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综述如何控制钻孔桩施工及质量

作者: 来源: 日期:2014-09-25 22:10人气:

  摘要:钻孔灌注桩在公路施工中的工艺环节较多,不可预见因素也随之增多,质量事故较多出现,由此施工人员须认真的学习与掌握施工工艺,加强对钻孔灌注桩水下砼灌注中的砼的性能指标、泥浆性能指标、导管及隔水塞等问题的质量控制。本文就桓永高速公路路基第六合同段钻孔灌注桩的施工工艺、施工准备、砼灌注过程的质量控制及常见的故障处理进行了简单讨论和分析,并提出了一些相应的措施,总结了对灌注前的准备、初期灌注、中期灌注、后期灌注的合理有效的控制措施,以确保水下砼灌注的质量。

  关键词:钻孔灌注桩  施工 工艺  质量控制

  近年来我国的高速公路建设迅猛发展,对桥梁地基承载力的要求也越来越高,基础形式一般采取灌注桩基础, 其具有施工简单、易操作、速度快、承载力大等优点。但在施工过程中工艺环节较多,有测量、机械操作、钢筋加工、砼拌制和灌注等多种工作,其中水下砼灌注是钻孔灌注桩成桩质量控制中的关键工序,若施工措施不当就会造成桩缺陷,甚至产生报废桩,从而给施工单位造成重大损失,因此,在水下砼灌注中运用合理的施工控制措施以确保工程质量显得十分重要。桓永高速公路路基第六合同段共计钻孔灌注桩410根,孔径1.2至2.0米,孔深18米至34米。现以此为例,对施工工艺及质量控制进行分析。

  一、施工工艺

  施工前必须全面撑握钻孔灌注桩的施工工艺,其主要施工工艺流程为:施工准备→场地平整→孔位测定→护筒埋设→钻机就位→开钻成孔→提钻→第一次清孔→检孔→钢筋笼吊放→下导管→第二次清孔→水下混凝土灌注→拔导管→成桩

  1、钻孔准备

  ①工程开工前,施工单位应提前向监理部报送施工组织设计(专项施工方案)进行审查,其中包含施工方法、主要技术指标及控制措施。经监理工程师审核后完善施工组织设计方案。

  ②场地准备:钻孔前平整场地并填筑工作平台,放出桥位线,增设桥位控制桩并加固,控制桩位置选在不易移动和车辆压不到的地方。

  ③护筒埋设:护筒有固定桩位、钻孔导向、保护孔口和隔离孔内外表层水的作用。在制作过程中要求坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便和能重复使用等功能。一般采用带法兰的钢质护筒,由5-8毫米厚钢板制作,在护筒外侧上、中、下部各焊一道加劲肋增加刚度,防止变形,形状可以做成整体或两半圆。埋置时应保证平面位置正确,偏差不得大于5 cm,护筒顶端及工作平台高出地面0.5米,护筒底端埋深大于1.5米。

  2、泥浆

  钻孔灌注桩成孔采用泥浆护壁,材料采用塑性指数大于15以上的优质红粘土、膨胀土与外加剂组成,冲击钻成孔时在孔口备足红粘土待用,孔内红粘土要做到勤加并控制用量,确保泥浆比重。

  3、钻机就位

  钻机就位时,钻机垂直对准桩位中心,支腿用垫木支撑牢固,冲击钻钻架用缆风绳将四角拉紧,以保证钻机运转中孔位中心不产生移位。

  4、钻孔

  钻孔中应保持孔内泥浆比重,并根据地质变化与钻进速度及时调整泥浆比重,以保证钻渣的悬浮和孔壁护壁。冲击钻机钻进应随时检查钢丝绳断丝、断股和绳卡的紧固,防止掉锥事故。钻机运行时,根据地质变化与钻进速度,适当调整冲击钻冲程,经常进行锥头补焊,随时检查孔径和钻孔倾斜度,做好钻孔记录与交接班记录。

  5、成孔检查与清孔

  A.钻孔桩达到设计深度,对孔径、孔位、孔形和倾斜率进行检查验收,填写详细的终孔记录,报请监理工程师签字认可。

  B.对检查验收合格的孔即可进行清孔,清孔排渣时经常补水,保持井内水头高度,防止塌孔事故。

  C.灌注水下混凝土前,孔底沉淀厚度不大于设计要求,超过时应重新清孔,清孔后即可进行浇筑水下混凝土的工作。

  6、水下混凝土的浇筑

  ①水下砼性能指标的控制

  灌注桩砼有其本身的特殊性,要求砼在灌注中具有较好的流动性、和易性,因此需要控制好砼的性能指标。

  1.砼原材料。细骨料宜选用中粗砂;粗骨料含泥量应小于2%,以确保砼和易性、流动性,防止堵管现象。

  2.坍落度控制。在实际施工中坍落度控制在200~220mm较好,这样的砼具有良好流动性。

  ②水下砼的灌注

  1.灌注前的准备。(1)孔内泥浆性能指标的控制:砼灌注前应调控好泥浆性能指标,根据施工经验泥浆比重控制为1.10~1.25、含砂率小于等于8%、粘度小于等于28s。因为泥浆比重过小,泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用,如果泥浆的比重过大、过稠会降低泥浆流动性,增加浇注砼的阻力,使的置换砼产生困难,从而影响成桩的质量。(2)灌浆导管的选择:灌浆导管的选择应根据桩孔的深度、钢筋笼的设计直径及导管的活动范围等因素来综合考虑,选择合适导管直径。一般大直径导管可以缩短砼灌注时间。导管每节长度可视工艺要求、桩深来确定,一般为0.5m、1.0m、2.0m,底管长度不小于4m。导管之间的连接采用高强螺栓,在使用前应试拼装、试压,试水压力为0.6~1.0MPa,(3)设置隔水栓塞:隔水栓塞的选择直接影响砼的初期灌注。所选用的隔水栓直径应与导管内径相配,同时具有良好的隔水性能,保证顺利排出。隔水栓塞一般选用球胆栓塞,因为球胆栓塞却具有良好的弹性、隔水性、可多次重复使用及排出顺利等优点。

  2.初期灌注。导管底端距孔底高度可根据桩径大小、隔水栓塞大小加以确定,一般控制在30~50cm,桩径小时取大值。漏斗内砼的初灌注量必须满足初灌时导管底部一次性埋入砼中1.0~1.5m。砼下降产生的巨大冲击力可将孔底泥浆泛起,从而带动孔底沉渣返出,减少桩底沉渣厚度,提高桩的承载力。在首批砼顺利下滑至孔底后,立即检测导管内外的砼高度,检查导管是否埋入砼中,合格后应继续向漏斗加入砼,转入中期灌注,要确保砼灌注的连续作业,使砼和泥浆一直保持流动状态。

  3.中期灌注。在中期灌注过程中,应匀速向漏斗内灌注砼,若突然灌注大量的砼,导管内空气将不能立即排出,会导致堵管。在灌注时需适当提升串动导管,串动导管时严禁碰撞钢筋笼,以防钢筋笼有上浮或下沉。

  在灌注过程中要及时拆卸导管。因为若导管埋深过大,将导致已灌注砼流动性降低,导管外砼对导管内砼的负压力增高,灌注超压力降低,使砼在导管内不易下落,若埋管过浅易造成断桩。据实际经验导管插入砼面深度以5.0~6.0m为宜,导管串动幅度以1.0m左右为宜。在灌注过程中,应经常用测锤探测砼面的上升高度,以正确判断砼的埋管深度,从而准确拆卸相应长度的导管,保持导管的合理埋深,以降低导管外砼对导管内砼的负压力,提高其超压力,使砼在导管内顺利排出。拆卸导管时应尽量缩短作业时间及砼在导管内的停留时间,以防堵管。拆卸下的导管应立即清洗干净。

  4.后期灌注。在灌注砼的后期,由于导管内砼柱高度减少,超压力降低,而导管外泥浆的稠度、比重却增大,容易出现砼上升困难,因为砼必须以大大超过泥浆的反作用压力才能将孔内的泥浆挤压出孔口,在实际施工时,可采取在孔内加水稀释泥浆或人工扒拨部分沉淀物等方法,使砼灌注顺利。要控制好最后一次砼灌注量,避免浪费砼材料。砼超灌高度应符合设计要求,确保凿除浮浆后桩顶砼达到设计强度,实际施工可制作简易打捞工具捞取砼样以控制好砼超过高度,为防止桩顶空心,在灌注结束后,导管拔出砼之前应串动导管,幅度不超过50cm,并且导管提升速度要慢。

  在钻孔灌注桩水下砼灌注时,要合理控制好灌注速度,确保砼灌注时间不超过砼的初凝时间,这对于保证桩的灌注质量十分重要。只要工程技术人员在实际施工中做好准备,不断总结经验,加强对砼灌注的各环节的科学管理及控制,就可确保钻孔灌注桩水下砼的质量。

  二、质量控制

  1、钻孔质量控制

  在成孔时应尽量避免孔底沉渣过多、孔壁坍塌、扩径和缩径等不良现象来影响桩基承载能力。其控制方法如下:

  (1)孔底沉渣控制

  水下砼灌注摩擦桩桩底沉渣厚度应≤0.5D,但在实际施工过程中,常有桩底沉渣不能满足要求的现象发生,主要原因是泥浆性能不符合要求(主要指标是泥浆比重和粘度)。实际施工时,施工单位应根据当地的地下水位高低和地层稳定情况来确定泥浆的比重和粘度,切勿盲目设置。若泥浆设置过稀,则携渣能力不够;若泥浆设置过稠,则孔壁会形成一层厚厚的泥皮,降低了摩擦桩的承载力。第一次清孔时必须不断补充新鲜泥浆,将孔内含砂量大、性能差的泥浆置换出来;二次清孔时宜用泵吸及循环清孔(若采用正循环清孔,要排出岩渣和泥团,须加大泥浆比重和粘度,并且清孔的速度慢)。钻孔结束后,应对终孔进行验收,须严格检测钻杆和钻头或测绳长度的准确性,杜绝以超深来抵消孔底淤积。

  (2)孔壁坍塌控制

  出现未知的不良地质情况、钢护筒未按规定埋设、泥浆粘度不够、护壁效果不佳、孔口周围排水不良或下放钢筋笼及升降机具时碰撞孔壁等,都能产生孔壁坍塌、堆钻、卡钻事故。为解决和避免此类现象:首先,必须熟悉工程地质报告,对钻孔的地质情况做到心中有底。其次,按规定埋设钢护筒,保证孔口排水良好;钢筋笼焊接牢固、成笼圆直,下放时必须保持顺直,防止偏斜。再次,出现特殊地层时采用优质冲洗液护壁,或用正循环钻进、反循环排渣来抑制不稳定段地层的坍塌。最后,在不稳定的地层中,不要过早换浆,可在下完钢筋笼后第二次清孔时替换高比重的泥浆,并及时灌注混凝土,减少沉渣时间,确保桩身质量。

  (3)扩径和缩径控制

  扩径、缩径都是由于成孔直径不规则出现扩孔或缩孔及其它不良地质现象引起的。扩孔一般是钻头振动过大、偏位或孔壁坍塌造成的;缩径是由于钻头磨损过甚、焊接不及时或地层中有遇水膨胀的软土、粘土泥岩造成的。扩径会增加砼灌注量,缩径会减小桩的承载能力,故必须采取有力措施加以控制。为避免扩径现象:首先,应先检查钻机是否固定、平稳,采用减压钻进,防止钻头摆动或偏位,成孔过程中要徐徐钻进,以利形成良好的孔壁。其次,要始终保持适当的泥浆比重和足够的孔内水位,确保孔内泥浆对孔壁有足够的压力。为解决缩径现象,工作人员应及时详细了解地质资料,判别是否有遇水膨胀等不良土层。如有应采用失水率小于3~5ml/30min的优质泥浆进行护壁,经常校正钻头直径,确保钻头直径比成孔直径小于20~25mm。

  2、砼灌注质量控制

  (1)原材料控制

  在工程中所采用的原材料质量必须进行严格控制,特别是黄砂要过筛去除各种杂质,细度模数符合规范要求;碎石要冲洗干净,级配符合设计要求。水泥要正规厂家生产,三证俱全。待砂、碎石、水泥符合试验要求后方可使用,拌制时须严格按试验单中配合比配制。

  (2)主要环节控制

  对各项操作机械均需进行严格检查,包括:漏斗底口的隔水设施、砼灌车的性能、搅拌机的试运转、吸泥泵、清水泵、高压水管及备用发电机等各种处理故障的设备,以防万一。导管使用前应分清长短、分别编号,以利于计量埋深值,每次浇筑卸管后均应立即冲洗干净。首批混凝土的数量应满足导管初次埋置深度≥1.0m,因而须准确计量导管上口漏斗的斗容量。开浇前还应测量孔底沉淀厚度,保证不大于规定值。如果超过规定值,应再次清孔。

  (3)坍落度控制

  混凝土的坍落度对成桩质量有直接影响,坍落度合理的混凝土应是拌和均匀、和易性好、内阻小、初凝时间长、润滑性好且有较好的触变性能,它可有效地保证混凝土灌注性、连续性和密实性,一般控制在18~20cm的范围内。根据经验,除首批混凝土数量满足埋深要求外,可适当增加一点水泥量及含砂量,以保证其和易性和流动性,使以后浇入的混凝土容易顶升;若首批混凝土的初凝时间早于灌注全部砼所需的时间,则首批混凝土中还得掺入缓凝剂,以保障质量。

  (4)导管埋深控制

  导管底端在混凝土面以下的深度是否合理关系到成桩的质量,必须予以严格控制.提升时须符合以下原则:①每次卸掉的导管长度应和浇入的混凝土上升高度相对应;②必须保证导管埋深在2~6m范围内。每次下料后,都应准确测定混凝土面的上升高度,计算导管埋深,从而确定导管拆卸的节数并作好拆卸记录,防止导管拔出砼面而成断柱。

  (5)钢筋笼上浮控制

  在混凝土浇至钢筋笼位置时,应放慢混凝土浇筑速度,使导管有较大的埋深,待混凝土表面进入钢筋骨架一定深度后,再提升导管口控制在最小埋深,使导管口高于钢筋笼底骨架一定距离继续灌注,防止钢筋笼被顶托上升。

  (6)桩顶质量控制

  桩顶标高应预加0.5~1.0m,需开挖基坑后凿除质量不高的一部分桩头,进而保证桩顶设计标高和桩身砼质量。在灌注桩施工中,要想保证桩头的质量,必须控制好最后一次灌注量,桩顶不得偏低,凿出浮浆高度后必须保证暴露的桩顶砼达到设计强度值。

  三、结束语

  以上实践研究以至使在桓永高速公路路基第六合同段施工人员通过认真的学习,认真总结经验,正确应用有关规范程序;从熟悉地质资料、再到设计图纸、以及对相关文件审核及各项技术要求的精益求精,不断提高了自身的业务素质和技术水平,严格实施施工准备、成孔、清孔、水下砼灌注等各个环节的质量控制,圆满完成了本标段内的410根桩基础。

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