钻孔灌注桩常见施工质量问题及防治措施.doc

一般钻孔灌注桩的施工工艺流程：   测定桩位→埋设护筒→桩机就位→钻孔（设泥浆池制备泥浆、泥浆循环清渣）→清孔→灌筑水下混凝土→安放钢筋骨架。
   钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收。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，甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，要求基础施工队伍在施工技术措施上要落实，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可能会发生的一些问题进行分析后制订出施工质量标准、验收实施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。
钻孔灌注桩施工环节多，制约工程质量的因素也多，不同的工程，影响桩基质量的因素也不尽相同。有些比较直观，易于控制，如钢筋笼的加工制作与安装、混凝土的制备、桩位偏差、泥浆性能等；而有些是隐蔽的，难以完全检测，因而控制起来比较困难，如桩孔垂直度、沉渣厚度、泥皮厚度、桩顶浮浆及桩顶混凝土强度等。   如何减少这些因素对桩质量的影响，这篇文章着重对施工过程中难以控制的几个工序中的技术问题作以下分析，提出防止措施。
一、钻孔垂直度
桩的垂直度对桩承载力指标影响较大，桩斜会造成桩受力状态改变，尤其是一些单柱的桩基，会留下一定的工程质量隐患。影响桩孔垂直度的
因素主要有钻机的平稳程度、钻杆的刚度、钻杆连接的垂直度及地层情况等多种因素。
目前桩孔垂直度的检测绝大多数仅限于测上部钻杆的垂直度来推测桩孔垂直，或者就不测，仅有少部分工程中使用了测孔仪器对桩孔进行全断面检测，规范要求桩孔的垂直度不大于1％，然而从测孔仪反映的资料可知，对于一个桩孔，其垂直度上下是不一致的，多数情况存在上部直，下部偏，而且偏心的轨迹也不一致，可能越钻越偏，成孔时一旦发现孔斜，再进行纠偏难度很大，费时费料，这就要求我们对桩孔的垂直度问题引起足够的重视。
测孔资料反映钻机的成孔垂直度较差，其主要原因是钻机自重轻，易移位，钻杆刚度相对较小，并且有些钻杆连接后都不同轴。   正反循环回转工程钻机相对来讲垂直度有一定保证，这主要原因是因为其自重大，底盘大，钻杆刚度大，钻机只要调平、调直后不易改变垂直度，但钻杆的连接形式不同，垂直度也有差异，当采用内六方卡箍式连接时，由于其存在一定的间隙，当孔深时，垂直度易超标，而法兰连接由于结合紧密，垂直度相对较好，钻机由于钻杆刚度大，且同轴，其施工的桩孔垂直度一般较好。   由于对垂直度的简易测量不能完全反映桩孔的垂直度，检测孔斜的仪器费用又较高，每个工程、每个桩孔不可能全都用测斜仪来检测，所以防止孔斜的措施主要是通过加强施工现场的管理来保证，开钻前一定要支稳、调平钻机，并保证立轴的垂直度，钻进过程中要随时观察、判断，不断校核钻杆垂直度，发生偏斜及时调整。
二、确保桩位、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到深度。
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当，或在提钻具时碰撞了孔壁，就可能会发生坍孔、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1.2％，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0.2m／min左右，在细粉砂层钻进都是0.015m／min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。
三、钢筋笼制作质量和吊放
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。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。
四、泥皮厚度
泥皮系指由于施工成孔、成孔工艺等因素，   在桩身混凝土与桩周土之间形成的一层粘性泥土。在成孔过程中由于钻头的切削、挤压以及泥浆中自由水在动水位压力作用下向孔壁渗   透，使泥浆中的粘粒不断粘附在孔壁表面。而形成一层柔韧的粘土膜，它可以抵抗冲洗介质   对孔壁的冲刷，而且循环的时间越长，泥皮厚度   也会增加，起到稳定孔壁的作用，但成桩后泥皮会影响桩周土摩阻力的发挥，无泥浆循环的桩，桩周泥皮较薄，泥浆循环的桩，桩周泥皮较厚，从一些试桩资料中反映，泥皮厚度的不同可影响桩基承载力达10％，无泥浆循环的成孔工艺承载力相对较。   在成孔过程中由于排渣、钻进、桩周形成泥皮不
可避免，要减少泥皮厚度，主要可通过选择适当的钻机和成孔方法来缩短成孔时间，成孔后及时灌注来减小孔壁泥皮的形成时间，尤其是泥浆循环成孔工艺，更要加强管理，选择造浆率高的优质粘土或膨润土造优质泥浆。并且设置有效的泥浆循环系统，及时清渣、测量、调节泥浆性能。
五、   灌注水下混凝土前泥浆的制备和第二次清孔
清孔的主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主要因素之一。清孔则是利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、砂粒等处于悬浮状态，再利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，这就是泥浆的排渣和清孔作用。从泥浆在混凝土钻孔桩施工中的护壁和清孔作用，我们可以看出，泥浆的制备和清孔是确保钻孔桩工程质量的关键环节。因此，对于施工规范中泥浆的控制指标：粘度测定17~20min；含砂率不大于6％；胶体率不小于90％等在钻孔灌注桩施工过程中必须严格控制，不能就地取材，而要专门采取泥浆制备，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。
灌注桩成孔至设计标高，应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，直到孔口返浆比重持续小于1.10~1.20，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于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利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要求后，应立即进行水下混凝土的灌注工作。
六、水下混凝土施工
钻孔灌注桩水下混凝土施工易出现的问题有：1）、导管接送严重漏水，造成断桩。发生这种故障的后果非常严重，进水，使混凝土形成松散层次或囊体，出现浮浆夹层造成断桩，严重影响混凝土质量，导致废桩重做。2）、导管轻微漏水、导管埋入混凝土太深，混凝土含砂率偏小、和易性欠佳等因素，可能造成导管的堵塞，导致浇注中断，若重新灌注浇注时，则混凝土内存在浮浆夹层，造成断桩。3）、护筒外壁冒水，引起地基下沉，护筒倾斜和位移，使桩孔偏斜，无法施工。4）、孔壁坍塌。施工中发生孔壁坍塌，往往都有前兆。有时是排出的泥浆中不断出现气泡，有时护筒内的水位突然下隆，这都是塌孔的迹象。
             如果上述问题出现，势必增加工程投资，又拖延工期，工程质量也很难达到预期的目标。      
       我们采取了如下施工方法和措施控制施工质量：
1）、为防止导管接头与导管漏水，施工中我们通过严格的事前、事中、事后控制，保证导管制作及具备以下条件：   （1）足够的抗拉强度，能承受其自重和盛满混凝土的重量。（2）各节的安装接头所用的胶热及法兰的对接位置，预先试拼并作好标记，按插导管时须按试拼时的状态对号拦装，所有的法兰盘接头均须垫入5~7毫米厚的橡胶垫圈，安放时须对正放平，拧紧螺栓，严防漏水。（3）内径应一致，其误差应小
于±2毫米，内壁须光滑无阻，组拼后须用球塞、检查锤作通过试验。（4）最下端一节导管长度要长一些，一般为4米，其底端不得带法兰盘，以便在混凝土内。每节导管的长度要整齐统一，便于丈量长度，并作出标记和记录。（5）导管使用前做好水密性试验。导管不要埋入混凝土过深，严格控制混凝土配合比、和易性等技术指标。
   2）、为预防孔壁坍塌，我们采用了维持护筒水位简外水位高出1.3~1.4米，操作中避免碰撞孔壁，并随时注意控制泥浆的和比重。
   3）、为保证施工质量，水下混凝土的配合比选用要比设计强度高20%左右，坍塌度宜采用18~22厘米。
   4）、混凝土自拌合机出料至灌注时不宜超过30分钟，施工中间每间断30分钟后，要上下串一上导管，防止混凝土失去流动性，提升导管困难，增加发生事故的可能性。在施工过程中，中途中断浇注时间不宜走过30分钟，整个桩的浇注霎时间不宜过长，尽量在8小时内完毕。
5）、注意灌注所需混凝土数量，一般较成孔桩径计算的大，约为设计桩径体积的1.2倍左右。为控制混凝土超灌量，要掌握好各导管的钻孔速度，在正常钻孔作业时，中途不要随便停钻，以避免扩孔导致混凝土超灌量。浇注混凝土要高出桩顶设计标高0.5~1.0米，以便清除浮浆和消除测量误差。务必注意，不要因误测而造成短桩。导管埋入混凝土的尝试取决于浇注速度和混凝土的性质，任何时候不得小于1米，一般控制在2~4米内。
七、桩顶混凝土强度
由于桩顶部混凝土受力最大，其质量的控制也比较关键，水下灌注混凝
土桩顶的质量比桩身混凝土的质量难控制，当首灌的混凝土冲出导管后向四周扩散，与孔内泥浆相互掺合形成一定厚度的稀释混合层，随着混凝土的继续灌入，该部分始终被顶升在最上层，把泥浆与桩身混凝土分开，最终在桩顶凝固成含浮浆、泥渣的混杂层，施工中混杂层的厚度难以掌握，并且在灌注过程中由于导管要上下抽动，可能使部分浮浆随导管混入桩身混凝土一定深度，使桩芯夹泥。
桩顶混凝土常见的质量问题有：混凝土强度不够、桩芯夹泥、未灌注到位或超灌过多。影响因素主要有：1)泥浆性能：当清孔不彻底，泥浆比重大，含泥渣较多时，水下灌注时就影响混凝土的扩散，并使混凝土的顶升困难，这时混杂层厚度必然较大；2)灌注工艺：一般要求导管埋深2～6m，但当导管埋深过大，灌注则困难，一则容易埋管，二则要不停的上下抽动导管促使混凝土下落，这样必然会使桩顶部分浮浆进入桩身，形成桩顶混凝土芯夹泥；3)清孔工艺：清孔的方式、时间都影响到孔内泥浆的性能，泥浆比重大不利于灌注，混杂层必厚。由于桩顶混凝土的隐蔽性，尚无法清楚判定混杂层的厚度，只能凭经验来判断，要防止桩顶混凝土的质量问题，首先要清孔彻底，当孔底泥浆比重在1.2以下时，灌注混凝土均较顺利，桩顶混杂层较薄，另外还要有适宜的初灌量，灌注混凝土时要及时拆导管；及时测孔内混凝土面高度，最后还要保持一定的超灌量。使桩头混凝土强度较低的部分凿除后，桩顶标高满足要求。
八、断桩、夹泥、堵管
为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土
搅拌时间和混凝土坍落度的控制。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落采用18cm~20cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m~4m，不宜大于5m和小于1m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8m~10m时，应及时将坍落度调小至12cm~16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。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造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其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，确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。
九、结论
             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。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。
钻孔灌注桩施工中虽然存在诸多影响质量的因素，但是只要重视、认真做好机械设备的选型，尤其是加强施工管理，一些难以控制的指标，在现有技术设备状况下也能保证，这些工作的深入就能从施工过程中进一步挖掘桩承载潜力，来提高桩基工程质量水平。