东部沿海地区高层建筑钻孔灌注桩施工质量控制技术文档.doc

东部沿海地区高层建筑钻孔灌注桩施工质量控制技术文档

东部沿海地区高层建筑钻孔灌注桩施工质量控制技术

　　: with the continuous development of national construction, accelerating the pace of construction, especially in coastal cities more and more tall and super-tall, corresponding to the bearing capacity of foundation soil requirements also more and more high, the design length of bored piles is getting longer and longer. Eastern coastal areas of geology mostly tidal flats impact layer, so the quality of the bored piles is more difficult to control. In this paper, based on an engineering example, in the eastern coastal areas under special geological conditions, how to grasp the quality of the bored piles are studied and exploration, drilling filling pile construction quality control technology is put forward some opinions.
　　1 工程概况
　　东部沿海地区某市新时代广场工程，建设场地位于某市区中山东路旧城区改造B地块，是高层建筑群，主楼分为A、B两幢，其中A幢21～23层，B幢28层，最大柱荷载10000KN；裙房为4层，最大柱荷载3000KN；整个广场设有一层地下室，总建筑面积42350?。采用的钻孔灌注桩，桩长50～95m，桩径Φ800，Φ900二种，桩身采用C30混凝土。持力层为中风化凝灰岩，进入持力层深度为1m，共布桩255根。其地质层的划分与描述如下：
　　层：填土该层成分复杂，上部0.8m左右为混凝土地面、碎石和建筑垃圾、局部有原建筑物的基础和垫层分布，厚度较大；下部为深灰色可塑性粘土，夹有少量碎砖和瓦砾。该层全场分布，厚度0.70～2.10m。
　　层：粘土黄褐色，下部夹灰色，可塑，底部软塑，中等～高压缩性，含少许铁锰质结核。该层全场分布，厚度0.90～2.20m，层顶高程4.83～3.84m
　　-1层：淤泥质粘土灰色、青灰色，流塑，局部软塑，高压缩性，土质不均匀，夹有粘土团块，含少许粉土，偶夹腐植物和贝壳碎屑。该层全场分布，层厚2.90～4.00m，层顶高程3.18～2.49m；
　　-2层：淤泥灰色，流塑，高压缩性，土质均匀、细腻，偶夹有机质斑点和贝壳碎屑。该层全场分布，层厚19.50～20.40m，层顶高程-0.82～-0.27m；
　　-3层：淤泥质粘土灰色，流塑，高压缩性，鳞片状构造，含少许粘土，偶夹贝壳碎屑。该层全场分布，层厚5.50～7.20m，层顶高程-20.96～-20.32m；
　　-1层：粘土灰色，软塑，局部可塑，高压缩性，蜂窝状构造，偶夹浅黄色泥质结构和腐植物。该层全场分布，层厚14.00～24.20m，层顶高程-28.61～-25.82m。
　　-2层：粉质粘土灰色、褐灰色，软塑，局部可塑，中等～高压缩性，夹有腐植物团块，含有粉土、粉砂，含量从上往下增加，底部夹有厚约10～40mm的薄层状粉砂，偶夹圆砾。该层基岩埋藏较浅处缺失，层厚1.35～8.60m，层顶高程-50.02～-40.63m。
　　-1层：圆砾灰色、褐灰色、黄灰色，稍～中密，成分不均匀，其中圆砾含量20％～40％；卵石含量10％～35％，最大粒径约80mm；砂土20％～30％；余为粘性土。该层基岩埋藏较浅处缺失，层厚1.00～5.90m，层顶高程-5367～-49.23m。
　　-2层：粘土黄绿色青灰色，可塑，中等压缩性，土质不均匀，中部夹有灰色粘土。该层Z12处见到，层厚4.80m，层顶高程-54.51m。
　　-3层：粉质粘土灰色、褐灰色，可塑，中等压缩性，含较多粉土，夹有粘土薄层，偶夹碎石、朽木和腐植物。该层场地西侧缺失，层厚1.20～5.00m，层顶高程-51.93～-59.31m。
　　-1层：含砾石粘性土浅灰色、灰色，可塑，中等压缩性，砾石含量20％～30％，棱角状，直径一般小于30mm，局部夹有卵石，最大直径约70mm。该层场地西侧缺失，层厚0.90～4.50m，层顶高程-55.16～-61.77m。
　　-2层：粘土黄绿色、青灰色，可塑，局部硬塑，中等压缩性，含少量粉土，偶含角砾。该场地西部缺失，层厚1.80～3.70m，层顶高程-59.64～-62.67m。
　　层：含砾石粘性土该层为残破积层，灰白色、黄色、青灰色、砖红色，可塑，局部硬塑，砾石含量约20％～40％，砾土约20％。砾石以全部风化岩为主，易碎成砾砂和角砾，顶部局部有卵石分布，最大直径约80mm。土质不均匀，局部夹有层状可塑粘性土；中、下部局部夹有微风化岩块，Z11孔揭露其最大厚度约1.0m。该层Z5、Z9、Z10等勘探孔处缺失，层厚1.40～22.40m，自西向东变厚，层顶高程-54.42～-65.17m。
　　-1层：强风化凝灰岩岩性为玻屑熔结凝灰岩，绿灰色、浅黄色，含砾凝灰结构，块状构造，裂隙发育，裂隙呈黄色、灰黑色、灰绿色，岩芯以碎块状为主，碎块直径30～100mm。该层有四孔缺失，层厚1.00～3.70m，层顶高程-47.15～-85.46m。
　　-2层：中风化凝灰层岩性为玻屑熔结凝灰岩，绿灰色、暗肉红色、浅灰黄色，含砾凝灰结构，块状构造，裂隙较发育，裂隙面呈绿灰、灰黑色、黄色，岩芯大部60～500mm长的柱状，少量呈碎块状。岩石的力学性质较好，属硬质岩。
　　该场地的地下水类型主要为浅部粘性土中的空隙潜水和深部砂、砾（卵）石层中的承压水；浅部潜水含水层接受大气降水和地表水补给，地下水动态随季节变化，水位变幅小，介质渗透性差，水量贫乏；深部砂、砾（卵）石层富水性、透水性较好。该场地离入海口约500m。
　　2 钻孔灌注桩施工质量控制技术
　　2.1 进行试打桩，确定不同土层的施工技术参数。根据不同工程地层的土质的不同情况，分析找出成孔时易产生缩颈的淤泥层、易产生塌孔的圆砾层，有针对性的，试调工艺参数。因此，打试桩成孔时，通过不同的土层，进行试打桩，以此获得符合设计要求的转速、钻压、泥浆指标、充盈系数等施工技术参数，然后根据此参数进行过程控制，方能确保成桩质量。本例中通过对72#桩的工艺试桩开孔钻进试打确定：当进入强风化表面后须换用冲锤桩机进行岩层的成孔，经测量和取样测得孔深92.95m，91.69m为中风化岩面，冲锤继续施工至93.25m时，即可终孔。经勘察、监理、建设、施工四方共同确认，该试桩已符合设计的嵌岩要求，认定以下相关工艺参数：造孔的泥浆比重控制在1.25g/cm³，泥浆含砂率要小于3.8％，ph值为8，清孔后的泥浆比重为1.2g/cm³,桩的混凝土冲盈系数要大于1.1。同时分析认为，层、含砾石粘性土层，埋藏深，且层厚分布不均，层中分布有较多的粒径大的卵石，混凝土浇筑前必须采用泵吸反循环或气举循环方式进行二次清孔，因该地段地质层面容易发生塌孔，所以在该段清孔时的泥浆比重要重新进行修正，加大到1.25g/cm³，第二次清孔必须到位，以确保孔底沉渣厚度不大于5cm。
　　2.2 根据试打桩确定施工工艺流程，依次确定科学的计划工期，本工程采用10台GPS-15型钻机和2台冲锤桩机，当钻至强风化岩时，换用冲锤冲破岩层成孔，每天1.8根，预计工期150天。本工程均采用正循环钻进，泥浆护壁的施工方法。其工艺流程为：钻位放样→埋设护筒→钻机就位钻孔→检查孔深、孔径→下钢筋笼、导管→二次清孔、检查沉渣→灌注水下混凝土→养护→试桩→土方开挖→凿桩头→自检桩位→桩身质量检测→桩身质量合格判定，工艺流程图如下：
　　2.3 进行比较精确的施工测量，确保桩位的准确。使用DJ2经纬仪和NS3水准仪在施工现场内布设坐标控制点与高程控制点，并加以保护，以便随时进行复测。
　　2.4 桩位的放样，护筒的埋设。
　　2.4.1 放样：桩位采用经纬仪测定，并用十字线法确定护筒的埋设位置，护筒埋设位置应与桩位相吻合。
　　2.4.2 本工程护筒采用6mm厚钢板制成，直径为900mm、1000mm，上端设排浆口，护筒高度为3m。
　　2.4.3 护筒埋设要求：
　　用人工挖土深2.5～3m，将护筒放妥后压入土层中，并用十字线法复查其中心与桩位相吻合。用粘土对护筒四周进行分层回填夯实。埋设完毕的护筒中心与桩位偏差不得大于2cm。
　　2.5 泥浆
　　2.5.1 根据场地土质情况，基本可采取原土造浆当不足时掺加泥浆粉造浆。
　　2.5.2 循环使用的泥浆，采用4PN泥浆泵供浆，7KW泥浆泵排浆，沉淀在泥浆沉淀池中的泥浆定期进行清理，外运至弃浆地点。
　　2.5.3 钻孔泥浆比重控制1.1～1.3g/cm³。
　　2.6 钻孔
　　2.6.1 本工程采用10台GPS-15型磨盘钻成孔，同时配备足够数量的钻头。
　　2.6.2 钻机就位安装做到平整、稳固，天车、磨盘中心与设计桩位台中心成一线，偏差不大于2cm，同时在钻进过程中要经常检查主动钻杆的垂直度和机架的平稳。
　　2.6.3 在钻进过程中随时观察钻杆进尺，泥浆颜色和岩屑成分的变化，以便与时了解地质层的变化和孔内的异常情况，并做好记录。
　　2.7清孔
　　2.7.1 清孔的目的是为了清除悬浮在钻孔泥浆中的碎屑和孔底的淤积物，确保沉渣厚度能满足设计要求。
　　2.7.2 本工程采取的清孔方法是：一次清孔利用钻机循环换浆法，在钻孔结束后，继续用钻机一面对孔底进行冲洗，一面换出废浆。二次清孔用4PN泥浆泵循环清孔，对孔底进行清渣，继续置换出废浆。当二次清孔达不到沉渣厚度要求时利用孔口注入优质泥浆，用空压机进行气循环清孔，直至满足要求为止。
　　2.8 成孔：成孔是本工程施工过程中控制的关键工序，务须在组织结构、机具设备方面落实，按照施工组织设计策划精心组织施工，确保成孔质量。
　　2.8.1 孔深：从护筒顶面开始计算，以测绳量的数据为准（与钻杆长度进行校正）。
　　2.8.2 孔径：保证钻头的直径，钻进时对于易产生缩颈的地层段要进行反复扫孔，确保设计的孔径。
　　2.8.3 孔斜：在钻孔过程中，保证钻机安装牢固平稳，钻杆平直无弯曲，一般能保证孔身垂直度小于1％，必要时进行斜度的测试。
　　2.8.4 沉渣：本工程采用测锤测量沉渣淤积方法，钻孔深度与清孔后深度之差即为淤积层厚度。
　　2.9 钢筋笼制作与安装
　　2.9.1 钢筋笼采取分段制作，人工运输，机械卷扬机起吊，在孔口焊接分段沉放。
　　2.9.2 为缩短焊接时间，两段之间的搭接为焊接，搭接长度为≥10d。
　　2.9.3 为使钢筋笼不卡住导管接头，主钢筋接头的焊接应与沿环向筋并列，严禁沿径向并列。
　　2.9.4 钢筋制作允许偏差按下列值进行内控：主筋间距±10mm；箍筋间距±20mm；钢筋笼直径±20mm；钢筋笼长度±100mm；钢筋笼保护层±20mm。
　　2.9.5 钢筋笼在沉放前必须安装好混凝土保护块，设置为圆形，可转动式，下笼工程中既不刮擦泥浆护壁，又能满足钢筋保护层的厚度要求。同时实行自检和互检，并由监理人员对钢筋笼的尺寸、焊接点等严格检查，合格后方可吊运沉放，并认真做好记录。
　　2.10 水下混凝土的灌注
　　2.10.1 水下混凝土采用直升导管法灌注，导管内径为250mm，导管节数长度根据孔身和工艺要求配置。
　　2.10.2 导管使用前应进行水密、承压和接头抗拉等试验。
　　2.10.3 下放导管时，应先放至孔底，复测孔深，尔后再提管30～50cm待浇。
　　2.10.4 导管下放和拆卸按照实际情况填写导管下放拆卸记录。
　　2.10.5 使用商品混凝土，塌落度控制在18～22cm。
　　2.10.6 为了保证水下混凝土的质量应进行以下比较精确的计算：
　　贮斗内混凝土的初存量必须满足首次灌注时导管底端能埋入混凝土中0.8～1.2m的要求：
　　混凝土初灌量计算：
　　V0=π*d2*H+h+0.5t)/4+(π*d12/4)*[V泥*（L-H-h）/V砼]式中：
　　V0-----混凝土初灌量（m³）
　　d------桩孔直径(m)
　　d1-----导管内径（m)
　　L------钻孔深度（m）
　　h------导管埋入混凝土深度（m）
　　H------导管下端距灌注前测得的孔底高度（m）
　　t------灌注前孔底沉渣厚度（m）
　　(V泥V砼）------分别为泥浆和混凝土的容重（kg/m³）
　　2.10.7 随着孔内混凝土的上升，要适当提升和拆卸导管，导管埋入混凝土内要始终保持不少于2m且不大于6m的长度，严禁把导管底端提出混凝土面，以保证桩身混凝土的连续性，防止人为造成断桩。
　　2.10.8 根据混凝土灌注的方量，估计混凝土面将达到钢筋笼底部时，用测绳在导管外面测量混凝土面，从钢筋笼底部以下500mm开始减缓浇注速度（这时严禁拔动导管），待钢筋笼埋入混凝土内2～3m时，再按正常速度灌注。采取以上措施可防止钢筋笼上浮。
　　3 施工中容易出现的质量问题与处理方法
　　3.1桩孔偏斜
　　3.1.1产生的原因:
　　钻孔时遇到较大的孤石、探头石等底下障碍物使钻杆偏位；
　　（2）钻孔时遇到有斜度的软硬土层的交界处，钻头所受阻力不匀而偏位；
　　（3）地面不平或不均匀沉降使钻机底座倾斜导致钻杆偏斜；
　　（4）主杆、钻杆弯曲或连接不当，使钻头、钻杆中心线不同轴。
　　 3.1.2处理方法:
　　（1）探明地下障碍物情况，并预先清净，主要是上部杂填土当中的夹杂物；
　　（2）在有倾斜状的软土层处钻进时，应吊住钻杆，控制进尺速度，以低速钻进，当钻头全部进入硬土层时再按正常速度进尺；
　　（3）场地整平，钻架就位后要调整，使钻盘与底座水平，钻架顶端的起重滑轮边缘同固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在同一轴线上，并应经常检查校正；
　　（4）钻杆接头逐个检查，与时调整，弯曲的钻杆要与时调直和更换；
　　（5）对局部偏斜的孔，将钻杆吊住，对偏斜处上下反复扫孔，使孔得到校直；
　　（6）对已偏斜反复扫孔也无法校直的孔，应拔出钻杆，回填黏土，待沉积密实后再重新钻孔。
　　3.2缩孔
　　3.2.1产生的原因:
　　本工程-1层为淤泥质粘土，灰色、青灰色，流塑，局部软塑，高压缩性，土质不均匀，夹有粘土团块，含少许粉土，偶夹腐植物和贝壳碎屑。该层全场分布，层厚0.90～2.20m,层顶高程4.83～3.84m。凡是这样的地质构造层就容易产生膨胀缩孔，必须引起重视避免产生缩孔。
　　3.2.2处理方法:
　　（1）钻至易缩孔地层时，应控制进尺的速度，低速钻进，以增强泥浆对孔壁的护壁作用；
　　（2控制泥浆比重和黏度，加大泥浆的比重，最大量控制在1.3g/cm3；
　　（3）保持孔内的水头压力；
　　（4）采用上下反复扫孔的办法来扩大孔径。
　　3.3钢筋笼放置与设计要求不符
　　3.3.1产生的原因:
　　（1）在堆放、起吊运输时没有严格按照要求操作造成钢筋笼变形；
　　（2）吊放入孔时，不是垂直缓缓放入，而是倾斜状插入；
　　（3）混凝土保护层垫块未按要求设置。
　　 3.3.2处理方法:
　　（1）根据钢筋笼的长度和桩架卷扬机的起重能力将其分段制作，确保吊放入孔时垂直放入，吊放入孔上下同轴时，进行分段焊接；
　　（2）吊放入孔前，先检查钢筋笼是否变形，如有变形应修理后再投入使用；
　　（3）在钢筋笼周围均匀分布焊接滚动式混凝土保护层垫块；
　　（4）吊置钢筋笼入孔时，应保持垂直并缓慢放入，防止碰撞孔壁，并在放入后采取临时措施固定其位置。
　　 3.4桩身夹泥或断桩
　　 3.4.1产生的原因:
　　（1）混凝土塌落度太大，黄砂料径偏细，未与时提升导管与导管位置倾斜等原因，使导管堵塞，造成桩身混凝土中断；
　　（2）混凝土运输车故障，使混凝土中断灌注时间过长；
　　（3）提升导管时碰撞钢筋笼，使孔壁土体混入混凝土中；
　　（4）导管未扶正，导管接头挂住钢筋笼。
　　 3.4.2处理方法:
　　（1）灌注混凝土之前首先检查商品混凝土运输车辆能否满足浇灌强度的要求，保证混凝土浇灌过程中不被中断；
　　（2）边灌混凝土边适量提升导管，灌注时勤测混凝土顶面的上升高度，随时掌握导管的埋入深度，避免导管埋入过深或导管提升过快而脱离混凝土面；
　　（3）钢筋笼主筋的接头要求焊平，避免提导管时导管接头挂住钢筋笼的焊接接头；
　　（4）当导管堵塞时，乘混凝土尚未初凝，可吊起一节钢轨或其他重物在导管内冲击，把堵塞的混凝土冲开，保证混凝土的继续浇灌；
　　（5）当发觉导管刚堵塞，混凝土又未初凝，可迅速提出导管，以高压水冲通或其他方法尽快弄通后，重新设隔水球冲出导管后，再将导管继续下降，直到导管再插入后再少许提升导管，继续灌注混凝土，这样新灌注的混凝土与原灌注的混凝土会结合良好；
　　（6）当导管接头挂住钢筋笼时，如果发现钢筋笼埋入混凝土中不深，则可提起钢筋笼，转动导管，使导管与钢筋笼脱离。
　　3.5钻头、钻杆的脱落
　　3.5.1产生的原因:
　　（1）钻杆陈旧、机械强度降低、钻杆损伤；
　　（2）钻杆接头丝扣磨损，连接不牢而脱落；
　　（3）钻头遇故障、钻杆扭矩过大断裂。
　　3.5.2处理方法:
　　（1）钻杆接头丝扣逐个检查，发现损伤，陈旧丝扣磨损严重的要与时予以更换；
　　（2）钻进时，注意观察钻杆阻力情况，发现阻力增加，与时停钻后再慢速钻进，以防钻杆扭断；
　　（3）如发现钻杆断裂脱落孔内，与时采用专用钻杆打捞钩打捞；
　　（4）如钻头脱落孔内，可采用爪钩等工具打捞。
　　3.6孔壁的坍塌
　　3.6.1产生的原因:
　　（1）下放钢筋笼时碰撞扰动孔壁；
　　（2）护筒太短，周围未用黏土塞紧；
　　（3）孔内浆位低于土面或孔内水位低于地下水位；
　　（4）泥浆质量差，易沉淀，比重过小；
　　（5）地层条件差，流沙、淤泥层厚；
　　（6）钻进过快；
　　（7）扰动孔壁。
　　3.6.2处理方法:
　　（1）小心轻放钢筋笼，保护孔壁，不致使孔壁受损；
　　（2）加强护筒的固定措施；
　　（3）提高孔内浆位高程或水位高程；
　　（4）选择优质膨润土浆泥，重复使用；
　　（5）改变浆液比重；
　　（6）控制钻进速度。
　　3.7混凝土导管漏水、混凝土严重离析
　　3.7.1产生的原因:
　　（1）混凝土导管接头止水不严密；
　　（2）混凝土初灌量过小，导管埋入深度过浅，冲洗液从管口侵入管内；
　　（3）导管的上提速度过快，冲洗液随混凝土面的浮浆涌入管内。
　　3.7.2处理方法:
　　（1）与时更换导管管段连接处的止水接头和密封垫圈；
　　（2）清除管内残存混凝土，将管内壁洗净；
　　（3）冲洗已浇混凝土面，吸出沉渣，重新浇筑新混凝土。
　　3.8混凝土导管堵塞
　　3.8.1产生的原因:
　　（1）隔水塞制作粗糙，与管壁接合不严密；
　　（2）导管内壁不平直，变形过大使隔水塞被卡住；
　　（3）混凝土离析，粗骨料冲积后卡住管壁；
　　（4）导管底部进入泥巴；
　　（5）泥浆比重过大；
　　（6）混凝土灌注时间过长，超过初凝时间；
　　（7）操作不当，如倾倒混凝土过程中，在导管内形成“气栓”。
　　3.8.2处理方法:
　　（1）改进隔水阀制作工艺，修正导管内壁平直度和外形；
　　（2）保证混凝土配合比与搅拌时间，减少混凝土运输时间，延长混凝土的初凝时间，增大混凝土的和易性；
　　（3）在下放导管时将导管扶正对中，若发现有混凝土进入导管时，应与时进行清除；
　　（4）灌注混凝土前，泥浆比重应进行测量达到设计要求后，方可浇注混凝土；

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