在工程基础中, 钻孔灌注桩已被广泛应用, 尤其是房屋建筑、水工建筑、桥墩基础施工, 具有施工简单、易操作、速度快、承载力大等优点。但在施工过程中工艺环节较多, 有测量、机械操作、钢筋加工、砼拌制和灌注等多种工作, 技术含量高、影响因素多。
灌注桩属于隐藏工程, 影响灌注桩施工质量的因素很多。因此施工过程每一环节都必须要严格要求, 对各种凡能够影响到的因素都必须有详细的考虑:如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配置、灌注等。若稍有不慎或措施不到位, 就会在灌注过程中发生质量事故, 小到塌孔、缩颈、大到断桩报废。故必须高度重视并严格控制钻孔灌注桩的施工质量, 尽量避免发生事故及减少事故造成的损失, 以确保工程顺利开展。
工程开工前, 施工单位应提前向监理部报送施工组织设计 (或专项施工方案) 进行审查, 其中包含施工方法、主要技术指标及控制措施。经监理工程师审核后完善施工组织设计方案。
测量定位是整项工作的关键, 在思想上必须有足够重视, 是关系到孔位的准确性, 钻孔的垂直度及基准面的标高。施工单位在具体操作过程中, 须严格按三检制的要求层层落实, 及时与监理方沟通, 与监理方认真复核、验收相结合, 严格控制偏差在设计或规范允许范围内。
护筒有固定桩位、钻孔导向、保护孔口和隔离孔内外表层水的作用。在制作过程中要求坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便和能重复使用等功能。一般采用带法兰的钢质护筒, 由3~5毫米厚钢板制作, 在护筒外侧上、中、下部各焊一道加劲肋增加刚度, 防止变形, 形状可以做成整体或两半圆。埋置时应保证平面位置正确, 偏差不得大于5 cm, 且高出施工最高水位1.0~2.0m;在水下埋设的护筒应沿着导向架借助自重、射水、震动或锤击等方法将护筒下沉至稳定深度。
钻机是钻孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土的支架, 要安装稳定、安全。应能承受钻具和其它辅助设备的重量, 并具有一定的刚度, 在钻进中或其它操作时, 不易产生晃动, 高度由钻具长度和钢筋骨架节长度决定, 一般为8~12米;底盘的长度应根据高度稳定性决定。主要受力构件的断面尺寸, 由施工中出现的最大负荷计算决定, 安全系数不宜小于3。在钻孔过程中, 成孔中心必须对准桩位中心, 钻机架必须保持平稳, 不发生位移、倾斜和沉陷;安装就位时, 详细测量后底座用枕木垫实塞紧, 顶端用缆风绳固定平稳, 并在钻孔过程中经常检查, 以保证转盘面水平、钻机机架垂直, 进而确保桩身的垂直度和孔径。
山区公路桥梁设计的钻孔灌注桩大部分临水, 故钻孔平台的选择就比较重要。若地形比较平坦, 且施工正值枯水季节, 应考虑用土石渣料回填出水面, 以方便钻孔施工, 同时为钢筋加工提供场地;若根据业主要求必须抢工期, 不能在枯水季节施工, 需搭设钢平台, 费用较高。
钻孔灌注桩施工工序主要有:埋设护筒、制备泥浆、钻孔、清底、钢筋笼制作与吊装以及灌注水下混凝土等。
护筒能稳定孔壁、防止坍孔, 还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和起到钻头导向作用等。
护筒要求坚固耐用, 不漏水, 其内径应比钻孔直径大 (旋转钻约大20cm, 潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm) , 每节长度约2~3m。一般常用钢护筒, 在陆上与深水中均能使用, 钻孔完成, 可取出重复使用。在深水中埋设护筒时, 先打入导向架, 用锤击或振动加压沉入护筒。护筒入土深度视土质与流速而定。护筒平面位置的偏差不得大于5cm, 倾斜度不得大于1%。
钻孔泥浆由水、黏土 (膨润土) 和添加剂组成, 具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具, 增大静水压力。通常采用塑性指数大于25, 粒径小于0.005mm的黏土颗粒含量大于50%的黏土, 通过泥浆搅拌机或人工调和, 贮存在泥浆池内, 再用泥浆泵输入钻孔内。
应根据设计要求选择钻孔机械。山区一般设计采用嵌岩桩, 采用冲击钻成孔较多。
在钻孔过程中始终严格控制和保持孔内水头, 高出地下水位或施工水位2m以上, 以保持孔壁稳固。
冲击成孔注意事项:
(1) 开钻前, 向护筒内注满水, 用冲击锤小冲程 (1.0-1.5m) 反复冲击造浆, 必要时添加黄土或膨润土造浆, 待护筒内泥浆保持一定浓度后开钻; (2) 正常钻进时要注意及时松放钢丝绳的长度。 (3) 不同土质采用不同的冲程和泥浆, 最大冲程不超过6m; (4) 成孔过程中, 应经常检查孔内有无异常情况, 钻架有无倾斜, 各部连接是否松动; (5) 钻孔至设计标高后, 对孔底岩样、孔径、孔深进行自检, 合格后进行清孔, 以确保孔底沉淀、泥浆指针满足设计规范要求。 (6) 岩层中钻进时, 尽量提高孔底的泥浆比重和额度, 使孔底泥浆由一般的钻渣托浮力变为握裹力, 使钻头冲击下的岩块裹于泥浆中, 以减少岩石的重复破碎。施工中反复投粘土、冲击和掏渣, 以提高钻进速度。水头控制一般以高出地下水位或河面1.5m左右为宜。采用及时补浆、抽浆、掏渣的办法始终保持与孔外水面有1.5m的固定高差, 以保证孔内水压的稳定和孔壁的安全。
当钻孔达到设计要求深度后, 应采用适当的器具对孔深、孔径、孔形等认真检查。符合设计要求后, 应立即进行清孔。清孔后对泥浆性能指标和孔底沉淀土厚度进行检测, 含沙率为4%~8%, 相对密度为1.10~1.25, 黏度为18~20Pa瞭s, 孔底沉淀土厚度不得大于50mm。
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而再次沉到桩孔底部, 最终不能混凝土冲击反起而成为永久沉渣, 从而影响桩基工程的质量。
必须在混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔, 当孔口返浆比重及孔底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。
钻孔灌注桩的垂直度是保证承载能力的重要指标, 垂直度的检测应该是保证桩身质量的重要环节。为避免钻孔倾斜, 在钻孔就位和钻孔过程中, 要随时注意校核钻杆的垂直度, 发现倾斜及时纠正。对于地基不均匀, 土层呈斜状分布和土层中夹有大的孤石或其他硬物的情形, 施工前必须作好准备。在不均匀地层中钻孔时, 使用自重大的钻机和刚度大的钻杆则较为有利。成孔垂直度满足设计要求, 不仅钢筋笼吊装和导管的沉放相当顺利, 而且灌注桩的承载力也得到保证。
在成孔过程中, 施工人员应经常用测绳复核沉孔深度, 有时能误测孔深, 原因: (1) 一般施工队伍常用的测绳一经水泡就会出现收缩现象, 有的收缩量可达1%左右, 测50m的孔就会产生0.5m左右的误差。采用细钢丝测绳要当心数标松动错位。彻底避免误测的方法是在施工现场或附近地面上设置长度标记为准绳, 每次终孔一定把测绳拿去复核。 (2) 测绳重量要合适, 测绳重量与孔中泥浆浮力有很大关系, 使用时必须要顺利落到底。
在湖、塘、沟、谷与河滩地段新近沉积的粘性土和粉土中钻孔容易出现缩孔现象。尤其要重视液性指数IL瞭0.75呈现软塑状态和流塑状态的粘性土, 而在IL瞭1.0呈流塑状态的淤泥质软土层成孔缩孔现象更不可避免。因此泥浆的制备质量对孔的护壁至关重要。要专门选用高塑性粘土或膨润土制备泥浆, 在孔壁上形成泥皮, 隔断孔内外渗流, 防止缩孔或坍孔的现象发生。
钢筋笼制作质量和吊放。钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料, 检测试验合格后, 按设计和施工规范要求对钢筋的品种、规格、数量、长度进行验收和制作质量检查。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上。钢筋笼制作过程中应根据试验的需要安装声测管。声测管可用脚手架管代替, 但应注意焊接质量, 确保管内壁通畅, 钢管和管底部应密闭, 防止砼漏入钢管内。
在钢筋吊放过程中, 应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量, 对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时要注意钢筋笼能否顺利下放, 沉放时不能碰撞孔壁;当吊放受阻时, 不能加压强行下放, 因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象, 应停止吊放并寻找原因, 如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的, 应提出后重新垂直吊放;如果是成孔偏斜而造成的, 则要求进行复移、纠偏, 再吊钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间, 尽可能缩短沉放时间。
为确保混凝土灌注质量, 要严格检查验收进场原材料的质保书, 如发现原样与质保书不符, 应立即取样进行复查, 对不合格的材料 (如水泥、沙、石、水质) , 严禁用于混凝土灌注桩。现场的配合比要随水泥品种、沙、石料规格及含水率的变化进行调整, 为使每根桩的配合比都能正确无误, 在混凝土搅拌前, 严格控制混凝土的配合比, 水泥用量不宜小于350kg/m3, 混凝土配合比中水灰比控制在0.5~0.6, 砂率应宜控制在40%~50%, 粗骨料最大粒径应小于40mm, 混凝土坍落度控制在180~220mm, 确保混凝土具有良好的流动性、和易性。
水下砼采用灌浆导管法灌注, 导管直径30cm, 管间连接为法兰盘;隔水采用拔球法。导管在使用前要对其规格、质量和拼接构造进行压水试验。要求压水试验时的压力应不小于灌注砼时导管可能承受的最大压力。
灌注砼时, 在大灌浆斗颈部设置一个隔水木球栓, 下面垫一层塑料布, 球栓由细钢丝绳栓住挂在横梁上, 大灌浆斗装满足够的混凝土, 起拔球栓, 利用初灌砼的压力排水, 以保证导管埋深, 从而保证水下砼的质量。
进行水下砼的灌注时, 导管接头不得漏水或漏气;提升导管时, 不得有摇动, 要维持孔内静水状态, 起拔导管要保证导管底部埋深不少于2m, 并不得大于6m, 灌注完成后的钻孔桩桩顶应比设计高度至少高出50cm, 以便清除桩头浮浆砼后, 保证截面处砼有良好的质量。
在钻孔灌注桩施工过程中往往会遇到坍孔、卡管、掉物等故障, 一般可分别采用回填重钻、淤泥吸拔、叉钩打捞等方法解除故障。下面将浅谈卡管及导管进水处理:
混凝土和易性、流动性差造成离析;导管进水造成砼离析;各种机械故障引起混凝土浇筑不连续, 在管中停留时间过长等均会导致卡管。要解决卡管现象主要有以下几种方法:
(1) 卡管位置在地面下不远, 可采用ф25以上的钢筋直径冲捣; (2) 在导管外加焊铁板, 利用导管下落时铁板与其它卡座的撞击, 振动疏通; (3) 锤击导管法兰, 吊绳上下拌动等兼可疏通。
导管进水一般是首灌砼量不足或导管口提升过高以至无埋深或误测导致导管提升至砼面外。其处理办法是:
(1) 第一种原因进水, 用导管作为吸管, 用空管吸泥的方法将孔内混凝土吸出, 重新灌注; (2) 第二种原因进水, 若表面砼没初凝, 可将导管重新插入砼中, 用泥浆泵抽出管内的泥浆, 重新浇灌砼;若表面砼已超过初凝时间, 则作为废桩; (3) 若导管已离桩顶不远时, 可在以后基础开挖中埋入护筒, 清除沉渣及软弱砼层, 安装同样直径的模板, 浇筑砼至设计标高。
钻孔灌注桩工程施工隐蔽在河床底下, 属于特殊过程。施工中, 必须严格按照特殊过程的要求进行施工质量控制, 对每一道工序的施工质量实行严格监控, 确保钻孔灌注桩的施工质量。
要保证钻孔灌注桩的施工质量, 其关键还在于过程管理。主要是提高现场技术人员的管理水平, 增强操作人员的责任心, 预防为主, 对灌注桩的各个环节都要高度重视并精心施工。
摘要：重庆地区多山, 钻孔灌注桩的施工较为少见。近几年, 重庆大发展, 修建的市政桥梁日益增多, 笔者近几年参加了牛滴路等大型市政工程的施工, 对钻孔灌注桩的施工有一定的了解, 深知钻孔灌注桩施工质量难以控制, 施工中任何一个环节出现问题, 都能直接影响到整个工程的质量和进度。为了确保钻孔灌注桩施工顺利进行, 根据施工技术规范及质量标准, 结合本人的施工经验, 对钻孔灌注桩在施工过程中可能发生的一些质量问题进行分析, 谈谈个人的一些见解, 希望能为广大同仁有一些帮助。
关键词：钻孔灌注桩,质量,控制
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