入一定数量的小片石，然后注入泥浆和清水，借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁，以加固护筒角。为防止冲击振动使邻孔坍塌或影响邻孔已灌注砼的凝固，必须等邻孔砼灌注完毕并达成一定的强度后方可开始钻孔。冲击钻孔时宜用小冲程，当孔底在护筒脚下3-4m后，可根据实际情况适当加大冲程。在钻孔桩上部淤泥段，考虑采用冲抓钻：一方面可防止坍孔，另一方面可以适当加快施工进度。B. 钻机安装处事先整平夯实，以免在钻孔过程中钻机发生倾斜和下陷而影响成孔的质量。钻机必须固定牢固，严禁在钻孔过程中钻机移位。钻孔时，随时察看钢丝绳的回弹情况，耳听钻锥的冲击声，以判别孔底情况，掌握勤松动，少量松绳的原则；孔内水泥浆水平面须高出护筒脚至少0.5m以上，以免泥浆面荡漾损坏护筒脚孔壁，但比护筒顶面低0.3m，防止泥浆溢出；冲击过程中勤抽碴，勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况，防止安全质量事故的发生。C. 抽碴时应注意的几个问题 (1）及时向孔内补浆或补水，如向孔内投放粘土自行造浆，在抽碴后随着冲击投放粘土，不宜一次倒进很多，防止粘结。 (2）抽碴筒放到孔底后，要在孔底上、下提放几次，使用权其多进些钻碴，然后提出。 (3)钻头刃口在钻井中不断磨损，直径磨耗不得超过1.5cm，每班开钻前检查钻头直径、及时补焊，不宜半途修补，以免卡钻。准备备用钻头，轮换使用和修补。122 回转钻钻孔工艺A. 初钻先启动泥浆泵和转盘，使之空转一段时间，待泥浆输进一定数量后，方可开始钻进。接、卸钻杆的动作要迅速、安全，争取在尽快时间内完毕，以免停钻时间过长，增长孔底沉淀。B. 钻进时操作要点a. 开始钻进时，进尺应适当控制，在护筒刃脚处，应低档慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥皮护壁。钻至刃脚下1m后，可按土质以正常速度钻进。如护筒土质松软发现漏浆时，可提起钻锥，向孔中倒入粘土，再放下钻锥倒转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆孔隙，稳住泥浆继续钻进。b. 在粘土中钻进，由于泥浆粘性大，钻锥所受阻力也大，易糊钻。易选用尖底钻锥、中档转速、大泵量、稀泥浆钻进。c. 在砂土或软土层钻进时，易坍空孔。易选用平底钻锥，控制进尺，轻压，低档慢速，大泵量，稠泥浆钻进。 d. 在轻亚粘土或亚粘土夹卵、砾石层中钻进时，因土层太硬，会引起钻锥跳动和钻杆摆动加大及钻锥偏斜等现象，易使钻机超负荷损坏。宜采用低档慢速，优质泥浆，大泵量，两级钻进的方法钻进。e. 钻进过程中，每进尺23m，应检查钻孔直径和竖直度，检查工具可用圆钢筋笼（外径D等于设计桩径，高度35m）吊入孔内，使钢筋笼中心与钻孔中心重合，如上下各处均无挂阻，则说明钻孔直径和竖直度符合规定。123检测孔深、倾斜度、直径和清孔钻孔完毕后，必须检测孔深、直径和倾斜度，其中孔径和孔深须达成设计规定，倾斜度不得大于1%。清孔就是在吊放钢筋笼之前，对孔内的石碴、泥浆进行必要的清理，做到孔内含泥量、含碴量和孔底沉渣符合设计及图纸规定。124 泥浆排放对钻孔、清孔、灌注砼过程中排出的泥浆，根据现场情况引入到适本地点进行解决，以防止对河流及周边环境的污染。13钢筋笼的制作和吊装就位131 材料：制作钢筋笼所使用钢筋的种类、型号和直径符合设计图纸的规定。其级钢筋的力学性能符合钢筋砼用热轧带肋钢筋（GB1499-91）之规定；级钢筋的力学性能符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB13013-91）之规定。132钢筋笼的制作钢筋笼宜进行整体安装，长度较长时也可分段吊装组合。制作钢筋笼时，对钢筋的调直、除锈、截断、弯折与焊接均按设计图纸和技术规范规定进行。钢筋笼的主筋尽量为整根，需要对接时，宜采用搭接焊接头，搭接的长度不小于5d，末端不设弯钩。成品钢筋笼保证其顺直、尺寸准确，其直径、主筋间距、箍筋间距及加强箍筋间距施工误差，均不大于20mm。133 钢筋笼的安装 （1）为保证钢筋笼外砼保护层的厚度符合设计规定，在其上下端及中间每隔2m在一横截面上设立四个钢筋“耳环”。（2）钢筋笼吊装之前，先对钻孔进行检测。检测使用的探孔器直径和钻孔直径相符，重要检测钻孔内有无坍塌和孔壁有无影响钢筋安装的障碍物，如突出尖石、树根等，以保证钢筋笼的安装。（3）钢筋笼吊装时对准孔位，尽量竖直轻放、慢放，遇障碍物可慢起慢落和正反旋转使之下落，无效时，立即停止下落，查明因素后再安装。不允许高起猛落，强行下放，防止碰撞孔壁而引起坍塌。（4）入孔后牢固定位，允许偏差不大于5cm，并使钢筋笼处在悬吊状态。14砼的灌注141 砼材料规定和导管、漏斗、储料斗的制备 (1)组成砼的碎石、砂的级配良好，最大颗粒尺寸的选择以适合结构物尺寸，钢筋间距及砼拌和、装卸、浇注及操作为准。集料中的杂物含量，符合规范规定，必要时清洗和过筛，以除去有害杂质。(2)拌制砼用水在使用前做水质化学分析，实验按JTJ056-84规定进行。(3)砼所用水泥符合GB175-85的规定，所有水泥都必须经合格分供方评估后，从批准的厂家进货；水泥进场时，必须附有水泥出厂合格证，并且经本单位中心实验室（国家认可的）检查合格。(4)导管、漏斗和储料斗的制备导管是灌注砼的重要工具，用3mm厚钢板卷制焊成，其直径按桩长、桩径和每小时需要通过的砼数量决定，不得小于250mm，导管分节长度应便于拆装和搬运、并小于导管提高设备的提高高度，中间节一般长2m左右，下端节可加长至4-6m，漏斗下可配长约1m的上端节导管，以便调节漏斗的高度。中间节两端焊有法兰、以便用螺栓互相连接。法兰厚度10-12mm，法兰边沿比导管外壁大出40-50mm、直径12-16mm、螺栓孔6-8个。在一端法兰附近焊有小吊耳一对，备栓挂钢丝绳用，上下两节法兰间垫以4-5mm厚橡胶垫付圈，其宽度外侧齐法兰盘边沿，内侧稍窄于法兰内缘。漏斗用2-3mm厚的钢板制成圆锥形或棱锥形，在距漏斗上口的15cm处的外面两侧对称地焊吊环各一个，圆锥形漏斗上口直径取800mm，高为900mm；锥形漏斗结构尺寸为10001000800mm，插入导管的一般长度均设15cm。储料斗采用3mm厚钢板及加劲肋制做，底部做成斜坡，出口设闸门，活动溜槽设在储料斗出口下方，溜槽下接漏斗。所有钻孔桩使用的漏斗和储料斗的尺寸均根据计算拟定。142砼的拌合砼配合比设计时坍塌落度取18-22cm之间，骨料采用机制碎石，粒径0.5-3cm,最大不超过4cm,水灰比用0.5-0.6。每立方米砼水泥用量符合实验规定，实配标号比设计标号高10-15%。拌制砼前，先精确称量每盘砼所需的砂石材料，拌合用水以体积称量，袋装水泥按每袋50kg计算，散装水泥以料斗来配。搅拌时间从所有材料进鼓加水到排出，不小于22.5分钟，在下盘材料装入前，搅拌机内的拌合料所有倒完。假如搅拌机停用超过30min时，将搅拌机彻底清洗后才干拌合新砼，为保证灌注砼的连续性，在灌注钻孔桩时，备用一台应急搅拌机。143钻孔桩砼灌注砼灌注工作开始后，必须连续不断地进行并且每斗砼灌注间隔时间尽量缩短，拆除导管所耗时间严格控制，一般不超过15min，不能半途停工；在灌注砼过程中，随时探测砼高度，及时拆除或提高导管，注意保持适当的埋深，导管埋深一般保持在24m，最大埋深不大于6m。灌注砼应注意的几个问题：（1）导管下端距桩底控制为0.30.4m；在一切工作就绪，经量测孔底沉淀层超标时，采用射水（射风）管冲射3-5min。（2）导管埋入砼的深度在任何时候不小于1.0m。（3）水下灌注砼的实际桩顶标高应高出桩顶设计标高0.5m左右。（4）严禁导管漏水或导管底口进水（即封不住底）而导致断桩事故，保证施工质量。（5）当砼灌注完毕后，待桩上部砼开始初凝，解除对钢筋笼固定措施，保证钢筋笼随着砼的收缩而收缩，避免粘结力的损失。15清理桩头 桩头砼强度达成设计值的25%时，立即拆除护筒并凿除桩头多余砼。达成桩顶设计标高，凿除桩头砼采用人工手工凿除，不采用爆破或其它影响桩身质量的方法进行。泥浆护壁钻孔灌注桩施工顺序图a) 钻孔 b)下钢筋笼及导管 c)灌注混凝土 d) 成桩1-泥浆泵； 2-钻机； 3-护筒； 4-钻头； 5-钻杆； 6-泥浆； 7-沉淀泥浆； 8-导管； 9-钢筋笼； 10-隔水塞； 11-混凝土2成孔质量控制 成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，其质量如控制得不好，则也许会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层规定等，还将直接影响桩身质量和导致桩承载力下降。因此，在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作：21 采用隔孔施工程序。钻孔混凝土灌注桩和打入桩不同，打人桩是将周边土体挤开，桩身具有很高的强度，土体对桩产生被动土压力。钻孔混凝土灌注桩则是先成孔，然后在孔内成桩，周边土移向桩身土体对桩产生动压力。特别是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采用较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。22 保证桩身成孔垂直精度 这是灌注桩顺利施工的一个重要条件，否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计规定，应采用扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施，并于成孔后下放钢筋前作井径、井斜超声波测试。23 保证桩位、桩顶标高和成孔深度。在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达成深度。虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度，但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不妥，或在提钻具时碰撞了孔壁，就也许会发生坍孔、沉渣过厚等现象，这将给第二次清孔带来很大的困难，有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此，在提出钻具后用测绳复核成孔深度，如测绳的测深比钻杆的钻探小，就要重新下钻杆复钻并清孔。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题，因其最大收缩率达12，为提高测绳的测量精度，在使用前要预湿后重新标定，并在使用中经常复核。为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象，除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外，还根据不同土层情况对比地质资料，随时调整钻进速度，并描绘出钻进成孔时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降，在软粘土钻进最快02mmin左右，在细粉砂层钻进都是O015mmin左右，两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小，在施工过程中要经常复核钻头直径，如发现其磨损超过10mm就要及时调换钻头。24 钢筋笼制作质量和吊放钢筋笼制作前一方面要检查钢材的质保资料，检查合格后再按设计和施工规范规定验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，这是由于钢筋吊笼放后是暂时固定在钻架底梁上的，因此，吊环长度是根据底梁标高的变化而改变，所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度，以保证钢筋的埋入标高满足设计规定。在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，对质量不符合规范规定的焊缝、焊口则要进行补焊。为保证钢筋笼主筋保护层厚度可在主筋上每隔2m左右对称设立4个钢筋牛耳。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，由于这将会导致坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找因素，如因钢筋笼没有垂直吊放而导致的，应提出后重新垂直吊放；假如是成孔偏斜而导致的，则规定进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽也许缩短沉放时间。25 灌注水下混凝土前泥浆的制备和第二次清孔泥浆在成孔过程中重要是维护孔壁的稳定，维持钻孔地层间力的平衡，携带和悬浮钻渣以及润滑和冷却钻头。泥浆的最大特点是循环过程中在压差作用下能在孔壁上形成泥皮而加固孔壁，循环停止时泥浆不久又转为溶胶状而悬浮岩屑，防止岩屑过多沉淀而引起孔内事故。但若片面地追求用泥浆保护孔壁、加大泥浆比重，不仅会使孔壁上的泥皮变厚，并且会给清孔和灌注砼导致困难；同时泥浆比重的加大意味着泥浆中固体颗粒含量加大，势必加大管材、钻头、水泵缸套和叶轮等的磨损，减少其使用寿命，并且拖曳了钻头的进尺，使得粘土、岩屑颗粒反复破碎，导致机械钻速的下降。施工中要严格控制泥浆各项性能指标，在松散易坍塌地层(砂性土、砂卵石层等)钻进时泥浆比重为1.21.6较适合，在一般地层钻进时应控制在1.01.25；粘度测定1720min；胶体率不小于90；泥浆的含砂率不大于6%，越小越好，含砂率大时会减少粘度、增长沉淀、磨损钻具，停钻时易导致埋钻、卡钻事故。泥浆的制备不能就地取材，而要专门采用泥浆制备，选用高塑性粘土或膨润土，拌制泥浆必须根据施工机械、工艺及穿越土层进行配合比设计。清孔的重要目的是清除孔底沉渣，而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的重要因素之一。清孔则是运用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，使沉渣中的岩粒、砂粒等处在悬浮状态，再运用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔，最终将桩孔内的沉渣清干净。灌注桩成孔至设计标高，应充足运用钻杆在原位进行第一次清孔，直到孔口返浆比重连续小于1。10120，测得孔底沉渣厚度小于50mm，即抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管。沉放导管时检查导管的连接是否牢固和密实，以防止漏气漏浆而影响灌注。由于孔内原土泥浆在吊放钢筋笼和沉放导管这段时间内使处在悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔底部，最终不能被混凝土冲击反起而成为永久性沉渣，从而影响桩基工程的质量。因此，必须在混凝土灌注前运用导管进行第二次清孔。当孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范规定后，应立即进行水下混凝土的灌注工作。26成孔质量事故解决钻孔应一次成孔，不得半途停顿，在钻进过程中一旦出现事故应立即采用相应措施进行解决。1)在透水性强或有地下水流动的地层中会出现钻孔漏浆，为防止漏浆可加稠泥浆，或倒入粘土慢速转动，或回填土掺片、卵石，反复冲击增强护壁。2)钻进中碰到较大孤石、探头石、倾斜岩层和粒径悬殊的砂卵石层时，钻头所受阻力不均会出现弯孔，影响钢筋笼的吊装和桩的质量，此时应回填粘土、砂卵石至弯孔以上1.0m，在弯孔以上1.01.5m内回填片石，待沉积后用低冲程纠偏，不宜用冲击钻头直接修孔，以免卡钻、坍孔。图1检孔器检测倾斜度3)成孔时孔位中心偏差不得大于10cm，倾斜度不得大于1%孔深，可采用如图1所示的检孔器进行检测。钻孔完毕后在H/2、3H/4、H等处进行检测.3成桩质量的控制 31切实保证砼的质量 1)钻孔灌注桩规定砼有良好的和易性，以便在水中自行摊展。砼水灰比在0.450.55内为宜，坍落度宜在1822cm内，必要时可加入减水剂，以提高拌合物的流动性。如YB-型减水剂，其掺量为水泥用量的0.4%，减水率一般大于12%，能使砼的坍落度从68cm增长到1820cm，其效果十分明显。2)严格控制搅拌时间，每盘自装料到出料搅拌时间不应少于60s，一般来说以90s120s为宜，以保证搅拌均匀。3)优先选用普通硅酸盐水泥，不宜选用矿渣水泥，砼的水泥用量不得少于300kg/m+3,初凝时间不少于2h。细骨料(多为天然砂)一般选择细度模数为2.43.0的中、粗砂，粗骨料宜选择540cm连续级配的碎石。首批灌注砼的石子用量可按配合比减半，这样可使孔底沉渣及附近土体与砼固结，提高桩端阻力，同时保证砼顶层流动性。为保证成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告)，如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料(如水泥、砂、石、水质)，严禁用于混凝土灌注桩。32合理控制导管埋深灌注水下砼前应认真测量孔深和导管长度，准确计算料斗、导管容量以及首批砼量，同时要严格控制导管悬空。首批砼的计算方法可参阅有关施工手册，但是不能忽略导管存料。导管悬空一般控制在2040cm内，并根据孔径大小、孔深、导管粗细、料斗大小、沉淀多少和孔底而采用相应值。首批砼量应埋住导管不小于1.0m，在灌注砼过程中，导管埋入砼的深度一般宜控制在24m较好。在任何情况下均不得少于1m或大于6m，若少于1m则拔管时易发生拔漏事故，大于6m时则埋管会拔不出来。灌注过程中应准的确测砼面的上升高度，随时与实灌砼量的理论上升高度验证，计算时应结合地质资料考虑必要的充盈量及扩孔、缩径等因素。为防止钢筋笼被砼顶托上升，当砼面接近和初进入钢筋笼时应保持较深埋管并渐渐灌入砼，以减小砼从导管底口出来后向上的冲击力。砼灌注高度应高出桩顶设计标高0.51.0m，以便清除浮浆、保证桩顶质量。在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易导致混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象特别在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中必须每灌注2m3左右测一次混凝土面上升的高度，拟定每段桩体的充盈系数，建筑施工操作规程规定桩身混凝土的充盈系数必须大于l。同时要认真进行记录，这对日后发现有问题的桩或评价桩的质量有很大作用。33掌握砼初凝时间与灌注时间水下砼灌注应一气呵成，不得半途停歇，尽量缩短灌注时间BF。公路桥涵施工技术规范第5.2.69条规定：首批灌注的砼初凝时间不得早于灌注桩所有砼灌注完毕的时间；尽量在8h内灌注完毕，以防顶层砼失去流动性，提高导管困难，增长事故的也许性，规定灌注高度不小于10m/h，一经开灌，半途中断灌注皆不得超过30min。钻孔灌注桩的整个施工过程属隐蔽工程项目，质量检查比较困难，如桩的各种动测方法基本上都是在一定的假设计算模型的基础上进行参数测定和检查，并要依靠专业人员的经验来分析和判读实测结果，同一个桩基工程，各检测单位用同一种方法进行检测，由于技术人员的实践经验的差异，其结论偏差很大的情况也时有发生。本人通过十几年来几十个钻孔灌注桩工程的施工实践，得出这样一个结论，即加强桩基工程检测是一个手段，要保证钻孔灌注桩的施工质量，其关键还在于人。强调现场管理人员要有高度责任心，以防为主，对桩基各个施工环节要充足重视并精心施工，只有这样桩基的质量控制才干得到保证。