冲孔灌注桩论文.doc

【摘要】阐述泥浆护壁冲孔灌注桩工程的工艺及特点，并结合工程实例经验，提出在施工中过程中应注意的持力层确认、沉渣检查、主筋保护层、混凝土浇灌、桩顶超灌量、桩底后注浆等方面质量控制要点。
【关键词】泥浆护壁冲孔灌注桩;质量控制
【Abstract】Slurry Wall punching characteristics of piles and construction supervision of the key, combined with examples of proposed projects in its construction should do a good job bearing stratum confirmed that sediment examination, protective layer ，concrete casting, super pile volume irrigation, such as post-grouting pile at the end of the seven aspects of quality control supervision.
【Key words】Slurry Wall pile punching; Quality control;

随着社会经济的迅速发展, 建筑越来越成为城市一道靓丽的风景线, 高层建筑在城市中不断地涌现，桩基础通常作为高层建筑的地基处理方法, 而泥浆护壁冲孔灌注桩在施工工艺方面相当成熟,，冲孔桩基础施工简便、操作易掌握、设备投入一般不是很大。在各类房屋及民用建筑中都得到了较广泛的应用。
冲孔灌注桩桩是在泥浆护壁的前提条件下, 利用桩锤冲进形成桩孔,采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。冲孔灌注混凝土都是在水下进行,因而,对作业人员的操作熟练程度、工艺水平都有较高的要求。如何有效地预防及正确处理施工过程中出现的偏心、塌孔、缩孔、断桩等不良现象,是提高工程效益的一重要方面,所以在施工监控中务必做好质量控制,遇事多协商,找出最优解决方法。
一、 冲孔灌注桩施工工艺流程

平整场地

桩位放样
埋设护筒
桩机就位
冲击成孔
一次清孔
成孔测试
安放钢筋笼
安装导管
二次清孔测沉渣

护筒制作
测量控制网建立
平整度、垂直度检查
导管拼装、检查
泥浆循环
钢筋笼制作

二、 泥浆护壁冲孔灌注桩的施工特点
1相对独立性。泥浆护壁冲孔灌注桩施工应该说具有其相对的独立性, 但必须承受上部结构传递的全部荷载, 与上部结构保持一致。随着社会分工越来越细, 泥浆护壁冲孔灌注桩的施工更显现出其专业性, 一般会由专业的岩土工程施工单位完成。
 2施工工期短、质量要求标准高。泥浆护壁冲孔灌注桩的施工因其自身特点造成工期一般较短。为保证上部结构的安全, 质量标准高, 必须集中大量人、财、物力和桩机等施工机械, 必须加强施工组织管理。
 3施工工艺多且复杂。泥浆护壁冲孔灌注桩的施工工艺主要包括成孔及清孔、泥浆护壁、钢筋笼制作及安装、混凝土拌制及灌注和桩底后注浆等5大工序。由于大部分工序均在水下进行, 无法直接进行观察, 各工序复杂、连续紧凑且持续时间较长。
  4耗工多、造价高。据统计资料, 桩基础一般占工程总造价的20～30%。泥浆护壁冲孔灌注桩虽然采用冲击桩机成孔, 但工人的劳动强度还很大, 耗工还很多。

三、冲孔灌注桩质量控制
如何有效地预防及正确处理施工过程中出现的偏心、塌孔、缩孔、断桩等不良现象,是提高工程效益的一重要方面,所以在施工监控中务必做好质量控制,遇事多协商,找出最优解决方法。
1、 钢筋笼
1.1 钢筋笼制作：钢筋笼制作应符合设计图纸和《建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）要求。钢筋笼外侧控制保护层厚度（砼保护层厚度为50mm），顶端应设置吊环。钢筋笼制作允许偏差见下表：
项目
允许偏差(mm)
主筋间距
土10
箍筋间距或螺旋筋螺距
土20
钢筋笼直径
土10
钢筋笼长度
土50

1.2钢筋笼安放：为保证钢筋笼起吊不变形采用两吊点起吊，第一吊点设在钢筋笼的上端，第二吊点设在钢筋笼的中点到三分之一点之间。入孔时，钢筋笼要对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。钢筋笼放到设计位置时，应立即固定。遇有两段钢筋笼连接时，钢筋笼分段在井口采用单面搭接焊，主筋焊接长度不小于10d，同一截面接头数受拉区不大于50%。
1.3 控制钢筋笼主筋的保护层厚度。《建筑桩基技术规范》(08) 规定, 水下灌注桩主筋保护层不小于5cm, 且设计一般要求为5cm。由于钢筋笼沉放在孔内, 其主筋保护层厚度较难控制。通常做法为在主筋上焊一个直径16mm 的耳状突起钢筋, 但基坑开挖后, 会发现有的桩内钢筋笼不居中, 甚至少数桩的主筋可能嵌入孔壁中, 造成露筋, 原因在于耳环与孔壁接触面很小, 耳环钢筋容易嵌入孔壁泥土中, 不能起保证主筋位置正确。在施工过程中可在加劲箍的部位用长约25cm 焊一耳环且在耳环外加焊一宽约5cm 长约8cm 的小扁钢, 在基坑开挖后, 检查筋笼基本能够居中, 确保主筋保护层厚度；也可以事先预制直径65mm 厚度为60mm 砂浆块, 在中间处留一10mm 的小孔,下钢筋笼时用8 钢筋穿过10mm 小孔并焊在两根主筋之间, 按每4.5mm 焊一组( 3 块) 等边三角形布置。这样在下钢筋笼时既起导向作用, 又能控制主筋保护层厚度, 不会因孔壁上的泥土下落而增厚孔底的沉渣而影响成桩的质量。经基坑开挖检查复核, 均能满足设计及有关规范要求。
2、水下灌注混凝土
水下砼采用商品砼，砼运输至工地，砼的坍落度选择在16—20cm，并进行现场测定。水下砼灌注是桩身质量的关键工序，所以，应认真掌握关键性的操作工艺。
（1）加强原材料进场验收及复核工作, 粗骨料应采用质地坚硬、粒径在20～40mm 之间并具有合理级配的碎石且含泥量不大于2%; 细骨料应选用质地坚硬且含泥量不大于3%的中粗砂; 使用的水泥、外加剂等必须提供合格证书且具有复试报告
（2）混凝土浇灌前必须量测泥浆比重, 并严格控制在1.20 范围以内。
（3） 导管选用游轮插接式导管，内径250mm，下导管时必须认真检查所有下入导管的密封圈及连接丝扣，确保其密封性能达到不漏水，导管连接后必须平直，不得弯曲。
（4） 隔水栓预制必须符合规定，使用时，顶面必须加钉胶垫，使其具有不漏水的密封性能并能顺利通过导管落入孔底。
（5） 下导管时应缓慢放下，先将导管直接放入孔底，然后再往上提起，保持距离孔底30—50cm的距离。
（6） 必须保证足够的初灌量确保剪球后导管首次埋管砼0.8—1.2m。
（7） 初灌剪球时，应立即观察孔内反浆是否畅通，并及时测量导管内外砼液面高度及导管在砼内的埋深，初灌后不得上下串动导管。
（8）混凝土浇灌过程加强混凝土的坍落度和搅拌时间的监控, 坍落度应控制在160～220mm 之间, 保证混凝土有足够的和易性。
（9） 灌注过程中，应随时测定砼面高度，保证每次拆卸导管后，导管埋深2—6米，应准确测定作好记录。
（10） 水下砼灌注要连续，中途不得停顿。
（11） 为保证桩头质量，超灌长度为1m，灌注过程中每根桩应随机抽取做1组试块。
（12） 砼灌注要有周密的计划，根据桩径、桩长、充盈系数和浮浆高度计算砼用量。
（13） 超灌控制 设计及施工规范均要求注意控制好最后一次灌入量。当凿除桩顶浮浆层后, 应保证设计的桩顶标高及混凝土质量。如果控制不好, 会有高有低, 必然会造成大量的材料和劳力的浪费, 因此合理有效地控制超灌量是十分有意义的。灌注水下混凝土, 第一斗混凝土冲出导管底口向孔底四周流动扩散, 与孔内泥浆、沉渣相互掺合形成一定厚度的浮浆层。当导管有一定埋深时, 后续灌入的混凝土在已灌入混凝土的内部流动, 第一斗混凝土始终处在最上层, 最终在桩顶凝固成浮浆、沉渣的混杂层。混杂层及其下的低劣混凝土层强度低, 应该给予以凿除。而混杂浮浆层的厚度应该取决于孔内清渣程度, 浇灌混凝土前要求清孔必须彻底。清孔如果越彻底, 混杂浮浆层就会越薄。混凝土浇灌时控制好第一斗混凝土浇灌量( 初灌量) 及导管埋深等指标, 形成的桩身质量必然好, 桩顶的混杂浮浆层会很薄。实际施工中若桩顶较高即空孔较小时, 可以用毛竹或PVC 管等直接测定混凝土面标高, 应该说是比较直观地控制最后一次灌入量。
（14） 沉渣控制 1）掌握沉渣检查的时间《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002) 和《建筑桩基技术规范》08 中均未明确规定检查测定沉渣的具体时间。下钢筋笼要移动桩机, 下完钢筋笼后再换浆清渣, 桩机需要重新对位。而通常采用导管法浇灌水下混凝土, 则下钢筋笼、导管需要一定的时间。当桩孔孔深为20～30m 时下钢筋笼、导管的时间需要3～4h, 当桩孔孔深为60～70m 时下钢筋笼、导管的时间多达8～9h, 此时泥浆泵循环作用早已停止工作, 必然会造成泥浆沉淀等。设计等单位普遍认为测定沉渣应在下钢筋笼后, 测定后立即浇灌混凝土, 以免造成二次沉淀。第一、下钢筋笼前第一次清孔,而第一次清孔是否彻底对成桩的质量有很大影响。清孔完毕后进行第一次检查, 沉渣厚度小于5cm 即认为合格, 可以下钢筋笼; 第二、安放完钢筋笼和导管, 利用导管进行第二次清孔再检查一次, 总沉渣厚度不大于5cm, 即可验收立即浇灌混凝土。
2）不管采用正循环还是反循环方式清孔, 桩底沉渣总会或多或少的存在, 会使桩的承载力受到影响。而应用桩底后注浆技术主要在于固化灌注桩的沉渣( 虚土) , 加固桩底桩侧一定范围的土体, 减少桩的变形, 在一定程度上提高桩的承载力。桩底后注浆是灌注桩施工的一种辅助方法。在成桩前将后注浆内导管与钢筋笼主筋用铁丝绑牢安放在桩孔中, 灌注混凝土成桩。成桩后一定时间内实施后注浆, 以注浆泵将配制好的水泥浆增压输入桩身内导管, 通过劈裂作用注入桩底沉渣和周围一定范围的土体中。注浆压力根据地层性质和深度而定。后注浆施工过程中, 应对后注浆的各项工艺参数进行检查, 同时做好试压进浆量等施工记录。注浆对桩底沉渣和桩侧的泥皮起固化效应, 粗颗粒沉渣被水泥浆固化为中低强度的混凝土, 细颗粒沉渣或虚土被固化为网状片石复合土体, 端阻力由此提高; 桩身泥皮因水泥浆的物理化学作用而固化, 侧阻力由此提高。桩底后注浆应该说具有操作简单、可靠性好、附加费用低、承载力增幅大等优点, 在桩基设计与施工中具有较好的推广和实用价值。建议在今后的桩基设计与施工中利用内导管, 进行超声波透射法检测桩身完整性, 注浆后取代等强度截面钢筋, 一管三用, 提高其经济社会综合效益。

四、冲孔灌注桩异常情况分析
在施工过程中可能因工人操作失误、地质情况复杂等因素造成桩身质量存在问题及处理方法：
(1)封底失败 由于首批混凝土数量过小、孔底的沉碴厚度大等原因导致首批混凝土灌注入孔后,未实现水下混凝土封底的现象称为封底失败。封底失败后,应立即暂停灌注,及时对孔内已灌注的混凝土进行清理：1）地层稳定性较好的,应采取导管内安装高压风管进行二次清孔的方法将已灌注的混凝土清理干净,重新请示监理检查,符合规范要求后可以重新开始水下混凝土灌注。2）地层稳定性差或高压清孔的方法不能奏效则应及时拆除导管、拔除钢筋笼,将桩机安装到位,将未灌注混凝土部分钻孔回填,待地层沉积稳定后用冲击钻清除已灌注的混凝土,达到孔底设计标高后,要检查合格后进行水下混凝土灌注。
(2) 导管堵塞 由于混凝土质量造成的导管堵塞：1）可以少量(根据堵管前测量及计算的导管埋深结果在保证导管最小安全埋深确定)提升导管而后快速下落的方法或加大一次性灌注混凝土数量而后快速提升再迅速下放,以冲击疏通导管的方法进行处理；2）将导管提升至自然地面以上，在导管头部安装振动设备，通过高频率的振动将混凝土与导管分离开，然后再快速拔管。
(3)断桩 由于灌注中提升导管失误、混凝土供应中断(下雨、停电、机械故障等)或导管漏水等原因导致导管中已灌注的混凝土与导管的混凝土隔断,无法继续灌注的现象通称为断桩。在灌注过程中认定发生断桩事故后,应立即停止继续灌注,提拔导管和钢筋笼,尽量将损失降低到最小。
(6)断桩的预防措施 水下混凝土灌注前严格控制好其泥浆比重,对于不同的地质有不同控制值,视实际情况而定;灌注前孔底一定要清干净;灌注前认真做好用电线路和机械的检查等。
五、施工注意事项
(1)冲击钻进应遵守以下一般规定:
①应控制钢丝绳放松量,防止钢丝绳放松过多减少冲程,放松过少则不能有效冲击,形成打空锤损坏机具;
②卷扬机施工操作时,应在钢丝绳上作记号控制冲程。冲击钻头到底后要及时收绳提起冲击钻头,防止钢丝绳缠卷冲击钻具或反缠卷筒;
③必须保证泥浆补给,保持孔内浆面稳定;护筒埋设较浅或表土层土质较差者,护筒内泥浆压头不宜过
大;
④一般不宜多用高冲程,以免扰动孔壁而引起坍孔、扩孔引发卡钻事故;
⑤应经常检查钢丝绳磨损情况、卡扣松紧程度、转向装置是否灵活,以免突然掉钻;
⑥每次掏渣后或因其它原因停钻后再次开钻时,应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻;
⑦冲击钻头磨损较快,应经常检修补焊;
⑧大直径桩孔可分级扩孔,第一级桩孔直径为设计直径的0.6~0.8倍。

(2)在粘土层钻进应注意下列事项:
①可利用粘土自然造浆的特点,向孔内送入清水,通过钻头冲捣形成泥浆;
②在粘性很大的粘土层中钻进时,可边冲边向孔内投入适量的碎石或粗砂;
③当孔内泥浆粘度过大、比重过高时,在掏渣的同时,向孔内泵入清水。
(3)在砂砾石层钻进应注意事项:
①使用粘度较高、比重大的泥浆;
②保持孔内有足够的水头高度;
③视孔壁稳定情况边冲击边向孔内投入粘土,使粘土挤入孔壁,增加孔壁的胶结性;
④用掏渣筒掏渣时,要控制每次掏渣时间不宜过长。
(4)在卵石、漂石层钻进应注意事项:
①宜选用带侧刃的大刃脚一字形冲击钻头,钻头重量要大,冲程要高;
②冲击钻进时可时向孔内投入粘性好的粘土,增加孔壁的胶结性,减少漏失量;
③保持孔内水头高度,不断向孔内补充泥浆,防止因漏水过量而坍孔;
④在大漂石层钻进时,要注意控制冲程和钢丝绳的松紧防止孔斜;
⑤遇孤石时可抛填硬度相近的片石或卵石,用高冲程冲击,或高低冲程交替冲击,将大孤石击碎或挤入孔壁。
(5)在裂隙岩溶地层钻进应注意事项:
①冲击钻头操作要平稳,尽可能少碰撞孔壁;
②选用圆形钻头钻进,冲程宜小不宜大,加大钻头重量,悬距不宜过大;
③遇裂隙漏水时,可投入粘土,冲击数次后,再边投粘土加石块,形成人造孔壁;
④遇溶洞时,应减小冲程和悬距,慢慢穿过,必要时可边冲边向孔内投放小片石或碎石,以冲挤到溶洞充填物中作骨架,稳定充填物;
⑤遇无充填的小溶洞时,如果施工需要,可投入粘土加石块,形成人造孔壁;
⑥遇起伏不平的岩面和溶洞底板时,不可盲目采用大冲程穿过。需投入粘土石块。将孔底填平,用十字形钻头小冲程反复冲捣,慢慢穿过。待穿过该层后,逐渐增大冲程和冲击频率,形成了一定深度的桩孔后,再进行正常冲击。
(6)掏渣应遵守以下规定:
①掏渣筒直径为桩孔直径的50%~70%;
②开孔阶段,孔深不足3~4m时,不宜掏渣,应尽量使粘渣挤入孔壁;
③每钻进0.5~1.0m应掏渣一次,分次掏渣,当在卵石、漂石层进尺小于5cm/h,在颗粒松散地层进尺小于15cm/h,应及时掏渣,减少钻头的重复破碎现象;
④每次掏渣后,应及时向孔内补充泥浆或粘土,保持孔内循环水位高于出水口。
(7)清孔应遵守以下规定:
①孔壁土质较好不易坍孔者,可用空气吸泥机清孔；
②孔壁土质较差者宜用泥浆循环清孔,清孔后泥浆比重应控制在1.15~1.25之间,粘度≤28s,含砂率≤10%;
③必须及时补充足够的泥浆或清水,始终保持桩孔中泥浆面稳定;
④清孔后孔底沉渣厚度应符合灌注桩施工的技术规范容许的沉渣厚度规定;
⑤清孔完毕,必须立即灌注水下混凝土。
六 冲孔灌注桩施工优缺点及适用范围
优点
(1)用冲击方法破碎岩土尤其是破碎有裂隙的坚硬土和大的卵砾石所消耗的功率小,破碎效果好;同时,冲击土层时的冲挤作用形成的孔壁较为坚固;
(2)在含有较大卵砾石层、漂砾石层中施工成孔效率较高;
(3)设备简单,操作方便,钻进参数容易掌握,设备移动方便,机械故障少;
(4)钻进时孔内泥浆循环的作用,使得悬浮钻渣循环至地面排除,并保持了孔壁稳定,泥浆用量少;
(5)冲进过程中,只有提升钻具时才需要动力,钻具自由下落冲击是不消耗动力的,能耗小。和回转钻相比,当设备功率相同时,冲击钻能施工较大直径的桩孔;
(6)在流砂层中亦能钻进,其冲进效率次于回转钻机。

缺点
(1)利用钻杆或钢丝绳牵引冲击头进行冲击钻进时,大部分作业时间消耗在提放钻头和掏渣土上,钻进速度较低。随桩孔加深,掏渣时间和孔底清渣时间相对较长；
(2)容易出现桩孔不圆的情况,扩孔率较高;
(3)遇地层不均匀时容易出现斜孔、卡钻和掉钻等事故;
(4)由于冲击能量的限制,孔深和孔径均比回转钻机施工适应性小。

适用范围：
冲击钻成孔适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层和碎石土层;也适用于卵石层、岩溶发育岩层和裂隙发育的岩层施工,而后者往往是回旋钻进和其它钻进方法施工困难的地层。
桩孔直径以600~1500mm,孔深以30~50m为宜。