钻孔灌注桩施工工艺及施工过程的主要控制因素

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  摘要:随着公路建设的发展, 钻孔灌注桩将被越来越广泛地作为基础型式。 桩基础的顺利施工是整个桥涵施工质量及进度的保证。本文根据桩基工程多年的施工经验,对钻孔灌注桩的施工工艺及施工方法进行了阐述,并结合钻孔灌注桩施工过程中过去所发生的质量问题,提出了一些具体的控制方法。
  关键词:钻孔灌注桩; 质量控制; 施工工艺
  中图分类号:U443文献标识码: A
  
  
  1 公路桥梁钻孔灌注桩施工工艺
   钻孔灌注桩施工按工艺分为成孔及清孔、钢筋笼制作及安装、混凝土搅拌及浇注三大工序。
  1.1 成孔及清孔
  1.1.1 测量定位
  清理施工场地后,应复测甲方提供的基线和基点,确定无误后,再根据基线和基
  点放出具体桩位,桩位测放顺序按施工顺序进行,桩位应用混凝土固定好,桩中心线偏差<10mm,并做好测量记录。挖埋护筒前应将桩中心线引到钢轨上,并做好标记,以便校对中心。
  1.1.2 垂直度控制
  平整场地后,枕木应铺设平稳牢固,钻机就位时,调好钻机的水平,并使钻机的天
  车、钻孔中心、桩位三点一线。在钻进过程中,宜每钻进2~4 m用带垂直度测量仪的靠尺测1次钻杆垂直度,也可用水平尺测钻机卡盘水平,测量时应注意在相互垂直的两个方向各测1次。此两种方法操作简便快捷,精度较高(均在千分之几以内),可及时发现并纠正垂直偏差(规范要求控制在1%以内)。
  1.1.3 钻孔深度
   一般用带吊锤的测绳测量。测绳使用前应对其检查校测。对大直径桩应注意测量位置,应以桩边深度为控制深度。如在钻孔圆心附近测量时,应视钻头直径大小加深几十厘米控制,保证桩全断面长度。如何在现场正确判别设计要求的持力
  土(岩)层的深度,成为控制桩端入岩(土)深度的关键。工程前几根桩(含试桩)宜由设计、勘测、监理、施工单位技术人员到场共同确定判别标准。判别的主要依据:a)依据工程地质勘察报告;b)依据冲出泥渣颜色、岩粒特性进行判别;c)依据工程钻进记录(钻进速度)进行判别。;d)有设备条件的情况下在以上三点的基础上用超前钻抽取岩样,可直观地判别岩层。工程中应通过以上几种途径相互印证、综合分析,确定现场判别标准,切忌以单一依据,草率做出判别结论。
  1.1.4 清孔
  沉碴厚度是影响桩基(特别是端承桩)承载力的重要因素。工程中一般要2次清
  孔,即终孔后第1次清孔,吊放钢筋后第2次清孔。
  1) 循环方式的选择桩端持力层为粉砂层时,宜采用正循环清孔,因为反循环清孔
  排碴速度较高,较大的抽吸作用反使桩端附近的粉砂层应力松弛,使桩端阻力降低;桩端持力层为碎石、卵砾石层、岩层时,应选用反循环清孔。
  2) 泥浆密度的控制清孔时泥浆应不断置换,在保证不塌孔的前提下,尽量降低泥
  浆的密度、粘度。清孔时泥浆密度宜为1.15~1.2。沉碴厚度清孔后沉碴厚度的测量方法,有吊锤测量、超声波、电阻检测等,其中简便常用的是吊锤测量法。方法是:用吊锤吊至孔底,轻触沉渣面,并记录深度;再牵绳使吊锤抖击孔底沉渣,使其液化,直至坚硬岩面(或其他坚硬土层),再次记录深度。2次记录深度的差值即为沉碴厚度。当沉破厚度较小时,可通过吊锤感触到孔底坚硬洁爽的状况。
  1.2 钢筋笼制作与安装
   除按《建筑桩基技术规范》JGJ94-94、《 混 凝 土 结 构 工 程 施 工 及 验 收 规 范 》GB502004-2002进行材料、制作、焊接等检查外,尚应注意以下质量控制点。
  1) 钢筋笼下端宜焊加劲环,主筋不宜伸出,防止被导管钩住。较大直径的桩,钢筋笼下端主筋可向内弯起,以防安装过程中钢筋笼碰坏钻孔壁,但其内径应大于导管接头处外径100mm以上。
  2) 钢筋笼安放时应对准孔位,尽量减少碰撞孔壁。钢筋笼安放至设计标高位置后,应立即用环将钢筋笼固定在钢轨上,防止上浮。
  1.3 混凝土浇注
   除混凝土配合比应满足水下浇注要求,砂、石、水泥材料检测、混凝土搅拌按
  GB502004-2002进行控制以外,本工序要求质量控制点为:
  1) 检查成孔质量合格后尽快浇注混凝土。若因某种原因造成间隔过长,应重新清孔并测沉碴厚度,合格的方可浇注混凝土。
  2) 首盘混凝土应有足够的储备量,使导管一次性埋入混凝土0.8m以下。
  2公路桥梁成桩的制作方法及质量控制
  2.1成桩清孔的质量控制。
   钻孔桩清孔的主要目地是清除孔底的沉渣,在开钻过程中孔内的沉渣不只是影响灌注桩的承载力,同时还对钻孔的深度和垂直度有着一定的影响,所以清孔过程中需利用泥浆流动时的冲击力来使沉渣和岩粒悬浮,并且利用泥浆的粘合力和循环流动性把孔底的沉渣带出钻孔,最终达到钻孔桩内无沉渣。在清孔过程中我们可以看出,泥浆清孔是非常重要的一个环节,因此我们需要对泥浆的指标进行有效的控制以保证钻孔的质量,一般泥浆的粘合度以15—20min,含砂率应小于5%,胶体率不小于85%,并且泥浆一定要选取高塑性孰土或膨润土,并根据现场的实际情况确定合适的配比。
  2.2成桩钢筋笼的质量控制。
  钢筋笼的制作与质量控制是桥梁钻孔灌注桩稳固的基础,在制作钢筋笼之前需要对制作材料进行严格的审核,尤其是对钢筋的质量保证书、出厂检验报告、产品质量等级进行检测,如果符合方能投入使用;其次,要根据工程具体的需求和桩身的需要来检查钢筋的规格、数量、强度、抗氧化度、直径进行检测。施工中由于钢筋笼的位置比较特殊,一般是在钻架的底梁上,因此在制作过程中需要适当的调整底梁的标高,以此确保钢筋在埋入时满足设计要求。在验收钢筋笼过程中首先应严格的对焊接缝的质量进行检验,对于不符合设计要求和规范要求的焊口、焊缝应及时的进行补焊,避免漏焊死焊的事故发生。钢筋笼沉放时要考虑到下放是否顺利,在沉放过程中如果不能顺利下放,应及时的吊起并排除障碍,不能强行的进行下放,这样会造成坍孔或钢筋笼变形等现象,如果下放过程中引发了偏斜,施工人员需要及时的对钻孔进行复钻,并纠正偏离的位置,达到桩身浇注的要求。
  2.3灌注泥浆前的质量控制。
  在桩基灌注前除了对泥浆进行质量控制外,还要对钻进行二次清理,二次清理桩孔应与设计标高进行比对,达到要求后方可進行下一步施工,灌注前钻杆的清孔也非常重要,清孔过程中要注意返浆的比例,传统的返浆比应小于1.0,并且孔底沉渣度要小于40mm,只有达到以上标准方可对钢筋笼进行吊放。吊放过程中要注意混凝土导管的沉放,如果导管存在着连接不畅或有渗漏现象,这会影响
  到整体的灌注质量,所在沉放前还是要对导管的整体进行检查,避免漏气或漏浆现象的发生。在处理导管沉放和钢笼吊装过程中,要加强对钻孔内部的清理,因其状态不会一直保持悬浮,沉渣会再次沉到桩孔底部,这时必须利用导管对钻孔进行二次清理。
  2.4水下灌注的质量控制。
  水下钻孔灌注的质量控制首先要强化导管的灌注,在灌注前除了必要的清孔外,还需要对灌注中的离析现象进行认真分析,我们可以利用调整泥浆的配比来对离析现象进行有效的控制。在现场配比时,调整配比的依据要结合现场配比的实际情况,以实际情况为出发点调整水泥种类、砂的种类、石料的规格,确保在混凝土搅拌前配比的稳定性,同时强化现场的复试检验,做好测试记录,以方便其它桩的灌注施工。
  2.4.1水下灌注砼的性能参数。
   水下灌注主要以砼为主要原料,为了确保施工的质量,需要对砼原料进行严格检验,主要以合格证、化验报告、砂石化验报告为主,如果发现与质保书不符的情况,则应立即进行取样化验,对不合格的硅原料严禁使用。一般桩的砼初凝时间应以3—6h为准,对于较深的桩灌注时间可以调整为5—8h,如果时间较长应加入缓凝剂,这样可以使砼的初凝时间大于8h。砼的制作方法以规范要求和设计要求为基准,其中搅拌方法和搅拌时间是关键,要想使砼具有良好的保水性和流动性,在配比上应将石子、水泥、砂子一起倒入料斗,先加入30%的水进行搅拌,然后加入60%的水和拌合料一起搅拌,最后加入10%的水,出料时间一定要控制在50—80S内。施工时还要注意坍落度的选择,为了防止断桩和堵管等现
  象的发生,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。
  2.4.2砼灌注操作的质量控制。
  砼灌注操作时首先要注意砼灌注量与泥浆、砼面高、砼面、孔底高、泥浆密度、导管内径的关系,首批灌注的砼量越多,就越容易出现离析现象,这主要是因
  为砼加入的量较大,搅拌时间较长,因此首批砼下落时,容易出现管路堵塞现象,因此应加大设备的起重能力,以便以最快的速度把砼加入到漏斗中,若起重能力不足,则应马上对卷扬机进行晃动,这样能够使砼顺利的下滑到孔底。后续加砼灌注应注意当出现非连续性灌注时,漏斗中砼下落后,要马上牵动导管,及时对孔门返浆的状态进行观察,如果不再出现返浆情况,则再向漏斗中加入砼。后期砼灌注时,由于孔内压力变小,上部砼的密实度往往不如下部密实,这时应对漏斗的落差进行调整,以增加上部砼的密实度,砼灌注的速度也要控制好,一般主要控制初凝时间,同时快速的进行注入,这对提高砼的灌注质量非常必要。
  3钻孔灌注桩质量通病及处理措施
   灌注桩施工中容易出现缩颈、 孔底沉淤、 坍孔、 钢筋笼上浮、 断桩与夹泥层、 桩顶部冒水、 桩身空洞等质量缺陷, 造成桩基承载力的下降, 影响
  到工程结构的安全。 分析钻孔灌注桩常见的质量通病及防治措施, 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。
  3.1 缩颈防治措施
  预防缩颈的关键是控制泥浆比重, 确保泥浆能保持孔壁平衡, 具体措施如下:
  a)使用直径合适的钻头成孔, 根据地层变化配以不同的泥浆;b)成孔施工时应重视清孔, 在清孔时要做到清渣而不清泥, 预防清孔后的在浇筑混凝土的过程中局部坍塌, 导致缩颈的产生;c)成孔时, 应加大泵量, 加快成孔速度, 快速通过, 在成孔一段时间内, 孔壁形成泥皮, 孔壁不会渗水, 亦不会引起膨胀, 如出现缩颈, 采用上下反复扫孔的办法, 以扩大孔径。
  3.2 孔底沉淤防治措施
  一次清孔后, 若不符合要求, 则要采取措施,如改善泥浆性能, 延长清孔时间等进行清孔。 在下完钢筋笼后, 再检查沉渣量, 如沉渣量超过规范要求, 应进行二次清孔, 二次清孔可利用导管进行,准备一个清孔接头, 一头可接导管, 一头接胶管,在导管下完后, 提离孔底0.4m, 在胶管上接上泥浆泵直接进行泥浆循环。 沉渣厚度达到设计及规范要求后, 应尽快进行水下混凝土灌注。
  3.3 坍孔防治措施
  
  灌注水下混凝土过程中, 发现护筒内泥浆水位忽然上升溢出护筒, 随即骤降并冒出气泡, 为坍孔征兆。 如用测深锤探测混凝土面与原深度相差很多时, 可确定为坍孔。 在施工过程中采用泥浆护壁。 护壁用的泥浆应满足护壁要求, 液面需高于地下水位0.5m以上,有条件时, 高于地下水位2m以上更好。 若护壁的泥浆胶体率低、 砂率大, 则不仅护壁性能差, 而且因其容重较大, 势必产生沉淀速度过快的问题。 一般来讲, 当在黏土或亚黏土中成孔时, 可注入清水以原土造浆护壁, 控制排碴泥浆的相对密度在1.1~1.2之间; 当在砂性土质或较厚的夹砂层中成孔时, 应控制泥浆的相对密度在1.1~1.3之间; 在砂夹卵石或容易坍孔的土层中成孔时, 应控制泥浆的相对密度在1.3~1.5之间。 施工过程中, 应经常测定泥浆的相对密度、 黏度、 含砂率和胶体率等指标, 使浇筑前孔底500mm以内泥浆的相对密度≤1.25, 含砂率≤8%,黏度≤28Pa·s。 对一些直径<1m的小直径桩, 即使在泥浆停止循环期间, 也要使孔内保持合理的泥浆液面。 禁止重物堆放在成孔附近或有大型机械工作造成的振动, 安排多台桩机同时施工时, 应该跳开施工。用上法处治时, 若坍孔部位较深, 宜将导管、 钢筋笼拔出, 回填粘土, 重新钻孔。
  3.4 钢筋笼上浮防治措施
   吊放好钢筋笼后应及时把钢筋骨架上端在孔口处与护筒连接固定。 灌注混凝土过程中, 应随时掌握混凝土浇筑标高及导管埋深, 当混凝土表面接近钢筋笼底时, 应放慢混凝土灌注速度,并应使导管保持较大埋深, 使导管底口与钢筋笼底端间保持较大距离, 以便减小对钢筋笼的冲击。当混凝土埋过钢筋笼底端2~3m时, 应及时将导管提至钢筋笼底端以上, 但注意导管埋入混凝土深度为2~6m。当发现钢筋笼开始上浮时, 现场操作人员应立即停止浇筑, 并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高, 马上起拔拆除部分导管, 导管拆除一部分后, 可适当上下活动导管, 每上提一次导管,钢筋笼在导管的抽吸作用下, 会自然回落一点,坚持多上下活动几次导管, 直到上浮的钢筋笼全部回落为止。
  3.5断桩与夹泥层防治措施包括以下方面:
  a)认真做好清孔 , 防止孔壁坍塌 , 导管要有足够的抗拉强度, 能承受其自重和盛满混凝土的重量, 内径应一致, 其误差应小于±2mm, 内壁须光滑无阻, 组拼后须用球塞、 检查锤做通过试验;b)尽可能提高混凝土浇筑速度, 开始浇混凝土时尽量积累大量混凝土, 产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力; 快速连续浇筑, 使混凝土和泥浆一直保持流动状态, 可防导管堵塞;c)严格控制导管埋深与拔管速度, 导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2~4m, 不宜大于6m或小于1m, 及時测量混凝土浇灌深度, 严禁把导管底端提出混凝土面, 提升导管要准确可靠, 灌注混凝土过程中随时测量导管埋深, 并严格遵守操作规程, 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, 保证有序地拔管和连续灌注, 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;d)灌注水下混凝土前检查导管是否有漏水、 弯曲等问题, 发现问题要及时更换;e)经常检测混凝土拌和物, 确保其符合要求。
  参考文献:
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