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桥梁钻孔灌注桩毕业设计论文

编制单位：

商洛市道路工程监理所

姓名:

白如龙

编制日期:

二0一三年六月

II

钻孔灌注桩在施工中的质量控制

内容摘要

钻孔灌注桩是一种深基础，它具有很多优良的性质，比如适应性强，施工噪音小，对邻近的建筑物的影响很小等等，所以在世界范围得到了很广泛的应用。

但是钻孔灌注桩因为施工工艺以及施工环境等等方面的因素影响也存在很多缺陷，所以很有必要对其进行施工过程的质量控制。

本文首先是分析了钻孔灌注桩的各种影响因素，然后对施工工艺进行分析研究，提出施工控制体系，并对质量控制的手段和方法进行详细的介绍，分析出最适宜的泥浆混合比，并结合工程实际分析钻孔灌注桩在施工过程的质量控制。

关键词：

钻孔灌注桩；施工；质量控制

目录

内容摘要 I

引言 1

1桩基础概述 2

1.1桩基础分类 2

1.2桩基础的适用性 2

1.3钻孔灌注桩的质量问题 3

2钻孔灌注桩施工要点以及质量控制研究 4

2.1钻孔灌注桩的施工工艺简介 4

2.1.1钻孔灌注桩的工艺类型与适用范围 4

2.1.2正循环钻成孔施工法 4

2.1.3机械扩底桩施工法 4

2.1.4螺旋钻成孔施工法 5

2.1.5旋控成孔施工法 5

2.1.6冲击成孔施工法 5

2.2钻孔灌注桩关键工序控制 6

2.2.1成孔作业 6

2.2.2制笼作业 6

2.2.3水下灌注混凝土 7

3具体工程实践的桩基施工工艺研究 10

3.1桩基处理方案 10

3.1.1接桩法 10

3.1.2压浆法 10

3.1.3结构措施法 11

3.1.4加桩法处理桩基质量事故 11

3.1.5置换法处理桩基事故 11

结论 12

参考文献 13

引言

桩基础是一种发展迅速的深基础，在高层建筑、桥梁及港口工程中应用极为广泛，当建筑场地浅层地基土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，也不宜采用地基处理等措施时，往往需要以地基深层坚实土层或岩层作为地基持力层，采用深基础方案，深基础主要有桩基础、沉井基础、墩基础和地下连续墙等几种类型，其中以桩基础的历史最为悠久，应用最为广泛。

如我国秦代的渭桥、隋朝的郑州超化寺、五代的杭州湾大海堤以及南京的石头城和上海的龙华塔等，都是我国古代桩基的典范。

1桩基础概述

1.1桩基础分类

1.1.1按承载性状分类

根据桩竖向荷载作用下桩土相互作用的特点，达到承载力极限状态时，桩侧与桩端阻力的发挥提高和分担比例，将桩分为磨擦型和端承型桩两大类。

1.1.2按施工方法分类

根据桩的施工方法不同，主要分预制桩和灌注桩两大类。

预制桩可用混凝土、钢材或木料在现场或工厂制作，然后锤击（通过锤击或辅以高压再使桩沉入土中，振动打入（将大功率振动器置于桩顶，利用内装偏心块旋转时产生的竖向振动力使桩沉入土中）静压（利用静力压桩机将桩基压入土中）或旋入等方式设置就位。

其可进一步分为①混凝土预制桩②钢桩③木桩.

灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内放钢筋笼（也有直接插筋或者无钢筋的）再浇灌混凝土而成。

进一步可分①沉管灌注桩②钻（冲）孔灌注桩③挖孔桩。

1.1.3按桩的设置效应分类

随着桩的设置方法（打入或钻孔成桩等）不同，桩周土所受的排挤作用也很不同，排挤作用将使土的天然结构、应力状态和性质发生很大变化，从而影响桩的承载力和变形性质，这些影响统称为桩的设置效应，桩按设置效应可分为下列三类:

①非挤土桩②小量挤土桩③挤土桩

1.2桩基础的适用性

桩基础通常作为荷载较大的建筑物基础，其具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工，适应性强等突出特点，与其它深基础比较，桩基础的适用范围最广，一般对下述情况可考虑选用桩基方案:

一是地基的上层土质太差而下层土质较好；或地基软硬不均匀或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形的要求。

二是地基软弱，采用地基加固措施不合适；或地基土性特殊，如存在可液化土层、自重湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等。

三是除承受较大垂直荷载外，尚有较大偏心荷载、水平荷载、动力或周期荷载作用。

四是上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受到大面积超载的影响。

五是地下水位很高，采用其它基础型式施工困难；或位于水中的构筑物基础，如桥梁、码头、钻采平台等。

六是需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。

通常，当软弱土层很厚，桩端达不到良好地层时，桩基设计应考虑沉降等问题。

如果桩穿过较好土层而桩端位于下卧软弱层，则不宜采用桩基，因此，在工程实践中，必须认真做好地基勘察、详细分析地质资料、综合考虑、精心设计施工，才能使所选基础类型发挥出最佳效益。

1.3钻孔灌注桩的质量问题

尽管钻孔灌注桩具有入土深、能进入岩层、刚度大、承载力高、桩身变形小，并可方便地进行水下施工等优点，是目前用途最广泛的一种桩基础，但由于其施工工艺的多样性和复杂性、地基地质条件的差异以及钻孔灌注桩本身的沉桩效应，质量控制易出现偏差，钻孔灌注桩质量事故频繁发生。

钻孔灌注桩基础是造价昂贵的一种基础，一般基础造价要占总个土木木工程造价的1/5，甚至1/3。

因此，钻孔灌注桩的质量控制非常重要，目前，钻孔灌注桩质量评价及事故处理技术是一个值得深入研究的课题。

钻孔灌注桩是桥梁工程最常用的基础形式之一，它具有适应性强、对邻近结构影响较小、抗震性能强、施工噪音小、无振动、所需设备简单、操作方便、施工安全等特点；而且钻孔灌注桩可将所有上部结构传来的动载和静载均匀地传递至深层稳定的土层中，从而大大减少了基础沉降和不均匀沉降，故钻孔灌注桩被广泛采用。

2钻孔灌注桩施工要点以及质量控制研究

2.1钻孔灌注桩的施工工艺简介

2.1.1钻孔灌注桩的工艺类型与适用范围

目前国内高层建筑中应用的机械成孔灌注桩直径达2.5m以上，桩长超过90m；桥梁灌注桩直径达4.Om，桩长超过100m。

通过机械扩底形成的扩底灌注桩，当桩径为1.5-2.Om，则扩大头直径可达到2.5-3.5m，提高了承载力，节约了混凝土。

随着成孔机械与工艺的不断完善，可以根据不同的建（构）筑物要求、土层情况、场地施工条件等，合理选择施工工艺。

2.1.2正循环钻成孔施工工艺

正循环钻成孔施法是采用正循环钻进工艺，即泥浆经钻杆内腔流向孔底，将钻头切削下来的钻渣岩屑，经钻杆与孔壁的环状空间，携带至地面，具有设备简单轻便，适应狭小场地作业，操作简易，配套设备器具少，工程费用较低等优点，但对桩孔直径较大（一般>1.0m），桩孔深度较深（>80m），及容易塌孔的地层，正循环钻进工艺效率低，排渣能力差，泥皮厚等特点，对含有卵砾石的地层，正循环钻进不适应。

2.1.3机械扩底桩施工

机械扩底钻头按其结构特点分为机械式、自重式、和液压式三类。

机械式扩孔钻头一般用在螺旋钻中，又称螺旋钻扩机，其工作原理为:

开始钻孔时，扩孔刀收拢，直孔钻到设计深度后，螺旋钻杆只回转不进尺，同时通过液压撑开扩孔刀具，接触孔壁后开始扩孔，切下来的土块由刀管内螺旋叶片输送到地面，直至扩孔孔径达到设计要求为止。

自重式扩底钻头主要用于钻孔中的扩底施工。

这类钻头靠钻具重量下压，使护刀撑开旋转扩孔，其工作原理是:

钻孔钻至设计深度后，提钻换扩底钻头入孔，下钻时，三组翼片呈收拢状态，钻头外型尺寸最小，钻头到达孔底后，导向轴及轴上所有部件不再下行，呈静止状态，钻具回转时，在钻压作用下，导向轴套下行，通过上盘、销轴和连杆推动翼片逐步张开，切削孔壁扩孔，扩孔结束，上提钻杆，导向轴套上行带动收拢翼片，提出钻具。

2.1.4螺旋钻成孔施工法

螺旋钻成孔是一种无需泥浆循环的干式成孔施工方法，钻头切削下来的钻渣通过螺旋钻杆不断从孔底输送到地表。

螺旋钻成孔施工法适用于地下水位以上的填土、粘性土、粉土、砂性土、风化软岩及粒径不大的砾砂层。

在地下水位以下及含有较大卵石、块状物的土层，施工困难较大。

该施工法的主要优点是不使用循环介质，噪声和振动小，对环境影响较小，施工速度快，设备简单，易操作，由于干作业成孔，混凝土灌注质量能得到较好的控制。

存在的缺点是孔底常留有虚土不易清除干净，影响桩的承载力，螺旋钻具回转阻力较大，对地层的适应性有一定的条件限制。

螺旋钻成孔施工法有长螺旋成孔、短螺旋成孔、环状螺旋成孔、振动螺旋成孔和跟管螺旋成孔几种。

常用的是长螺旋和短螺旋成孔两种。

长螺旋钻进成孔直径较小，一般不超1.0米。

短螺旋钻进效率比长螺旋低，但深度较大（可达50米）。

桩孔直径可达3.0米。

2.1.5旋挖成孔施工法

旋挖钻成孔施工法，又称钻斗施工法或土钻施工法.成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀具，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内，钻斗装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔.旋挖钻成孔施工具有低噪音、低振动、扭距大、成孔速度快、无泥浆循环等优点；缺点是在粘性较大的粘土、淤泥土层中施工，回转阻力大，钻进效率低、容易糊钻。

该施工法适用于填土、硬土、粉土、砂性土、砂卵砾石层、软~中硬基岩等地层，桩孔沉渣少，孔壁泥皮薄，桩侧摩阻力发挥更好。

2.1.6冲击成孔施工法

冲击成孔施工法主要有钢绳冲击成孔和冲击反循环成孔两种。

钢绳冲击成孔施工法是利用卷扬机钢丝绳，将具有较大质量的冲击钻头提升至一定高度，然后使钻头自由下落，产生较大的冲击能量来冲击硬碎岩土层，并利用专门的捞渣工具捞取孔内的渣土岩屑。

钻头每冲击一次，就在孔底转动一定的角度，形成圆形断面。

在易垮孔地层，需要采用高粘度、高密度泥浆，或向孔内投入大量粘土球来保护孔壁。

钢绳冲击成孔施工具有设备简单、操作方便、动力消耗少，机械故障少等优点，适宜在杂填土、粘土、粉土、砂土、卵砾石、漂石、孤石、基岩等地层施工，而回转钻进对卵砾石层、漂石、孤石及硬基岩往往是较为困难的。

钢绳冲击成孔施工的缺点是钻进效率低，清孔难度较大，桩孔不规则，容易发生孔斜及掉钻头、卡钻等孔内事故。

2.2钻孔灌注桩关键工序控制

钻孔灌注桩施工中应做好关键工序的控制工作，只有这样，对钻孔灌注桩质量才能取得事半功倍的作用。

2.2.1成孔作业

钻孔灌注桩施工中应特别注意孔深与沉碴的控制，尤其对于端承桩，终孔时要测验一次孔深，灌注混凝土前测一只孔深，以确定孔底沉碴厚度，不能只在灌注桩前测一只孔深，以设计孔深来确定孔底沉碴厚度，防止“多打少报”。

孔深一般用测绳测量，应注意测绳的遇水收缩问题，使用前要先在水中浸泡一段时间，然后用钢尺校正后使用，终孔时最好测量钻杆长度确定孔深，并和测绳测量孔深对比，测孔深测绳要专用，使用中还应不时用钢尺校正，以确保孔底沉碴厚度不超标。

钻进成孔过程中要注意泥浆与孔壁泥皮的控制，如果钻进粘性土层不易塌孔，用清水钻进最好，如果存在厚度大、易塌孔的砂层，就要使用泥浆，避免塌孔。

使用泥浆应注意避免孔壁泥皮厚度过大。

在成桩过程中，桩周形成泥皮是不可避免的，泥皮达到一定厚度时，就会使桩的侧摩阻力大降低，对泥皮厚度的要求理论上是越小越好，至于具体多大可以保证单桩承载力设计值，由于成孔方法、泥浆性能等的不同，还有待于研究，据相关资料介绍，泥皮厚度应控制在11cm以内。

控制好桩周泥皮厚度，应做到:

1）选取择适当的成孔方法，合理组织时间；2）设置有效