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钻孔灌注桩作为一种基础形式,被廣泛应用于桥梁、大型公共建筑中,这是因为这种基础形式承载力较高,施工时变水下作业为水上施工,工期较短,造价较低,设备简单。但人眼往往不能直接观察到作业面,致使施工质量不易控制,一旦发生事故又难以有效处理,因此在施工过程中采取有效措施,避免质量事故的发生就尤为重要。
1.钻孔灌注桩常见的质量通病
钻孔灌注桩发生质量通病分为两个阶段,一是在钻进过程中,二是在灌注混凝土时。钻孔灌注桩易发生的质量通病主要有坍孔、钻孔偏斜、钻孔缩径、护筒冒水、孔底沉渣超厚、上部桩身强度不足、桩身空洞、桩身加泥、断桩等。
2.钻孔灌注桩质量通病的成因分析
在钻孔过程中,如果钻孔内水位突然上升,孔口冒出大量气泡,就预示已经坍孔。发生坍孔的主要原因是孔壁土质不好,护壁泥浆性能较差,不能对孔壁形成有效保护。如钻孔中遇有较大孤石或探头石,钻孔位于软硬底层交界处、岩面倾斜处或粒径悬殊的卵石层上,致使钻头受力不均,往往会发生钻孔偏斜;钻机底座未安装水平或发生不均匀沉降,钻杆弯曲或接头偏斜会使钻孔偏斜;如扩孔较大,钻头侧阻力不均也会发生钻孔偏斜。如钻锥磨损严重,钻具没有及时补焊,钻出的孔径会比设计孔径有稍许缩小,钻进地层为软塑土,遇水发生膨胀使孔径缩小,这种缩径较为严重。护筒埋深不够,周围填土不密实会造成护筒忍脚处漏水,钻孔中遇有透水性强或地下水流动的底层,护筒内水位控制不当也会造成护筒漏水或孔壁漏浆,护筒内水头过高会从护筒忍脚处产生空孔现象,水头过低又会减弱井孔内的水压造成外渗护壁作用甚至反渗现象。孔底沉渣超厚主要是采取的清渣清淤措施不当清底不彻底造成的。掏渣法只能去除孔底出粒钻渣,喷射法一般不敢使射水压力过大以免造成坍孔,压力不足又不能有效翻动孔底沉渣,达不到清底效果;加深孔底不能有效降低孔内泥浆的相对密度,也不能有效补偿沉渣超厚造成的承载力损失。
以上为钻孔过程中混凝土灌注前易发生的质量通病,在混凝土灌注成桩过程中也会发生一些质量通病。在实际施工过程中,孔底清渣清淤很难彻底,于是在灌注第一斗混凝土进行封底时,孔底的泥渣必然混入混凝土中,这样先灌入的混凝土随着灌注的进行逐渐升至孔顶,造成上部桩身混凝土强度不足。若灌注过程中导管插入混凝土内过浅,则成桩过程中混凝土的上升就不是顶升式的,而是摊铺式的,这时,泥浆、泥块就容易混入混凝土中,进而影响到桩身的质量,若设计的桩身直径过小,则混凝土上翻时就会受到孔壁的限制,从而使桩体产生空洞、加泥、蜂窝缺陷等质量缺陷。混凝土在水下灌注的过程中,其流动性、初凝时间、黏聚性等会变得更差,若稍有疏忽就容易产生空洞、蜂窝、离析、加泥甚至断桩的情况,导管在提升过程中孔深测量不及时或者不准确,易于导管拔漏造成断桩。
3、钻孔灌注桩质量通病的预防
防止孔壁坍塌的主要措施就是根据钻孔土质情况选用合适的护壁泥浆,满足护壁要求,液面需高于地下水位1m以上。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,排碴泥浆的相对密度控制在1.1~1.2之间;当在砂土层或较厚的夹砂层中成孔时,泥浆的相对密度控制在1.1~1.3之间;在砂夹卵石层中成孔时,泥浆的相对密度控制在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,对直径较小的桩,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。
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,主动钻杆不能弯曲,在钻架上增设导向架,控制钻进方向,并经常检查校正。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,也可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔,使孔正直。
经常检查钻具尺寸,及时补焊或更换钻齿,防止因钻具问题使钻孔缩径。合理选用优质泥浆并控制泥浆质量,有软塑土时,采用失水率小的优质泥浆护壁。当发现钻孔有稍微缩径时,采用钻具上、下反复扫孔的方法来扩大孔径。
为防止护筒冒水,护筒时四周填土选用含水量适当的粘土并分层夯实。在旱地埋设护筒时一般采用挖埋法,埋置深度以进入好土1米以上为宜。在水中埋设外护筒可采用振动加压下沉法,护筒底一定要下沉至硬土1米左右。有钻孔漏浆相应情况时,可增加护筒沉埋深度,采取加大泥浆比重,倒入粘土慢速转动,用冲击法钻孔时,还可填入片石、碎卵石土,反复冲击增强护壁。护筒刃脚冒水,可用粘土在周围填实、加固。
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。对于各种钻孔方法,采用抽浆清孔法清孔最彻底。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,要求这三部分指标的平均值,应符合质量标准的要求。清孔时要保持孔内泥浆面不降低,防止缩孔、坍孔。在钢筋笼入孔与安放导管后、混凝土灌注前,对孔底用优质泥浆二次清孔,使沉淀物漂流溢出,灌注前孔底沉渣厚度不大于100mm或设计规定值。
为保证上部桩身质量,不但清空要彻底,在灌注混凝土时要依据桩径、导管悬空高度(一般控制在50cm左右)、导管最小埋置深度确定首批混凝土量,实际施工过程中首批混凝土量必需远远大于确定的混凝土量,使首批混凝土顶面至少高于导管底2.0m以上。混凝土灌注到设计高程后应在多灌注1m以上,待到达到强度后人工破除。
在灌注过程中,混凝土应连续浇筑,要严格把握施工进度和时间,经常地略微提升导管,以使混凝土均匀注入。导管埋入混凝土的深度一般控制在2~6m之间但也不应超过6m,每间隔15~20min,要对混凝土面和导管沉入深度进行一次测量和校核,以防拔空导管。当发现导管拔空后,应迅速将导管插入到混凝土中,利用小型水泵将导管中水抽出,再继续浇灌混凝土。若抽导管中的水有困难时可迅速提出导管,重新设隔水球灌注混凝土,在隔水球冲出导管后,应将导管继续下降,直到导管不能插入时再少许提升导管,继续浇注混凝土。
钻孔灌注桩有许多优点,但施工环节多,工艺复杂,干扰和制约因素多,成桩质量不易控制,严重时会导致桩身承载力不足,甚至造成病桩、断桩等重大质量事故。为了确保成桩质量和桩基工程的安全,对经常发生一些质量通病要提前预防,对施工过程进行严格监控,一旦发现问题及时采取措施予以处理。
1.钻孔灌注桩常见的质量通病
钻孔灌注桩发生质量通病分为两个阶段,一是在钻进过程中,二是在灌注混凝土时。钻孔灌注桩易发生的质量通病主要有坍孔、钻孔偏斜、钻孔缩径、护筒冒水、孔底沉渣超厚、上部桩身强度不足、桩身空洞、桩身加泥、断桩等。
2.钻孔灌注桩质量通病的成因分析
在钻孔过程中,如果钻孔内水位突然上升,孔口冒出大量气泡,就预示已经坍孔。发生坍孔的主要原因是孔壁土质不好,护壁泥浆性能较差,不能对孔壁形成有效保护。如钻孔中遇有较大孤石或探头石,钻孔位于软硬底层交界处、岩面倾斜处或粒径悬殊的卵石层上,致使钻头受力不均,往往会发生钻孔偏斜;钻机底座未安装水平或发生不均匀沉降,钻杆弯曲或接头偏斜会使钻孔偏斜;如扩孔较大,钻头侧阻力不均也会发生钻孔偏斜。如钻锥磨损严重,钻具没有及时补焊,钻出的孔径会比设计孔径有稍许缩小,钻进地层为软塑土,遇水发生膨胀使孔径缩小,这种缩径较为严重。护筒埋深不够,周围填土不密实会造成护筒忍脚处漏水,钻孔中遇有透水性强或地下水流动的底层,护筒内水位控制不当也会造成护筒漏水或孔壁漏浆,护筒内水头过高会从护筒忍脚处产生空孔现象,水头过低又会减弱井孔内的水压造成外渗护壁作用甚至反渗现象。孔底沉渣超厚主要是采取的清渣清淤措施不当清底不彻底造成的。掏渣法只能去除孔底出粒钻渣,喷射法一般不敢使射水压力过大以免造成坍孔,压力不足又不能有效翻动孔底沉渣,达不到清底效果;加深孔底不能有效降低孔内泥浆的相对密度,也不能有效补偿沉渣超厚造成的承载力损失。
以上为钻孔过程中混凝土灌注前易发生的质量通病,在混凝土灌注成桩过程中也会发生一些质量通病。在实际施工过程中,孔底清渣清淤很难彻底,于是在灌注第一斗混凝土进行封底时,孔底的泥渣必然混入混凝土中,这样先灌入的混凝土随着灌注的进行逐渐升至孔顶,造成上部桩身混凝土强度不足。若灌注过程中导管插入混凝土内过浅,则成桩过程中混凝土的上升就不是顶升式的,而是摊铺式的,这时,泥浆、泥块就容易混入混凝土中,进而影响到桩身的质量,若设计的桩身直径过小,则混凝土上翻时就会受到孔壁的限制,从而使桩体产生空洞、加泥、蜂窝缺陷等质量缺陷。混凝土在水下灌注的过程中,其流动性、初凝时间、黏聚性等会变得更差,若稍有疏忽就容易产生空洞、蜂窝、离析、加泥甚至断桩的情况,导管在提升过程中孔深测量不及时或者不准确,易于导管拔漏造成断桩。
3、钻孔灌注桩质量通病的预防
防止孔壁坍塌的主要措施就是根据钻孔土质情况选用合适的护壁泥浆,满足护壁要求,液面需高于地下水位1m以上。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,排碴泥浆的相对密度控制在1.1~1.2之间;当在砂土层或较厚的夹砂层中成孔时,泥浆的相对密度控制在1.1~1.3之间;在砂夹卵石层中成孔时,泥浆的相对密度控制在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,对直径较小的桩,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。
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,主动钻杆不能弯曲,在钻架上增设导向架,控制钻进方向,并经常检查校正。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,也可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔,使孔正直。
经常检查钻具尺寸,及时补焊或更换钻齿,防止因钻具问题使钻孔缩径。合理选用优质泥浆并控制泥浆质量,有软塑土时,采用失水率小的优质泥浆护壁。当发现钻孔有稍微缩径时,采用钻具上、下反复扫孔的方法来扩大孔径。
为防止护筒冒水,护筒时四周填土选用含水量适当的粘土并分层夯实。在旱地埋设护筒时一般采用挖埋法,埋置深度以进入好土1米以上为宜。在水中埋设外护筒可采用振动加压下沉法,护筒底一定要下沉至硬土1米左右。有钻孔漏浆相应情况时,可增加护筒沉埋深度,采取加大泥浆比重,倒入粘土慢速转动,用冲击法钻孔时,还可填入片石、碎卵石土,反复冲击增强护壁。护筒刃脚冒水,可用粘土在周围填实、加固。
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。对于各种钻孔方法,采用抽浆清孔法清孔最彻底。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,要求这三部分指标的平均值,应符合质量标准的要求。清孔时要保持孔内泥浆面不降低,防止缩孔、坍孔。在钢筋笼入孔与安放导管后、混凝土灌注前,对孔底用优质泥浆二次清孔,使沉淀物漂流溢出,灌注前孔底沉渣厚度不大于100mm或设计规定值。
为保证上部桩身质量,不但清空要彻底,在灌注混凝土时要依据桩径、导管悬空高度(一般控制在50cm左右)、导管最小埋置深度确定首批混凝土量,实际施工过程中首批混凝土量必需远远大于确定的混凝土量,使首批混凝土顶面至少高于导管底2.0m以上。混凝土灌注到设计高程后应在多灌注1m以上,待到达到强度后人工破除。
在灌注过程中,混凝土应连续浇筑,要严格把握施工进度和时间,经常地略微提升导管,以使混凝土均匀注入。导管埋入混凝土的深度一般控制在2~6m之间但也不应超过6m,每间隔15~20min,要对混凝土面和导管沉入深度进行一次测量和校核,以防拔空导管。当发现导管拔空后,应迅速将导管插入到混凝土中,利用小型水泵将导管中水抽出,再继续浇灌混凝土。若抽导管中的水有困难时可迅速提出导管,重新设隔水球灌注混凝土,在隔水球冲出导管后,应将导管继续下降,直到导管不能插入时再少许提升导管,继续浇注混凝土。
钻孔灌注桩有许多优点,但施工环节多,工艺复杂,干扰和制约因素多,成桩质量不易控制,严重时会导致桩身承载力不足,甚至造成病桩、断桩等重大质量事故。为了确保成桩质量和桩基工程的安全,对经常发生一些质量通病要提前预防,对施工过程进行严格监控,一旦发现问题及时采取措施予以处理。