某工程场地内分布的地层主要有人工填土层、第四系海漫滩相沉积层及残积层, 下伏基岩为加里东期混合花岗岩, 基础设计采用钻孔扩底灌注桩, 桩径有0.8m、1.1m、1.3m、1.5m四种, 桩径为0.8m的桩扩大头直径为1.2m和1.4m;桩径为1.1m的桩扩大头直径为1.7m和2.0m;桩径为1.3m的桩扩大头直径为2.4m和2.2m;桩径为1.5m的桩扩大头直径为2.5m和2.7m;以强风化混全花岗岩层作为持力层, 桩端进入持力层的深度不小于一倍桩径。
钻扩桩主要施工方法是用普通钻头钻进至设计孔深完成直孔段施工, 换上扩底钻头扩底成孔, 完成扩孔段, 待扩底质量检测合格后放入钢筋笼, 灌注混凝土形成扩底桩, 直孔段施工和普通冲 (钻) 孔桩施工方法一致, 下面着重介绍扩底段施工方法。
根据工程具体要求进行施工钻机的选型, 如在卵砾层、强风化岩层施工, 一般选用扭矩小的对应直径钻机;如在硬岩中施工, 则应选用扭矩大的钻机;如遇到很多大漂石的地层, 可选用冲击反循环钻机先行成孔再用扩孔钻机进行扩底, 钻机选型应充分考虑扩底施工时钻压和扭矩比直孔段钻进时大这个因素。本工程因人工填土层含大量块石, 所以直孔段采用冲击钻机成孔, 扩底采用GPS-15型钻机扩孔。
扩底钻进前应根据需要的扩底直径, 确定相应的扩底行程并在扩底钻头上固定好相应的行程限位器。具体方法是:用吊车吊起扩底钻头, 使之离地, 扩刀完全收拢, 测量总行程S1, 然后慢慢放下, 使扩刀张开, 直到满足设计的扩底直径, 再测量其剩余行程S2, 则得到扩底行程ΔS=S1-S2。不同的扩底行程对应不同的扩底直径, 在施工前, 根据设计扩底直径, 准确测定出扩底钻头的行程。然后根据扩底直径和对应的行程, 在扩底钻头上固定好行程限位器, 使钻头到达的最大行程为扩底需要的行程, 这样便于施工人员操作掌握。
在使用扩底钻头前, 应对其进行仔细检查, 主要是钻头扩刀的张开和收缩是否灵活, 方法是用吊车或钻机将其吊起, 上下提动, 观察扩刀的张开与收缩, 反复几次, 使之灵活自如。其次要检查钻头各部位是否牢固, 发现有裂缝等应及时进行加焊处理。
当扩底钻头下入孔底后, 根据相应的扩底行程, 立即用粉笔在主动钻杆上做好记号, 以便于控制和确定扩底行程。
扩底前, 应先将扩底钻头提离孔底一定高度, 使其处于收缩状态, 然后开启泥浆泵, 使泥浆循环畅通, 再开动砂石泵, 启动反循环, 待泵吸反循环正常工作后, 进行扩底。
扩底钻进开始时, 应轻压慢转, 严格控制钻进速度。当钻进至机上钻杆所标出的行程时, 逐步放松钻具钢丝绳。当钻具钻进阻力减小, 转动自如时, 表明扩底行程已达到扩底限位器, 然后, 重新收紧钻具钢丝绳, 回转钻进数分钟, 即可完成扩底钻进。
扩底完成后, 扩底钻头慢慢空转, 进行清孔换浆, 同时及时调整好泥浆性能, 泥浆的比重应小于1.25, 含砂率≤8%, 粘度≤28S, 一般清孔时间应满足1.0~3.5h。在保持反循环清孔过程中, 扩底钻头每间隔10min慢慢转动数圈, 确保清除孔底沉渣。
在清孔满足要求后, 即可起钻, 要求提钻时轻提、慢提, 使扩底钻头慢慢收拢, 如发现提钻受阻时, 不能强提、猛拉, 应轻轻旋转, 使之慢慢收拢。
钻扩桩清孔、钢筋笼制安、水下混凝土浇灌施工工艺和质量控制和普通钻 (冲) 桩相同, 但应注意发如下方面:
(1) 扩底施工前, 要仔细检查扩底钻头是否与设计的质量参数匹配、切削具的完好程度、扩底臂张收的同步性和灵活性等, 及时更换钻头或部件。
(2) 钻头下到孔底并在扩臂撑开靠上孔壁后, 应在主动钻杆上标记并记录, 控制扩底高度。
(3) 钢筋笼吊装时应垂直、缓慢下放, 严禁快速下放钢筋笼, 以避免碰壁引起扩孔部分坍塌。
(4) 混凝土浇注时, 应计算好包括扩孔部分在内的初灌量, 确保开管后的埋管深度。
(5) 在浇注混凝土过程中, 要经常测量混凝土浇注高度, 控制好拔管高度, 埋管深度控制在2~6m之间。
钻孔扩底桩是应用时间较短的一种施工工艺, 在实际应用中主要在如下的环节出现如下质量问题: (1) 根据扩底钻头的设计原理, 在扩大钻头的主动钻杆上作扩底的起点和终点标记, 通过行程控制扩底直径, 此法在理论上可行, 但在实际运用中却有些难度, 因为在钻进至设计孔深后, 不能对桩孔清孔, 仍需保证泥浆浓度, 提取普通钻头放下扩底钻头的过程需要一段时间, 此间会有沉渣在孔底, 此时的桩底已不是理论上的桩底, 可能使扩底直径达不到设计要求尺寸; (2) 因桩底持力层为强风化花岗岩, 在判断其层面时有些困难, 并且尚有客观因素的干扰, 所以判断主动钻杆上扩底的起点有一定难度, 需要有丰富的施工经验, 主要依靠检测者的感觉来判断, 可能对持力层的判断出现偏差。
根据以上可能出现的质量问题, 我们在施工中采取了如下的控制措施:
经过施工技术不断发展和被推广应用, 检测手段也日益完善。扩底质量检测主要形式为:
(1) 检测扩底钻头所扩最大直径。根据最大扩底直径, 确定其行程。在主动钻杆上作扩底的起点和终点标记, 通过行程可控制扩底直径。
(2) 根据桩机负荷情况判断。当扩底到位后, 扩底钻头不再挤迫孔壁, 机械负荷较小, 钻杆转动比较轻松, 且能用高位档转动。
(3) 根据灌注量检测孔形。初灌量下去后, 根据灌注过程中所灌混凝土量与混凝土面上升高度的关系可以判断孔的形状及扩底直径是否满足设计要求。
(4) 超声波大口径桩孔检测仪检测。
超声波桩孔检测仪是经国家鉴定的专用大口径桩孔参数的检测仪, 可同时检测钻孔直径、孔斜、孔深等参数, 特别适合检测扩孔直径, 并能现场打印出检测结果。
在施工中施工单位按照前两项检测方式判断扩孔按设计要求完成后, 请监理方依照此方法现场验收, 被确认合格后, 方可进入下道工序, 在混凝土灌注完毕后, 检验充盈系数再次验证。
泵吸反循环施工工艺的应用保证了孔底的清洁, 砂石泵强大的抽吸力, 能使大直径颗粒可被轻易抽出, 在现场经常可以看到被抽出的直径将近120mm鹅卵石。
在浇注混凝土前现场监理工程师、施工单位施工员都要进行孔底沉渣验收, 后来的抽芯检测也验证了我们对沉渣严格控制的效果。
因桩底持力层为强风化花岗岩, 在判断其层面时有些困难, 所以业主、监理单位及我司要求勘察单位委派一名岩土工程师在现场进行鉴别。现场施工员判定到强风化层面后, 然后请现场岩土工程师及监理工程师到现场孔口取样进行岩样鉴别, 强风化岩面鉴定后按设计要求下钻3m再请现场岩土工程师及监理工程师到现场鉴定岩底是否合格, 验收后方可进行扩底施工, 从而保证桩底为设计要求的持力层。
根据监理单位对本工程174根桩采用超声波桩孔检测仪进行扩孔直径的检测, 其结果如下:
从上表可以看出, 扩孔成果是有效的, 100%满足设计要求的扩孔直径。
本工程钻扩桩共计174根, 按设计要求对全部桩进行了低应变检测, 结果4根桩为Ⅱ类桩, 其他170根为Ⅰ类桩。
钻孔扩底桩抽芯检测18根, 18根桩底未见沉渣, 桩底岩土层为强风化花岗岩, 符合设计要求;18根桩的混凝土芯样连续完整, 粗细骨料分布均匀, 混凝土芯样外观光滑, 胶结好, 混凝土芯样呈长柱桩, 完整性为Ⅰ类桩。18根桩的混凝土强度代表值为35.4~47.7MPa, 符合设计C30的要求。
从上述检测结果中可以看出, 整个桩基础的施工质量良好, 为本工程最后的顺利验收、质量目标的实现打下良好的基础。
钻孔扩底桩是新兴的施工工艺, 钻孔扩底桩有如下优点:
(1) 在相同承载力下, 扩底桩比普通直桩桩径小, 从而减少钻孔工作量, 节省钢筋混凝土材料;当总承载力一定时, 采用扩底桩可以减少桩的数量, 或缩短桩的长度, 减少施工难度和减少工作量, 节约投资, 以及加快施工进度;对超高层建筑, 可以解决布桩过密问题。从以往实践看, 扩底桩比普通桩可节约混凝土、钢材等原材料, 从而节约工程总造价;
(2) 和普通钻孔桩一样对地层的适应性强, 泵吸反循环钻孔扩底桩适应的地层更广泛, 可适应各类不良地质条件施工, 可适用各类地层, 包括土层、砂层、砂砾层、卵砾层、风化基岩和强度小于80MPa基岩, 以及部分不良复杂地层, 如岩溶地层等, 这是沉管桩、静压桩等桩型无法比拟的;
(3) 钻孔直径、孔深可选范围大。泵吸反循环钻孔直径可选范围大, 直孔的直径一般为0.6~2.5m, 扩底端直径一般为0.8~5.0m, 最大孔深可达80m。有利于设计部门作经济优化设计。对其在应用中可能存在质量问题的环节如扩孔尺寸不够、持力层不满足设计等, 完全可以通过施工过程中有针对性的质量控制措施加以避免。
摘要：本文通过工程实例对施工工艺流程及主要施工方法进行阐述、并对主要质量问题分析及质量控制要点进行了相关探讨。
关键词：灌注桩,质量控制
