钻孔灌注桩施工质量缺陷的预防与处理.docx

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钻孔灌注桩施工质量缺陷的预防与处理

南阳理工学院

本科生毕业论文

学院：

土木工程学院

专业：

土木工程（道路与桥梁工程方向）

学生：

高文光

*******

完成日期2013年5月

南阳理工学院本科生毕业论文

钻孔灌注桩施工质量缺陷的预防与处理

PreventionandTreatmentofQualityDefectsintheConstructionofBoreholeCast-in-placePile

总计：

毕业论文35页

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南阳理工学院本科毕业论文

钻孔灌注桩施工质量缺陷的预防与处理

PreventionandTreatmentofQualityDefectsintheConstructionofBoreholeCast-in-placePile

学院：

土木工程学院

专业：

土木工程（道路与桥梁工程方向）

********

学号：

*********

指导教师（职称）：

李书庆（讲师）

评阅教师：

李楠

完成日期：

2013年5月

南阳理工学院

NanyangInstituteofTechnology

钻孔灌注桩施工质量缺陷的预防与处理

土木工程（道路与桥梁工程方向）专业　高文光

[摘　要]：

在而今的土木行业里，混凝土钻孔灌注桩因为具有施工容易、成本低廉、有广泛适用性等特点，其成为建筑业最常用的的一种桩基形式。

但钻孔灌注桩属隐蔽工程，桩的形成过程是在视线不及的地下，同时加上钻孔灌注桩施工的工艺复杂、工序繁多、施工人员素质参差不齐及施工设备先进程度不同等因素，桩基容易出现质量缺陷。

工程中表现为缩颈、扩径、孔壁塌落、孔底沉淤、蜂窝、夹泥、断桩、短桩、夹泥、离析等质量缺陷，导致桩基承载力的下降，影响到工程结构的安全。

对于已经出现了质量缺陷的桩基，常用的桩基处理方法有：

断桩接桩法、注浆法、补（加）桩法等。

针对不同的质量缺陷桩，应先分析缺陷成因，然后因地制宜，采取合理的办法进行预防与处理。

[关键字]：

钻孔灌注桩；质量缺陷；质量控制；缺陷预防；缺陷处理

PreventionandTreatmentofQualityDefectsintheConstructionofBoreholeCast-in-placePile

CivilEngineering（TheDirectionofHighwayandBridge）　GAO　Wen-guang

Abstract:

Inthepresentcivilindustry,Boreholecast-in-placepilebecauseofeasyconstruction,lowcostandwideapplicabilityetc,hasbeenthemostcommonformofapilefoundationintheconstructionindustry.Buttheboredcast-in-placepileishiddenworks,theformationprocessofpileisinsightoftheunderground,andtheprocessoftheconstructionofboredcast-in-placepilesiscomplex,unevenprocessisvarious,thequalityoftheconstructionworkersandconstructionequipmentadvanceddegreeofdifferentfactors,easytoappearqualitydefectofpilefoundation.Projectperformancefornecking,expanding,holewallcollapse,holebottomsettlings,honeycomb,mud,brokenpile,shortpile,mud,segregationandotherdefects,leadstoadecreaseofthebearingcapacityofpilefoundation,affectthesafetyofengineeringstructures.Forthepilefoundationqualitywhosedefectshaveappeared,pilefoundationtreatmentmethodsarecommonlyused:

brokenpilemethod,groutingmethod,groutingpileafterpile（add）method.Accordingtothedifferentqualitydefectofpile,weshouldfirstanalyzethecausesofdefects,andthensuitone'smeasurestolocalconditionsandtakereasonablemeasuresforpreventionandtreatment.

Keywords:

boreholecast-in-placepiles;qualitydefects;qualitycontrol;defectprevention;defectsinprocessing

目　　录

1前言

1.1选题背景

灌注桩是指在工地现场通过机器钻孔、钢管挤土或者人工挖掘等方法在地基土中形成桩孔，并把钢筋笼放进孔中，然后灌注水泥混凝土而做成的桩基，灌注桩按照灌注成桩方式的不同又可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩以及挖孔灌注桩等几种。

钻孔灌注桩就是按成桩方式不同而定义的最常见的一种桩型。

早在20世纪20-30年代西方先进国家就出现了很多的沉管灌注混凝土桩。

30年代在我国的上海修建的一些高层建筑的基础也采用过沉管灌注混凝土桩。

伴随着大型先进钻孔机械的飞速发展，钻孔灌注桩应运而生。

到了20世纪50-60年代，我国的铁路和公路行业的桥梁就开始广泛采用钻孔灌注桩了。

进入新世纪以来，伴随着我国土木工程建设事业的迅速发展,在大型重型工程（如高层建筑，高速公路、铁路桥梁等）广泛采用桩基础,其已成为我国土木工程建设中极为重要的基础形式,而在全部桩基类型中,灌注桩使用的最为广泛，再细言之，工程中应用最多的就是钻孔灌注桩。

1.2研究目的和意义

在而今的交通土建行业中,钻孔灌注桩作为一种常见的基础形式，以其适应性强、施工操作简单、设备投入不大等特点,被广泛地应用于公路、铁路桥梁及其他大型建筑基础。

灌注桩原本就是隐蔽工程,加上影响灌注桩施工质量的因素较多，所以对其施工过程每一环节都必须严格要求,对各种影响因素必须详细考虑，如地质因素、钻孔方法、护壁泥浆、混凝土的配制、灌注方式等。

若施工时稍微马虎大意或者施工方法不当，就很有可能给灌注桩造成质量事故，小到塌孔缩颈、扩径，大到断桩报废，浪费工程材料，浪费人工机械，甚至影响工期，并对整个工程质量产生消极的影响。

由于钻孔灌注桩本身的施工过程及地质条件的不同，桩基施工质量缺陷屡见不鲜。

灌注桩基础作为建筑构造物基础的实体，施工一般都是在地面以下，但它的最终目标还是为地面以上部分服务的，最终目标是为确保整个工程的安全性经济性。

而应用最多的钻孔灌注桩作为一种重要的基础形式，常见于高层，动荷载大，承载力高的建筑物中,同时加上其具有噪音小、震动微、无挤土、对周边环境以及周围建筑物影响轻微、能钻过各种各样的地层并形成相对较高大的单桩承载力，所以它可以适应各种地质情况和不同规模建筑物。

采用这种施工方法，可以变地下作业为地上施工，从而使施工简易化，也缩短了工期，降低了工程造价，并且它所需要施工机械设备简单，操作简易，因此在公路铁路桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛推广和采用，在而今的桩基里占用很重要的地位。

随着社会经济不断发展的需求，钻孔灌注桩的桩长和桩径被一次又一次刷新，单桩承载力值也越来越高，使得单柱单桩能够单独进行设计。

但限于钻孔灌注桩的施工过程大部分时间都是在水下进行的，且施工过程人无法目视监督，灌注成桩后也不能对其进行开挖验收，特别是长桩，由于钻入地下过深，要求更高，施工难度更甚，很容易出现质量缺陷。

单桩的设计，对桩的质量要求严格，如果出现质量缺陷，其加固处理难度更大，而且费用也更高。

不单是单桩，对于桩基，如果出了差错，往往便会耗费很大的财力物力和大量时间去处理，这是对工程经济非常不利的，但钻孔灌注桩在施工过程中不可避免的往往会发生各种各样施工质量缺陷。

对施工质量的控制，预防很重要，为了控制桩基的质量，必须要选择作业素质高的施工队伍，并且严格控制施工过程中的的各个环节。

因为一旦施工中的任何一个环节出现纰漏，都可能给整个工程的质量和进度造成严重影响，给投资者造成很大经济损失和消极的社会影响。

因此，桩基施工单位如何进行施工确保质量合格是形成工程项目实体，也是决定建筑产品质量的关键阶段，想提高桩基工程的质量，就必须严格的对施工阶段的质量进行控制，积极研究桩基施工中的质量控制过程和方式，尽量做到事故提早预防，这样才能为整个工程的可靠质量打下坚实基础。

2钻孔灌注桩施工工艺和质量控制

2.1钻孔灌注桩施工前的准备工作

钻孔灌注桩是一项工序繁杂、技术要求较高、工作量较大、并需在一个短时间内连续完成（各工序之间要求停顿时间非常短）的地下或水下的隐蔽工程。

施工单位在与建设单位签订合同，接受钻孔灌注桩桩基的施工任务之后，应组织项目技术和管理人员对设计的文件、图纸和资料进行研究，同时还要组织进行现场踏勘，清查桩基资料是否齐全、清晰、图纸本身及相互间有无错误和冲突等。

同时结合设计文件的标准，综合考虑施工人员素质、机械设备、材料供应、工程和水文地质、周边环境等因素，认真的做好施工组织设计,以保质、保量、按期使工程顺利竣工并交付使用。

2.1.1施工准备

施工准备内容有选择钻孔机械、钻具类型、场地布置等。

钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备，可根据地质情况不同和钻孔机的应用条件进行选择。

2.1.2钻孔机的安装与定位

钻孔机安装的基础假如不稳定，施工中就容易产生钻孔机倾斜、桩身倾斜和桩身偏离钻孔圆心等隐患，因此在钻孔机安装时要求安装地基必须稳固。

对比较松软和有坡度的地基，可先用推土机或装载机推平，然后垫上钢板或枕木进行加固。

在施工前，一定要正确的安装钻孔机，找好设计桩的中心位置，对于搭设钻塔的钻孔机，首先利用钻孔机的动力与周围固定的地笼配合，移动钻杆大致定位，然后用千斤顶将钻孔机架顶起，精确定位，使起重滑轮、钻头与护筒中心在一条铅垂线上，来确保钻机的垂直，钻机位置的偏差要保证在2cm内。

接着，用枕木垫平钻孔机横梁，并在塔顶拉上缆风绳固定钻机。

2.1.3埋设护筒

对于钻孔阶段，其成败的关键是预防孔壁坍塌。

当钻孔深度较大时，在地下水面线以下的孔壁土会在静水压力下会向钻孔孔内坍塌，更有甚者发生流砂现象。

钻孔内如果可以保持比地下水面线高的水头，能增加孔内的静水压力，可以防止坍孔。

而护筒就有这个作用，护筒同时还有隔离地表水、保护孔口周边地面、固定桩孔方位和钻头导向的作用等。

护筒制作的材料一般有木、钢、钢筋混凝土三类，护筒要求要坚固耐用、不漏水、其内径应比钻孔直径稍大（旋挖钻约大20cm，潜水钻、冲击钻约大40cm），每节长度大约为2-3m。

2.2钻孔灌注桩施工工艺

对于钻孔灌注桩的施工工艺，由于所选护壁方式的不同，可分为泥浆护壁式和全套管施工法两类。

限于本人所实习工地全部采用泥浆护壁式，所以以下主要说一下泥浆护壁方式施工。

其施工工艺过程为：

平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒→检查桩基质量→检测管注浆→成桩。

[9]

2.3钻孔灌注桩施工质量控制

对钻孔灌注桩施工质量控制必须贯穿整个成桩过程，从桩坐标、桩长、桩径，到孔底沉渣、终孔垂直度以及成桩材料质量等都要满足设计要求各项指标。

实验预留的混凝土试块强度也必须满足规范要求，同时桩身要完整、匀质、连续、没有夹泥、断桩等缺陷，而且桩的极限承载力值也要满足规范规定的验收指标等。

2.3.1准备阶段

（1）施工人员事先要对施工地点地质水文情况、桩位、桩径、桩长等心里有数。

（2）测量人员将4根直径40cm的钢管打入地基强风化层作为定位桩为桩位放样。

（3）用吊装机械将钢围堰导向桩与定位桩分层联结固定结实，一定要让导向框位置准确。

（4）插打钢护筒。

钢护筒壁厚12mm，根据各墩所处的不同地质情况来确定护筒总长度，而且护筒下沉深度要穿过覆盖层。

2.3.2钻孔阶段

（1）安装钻机，使钻头和钻孔中心重合，其水平位移及倾斜度偏差按规范要求严格进行调整。

（2）钻孔前，确定相邻孔位上已灌注完成的桩的混凝土凝固且已达到一定强度时，方可开钻。

（3）钻孔过程中，在黏土层，泥浆配制应适当少投泥土，让钻机自行造浆，而在砂土层要加大泥浆浓度护壁，钻进速度要保持和泥浆排出量相平衡。

（4）钻孔遇到遇松散地层时，泥浆相对密度和稠度应合理的增大，最大程度的减轻浆液对孔壁的影响，而且也要降低转速和钻压来满足施工质量控制要求。

（5）钻进过程要保持钻头牢固，勿让异物掉进井内，定期检查钻头的磨损情况。

（6）钻进过程注意留取渣样，每米取1组及以上，在距设计标高线1.0-1.5m范围内，每30cm取1组，每根桩渣样不应少于3组。

[1]

2.3.3泥浆制备

工程实践证明泥浆制备是钻孔灌注桩施工质量好坏的一个重要环节，必须严格把关，泥浆一般都采用的是自然造浆，必要时也可采取人工造浆。

泥浆护壁式钻孔的泥浆一般由水、粘土和添加剂组成。

其具有浮悬钻渣、冷却钻机钻头、润滑钻具、增大

是

否

是

否

孔内静水压力、并在孔壁上形成泥皮、隔断孔内外渗流和防止坍孔的作用。

泥浆的品质能的好坏，不单与现场管理人员的经验与水平有关,关键是能否及时清理泥浆池里的沉淀杂物，若不配备专职得力人员，当排浆设备出现问题或者井内废浆运输能力不足（有些时候是为降低成本而有意降低废浆排放速度），那泥浆品质保证就无从谈起，有时更有甚者因泥浆池淤满导致沉淀物倒灌回孔内，这样的话则施工质量必定受到很大影响。

配置的钻孔泥浆和经过循环净化的泥浆，要根据钻孔方法不同和地层情况来选择泥浆稠度，泥浆稠度应随着地层不同和操作要求机动确定。

如果泥浆太稀，则排渣能力会降低，护壁效果差；若泥浆太稠，会削弱钻头钻进效果，降低钻速。

2.3.4清孔阶段

（1）清孔也是钻孔桩施工中决定成桩质量的重要步骤。

清孔过程中尽量把沉渣全部清除，让混凝土和基岩完好接合，来提高桩底承载力。

（2）在终孔后，把钻头提至离孔底以上0.2-0.3m处，空转后再将残留在孔底的钻渣吸出，特殊情况下可投入适量纯碱以提高泥浆的比重和胶结能力，把沉渣排出孔外。

（3）在钢筋笼下沉固定后，要再次复查钻孔孔深和孔底沉渣厚度等。

假如沉渣超标，可用导管中附带的风管再次进行清孔，直到全部符合设计要求和工艺标准为止。

（4）在清孔结束以前，要将泥浆比重调整到规定范围内，来确保水下混凝土的灌注成功。

2.3.5钢筋施工

（1）基本要求：

全部钢筋进场前一定要对其进行原材料的各项性能试验，不达标产品严禁进场及使用，也要复合钢筋出厂合格证及批号与进场材料是否一致，确认所进钢筋种类与所需符合，严禁在没有设计人员许可下私自进行钢筋代换。

钢筋的堆放务必保证不污染、不受腐蚀以及方便施工操作，预防钢筋受雨水等侵蚀给钢筋性能造成影响。

钢筋加工场地应平整清洁，防止已经加工成型的钢筋变形和受腐蚀、污染，场地一般应用混凝土硬化。

钢筋施工应让有经验的专业队伍进行施工，钢筋的施工严格按照规定施工操作规程操作且满足施工规范和设计要求，所有施工人员必须持证上岗。

钢筋对焊必须让有经验的专业人员操作，对焊时要先抽取对焊试件做好对焊试验，在各项性能指标均符合要求后方可大批加工，同时施工过程再进行抽样检测，以便监督检验施工质量。

钢筋焊接及加工一定要满足规范要求及设计要求，施工时不得损坏钢筋，以免影响钢筋受力。

（2）桩基钢筋笼：

每根桩基的钢筋笼一般都采用现场地面上一次性绑扎成型方式，依据设计要求，钢筋笼在全桩长内主钢筋采用闪光对焊焊接接头，达到设计需要的钢筋长度；笼身外螺旋箍筋采用梅花型点焊方式与主筋连接，剩下的为绑扎；加强筋构造筋采用焊接形式与主筋相连，采用焊接法形成闭合圈，闭合圈的搭接焊，焊缝长双面焊12cm，单面焊为24cm，接桩主筋的搭接长度为不少于80cm，双面焊缝，焊缝长度不短于60cm，确保钢筋笼整体刚性要求，钢筋对焊抽样进行检查试验，保证满足规范及设计要求。

[1]

加工成型钢筋笼一定要平整摆放，防止变形和钢筋脱焊，绑扎完成的钢筋笼在桩灌注前一定要会同设计和监理等有关部门进行检查验收，并填写验收记录备案。

不合格钢筋笼严禁下井。

桩基钢筋笼施工允许的偏差及保护层厚度，要符合设计要求和规范规定，钢筋操作必须严格按照操作规程施工。

2.3.6钢筋笼安装注意事项

（1）钢筋笼制作时，主筋的连接，桩身纵向受力钢筋的接头应选在桩身受力较小处，接头位置应该相互错开，同一接头连接区段范围内钢筋接头不得超过钢筋总数量的50%，主筋与箍筋应梅花型点焊。

（2）钢筋笼吊装时应整体吊装，且不得碰伤孔壁。

钢筋笼吊放之前，必须清除孔底沉渣，钻孔底沉渣厚度≤20cm。

钢筋笼被吊放到设计位置时，要检测其水平位置和高程确认其达到设计要求，检测若合格，应马上固定钢筋笼，钢筋笼入孔后开始，到浇筑混凝土完毕的时间不大于首批混凝土的初凝时间。

[1]

（3）钢筋笼在制作、运输、吊装过程中必须采用相关措施防止钢筋笼发生形变。

（4）在钢筋笼上有预埋钢筋的地方应用聚乙烯泡沫板覆盖预埋件，这样方便需要时及时凿出预埋件。

（5）对于骨架存放与运输，在存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的方木，防止粘上泥土。

每组骨架的各节段要列好顺序，当使用时方便按顺序装车运输。

在骨架每个节段上都应挂上标志牌，写清楚墩号、桩号、节号等，特别是定位钢筋骨架，由于护筒顶面标高不一样，其长度也有差别，所以更应标写清楚。

若钢筋骨架没有挂标志牌，则不能混杂存放，以免搞错，造成质量事故；存放骨架还要注意防雨雪。

总而言之，骨架的运输要求不管采用什么方法运输，都不得使骨架产生形变。

钢筋骨架的运输一般有两种形式：

一种是有围堰平台的，用平车可直接运入；还有一种在水上平台，先用平车转运到船上，再到施工现场。

运输工具一般为带托架的平车，当骨架长度不大于6m时，可用两辆平车来运送，当长度大于6m时，需在平车上加托架。

钢筋骨架装车时要保证每个加劲筋处均设有支承点，且各支承点高度都相等，保证其结构形状不变。

运输中要防止标志牌被刮掉，方便以后校对检验。

在场内运输时，有时候会受地形或者运输工具的制约，所以也可用人工抬运，在抬运时要在若干加劲筋处尽量靠近骨架中心处插入抬棍，各棍受力应均衡。

2.3.7灌注混凝土注意事项

（1）灌注用的混凝土坍落度在16-22cm，粗骨料粒径不大于40mm。

（2）混凝土灌注在二次清孔结束后半小时内进行。

（3）导管联结要平直，密封可靠，导管下口、一般离孔底30-50cm。

（4）初灌量必须保证导管底部埋入混凝土中不小于50cm，且必须是连续灌注，不可间断。

（5）在灌注混凝土时，导管底部埋于混凝土中深度一般在2-6m之间，也不要埋的太深。

（6）每次拆卸导管前都要用测绳测量导管口至混凝土面高度，然后计算出导管埋深，之后才能拆卸。

[11]

3钻孔灌注桩常见的施工质量缺陷及其原因分析

3.1钻孔垂直度的偏斜

造成钻孔偏斜的主要原因有：

（1）场地地面不平整和密实度达不到，导致钻机安装不平整，或钻进过程发生了不均匀沉降，造成钻孔偏斜。

（2）钻杆发生了弯曲，或者钻杆接头间隙有点大，使得钻孔偏斜。

　　（3）钻头的翼板磨损不一致，或钻头受力不平衡，导致了偏离设计钻进方向。

　　（4）钻进过程中碰到软硬土层界面或倾斜岩面，钻压过高使钻头受力不平衡，使得偏离了钻进方向。

3.2塌孔与缩径

塌孔与缩径产生原因大致相同，一般有：

（1）地层情况复杂、钻速太快、护壁泥浆性能差、成孔后空置时间太长没有灌注混凝土等原因所导致。

（2）施工单位组织施工时没有重视，分包或转包了工程，施工者缺乏经验。

（3）在灌注过程时，井壁发生严重坍塌或者出现流砂、软塑状土等导致类泥沙塌落。

（4）在钻孔时，由于钻锥磨损或焊补不及时，或在地层中遇到膨胀类的软土、粘土、泥岩等，也易发生缩径现象。

3.3无套管施工法中孔壁坍塌

无套管钻孔灌注桩施工过程中因为土壤的持力层出现变化等原因，可能会出现漏水、漏浆等情况而导致孔壁坍塌的质量事故。

因此在钻进过程中，若发现排出的泥浆中不断冒气泡，或泥浆突然漏失，则表明有孔壁坍陷情况。

一般造成施工事故的原因主要有：

（1）护筒的长度短，或护筒产生了变形；

（2）地下水位承压力较高；

（3）保持的水头压力低；

（4）在砾石层等处有渗流水或没水，孔中发生了跑水现象；

（5）泥浆的容重及浓度低；

（6）钻速过快，孔壁没来的及形成泥膜；

（7）钻孔机械的机械力振动剧烈，使得护筒与土层之间的粘着力减弱；

（8）下钢筋时，碰到了孔壁，破坏了泥膜和孔壁；

3.4钢筋笼上浮

导致钢筋笼上浮的原因一般有：

（1）混凝土初凝和终凝时间过短，孔内混凝土结块太早，当从导管往下灌注的混凝土面升到钢筋笼底时，继续灌注的混凝土结块托起了钢筋笼。

（2）清孔时孔内泥浆里悬浮的砂粒过多，混凝土灌注过程中这些砂粒回沉在混凝土表面，形成相对密实的砂层，并随孔内混凝土面的逐渐抬升，当砂层与钢筋笼底部再继续抬升时便托起钢筋笼。

（3）混凝土灌注至钢筋笼底部时，混凝土密度有点大，且灌注速度过快，使得钢筋笼上浮。

（4）钢筋笼孔口没有固定牢靠。

3.5导管堵塞

导致灌注混凝土出现堵管现象主要原因有：

（1）导管变形，影响隔水塞通过。

（2）制作或使用的隔水塞或隔水的皮球不符合要求：

直径过大，隔水塞下不到水面，卡住了导管；直径太小,灌注混凝土发生了离析,粗骨料挤压在隔水塞和导管内壁之间。

（3）刚开始灌注时因导管下端离孔底距离太小，混凝土灌注过快导致流动不畅而出现堵管。

（4）灌注时没有及时拆卸导管，造成导管埋置过深，导管内混凝土压力太大使得管内混凝土与管壁挤压太密实不能下落而堵管。

（5）灌注用的混凝土离析太严重，或灌注过程中导管出现漏水，管内水太多，使得混凝土受水冲洗发生离析，粗骨料堆积在一起而堵管。

（6）拌合混凝土坍落度过小，稠度过大，其流动性差，与管壁接触有较大的摩阻力而导致堵管。

（7）混凝土混合料中夹有粒径较大的集料，其卡在导管中间而导致堵管。

（8）灌注持续时间过长，两次灌注之间持续时间过长，使得表层混凝土过了初凝时间出现硬化。

3.6导管进水

导致导管进水的主要原因有：

（1）灌注开始时首批混凝土量不足，没有埋住导管或埋深不够，或导管底口离孔底的间距太大，首批混凝土灌注后，埋设导管