钻孔灌注桩施工及质量控制(毕业论文).doc

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钻孔灌注桩施工质量问题控制与防治措施

一、前言
钻孔灌注桩由于对各种地质条件的适应性、施工简单易操作且设备投入一般不是很大，因此在各类工程中得到广泛应用。但是由于钻孔灌注桩的施工大部分是在地面以下进行，其施工过程无法直接观察，成桩后也不能进行直接开挖验收，它又是最容易出现质量问题的一种基础形式。分析钻孔灌注桩在施工过程中可能发生的事故，进行必要的防范是保证钻孔灌注桩成桩质量，确保基础工程安全的重要措施。以下从几点浅谈在施工过程中遇到的问题处理办法。
二、桥梁钻孔桩施工工艺及方法
1、钻孔桩基础施工工艺
钻孔桩施工工艺流程见图2-1;孔灌注桩施工程序见图2-2。
泥浆备料

泥浆池

平整场地（搭设钻机平台）

桩位放样

埋设护筒

钻机就位

钻 进

终孔质量检查

清 孔

下钢筋笼

安装导管

再次检查沉渣厚度及泥浆指标，必要时二次清孔

水下混凝土灌注

拔除护筒

凿除桩头，质量检验

下道工序
孔内造泥浆
泥浆沉淀池
混凝土拌
制及输送
检查混凝土质量及
顶面标高、制作试件
拼装检查导管
钢筋笼制作

图2-1 钻孔桩施工工艺流程图

图2-2 钻孔灌注桩施工程序示意图

2、施工准备
平整场地，清除坡面危石浮土。施工现场的出土路线应畅通。施工复测后，定出桩孔准确位置，在桩外侧设置桩中心的十字控制桩，设置护桩并固桩；经常检查校核护桩。放出桩孔四周。
现场四周应设置排水沟、集水井和沉淀池；孔口四周挖排水沟，做好排水系统；及时排除地表水，搭好孔口雨棚。
施工现场备足钻孔用水、粘土、碎石、片石等材料，确保意外情况发生时材料齐备，满足处理需要。
3、护筒埋设
钢护筒采用δ=8mm的钢板制作，护筒直径大于孔径0.4m。护筒顶宜高出施工水位或地下水2.0m，并高出施工地面0.5m，钢护筒四周用粘土夯实。水中护筒在钻孔作业平台上采用导向架导向，振动锤下沉至粘土层。护筒埋设或下沉到位后，顶面位置偏差不大于5cm，倾斜度小于1%。
4、钻机安装
旱地桩施工时应平整、加固处理地面，在钻架下部支点处垫设方木，以扩散对地面应力。水中桩时钻机直接安放于平台上。钻机就位时保持底盘平稳、钻架直立、钻头中心对准桩位中心，并将钻架可靠固定。确保在钻进过程中不发生倾斜和位移。
5、泥浆制备
泥浆选用优质粘土或膨润土造浆，经试验室配比确定。本工程泥浆指标采用：比重为1.1～1.30，粘度16～22秒，PH值大于6.5，含砂率不大于4%，胶体率不小于95%。对不同的地质条件可适当调整泥浆比重。
6、成孔
冲击钻进开孔时主要为造浆护壁，开孔前在孔内多放粘土，并加适量粒径不大于15cm的片石和碎石，顶部抛平，用大比重泥浆、低冲程密击，钻进0.5～1.0m后，再回填粘土，继续用低冲程密击，如此反复二、三次，使孔壁坚实、竖直、圆顺，待冲砸至钻头顶在护筒下3～4m后，方可加大冲程正常钻进。
钻孔过程中根据桩位处详细地质情况采用不同方式钻进。粘土、粉质粘土覆盖层采用中冲程，输入较低稠度泥浆冲击成孔，钻进要注意防止卡钻、埋钻；易塌孔的粉砂、砂土层采用小冲程，多投粘土提高泥浆的粘度与相对密度，并适量填加片石、碎石，使之挤入孔壁。块石土、角砾土、碎石土层采用中冲程，加大泥浆稠度，添加片石、碎石反复冲击，将孔壁挤实。基岩采用大冲程冲击成孔，钻进过程中，特别注意当基岩面倾斜大或高低不平时，回填片石、碎石，低锤快打，造成一个平台后，方可采用较大冲程正常钻进，如发现孔偏、孔斜，用片石回填至偏、斜上方0.3～0.5m处重新冲砸造孔。
每钻进0.5～1.0m后，开动反循环泥浆泵，将孔底钻渣抽出来，并及时向孔内补入新鲜泥浆，如此循环操作，随着钻进深度不断增加，排渣管在副卷扬机操作下也随之及时下落，始终与孔底保持10～20cm距离。
7、终孔
终孔检查项目：孔径、孔形、垂直度检查，用笼式检孔器；孔深和孔底沉渣厚度检查，用测绳配测锤；桩位检查，用全站仪测放桩位中心。
8、清孔
钻孔至设计高程后进行清孔，孔用抽碴筒清孔。抽碴时，及时向孔内注入清水或新鲜泥浆，以保持孔内水位不变，避免坍孔。还可以采用换浆法清孔，采用优质泥浆正、反循环换浆，直到达到规范规定的清孔质量标准。孔径、孔深不小于设计值；孔位中心偏差不大于50mm；倾斜度不大于1%；灌注混凝土前孔底沉碴厚度满足规范要求。
9、钢筋笼制作、安装
钢筋笼采用箍筋成形法集中分节制作，接头相互错开，外观必须顺直，不得扭曲变形，焊接、绑扎必须牢固。钢筋笼所用钢材有产品合格证和现场抽检复查资料，满足有关规范要求。制作安装时主筋接头按规范规定错开。采用挤压或机械连接接头时，先要进行工艺评定，并在施工时现场取样做接头试验。钢筋笼加工确保主筋位置准确。钢筋保护层可在钢筋笼外侧设置耳环筋。按设计要求设置声测管。用汽车吊下放钢筋笼，在孔口焊接接长。钢筋骨架上端焊拉钩和横撑固定于孔口，当桩身混凝土初凝后，解除固结设施。
10、水下混凝土灌注
水下混凝土灌注是保证钻孔桩质量最重要、最关键的工序。灌注导管采用φ250mm的快速卡口垂直提升导管。导管使用前组装编号，并进行接头抗拉试验和水密性试验，保证接头牢固、严密、不漏水。
下放导管时小心操作，避免挂碰钢筋笼。导管安装的长度建立复核和检验制度，避免因误装造成断桩。
水下混凝土灌注前，再次检查沉渣厚度，如不合格，进行二次清孔，合格后立即开始灌注混凝土。
混凝土选定适当的混凝土配合比，粗骨料选用碎石，粒径为5～25mm，砂为级配良好的中砂，优先采用矿碴水泥，含砂率为40%～45%。坍落度为18～22cm，掺加适量的缓凝剂，延长混凝土的初凝时间。
混凝土在混凝土搅拌站生产供应，由混凝土搅拌运输汽车运输至桩位处，直接灌注或泵送，汽车起重机配合灌注。
首批混凝土灌注量必须保证导管埋深不小于1m，拔球前准备足够的混凝土储备量，保证拔球后导管的埋置深度大于１m并小于3m。拔球前，导管距孔底的高度要适当，一般取30cm左右。
混凝土灌注过程中，注意观察管内混凝土面下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度。导管埋置深度要适当，埋置深度控制在2～4m的范围内。
水下混凝土灌注要快速、连续不间断地进行，灌注标高比设计桩顶超灌0.5～1.0m，以便凿除桩头浮浆，确保桩身混凝土质量。
11、检测
按规定制作混凝土试件，检查桩身混凝土强度，按规定对每根桩基进行无破损检测。必要时对桩基进行大应变或钻芯取样检查。
，然后将锤式抓斗慢慢放入孔底，抓出孔底的沉渣。
②当使用的泥浆比重过小或泥浆注入量不足时，桩底的沉渣浮起困难，沉渣将堆积在桩底，影响桩与地基的结合。工程中需采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不能用清水进行置换
三、常见质量通病及处理办法
1、无套管施工法中孔壁坍塌及对策
无套管灌注桩施工过程中由于土壤的持力层发生变化等原因，将会出现因漏水、漏浆等导致的孔壁坍塌的质量事故。钻进过程中，如发现排出的泥浆中不断出现气泡，或泥浆突然漏失，则表示有孔壁坍陷迹象。根据对此类问题的分析，发现造成施工事故的原因主要在于：
①护筒的长度不够，护筒变形或形状不合适；
②保持的水头压力不够；
③地下水位有较高的承压力；
④在砾石层等处有渗流水或者没水，孔中出现跑水现象；
⑤泥浆的容重及浓度不足；
⑥成孔速度太快，在孔壁中来不及形成泥膜；
⑦用造孔机械在护筒底部造孔时触动了孔周围的土壤；
⑧沉放钢筋时，碰撞了孔壁，破坏了泥膜及孔壁；
⑨造孔机械的机械力过大，致使护筒与土层之间的粘着力减弱；
针对这种问题，应采取的相应处理措施为：
施工现场在埋设灌注桩的护筒时，坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实，必须注意保持护筒安装垂直，在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持1.0-1.5m的水头高度。
当发现地基有地下水时，应密切注意是否夹有不透水层。当下层的承压地下水的水头比下层的地下水位高时，必须能保持足够的泥水压力，在施工前的地质情况勘测中，一定要求给出地下水的压力、出水量、水流方向等要素条件。
泥浆的比重以1.02~1.08左右为宜。另外，在成孔时，如果遇到砾石层等土层产生大量漏浆时，应考虑是否改成其他施工方法。
当中断成孔作业时，要着重监视漏水、跑浆的情况。
在反循环钻孔法的成孔施工中，钻孔速度不宜过快，如果孔壁未形成有效泥浆膜，施工中将易出现孔壁坍塌的质量事故。成孔速度应根据地质情况并参照相应规范选取，对于淤泥质等非常软弱的地质，如果成孔速度过快，造孔的桩孔将很不规则，对于砂、砂砾等土层若成孔速度过快，会产生桩的径向摆动，而发生孔壁坍塌现象，在现场调查中发现，孔中水的向下流速超过12m/min，在负压的作用下，孔壁非常容易发生坍塌现象。
为避免此类问题的发生，在施工中，要求施工人员要严格按施工规范进行施工，深入理解设计意图是确保成功施工的关键因素，塌孔的桩孔应及时回填，当地层呈现稳定状态后，应适当的停置3~5天后再度施工为宜。
在钢筋笼的沉放过程中，多采用边沉桩边射水搅拌的施工方式，然后用空气升液法、砂泵等设备抽出搅混的泥浆，同时，要注意避免射水压力过大，破坏钻孔的完整。
2、缩颈
缩颈是钻孔灌注桩最常见的质量问题，主要由于桩周土体在桩体浇注过程中产生的膨胀造成。针对这种情况，应采用优质泥浆，降低失水量。成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，在成孔一段时间内，孔壁形成泥皮，则孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀。或在导正器外侧焊接一定数量的合金刀片，在钻进或起钻时起到扫孔作用。另外，可采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。
3、钢筋笼上浮
在浇筑混凝土时，有时钢筋笼会发生上浮，其原因及相应对策如下：
①钢筋笼上升，除了一些显而易见的原因是由于导管上提时钩挂所致外，主要的原因是被砼顶托上升，当砼表面接近钢筋骨架时，导管底口处于钢筋笼底口3M以下和1M以上处，砼灌注的速度过快，使砼下落时冲出导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋笼的重力所致。
②当钢筋笼的外径及套管内壁之间的间隙太小，有时套管内壁与箍筋之间夹有粗骨料时，会发生钢筋上浮现象，出现这种问题处理的方法是，使箍筋与套管内壁之间的间隙要大于粗骨料的最大尺寸的2倍。
③钢筋笼自身弯曲，钢筋笼之间的接点不好、弯曲，箍筋变形脱落，套管倾斜等，使得钢筋与套管内壁的接触过于紧密时，也将造成钢筋笼上浮。在处理此类问题时，应注意提高钢筋笼加工、组装的精度，防止钢筋笼在运输工程中的碰撞等因素引起的变形。在沉放笼时要确认钢筋笼的轴向准确度等，不得使钢筋笼自由坠落到桩孔中，不得敲打钢筋笼的顶部，在贯入套管时，必须注意汽锤制度。
④由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已接近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定的握裹力，如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上升。当此类现象发生时，应立即停止灌注混凝土，并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消失。
⑤钢筋笼放置初始位置过高，混凝土流动性过小，导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升。
钢筋笼初始位置应定位准确，并与孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度，缩短灌注时间，或掺外加剂，防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小，混凝土接近笼时，控制导管埋深在1.5-2.0m。
⑥为了防止钢筋笼上升，当导管底口低于钢筋笼底部3M至高于钢筋笼底1M之间，以及砼表面在钢筋笼底部上下1M之间，应放慢砼灌注速度，允许的最大灌注速度与桩径有关。孔内砼进入钢筋骨架4M左右,适当提升导管,减小导管埋置长度,以增加骨架在导管口以下的埋置深度,从而增加砼对钢筋骨架的握裹力。 1 ⑦除此之外，在浇筑混凝土之前，一定要将套管稍稍往上提一点，以确认钢筋笼是否存在上浮现象。克服钢筋上升，除了主要从上述灌注方面着眼外，还应从钢筋笼定位方式加以考虑。
4、桩底沉渣量过多
清孔是灌注桩施工中保证成桩质量的重要环节，通过清孔应尽可能的使桩孔中的沉渣全部清除，使混凝土与岩基结合完好，提高桩基的承载力。施工中发生桩底沉渣的主要原因及处理的措施如下：
①桩底的沉渣过多主要由于施工中违犯操作规定，清孔不干净或未进行二次清孔造成的；施工中应保证灌注桩成孔后，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30分钟。
③钢筋笼吊放过程中，如果钢筋笼的轴向位置未对准孔位，将会发生碰撞孔壁的事故，孔壁的泥土会坍落在桩底；因此，钢筋笼吊放时，务使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。在钢筋笼的加工工艺上，可选用冷压接头工艺加快对接钢筋笼速度，减少空孔时间，从而减少沉渣。下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，使用方法是用空气升液排渣法或空吸泵反循环法。这种方法是用已有的空吸泵、空压机，在导管上备有承接管，它无需特殊设备，在任何施工方法中均可采用。
④清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。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1.0m以上，以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣，达到清除孔底沉渣的目的。
5、导管进水
在浇注混凝土过程中，有时会发生由于过量上提导管，使接头部分产生漏水等情况，将造成混凝土离析、流动等质量事故，在桩身上留下致命的质量隐患。因此要严格施工管理，不得发生泥浆水进入导管的质量事故。一旦生发上述事故，可采取如下的处理措施：
浇筑混凝土之前，若发现导管口出现漏水现象时，应立即提起到导管进行检查，对漏水部位进行严格的防水处理后，再重新放入桩孔中，建筑混凝土。
在任何情况下，都应该尽可能的将导管底部深深的埋在混凝土中，当发现导管上提明显过量时，应迅速将导管插到混凝土中，利用小型水泵或小口径的抽水设备，将导管中的水抽到之后，再继续浇筑混凝土。
6、断桩
由于混凝土凝固后不连续，中间被冲洗液等疏松体及泥土填充形成间断桩。造成原因及防治措施如下：
①施工中若发生导管底端距孔底过远，则混凝土被冲洗液稀释，使水灰比增大，造成混凝土不凝固，形成混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土填充。
为避免质量事故的发生，桩孔钻成后，必须认真清孔，一般是采用冲洗液清孔，冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定，冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣超过规范规定。这就要求在灌注混凝土前，应认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次混凝土灌注量。
②有时受地下水活动的影响或导管密封不良，冲洗液浸入混凝土水灰比增大，形成桩身中段出现混凝土不凝体。
在地下水活动较大的地段，事先要用套管或水泥进行处理，止水成功后方可灌注混凝土。帮扎水泥隔水塞的铁丝，应根据首次混凝土灌入量的多少而定，严防断裂。确保导管的密封性，导管的拆卸长度应根据导管内外混凝土的上升高度而定，切勿起拔过多。
③在浇注混凝土时，由于导管提升和起拔过多，露出混凝土面，或因停电、待料等原因造成夹渣，出现桩身中岩渣沉积成层，将混凝土桩上下分开的现象。
施工中应明确规定，混凝土浇注过程中，一旦开始浇筑工序，一定要连续完成改作业，确保在混凝土初凝时间内连续浇注，在灌注混凝土过程中应避免停电、停水。并随时控制混凝土面的标高和导管的埋深，提升导管要准确可靠，严格遵守操作规程。
④施工中还会发生浇注混凝土时，没有从导管内灌入，而采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，产生混凝土离析造成凝固后不密实坚硬，个别孔段出现疏松、空洞的现象。
因此，施工要求中要严格确定混凝土的配合比，使混凝土有良好的和易性和流动性，坍落度损失亦满足灌注要求。灌注混凝土应从导管内灌入，要求灌注过程连续、快速，准备灌注的混凝土要足量， 避免埋下质量事故的隐患。
7、钻孔内的有害气体
由于地质构造或其他特殊原因，在灌注桩的成孔过程中，发现桩孔中产生沼气、天然气、硫化氢等有害气体，全套管施工中，当需要在孔口附近进行焊接钢筋骨架时，焊接的电火花会点燃桩孔内可燃性气体而发生爆炸的质量事故。
为避免上述事故的发生，在进行焊接作业前，首先利用有害气体探测器或火绳等检查桩孔中是否存在有害气体，一般情况下，桩孔中的可燃气体，应用注水法排除孔中的有害气体；当气体量较少时，也可以利用火绳等将有害气体燃烧掉。
四、钻孔灌注桩的钢筋笼施工及质量控制
(一）、钢筋骨架制作
1、制作方法
在《公路工程质量检验评定标准》中规定了钢筋笼制作的允许偏差，如下表所示
钢筋笼制作允许偏差
项次
项 目
允许偏差/mm
1
主筋间距
±20
2
箍筋间距或螺旋筋间距
±10
3
钢筋笼直径
±5
4
钢筋笼长度
±10
各项控制指标,,对于每一段来说都不难做到。但是由于每段钢筋笼的偏差可正可负，特别是对主筋间距和钢筋笼直径这两项指标，在两段钢筋笼焊接时会发生困难。为了克服这个困难，我们采用了如图所示的纵向钢筋定位模板进行钢筋笼的制作。
每节钢筋笼设置定位模板二具,定位模板相互平行
为了不妨碍螺旋筋的绑扎，再每隔2M左右采用加强筋成型法。加强筋设在主筋内侧，并用三角内撑将它加固，在加强筋外侧点焊主筋，主筋与加强筋必须垂直，再绑扎箍筋，钢筋笼的加工，必须严格按照施工设计图和规范要求，配制好主筋的焊接长度为10D(双面焊)，但施焊时，由于起落点都不饱满，达不到施工要求，所以长度加1CM，接头位置错开，距离应不少于规范要求，为了方便施工，结合钢筋笼的长度取一个工人易记的数字(最好是整十位数)。
钢筋笼由于一般都比较长,重量重，而且受钻机门架高度(一般不都超过10M)的影响，施工中，钢筋笼要采取分制作，每根桩的钢筋笼，由几节钢筋骨架组成,计算钢筋笼长度尺寸时,除要注意接头位置错开,还要注意计算上焊接长度。
2、保护层的设置
钢筋笼竖直对准孔口中心后要缓缓下放，力求不使“︺”筋（也称钢筋耳朵）刮伤孔壁。但事实上这是很难做到的，为此我们采用如图所示的垫块。经过施工表明，此种垫块可以减小孔壁的刮伤及增加钢筋笼保护层的均匀性。

然而钢筋笼的弧形垫块在吊装过程会经常会被破坏，为此再事先制作一些圆形垫块，钢筋笼一边下放，再一边安装圆形垫块；垫块为砂浆预制块，中间穿孔，插入与箍筋同规格钢筋，点焊在骨架上，安装时注意圆钢筋纵向与骨架纵向一致，垫块能够在骨架下放时滚动，一起固定骨架居中，二起保护层作用,三又不会刮伤孔壁。

(二）、钢筋笼的存放
制好后的钢筋笼必须放在平整、干燥的场地上。存放时，在加劲筋与地面接触处垫上等高的木方，以免粘上泥土。每组骨架的各节要排好次序，挂上小牌，注明第几节及其长度，不得混杂存放，避免搞错，造成质量事故。存放时骨架还要注意防雨、防锈。
(三）、钢筋笼的起吊和就位质量控制
为了防止钢筋笼在吊运过程中发生纵横方向不可自动复原的变形。除了要求起吊方法正确，不可采用错误的方法（特别注意下端不可拖地）之外，必要时还可采用临时加强刚度的措施，使用纵向抗挠屈加劲杆，我们在骨架内部教临时绑扎两根杉木杆以加强其刚度，因为它体直，质轻，便于安装、拆卸。采用两点吊法，第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分点之间。起吊时，先提第一吊点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊。待骨架离天地面后，第一吊点停止起吊。随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。解除第一吊点，检查骨架是否顺直。当骨架进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。然后，由下而上地逐个解去绑扎杉木杆的绑扎点。解去后，杉木杆受水的浮力自行浮出水面后即可取去。当骨架下降到第二吊点附近的加强箍接近孔口时，可用型钢穿过加强箍下方，将骨架临时支承于孔口，将吊钩移到骨架上端，取出临时支承，继续下降到骨架最后一个加强箍处，按上述办法暂时支承。此时可吊来第二节骨架，使上下两节骨架位于同一竖直线上，进行焊接。焊接时应先焊顺桥方向的接头。最后一个接头焊好后，可下沉骨架，如此循环，使全部骨架降至设计标高为止。
骨架最上端定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，并反复核对后再焊接。在定位钢筋顶端的顶吊圈内插入两根平行的工字钢。将整个定位骨架支托于护筒顶端。两个工字钢的净距应大于导管外径30CM。然后撤下吊绳，用用4根φ25短钢筋将工字钢及定位筋的顶吊圈焊于护筒上。使钢筋笼定位于孔中心。一方面可以防止导管或碰撞而使整个钢筋骨架变位或落入孔中，另一方面也可起到防止骨架上浮的作用。

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