钻孔灌注桩施工质量控制和事故处理措施.doc

钻孔灌注桩施工质量控制和事故处理措施（一）

随着我国交通基础设施和城市建设的快速发展，钻孔灌注桩以可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的土层对地基进行加固处理一种基础形式以其适应性强 设备投入一般不是很大，成本适中 ，施工简单易操作，施工过程具有噪音低，对相邻楼宇影响小，施工安全性好等诸多优点被广泛的应用到公路桥梁和各类房屋及民用建设工程领域。但是钻孔灌注桩属于隐蔽工程，施工环节比较多，技术要求高，工艺较复杂需要在一个短时间内快速完成水下混凝土灌注。因而影响施工质量的因素比较多，对施工过程的每一个环节都必须要严格的要求，每一个影响因素都要详细的考虑诸如地质因素、 钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、浇注等。同时钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，施工过程中无法对其直观的对质量进行控制，成桩后也不能进行开挖验收，人为影响因素比较多，施工中的任何一个因素、一个环节出现问题都容易出现质量病害和质量事故，小到塌孔、松散、缩颈，大到断桩报废都将直接影响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。因此必须高度重视并严格控制钻孔灌注桩施工质量，防治在钻孔成孔过程中及水下混凝土灌注过程中经常出现的施工质量问题，尽量避免发生质量事故及减少事故造成的损失，以利于工程的顺利进展。以下就钻孔灌注桩钻孔成孔水下混凝土灌注施工过程中质量控制和常见的质量事故处理措施的实践作总结仅供交流。

一：钻孔成孔过程中施工质量控制和质量事故处理措施
1：钻孔成孔过程中施工质量的控制
1．1泥浆的配制
泥浆是钻孔灌注桩钻孔成钻施工质量控制的关键。泥浆作用是护壁 、排渣 、冷却钻头。不同的施工阶段泥浆的配制要求不一样。泥浆质量配制的控制主要是泥浆的相对密度 、粘度、 含砂率，通过对上述三项指标在不同施工阶段的控制来确保钻孔灌注钻孔成孔施工质量。同时不同的地质条件泥浆配制的原材料也有不一样的要求，软土层一般使用原土造浆，对造浆能力不强、粘性差、含有腐植质层段添加膨润或增加化学处理剂（纯碱和CMC木质素）。沉积土层或细砂性地层宜用膨润土做造浆原料。护壁 、排渣使用的泥浆主要是通过调整其相对密度来适应不同的施工过程所起的作用。一般来说，当在黏土或亚黏土中成孔时，可注入清水以原土造浆护壁控制排渣、泥浆相对密度在１.1~1.2之间；当在砂性土质或较厚的夹砂层中成孔时宜用膨润土做造浆原料,应控制泥浆相对密度在1.1~1.3之间；当在砂夹卵石或容易塌孔的土层中成孔时，应控制泥浆的相对密度在１.3~1.5之间。
1．2护筒埋设钻机就位
在埋设护筒时，护筒四周的分层夯实的密实度是防止护筒冒水及孔口塌坍等施工质量事故控制的关键。护筒四周一定要选用最佳含水量的粘土或膨润土分层夯实。

钻机就位主要是控制钻机平台的水平和稳定性以及钻机天车中心、转盘中心与桩位中心是否同为一垂线。利用钻机平台的水平和钻杆的垂直度的偏差可以很好的控制钻进过程中桩孔的垂直精度，因此钻进过程中必须要随时注意校核钻机平台的平整度和钻杆的垂直度，发现不平或倾斜及时纠正。这是灌注桩顺利施工的一个重要条件。
１．３钻进
在钻进过程中针对不同的地层和地质，根据试成孔施工情况及井径曲线分析，制定不同的钻进技术参数。
初钻时启动泥浆泵和转盘，空转一段时间待泥浆输进钻孔中一段时间和一定数量后开始钻进。
不同的时段和不同地层钻进速度是不一样的，开始钻进时，进尺要适当控制特别是在护筒刃脚处更应低档慢速钻进。粉细砂层或流塑性土层时必须用泵回水以减少泵量钻进，防止泥浆冲刷孔壁而造成塌孔扩径；粉质粘土层或可塑性土层，钻进时必须减慢进尺，使钻头有足够的回转时间，削除孔壁变形产生的塑性土，防止缩径。不同土层或不均匀土层替换时必须不断的上下反复窜动钻头，检测孔径形状，防止钻头钻进时软硬不均造成孔斜或形成台阶。
钻进过程中及时检查泥浆指标，并适当调整及时补充泥浆或净化；每钻进2米或地层变化处，捞取钻渣样品并记录与设计资料核对。

1． 4清孔
钻孔灌注桩清孔必须分二次进行，终孔清孔和钢筋笼安装后的二次清孔。每次清孔都要根据沉渣厚度和沉渣类型采用不同的泥浆和施工工艺清孔。
钻孔在达到设计孔深时必须测量孔深，孔深测量应采用测量钻杆的方法，取钻头的2/3长度处作为孔底终孔界面，也即孔深=孔内钻杆长度＋钻头长度。不宜采用测绳测定孔深。当孔深符合设计要求时即为终孔。
终孔后需要清孔，清孔有条件时应优先采用泵吸反循环清孔，当采用正循环清孔时，钻头提高孔底10—20cm,保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于90分钟，采用性能较好的泥浆控制泥浆的粘度和比重，不要用清水置换。清孔时，前阶段应采用高粘度浓浆清孔，并加大泥浆泵的流量使砂石粒能顺利地浮出孔口。当孔口应无泥块返出，孔底沉渣厚度符合设计要求后应把孔内泥浆密度降到1.1~1.2g/cm2。
二次清孔是在安装完钢筋笼后或成孔后间隔时间过长时，沉渣量超过规范要求时应进行二次清孔。二次清孔可利用双泵正循环或导管法进行施工。利用导管进行清孔时，导管安装完成后应提离孔底40cm，在清孔器上直接接泥浆泵进行泥浆循环。清孔过程中导管反复上下活动替浆，逐渐替换掉浓泥浆直至孔口返浆比重含砂率及沉渣厚度均符合规范要求。同时开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为30~40MM，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下1.0米以上，以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣，以达到清除孔底沉渣的目的。

不论终孔清孔还是二次清孔，整个清孔过程应有专人负责孔口捞渣和测量孔底沉渣厚度，及时对孔内泥浆的含砂率和孔底沉渣厚度的变化进行分析，若出现清孔前期孔口泥浆含砂率过低捞不到粗粒砂，或后期把孔内泥浆密度降低后，孔底沉渣厚度增大较多。则说明前期清孔时泥浆的粘度和稠度偏小，砂粒悬浮在孔内泥浆，没有真正达到清孔的目的，施工时应特别注意这种情况。
2：钻孔成孔施工过程中的质量事故处理措施
钻孔灌注桩的钻孔成孔整个施工过程都是在水下隐蔽进行的，质量检查是比较困难的，施工过程出现各种质量事故是难免的。
2.１护筒冒水及孔口塌坍
护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉，护筒倾斜和移位，造成钻孔偏斜，孔口塌坍，甚至无法施工。造成护筒冒水孔口塌坍的主要原因就是护筒四周回填土不密实，或护筒水位差太大或钻头起落时碰撞引起的。
主要处理措施：
（１）：发现护筒冒水时，立即停止钻进。利用最佳含水量的粘土或膨润土重新分层夯实。若出现孔口塌坍或护筒严重下沉或移位时，应立即提空或提起钻头，重新安装护筒。

（２）：始终保持护筒内１.0~1.5米的水头高度。若出现水头高度不足时应立即补水，使护筒内水位始终保持高于地下水位。
2.2孔壁坍陷
钻进过程中,.如果出现排出的泥浆中不断出现气泡,或泥浆突然漏失,则说明孔内有孔壁坍陷的迹象。造成孔内坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好；钻进速度过快、空钻时间过长；提钻时碰撞孔壁；成孔后待灌时间过长和灌注时间过长等引起孔壁坍陷。
主要处理措施：
（1）：土质松散的土层钻进时，应当适当的埋深护筒，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度，保持护筒内泥浆水位高于地下水位。
（2）：钻进成孔过程中，当钻头经过松散土层或软土层以及不同土质时，应当低速慢进 轻压满转，严格控制进尺速度。同时若发现孔壁坍陷应立即停止钻进，分析原因制定措施改进后再钻进。
（3）：钻进成孔过程中若发现塌孔且塌孔部较浅，则可采用大比重泥浆护壁，进行清孔，否则，发生孔内坍塌，应判明坍塌位置，用砂和粘土的混合物回填到塌孔位置以上2m,如坍孔严重时应全部回填，待回填土沉积密实后重新钻孔。
（4）：钻进过程中若发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻。

(5):吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。
（6）：成孔后应立即组织施工下道工序，钢筋笼放入钻孔后4小时内必须灌注混凝土，整个单桩灌注混凝土的时间不宜超过8小时。
2.3钻孔扩径和缩径
钻进成孔过程中一般扩孔比较多见，扩径一般表现为局部的孔径过大。在地下水呈运动状态、土质松散地层处或钻锥摆动过大，易于出现扩孔，扩孔发生的原因同坍孔的原因相同，轻则为扩孔，重则为坍孔。若只孔内局部发生坍塌而扩孔。钻孔仍能达到设计深度，则不必处理，只是混凝土灌注量大大增加。若因扩孔后继续坍塌影响钻进，应按坍孔事故处理。
钻进成孔过程中的缩径即孔径小于设计孔径，就是孔径超常的缩小。一般表现为钻机钻进时发生卡钻、提不出钻头或者提钻的异常困难的迹象。造成缩径的原因有两种：一种是钻锥磨损或焊补不及时，往往钻出较设计桩径稍小的孔径。一种是塑性土膨胀。
主要处理措施：
（1）：钻进过程中要注意始终观察泥浆的运动，注意钻孔中水位的变化和土质地层的变化，掌握好钻机的运转速度，确保土质的变化应和地质钻探报告相符合。
（2）：钻进成孔过程中，由于土质磨损作用往往使钻锥在每一次的钻进中均不同程度的受到磨耗，从而是钻孔直径不同度的缩小，因此每一次钻进结束后都要检查钻锥的磨损程度，及时焊补和维护钻头。

（3）：钻进成孔过程中，如遇土质土层变化时要及时的调整钻进速度。若遇塑性土质时要快转慢进同时使用失水率小的优质泥浆护壁，并复钻二三次，以确保钻孔孔径。
（4）：钻进成孔过程中，若发现有缩径现象应及时使用卷扬机吊住钻锥上下左右反复扫孔以扩大孔径，或者在导下器外则焊接一定数量的合金刀片，在钻进或起钻时起到扫孔作用，从而保证钻孔孔径满足设计孔径要求。
2.4：钻孔偏斜
钻进成孔后桩孔出现较大垂直或弯曲。
钻孔出现较大垂直或弯曲的主要原因：钻机底座未安置水平；钻进作业时钻机产生不均匀沉陷、位移；钻孔中遇有较大的孤石或探头石；土层呈斜状分布或有软硬不均匀和大小悬殊地层交界处钻进，钻头受力不均匀；钻杆弯曲，接头不正或主动钻杆较长未做固定设施。
主要处理措施：
（1）：安装钻机时首先要使节场地平整，轨道枕木 宜均匀着地，同时钻机安装时要使转盘、底座水平、起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒的中心线三者应在同一条竖直线上。
（2）：钻机在钻进过程中要经常性的检查钻机平台是否平整或着是否沉降、钻杆我位置是否超过允许偏差。当有上述现象发生时应立即停止钻进，对偏差和平整度进行调整。

（3）：钻杆接头应逐个检查，及时调整；当主动接杆弯曲时，要用选用千斤顶及时调整，当主动钻杆较长时，由于钻杆摆动较大，要在钻架上增设导向架，控制钻杆上的提水龙头，保证钻杆沿导向架对中钻进。
（4）：钻机在不均匀的地层中钻孔时，应采用自重大、钻杆强度高的钻机。
（5）：钻机在有倾斜的软、硬地层或斜状岩层钻进时，应吊着钻杆控制进尺低速钻进。当钻锥碰到孤石时应慢速钻进或着采用打捞的方法将孤石打捞后再钻进，或着先用小直径钻头钻进至孔底再换大直径钻进，从而保证钻孔垂直。
（6）：钻进成孔的过程中，当用检孔器等查明钻孔偏斜时，可吊着钻头在偏斜处上下反复扫孔使钻孔垂直。否则应回填砂粘土到偏斜处，待沉积密实后再继续钻进。
2.5：掉钻落物
钻进成孔过程中，由于操作不慎或着机械使用老化等原因造成的钻杆、钻锥及使用工具甚至是钢筋骨架等掉进钻孔。造成掉钻落物的原因主要是操作者操作不当和钻机各个部件老化及超负荷运转引起的。
主要处理措施：
（1）钻进成孔过程中掉进孔内的各种工具和零星铁件，一般利用较大的电磁铁吸取。较大的落物和钻具也可利用冲抓锥打捞。

（2）：钻进成孔过程中钻杆和钻锥以及钢丝绳连接处经常要检查若发现松动或陈旧需要及时地调整和更换。
（3）：卡钻时强提强扭，操作不当使钻杆或钢丝绳超负荷或疲劳运转从而使钻杆断裂或钻头不慎掉进孔内时，必须采用打捞杠、打捞钓（抱钓）将钻头打捞上来。
（4）：安放钢筋笼时不慎钢筋笼掉入孔内，一般应先用巻扬机和打捞钓挂住钢筋笼后上下反复提，若没有提起应采用安放小直径的钻头钻进至孔底并同时沿护筒内径移动钻机平台钻进和利用比重大的泥浆置换钻渣后再用钻机巻扬机配合吊车上下反复运动慢慢提起。否则只能全部回填后采用冲击钻重新钻孔。钢筋笼安装后灌注混凝土时孔内坍塌也可采用上述方案处理。
（5）：为了防止钻杆或钻锥掉进孔内便于打捞也可预先在钻锥上焊接打捞环或打捞杠，或在钻锥上缭绕几圈钢丝绳等。

钻孔灌注桩施工质量控制措施（二）

二：水下混凝土灌注过程中施工质量控制措施
1钢筋骨架的制作

钢筋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。
长桩钢筋骨架制作宜分段，分段长度应根据吊装条件确定，以确保起吊钢筋时钢筋骨架不变形，接头能够错开为准。
加强箍筋应当设在主筋的内则，环形筋应设在主筋的外则。加强箍筋应同主筋进行焊接而不是绑扎。钢筋骨架的加强箍筋的间距除按设计要求布设外，也可依据施工现场钢筋骨架制作长度而定，一般情况可参考设计，根据钢筋骨架吊装长度而定间距较为合理。
钢筋保护层所用的形式根据地质情况而定，软土地区尽量采用与孔壁接触面积大的水泥砂浆预制块件，土质较好或挖孔桩可用钢筋沿主筋并焊于主筋上，以保证钢筋骨架保护层的厚度。钢筋保护层间距一般竖向为2米，横向圆周不得少于4处。
钢筋骨架顶端应设置吊环，吊环长度要满足设计要求的钢筋埋入标高。钢筋骨架吊放后是固定在钻架底梁或支撑系统上的，因此吊环长度是根据底梁或支撑系统标高的变化而改变，所以应根据底梁或支撑系统标高逐根复核吊环长度，准确计算出吊环长度并使钢筋准确地吊放在设计标高上。
钢筋骨架制作必须满足施工设计要求符合国家有关关于钢筋制作施工规范规定。
2钢筋骨架吊放安装

钢筋骨架起吊前应对清孔后的泥浆、孔底沉渣厚度进行检查。利用检孔器对孔内变形进行检查，各项指标符合要求后方可进行钢筋骨架的安装。
钢筋骨架可分次入孔或一次入孔。在起吊设备、场地许可的条件下，尽可能的采取一次吊装，为克服钢筋骨架起吊变形，除适当的缩短加强箍的间距外，还要在起吊可能发生的最大变形处应辅以硬杂木或支撑钢筋来加强，起吊工具上尽可能的采用扁担钓起吊，同时吊点计算要准确。
分段安装时要注意配备能够满足施工要求的焊工和焊机。分段安装时钢筋骨架的接头有多种形式，其中接头采用电弧焊以单面焊的工艺进行焊接的形式较多。
放钢筋骨架前，首先在孔口加设四根导向钢管或横木，以保证钢筋骨架在吊装的过程中尽量对中，不伤孔壁及控制保护层厚度 ，同时也可作为钢筋骨架支撑系统。下放钢筋骨架时要缓慢均匀，根据下放钢筋骨架深度，随时调整钢筋骨架入孔的垂直度，尽量避免钢筋骨架倾斜及摆动，以防塌孔。
钢筋骨架就位后应牢固定位，一般采用四点固定，以防止掉钢筋骨架和混凝土灌注时钢筋骨架上浮现象发生。同时也防止提升导管时钢筋骨架被拔起。
钢筋骨架起吊过程中应逐节验收钢筋骨架的连接焊缝质量，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口要进行补焊。
起吊钢筋骨架时要指挥统一，注意安全。

3灌注水下钻孔桩混凝土 （一般采用导管直开法灌注）
导管的型式和连接，水下混凝土一般用钢导管灌注，导管内径为200mm-350mm，导管之间采用法兰或丝扣联接，具体视桩径大小而定。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验，严禁用压气试压。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力，也应小于导管壁和焊缝可能承受混凝土时最大内压力P的1.3倍。可按下式计算：P=γchc-γwhw
式中：P—导管可能承受的最大内压力（kPa）
γc—混凝土拌和物的容重，取24Kn/m3
hc—导管内混凝土柱最大高度（m）,以导管全长或预计的最大高度计；
γw—井孔内水或泥浆的重度（kN/m3）
hw---井孔内水或泥浆的深度（m）
导管联接采用法兰或丝扣联接时要按编好的顺序，认真检查橡胶密封圈连接螺栓、阀门等配件。必要时做充水试验。同时应保证导管上口堵球能够顺利的沉底和打开。
钢筋骨架入孔校正完毕，导管入孔固定后，应对钢筋骨架及孔内沉渣厚度、泥浆指标进行校验，并进行二次清孔。当孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求后，就立即进行水下混凝土灌注工序。
水下混凝土灌注前应首先做好如下工作：
（1）：检查砂、石、水泥用量及质量是否满足施工要求，并根据现场原材料含水量调整现场配合比。

（2）：核定灌注水下混凝土的搅拌能力是否满足桩孔在规定的时间内灌注完毕。要求必须有备用的设备及备用发电设备，并组织足够的劳动力，以保证灌注的连续性。
（3）：检查泥浆比重及砂率是否满足清孔要求的指标，并同时检查下沉钢筋骨架的孔底沉淀层厚度是否满足施工规范要求。
（4）：检查成孔后护简顶标高，根据护简顶标高、设计孔底标高、设计桩顶标高、设计钢筋骨架顶标高、预留破桩头的高度等数据，计算出钢筋骨架顶标高、混凝土灌注顶标高（桩顶预加0.5~1.0m）及确定这两个控制面。
（5）：对有外加剂要求的水下混凝土要提前分袋称重，确保计量的准确性、及时性。
水下混凝土的运输一般采用混凝土泵输送，距离较长的宜采用混凝土运输搅拌车。
采用混凝土泵输送的混凝土要求混凝土要有很好的可泵性（即混凝土泵送性能的好坏），可泵性直接影响泵送施工的效率和成功与否。一般采用泵送力、实际泵送管路阻力来评价可泵性。
采用普通汽车运输时，运输的容器应严密坚实，不漏浆、不吸水便于装卸，混凝土不应离析。
无论采用何种方法运输混凝土都应满足有关施工规范对混凝土运输温度的要求。

灌注混凝土时首先要计算首批灌注混凝土的数量，也就是要计算导管上端漏斗储存的混凝土量是否满足第一次下灰后埋设导管下口深度和填充导管底部的要求。一般要求首次埋置深度至少不小于1米。混凝土参考数量可按下式计算
V≥(∏d2/4)h1+(∏D2/4)Hc
Hc=h2+h3
式中：V---首批混凝土所需数量（m3）
d---导管内径（m）
D---井孔直径（m）
Hc---首批混凝土在孔内的高度（m）
h2----导管初次埋置深度（m）; h2≥1.0m
h3---导管底端至钻孔孔底距离，取0.4米。
h1----井孔混凝土面高度达到Hc时导管内混凝土柱的高度（m）
由于孔径的不均匀，该式计算出首批混凝土数量后，需根据现场孔内情况适当增大混凝土量。
首批混凝土拌合物下落后，应连续灌注混凝土。
在灌注过程中，导管的埋置深度宜控制在2-6m.导管内混凝土不满时应徐徐地灌注，禁止在导管内形成高压气囊。
在灌注过程中，经常测探井孔内混凝土面的位置，及时调整导管理深，导管拆除要迅速。浇注混凝土过程中要控制好漏斗高度。漏斗底口高出井孔水（泥浆）面或桩顶的必需高程可参考下式计算

Hc≥(P0+γwHw)/ γc

式中:Hc---井孔内混凝土面以上至漏斗底口混凝土高度（m）
Hw----孔内混凝土面以上至水（泥浆）面的高度（m）
P0-----使导管内混凝土下落至导管底并将孔内混凝土顶升时所需的超压力，钻孔灌注桩采用100~150kpa,桩径1m左右取下限，桩径2m左右取上限。
γw----井孔内水或泥浆的容重（kn/m3）
γc---混凝土的容重（kn/m3）
不论计算结果如何，钻孔桩顶低于井孔中水面时，漏斗底口高出水面不宜小于4~6m；桩顶高于井孔中水面时，漏斗底口高出桩顶不宜小于4~6m.计算值大于上述要求时，应采用计算值。
为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时，降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌和上升到骨架底口4m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上即可恢复正常灌注速度。
灌注的桩顶标高应比设计高出一定的高度，一般为0.5~1.0m,以保证混凝土的强度，多余部分接桩或施工承台前须凿除，残余桩头应无松散层。

在灌注将近结束时，核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的高度是否正确。
桩身混凝土灌注结束时要及时处理好护简和混凝土面的高度。