关于钻孔灌注桩施工工艺的探讨

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  【摘 要】 钻孔灌注桩的整个施工过程属于隐蔽工程,很多施工环节无法直接观察,而且成桩后的桩基质量检测难度也大,笔者介绍了钻孔灌注桩施工前方案的审核及准备情况,并详细阐述了钻孔灌注桩的施工工艺及控制要点。
  【关键词】 钻孔灌注;埋设护筒;清孔;施工
  一、工程概况
  滨江新区规划五路工程位于某市滨江新区启动区内,呈南北走向的城市次干道,位于沙河路东边,与天沙河路基平行。道路北起新南路,南止于规划二路,中间与人工湖北路、南路相交。该合同段共有桩基502根,60%桩为水中桩,桩径在1200㎜~2500㎜之间,全部为嵌岩桩,桩基全部采用钻孔灌注施工方法。桩基施工完成后,经有资质单位检测,一类桩比例达到84%,其余均为二类桩,没有不合格桩。桩基施工质量得到了业主和省质量监督站的好评。本文笔者介绍了钻孔灌注桩施工前方案的审核和准备情况,并详细阐述了钻孔灌注桩的施工工艺及控制要点。
  二、施工准备
  1、钻孔灌注桩施工方案的审核
  ①根据设计图纸、地质报告、现行规范标准以及现场勘查结果,审查施工方案的编制依据、施工工艺流程、技术指标、安全措施等内容是否符合要求。利用微机信息处理系统编制工程施工资料,对工期、安全、质量、资金、统计、人力资源等进行总体策划,科学、合理地编制工程进度计划,保证工程施工进度计划的合理性、有效性、实用性。同时还应审查施工方案中处置突发事件的应急预案是否符合要求。对于施工方案的审核应具有前瞻性,要善于提出问题、发现问题,避免在实施过程中处于被动境地。
  ②钻孔灌注桩的混凝土实际灌注高度以及泥浆比重标准的确定。混凝土实际灌注高度应高于设计标高一定的高度,具体应根据混凝土压重效果以及泥浆对混凝土的渗透深度(考虑泥浆比重及桩长)综合考虑。
  2、根据方案检查施工准备情况
  ①检查灌注桩使用水源,泥浆循环系统应设置沉淀池、泥浆池。对于粘土地区,钻孔泥浆基本采用原土造浆,泥浆质量相对配置泥浆性能较差,泥浆的循环如不设沉淀池,清孔质量就难以得到保证;
  ②导管应检查其出厂合格证并做水密性承压试验。钻头直径应等于设计桩径,如钻头磨损超过要求应及时修复或更换;灌注混凝土的料斗尺寸应与方案中初灌量的要求相符合;
  ③泥浆比重计、含砂率、粘度计等检测仪器、测锤、测绳的规格及性能指标应符合要求;
  ④制作检孔器,有条件的应配备井径仪;
  ⑤原材料应按规范要求严把质量关,杜绝不合格材料使用于工程。使用商品混凝土须对厂家的企业资质及年检记录进行审核,并督促承包商选择厂家时应充分考虑路线、路况,厂家的供货能力等因素;
  ⑥督促承包商按照一放二复的测量程序实施放样复核工作,确保桩位的偏差复核规范要求;
  ⑦钻机就位前,检查护筒埋设高度、位置是否满足设计要求。钻机就位后,检查其水平、稳固情况。钻杆应保持铅锤线。成孔时应适当抽检进、出泥浆指标,发现超标时及时调整。施工单位须配备专职记录人员,及时记录成孔过程中的各项参数,记录必须真实、准确。
  三、钻孔灌注桩的施工工艺
  1、埋设护筒
  (1)为防止孔口周边土坍塌,在完成桩位复检后需挖埋护简。埋护筒时:先在桩位处挖出比护筒外径大80~300mm的圆坑,再把护筒放入圆坑中,中心位置和标高要准确,护筒中心与桩中心偏差不得大于50mm。护筒要校正垂直,以防卡钻及孔斜,护筒倾斜度偏差不得大于1%。护筒校正好后要在护筒外侧分层对称地回填粘土,每层200mm,夯实处理,以防孔内水从筒外壁冒出造成坍孔。
  (2)护筒钢板厚4~8mm,内径比设计桩径大100~200mm。
  (3)护筒埋设深度视地质而定,一般粘土不小于1m,砂土加深至1.5m以上,护筒顶应高出地面0.5~0.8m,以确保护筒内泥浆液面高于地下水位不少于1.0m。同时挖好水源坑、排泥槽、泥浆池和沉渣池等。
  2、泥浆的制备和处理
  (1)泥浆的制备:除能自行造浆的粘土层和淤泥层外,砂土层必须制备优质护壁泥浆,否则极易坍孔。泥浆原料应尽量采用粘粒含量大于50%,塑性指数大于25的粘土,必要时可在泥浆中掺入碳酸钠(Na2CO3,通称碱粉或纯碱)、氢氧化钠(NaOH)、羟基纤维素(CMC)或膨润土粉等,以提高泥浆性能。制备泥浆的性能指标按《建筑桩基技术规范》JGJ94—94。而在砂卵石层或容易坍孔地段,泥浆比重应加大至1.3~1.4,甚至1.5。
  (2)泥浆循环和处理:
  ①砂类土层中钻进时,易产生含砂量太高及相对密度太大的情况,在不进尺时将钻渣掏出,待含砂量及相对密度符合要求后,再补充合格的泥浆。
  ②在粘性土层钻进时,随着造浆过程的不断进行,泥浆相对密度会越来越大,会严重影响钻进速度,应不断加清水稀释将泥浆相对密度控制在1.3以下。用清水稀释后,总泥浆量就会增多,当无法容纳时,必须将浓浆作废浆放掉。当出现泥浆相对密度和粘度太高的情况时,可通过水管加水入钻孔深处,将孔内泥浆稀释。
  3、钻机的安装
  开钻前必须对安装好的钻機设备作全面检查,做到水平、稳固、地梁应全部承压。对钻杆、钻杆接头要逐个检查,保证钻杆顺直不弯曲,水龙带的拉绳松紧程应适当,以不影响转盘工作为度。校正钻头是否对准桩位中心,钻杆及导架是否垂直,钻进中要调整泵量,保证孔内泥浆的标高。钻机中心与桩基中心偏差不大于50mm,钻杆中心偏差应控制在20mm以内。
  4、钻孔
  (1)为使钻进成孔正直、防止扩大孔径,应使钻头旋转平稳,力求钻杆垂直无偏晃地钻进,即钻杆尽量在受控状态下工作。根据不同的土层,使用不同的挡位(以钻机不发生跳动为准),避免塌孔。
  (2)施工中发生斜孔、塌孔、护筒周围冒浆时应立即停钻,检查钻机设备是否稳定、周正,或是否由于地下障碍物所致。排除这些因素后,改用小参数(调整压力、转速和进尺速度)扫孔。如偏斜严重,应回填砂和粘土混合物至偏斜处以上1~2m,待沉积密实后再行复钻。钻进过程应及时校正钻机钻杆,确保不斜孔,泥浆的粘度应符合设计要求。   (3)如施工中钻头上提或下钻时遇阻,下钢筋笼遇阻时,说明有局部缩径,可在该地段采用轻泥浆和加大一级直径的钻头扫孔,直至畅通。相邻较近的桩必须采用跳孔施工,以防缩径和塌孔。
  (4)当钻至淤泥层下部有夹砂层地段应改用浓浆护壁,以防局部塌孔,钻入粗砂层时更应采用比重1.3~1.4,粘度20~25s的护壁泥浆施钻,确保及时供浆及浆液面高于地下水位1.0m以上,严防塌孔。遇泥浆漏失量大时,可边钻边抛入粘土,加大泥浆浓度至1.4~1.5,必要时抛入水泥堵塞漏浆通道。
  (5)在粗砂层地段宜采用反循环出渣,既可加快钻进速度,又有利于防止塌孔,减少沉渣厚度,有利于砂层中下部粗砾和小卵石的顺利排出。
  (6)发现孔内水位突然下降,孔口冒细密水泡,出土量显著增加而不见进尺,或机具负荷显著增加时,表明孔内已有塌孔。如塌方较小应加大泥浆比重以稳住孔壁,同时要减少泵量。如塌方量大则应停钻,在判明塌孔位置后,立即回填砂和粘土混合物至塌孔位置以上1~2m,待回填物沉淀密实后,再行钻进。塌孔严重的应全部回填重新施钻。
  (7)钻孔时应及时详尽地填写施工記录,遇异常情况更应如实记录。在淤泥和淤泥质土中钻进速度不宜大于1m/min,在粗砂层,以钻机无跳动,电机不超荷为准。
  5、清孔换浆
  (1)钻进达到桩的设计深度时,桩队应先自行校正,然后通过质检人员一起测量桩深,合格后才能停钻清孔。清孔优先采用反循环系统如下图示;在粉砂层和淤泥地质条件下,才采用正循环系统清孔如下图示。
  (2)清孔方法:清孔用泥浆泵冲孔换浆,把孔底沉渣、碎石残块清除干净,同时降低桩孔泥浆比重,减少孔内泥浆的含砂量。可用比重1.15~1.25的优质泥浆置换孔内悬浮物较多的旧泥浆,并把沉渣带出孔外,以利孔底砂砾及小卵石顺利排走。此时钻头提离孔底5~10cm维持钻头空转,并起动泥浆循环系统,将孔内沉渣排出。清孔过程中,必须及时补给足够的优质泥浆,保持液面稳定。
  (2)清孔的要求,要使孔底沉渣的厚度不超过100mm,清孔后泥浆比重≤1.15,含砂率≤8%,粘度≤28s(灌注桩桩端支承在非岩石层上时,清孔后孔底沉渣度小于100mm;桩端支承在岩石层上时,清孔后孔底沉渣厚度小于50mm为合格)。
  6、钢筋笼制作和吊放
  (1)钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料,检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、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,以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。
  (2)在钢筋笼吊放过程中,应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量,对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。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,因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象,应停止吊放并寻找原因,如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的,应提出后重新垂直吊放;如果是成孔偏斜而造成的,则要求进行复钻纠偏,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,尽可能缩短沉放时间。
  7、混凝土灌注过程应遵照下列要求
  (1)导管底端应离开孔底(沉渣面)300毫米左右,使隔水栓球塞能顺利排出。当球塞排出后,不得将导管插入到孔底。
  (2)贮斗内混疑土初存量应满足首先灌注时导管底部能埋入砼中1.5米以上。
  (3)首盘混凝土所需最小用量计算公式为:
  式中:Q——首盘混凝土所需最小用量,m3;D——桩孔直径,m;h——冲灌所需的灌注深度,即埋管深度加导管端距孔底余量,m;n——充盈系数,取1.2;d——导管内径,m;γ泥——泥浆的比重,1.25~1.5;γ混——混凝土的比重,2.1~2.4;H——孔内泥浆水深,一般取孔深,m。
  (4)根据公式计算,1.2米桩径的桩须选用2.5m3或以上的料斗,第一斗不得少于1.5m3混凝土;1.6米桩径的桩选用2.5m3或以上的料斗,第一斗不得少于1.75m3混凝土。1.8米桩径的桩选用5.5m3或以上的料斗,第一斗不得少于5m3混凝土。当第一斗下冲后导管不能上拔。
  (5)随着灌注,混凝土面不断提高,要随时测定砼面的高度,并适当提升导管和拆卸导管,要使导管的底端始终埋在管外砼面以下1.5~2米,并不得小于1.5米。且每次导管提升高度的最大值应符合以下计算公式:
  每次提升最大高度=导管在孔内的长度-管外混凝土高度-1.5米
  (6)灌注应连续进行,不得中断。如发生堵管、导管进水、导管卡阻现象,应及时采取措施处理。
  (7)在桩砼浇制完之前,严禁把导管底端提离混凝土面。提离混凝土面时,视作断桩,一切责任由桩队负责。
  (8)提升导管时应避免碰、挂钢筋笼现象,并有防止钢筋笼上浮的措施。
  (9)控制好最后一次的混凝土灌入量。要能保证在凿去浮浆后,设计桩顶标高的混凝土质量达到要求。
  (10)在灌注过程中,应随时检查砼的坍落度,每条桩的灌注应有不小于2次的坍落度试验。
  四、结束语
  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验,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。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分重视并精心施工,只有这样桩基的质量控制才能得到保证。
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