浅谈钻孔灌注桩施工质量控制防治措施

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaogouku
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  摘要:钻孔灌注桩是工程中桩基础常用的基础形式之一,其成桩质量对工程安全有着至关重要的作用。本文简要分析钻孔灌注桩在施工过程中存在的一些质量问题以及相应的防治措施,目的在于工程实际中加强施工质量环节控制,防范安全风险。
  
  关键词:灌注桩; 施工质量;措施
  中图分类号:F253.3 文献标识码:A 文章编号:
  一、前言
  钻孔灌注桩是民用和工业建筑广泛应用的一种基础形式,其技术在理论上和工艺上已日
  趋成熟,施工起来具有适应性强、承载力大、施工操作工艺简便、设备投入不大等优点。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质量问题,科学进行检测,进行必要的防治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。
  本文根据从事钻孔灌注桩施工经验,简要分析钻孔灌注桩在施工过程中存在的一些质量问题以及相应的防治措施,旨在与同行共同学习。
  二、钻孔灌注桩的优缺点
  钻孔灌注桩是桩基础的主要形式之一,这主要是由于桩能将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层中去,从而大大减少基础沉降和建筑特的不均匀沉降,是一种极为有效、安全可靠的基础形式,具有抗地震性能好、沉降量小和承载力高、可以解决特殊地基土的承载力、工艺简单、施工噪音小适用性强的优点。其缺点是施工工艺比打入桩复杂,容易出现断桩、缩颈、混凝土离析和孔底虚土或沉渣过厚等质量问题,由于钻孔桩质量不够稳定,要抽检更多数量的桩进行检验,增加检测费用。
  三、钻孔灌注桩施工质量问题
  钻孔灌注桩的施工大部分是在地面以下进行的,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,在施工技术措施上要确保落实,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。
  灌注桩的质量问题与其成桩工艺密切相关,属于桩身完整性的常见质量缺陷有夹泥、断裂、缩颈、扩颈、空洞、混凝土离析等,尤其严重的是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。此种桩处理起来较麻烦,但究其原因也不难发现有以下几个方面: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,一定要连续完成该作业工序,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。
  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。
  四、钻孔灌注桩质量问题防治措施
  钻孔灌注桩真正的两大难题是桩身本身混凝土质量难以保证和桩尖淤泥不易清洗,因此要在成孔、缩颈、钻孔偏斜、卡管、泥浆制备和二次清孔、导管进水、断桩重要环节下功夫。通过认真细致检查施工过程每一环节,可以及时有效地对施工顺序错误或工艺方式不当处理时,一方面对事故桩采取接桩、补桩、补强、扩大承台(粱)等适当的补救措施,另一方面改变施工方法,修改设计方案,改变错误的施工方法,以防止事故的发生。
  灌注桩的本身混凝土质量控制在施工中是非常重要的,因此在工程实施中要充分考虑和认识以下重点环节上的防治处理措施:
  1、成孔过程
  (1)护筒冒水
  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,甚至无法施工。造成的原因主要是埋设护筒的周围土不密实,或护筒水位差太大,或钻头起落时碰撞。因此采取防治处理措施是在埋筒时,坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实。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。钻头起落时,应防止碰撞护筒。发现护筒冒水时,应立即停止钻孔,用粘土在四周填实加固,若护筒严重下沉或移位时,则应重新安装护筒。
  (2)孔壁坍陷
  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。造成的原因是孔壁坍陷的主要原因是土质松散,泥浆护壁不好,护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。采取的防治措施是在松散易坍的土层中,适当埋深护筒,用粘土密实填封护筒四周,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。搬运和吊装钢筋笼时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁,钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间。成孔后,待灌时间一般不应大于3小时,并控制混凝土的灌注时间,在保证施工质量的情况下,尽量缩短灌注时间。
  2、缩颈
  缩颈是钻孔灌注桩最常见的质量问题,缩颈即孔径小于设计孔径。其原因是由于桩周土体在桩体浇注過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、钻孔偏斜现场钻成的桩孔,垂直桩不竖直,斜桩斜度不符合要求的标准或桩位偏离设计桩位等为钻孔偏斜。确保桩身成孔垂直精度,是灌注桩顺利施工的一个重要条件。钻孔偏斜会会使灌注桩施工时钢筋笼难吊入,或造成桩的承载力小于设计要求造成钻孔偏斜的原因大致有五个方面:
  (1)钻孔中遇有较大孤石或探头石;
  (2)在有倾斜度的软硬地层交界处,岩面倾斜处钻进,或在粒径大小悬殊的卵石层中钻进,钻头受力不均;
  (3)扩孔较大处,钻头摆动偏向一方;
  (4)钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷;
  (5)钻杆弯曲,接头不正。
  在防治处理时应做到:安装钻机时要使转盘,底座水平,起重滑轮轮轴,固定钻杆的卡孔和护筒中心三者在一条竖直线上。并经常检查校正;由于主动钻杆较长,转动时上部摆动过大,必须在钻架上增设导向架,控制钻杆上的提引水笼头,使其沿导向架向中钻进;钻杆、接头应逐个检查,及时调正。主动钻杆弯曲,要用千斤顶及进调直;在有倾斜的软硬地层中钻进时,应吊着钻杆控制进尺,低速钻进。或回填片石、卵石冲平后再钻;在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔,使孔正直;偏斜严重时应回填砂粘土到偏斜处,待沉积密实后再继续钻进,也可以在开始偏斜处设置少量炸药(少于1kg)爆破,然后用砂石和砂砾石回填到该位置以上1m左右,重新冲钻。
  4、卡管
  卡管即为水中灌注混凝土过程中,无法继续进行的现象。造成的原因是初灌时,隔水栓堵管;混凝土和易性、流动性差造成离析;混凝土中粗骨料粒径过大;各种机械故障引起混凝土浇筑不连续,在导管中停留时间过长而卡管;导管进水造成混凝土离析等。采取的防治措施有使用的隔水栓直径应与导管内径相配,同时具有良好的隔水性能,保证顺利排出。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。水下混凝土必须具备良好的和易性,配合比应通过实验室确定,坍落度宜为18-22cm,粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4,且应小于40mm。为改善混凝土的和易性和缓凝,水下混凝土宜掺外加剂。应确保导管连接部位的密封性,导管使用前应试拼装、试压,试水压力为0.6-1.0MPa,以避免导管进水。在混凝土浇筑过程中,混凝土应缓缓倒入漏斗的导管,避免在导管内形成高压气塞。在施工过程中,应时刻监控机械设备,确保机械运转正常,避免机械事故的发生。
  5、泥浆的制备和二次清孔
  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,可以看出,泥浆的制备和清孔是确保基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,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。掏渣法、喷射法及加深孔底深度方法不仅使桩尖承载力降低,而且容易引起桩身砼产生来泥或有灰层,甚至发生断桩。采用抽浆清孔法清孔最彻底。采取的防治措施有:清孔应根据设计要求、钻孔方法、机具设备条件和土层情况选定适应方法,应达到降低泥浆相对密度,清除钻渣清除沉淀层或尽量减少其厚度的目的;清孔中,应注意始终保护孔内流水头,以防坍孔;清孔后,应从孔口、孔中部和孔底部分提取泥浆。测定要求的各项指标,这三部分指标的平均值,应符合质量标准的要求;柱承桩清孔后,将取样盒吊到孔底,灌注水下砼前取出样盒检查沉淀在盒内的渣土,其厚应不大于设计规定;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。
  6、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。一旦生发上述情况,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。 7、断桩
  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。造成的原因是由于导管底端距孔底过远,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;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;由于在浇注混凝土时,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;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。采取的防治措施:成孔后,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。灌注混凝土前认真进行孔径测量,准确算出全孔及首次混凝土灌注量。混凝土浇注过程中,应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,并严格遵守操作规程。严格确定混凝土的配合比,混凝土应有良好的和易性和流动性,坍落度损失应满足灌注要求。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。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,在灌注混凝土过程中应避免停电、停水。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。任何质量问题的出现都存在一定的因果关系,分析造成桩基质量问题或事故原因主要存在以下几种情况:
  1、测量放线错误,使整个建筑物错位或桩位偏差过大;
  2、单桩承载力达不到设计要求;
  3、成桩中断事故。如钻孔灌注桩塌孔,卡钻;
  4、灌注桩成桩质量,包括沉渣超厚、混凝土离析、桩身夹泥、混凝土强度达不到设计要求、钢筋错位变形严重等;
  5、断桩。灌注砼施工质量失控,发生断桩事故;
  6、桩基验收时出现的桩位偏差过大;
  7、灌注桩顶标高不足。常见的有三种,一是施工控制不严,在未达到设计标高时混凝土停浇;另一种虽然标高达到设计值,因桩顶混凝土浮浆层较厚,凿出后出现桩顶标高不足。
  
  五、钻孔灌注桩质量检测方法
  许多事物过程的发生都是有规律可循的,试验检测手段就是作为防治措施之一。目前常用的桩基检测方法有以下几种:
  1、钻芯检测法:由于大直钻孔灌注桩的设计荷载一般较大,用静力试桩法有许多困难,所以常用地质钻机在桩身上沿长度方向钻取芯样,通过对芯样的观察和测试确定桩的质量。 但这种方法只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量,而且设备庞大、费工费时、价格昂贵,不宜作为大面积检测方法,而只能用于抽样检查,一般抽检总桩量的 3 ~ 5% ,或作为无损检测结果的校核手段。 2、 振动检测法:又称动测法,它是在桩顶用各种方法施加一个激振力,使桩体及至桩土体系产生振动。或在桩内产生应力波,通过对波动及波动参数的种种分析,以推定桩体混凝土质量及总体承载力的一种方法。这类方法主要有四种,分别为敲击法和锤击法、稳态激振机械阻抗法、瞬态激振机械阻抗法、水电效应法。 3、超声脉冲检验法:该法是在检测混凝土缺陷的基础上发展起来的。其方法是在桩的混凝土灌注前沿桩的长度方向平行預埋若干根检测用管道,作为超声检测和接收换能器的通道。检测时探头分别在两个管子中同步移动,沿不同深度逐点测出横断面上超声脉冲穿过混凝土时的各项参数,并按超声测缺原理分析每个断面上混凝土质量。 4、射线法:该法是以放射性同位素辐射线在混凝土中的衰减、吸收、散射等现象为基础的一种方法。当射线穿过混凝土时,因混凝土质量不同或因存在缺陷,接收仪所记录的射线强弱发生变化,据此来判断桩的质量。
  六、结束语
  1、工程技术研究必须建立在实际的基础上,只有当理论和实践通过不断的研究、试验、使用和改进,才会逐步发展形成完整的体系,所得的结论才有实际意义。
  2、必须按照既定程序,依靠正确的方法和先进的技术,不断总结,提高结果的准确性,进一步指导工程实际。
  3、工程中许多事件都具有一定的规律性,当我们合理应用科学方法,加强每一环节控制,在数理统计资料基础上对抽检产品进行分析,就可以得到较确定的质量指标参数,对正确评价工程实体工艺、质量、成本风险控制具有重要的现实意义。
  4、彻底解决质量缺陷与评价风险控制,仍值得我们进一步的探索和提高。
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