钻孔灌注桩施工工艺及质量缺陷的处治实践.doc

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2006年度科技论文

发布会材料

旋挖钻施工工艺及灌注桩质量缺陷的处治实践

单位：

京津项目

作者：

郭成刚

二○○六年11月29日

旋挖钻施工工艺及灌注桩质量缺陷的处治实践

京津项目郭成刚

摘要旋挖钻机施工由于其成孔速度快，施工方便，在钻孔灌注桩施工中得到广泛应用，本文着重结合工程实际对旋挖钻钻孔灌注桩的施工程序、要点以及在施工过程中怎样预防和处治钻孔桩的质量缺陷方法作了简要阐述。

关键词旋挖钻灌注桩质量缺陷处治

一、工程概况

京津城际轨道交通工程是中国第一条客运专线，质量标准要求高。

我管段（试验段）里程为DK90+000～DK91+100，共计35个墩（179#-212#），共375根钻孔桩，其中桩径为1m的有351根，桩径为1.25m的有24根，桩长42m～56m，采用旋挖钻机钻孔。

二、钻孔桩施工工艺

钻孔灌注桩的施工程序如下：

测量放线桩位——埋设护筒——钻机准确就位——钻孔——第一次清孔——质量检查——吊放钢筋笼——吊放导管——第二次清孔——灌注水下砼

1.施工前准备工作

1.1 造浆   

 泥浆的作用主要是护壁和浮渣。

泥浆比重小，易出现塌孔，护壁效果差；泥浆比重大，影响进尺和泥浆再利用速度。

入孔泥浆比重为1.05～1.15，砂层可适当增大；黏度一般地层16-22s，松散易坍塌地层19-28s；含砂率新制泥浆不大于4%；PH值应大于6.5。

1.2测量放线

开工前,首先对大桥的中线、水准点进行检查复核和补充，在平整好的场地放出桩位，用方木钉小钉筋

系红布条标示桩位。

1.3 埋设护筒

    桩位测量放样后，进行护筒的埋设。

护筒采用钢护筒，内径大于钻头直径20㎝，长度视地质情况而定（一般2-6m），安装时护筒应高出水位2m。

埋设护筒时先打护桩定十字线，钻机对中心，钻头中心和桩位垂直，检查后先钻1-2m深，然后用钻头把护筒垂直压下去，护筒要高于地面20-30㎝；最后拉十字线检查护筒中心是否与桩中心在同一垂线上，要是重合，则再进行钻头对中，使三点处于同一条垂线，即可开钻，否则继续调整。

护筒四周用粘土回填，夯实，以防漏浆，排浆洞口对准泥浆沉泥池方向。

1.4钻孔

1.4.1钻孔作业必须连续进行，不得中断。

因特殊情况必须停钻时，孔口应加保护盖，并严禁钻头

留在孔内，以防塌孔埋钻。

1.4.2经常检查泥浆的各项指标。

1.4.3开始钻进时，适当控制进尺，使初期成孔竖直、圆顺，防止孔位偏心、孔口坍塌。

钻进过程

中，则说明钻孔直径和竖直度符合要求。

每钻进2m或地层变化处，应捞钻渣样品，查明土类并记录，以便与设计资料核对。

1.4.4当钻孔深度达到设计要求时，应对孔深、孔径、孔位和孔形进行检查，确认满足要求后，立即填写终孔检查证，并经监理工程师认可，方可进行清孔和灌注水下混凝土的准备工作。

1.4.5成孔后要检查孔的垂直度，检孔器的直径为钢筋笼的直径加10㎝，长度不小于6m，检孔器吊入孔内，使检孔器中心与钻孔中心符合，如上下各处无挂阻，则说明钻孔直径和竖直度符合要求。

1.4.6一次清孔可以在成孔前预留1m，沉淀一小时后再钻，这样既可满足要求又可缩短二次清孔的时间或不进行二次清孔。

但不得用加大孔深来代替清孔。

1.5钢筋笼的制作和吊装就位

1.5.1钢筋笼的制作

1.5.1.1制作：

按设计要求每2m设一道加强箍筋圈并在加强箍筋圈标出主筋位置，同时在主筋上标出加强箍筋位置。

在一根主筋上焊好全部加强箍筋后，转动骨架逐根焊接，焊接第二根时利用钢筋卡一端挂第一根另一端挂第二根（钢筋卡是根据主筋间距制成），这样可保持第二根顺直而且便于焊接，依次焊好所有主筋，然后吊起骨架搁于支架上，套入盘筋按设计绑扎螺旋筋。

1.5.1.2钢筋笼骨架侧边应设置控制保护层厚度的部件。

我们采用自制的圆形混凝土垫块，中心穿钢筋焊于钢筋笼主筋上，每2m设置3块，呈梅花形布置，在下钢筋笼时垫块可以顺孔壁转动，不会增加阻力。

垫块形状及尺寸见图1：

1.5.2吊装

钢筋笼利用汽车吊进行吊装，为保证骨架起吊骨架不变形，采用吊点布置见图2。

起吊时，先提前吊点，使骨架稍提起，再与滑轮吊点同时起吊。

待骨架离开地面后，停止滑轮吊点，继续提升第一吊点，随着前吊点不断上升，慢慢放松滑轮吊点，直至骨架同地垂直。

这种起吊方法可以迅速起吊钢筋笼且不易变形。

当骨架进入孔口后应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁，逐个解吊点，当骨架下降到前吊点与孔中接近时，用型钢穿过加强箍筋的下方，将骨架临时支撑于孔口，然后挂上吊架，起吊取出零时支撑，继续下钢筋笼等放到设计标高后把型钢穿入吊架的钢筋格中支撑在孔口枕木上。

吊架图见图3，吊架尺寸可根据实际情况确定。

吊架可以重复利用，灌注混凝土后，用吊车抽出锁筋，再用吊车拔出吊架，使用吊架可以节约大量钢筋，当遇到浮笼也可以把吊架焊接到护筒上，阻止浮笼。

1.6吊放导管

导管底口距孔底为0.2-0.4m，导管上接漏斗，接口处设隔水栓（通常情况下放个皮球在导管中）隔绝砼与导管内水的接触。

1.7二次清孔

导管下放完毕，下测绳检查孔深，计算沉渣厚度，满足规范摩擦桩小于20㎝的要求，不用二次清孔，如果不满足以上条件，则需要二次清孔，二次清孔的方法是用泥浆泵从导管中注浆，把孔底沉渣冲起来置换出，旋挖钻这种清方法会使导管中产生负压力，浆会从导管中涌出，使灌注混凝土时产生阻力，在灌注前必须降压，降压方法是将导管提出孔外或部分提出。

1.8灌注水下混凝土

1.8.1首次灌注混凝土量要提前计算，确保导管埋入混凝土的深度不小于1.0；首次灌注量Ｖ计算如下：

Ｖ ＝ h1×πd2/4+ Hc×πD2/4　

式中：

 Hc——导管初次埋深加开始时导管离孔底的距离；

h1——孔内混凝土高度 Hc时，导管内混凝土柱与导管外水压平衡所需高度（m）

h1=Hwγw/γc

其中：

Hw——孔内水面到混凝土面的水柱高

γw、γc——孔内水（或泥浆）及混凝土溶重

d、 D——导管及桩孔直径

1.8.2首批混凝土灌入后，立即测探孔内混凝土面高度，计算出导管埋置深度，如符合要求再进行正常浇筑。

1.8.3浇注开始后要连续有节奏地进行，尽可能缩短拆除导管的时间；当导管内混凝土不满时，应徐徐浇注，防止在导管内造成高压空气囊，压漏导管。

1.8.4在浇筑过程中，应保持孔内水头，防止坍孔，同时保持导管出口在混凝土中的标准埋深（不小于2m）。

1.8.5为确保桩顶质量，混凝土浇注时应高出设计桩顶以上0.5～1.0m。

1.9注意事项和事故处理

1.9.1钻孔前

1.9.1.1注意测量的准确性，保证护筒埋置位置准确

1.9.1.2护筒埋置时，其土质应密实不漏水和不漏浆。

1.9.1.3钻具安装时应检查其垂直度和稳定性，施工过程中也应经常检查。

1.9.2钻孔时

1.9.2.1经常检查保证护筒内的水头高度和泥浆稠度。

钻进过程中，应随时检查和记录土质情况，

与设计土质对照，及时控制和调整钻进速度和泥浆稠度。

1.9.2.2钻孔要连续作业，中途不能停钻。

相邻桩开钻需等邻孔砼达到一定强度后才开始。

终孔后

要对成孔进行全面检查。

1.9.2.3出现坍孔，应仔细分析查明原因和坍孔位置，然后采用小砾石夹粘土回填至坍孔位置，待

回填土稳定后，采取加强泥浆稠度、加高水头和深埋护筒等措施，重新钻进。

1.9.2.4钻孔偏斜、弯曲，应吊住钻锥在偏斜、弯曲处，反复扫孔，或回填至偏斜、弯曲处，重新

钻进。

1.9.2.5钻孔漏浆，此时可适当减小水头高度，加稠泥浆，慢速转进。

1.9.3成孔后

成孔后，应抓紧进行清孔，吊装钢筋笼和安放导管，快速灌注水下砼。

此时应注意如下几点：

1.9.3.1吊装钢筋笼时，应避免冲撞孔壁，影响孔壁稳定。

1.9.3.2钢筋笼吊装后，要再次检测孔内的泥浆比重、含沙率和孔底沉淀层厚度是否符合要求，否则应再次清孔。

1.9.3.3导管吊装前，管内壁应擦润滑油，管接口密实不漏水。

漏斗的容积应满足首次埋深。

1.9.3.4砼拌和物，应按照设计配合比，砼的和易性、坍落度应符合要求。

1.9.3.5灌注砼时，应随时测量灌注标高和导管埋深，埋深不得小于2米。

太深应及时拆管，否

导管很难拨出，就会造成断桩。

灌注时，应经常提升、插进导管，防止砼塞管。

三、质量缺陷的处治实践

1几种缺陷桩的形成与处治

1.1断桩

1.1.1形成断桩原因分析

断桩是严重的质量事故。

对于诱发断桩的因素，必须在施工初期就彻底清除其隐患，同时又必须准备相应的对策，预防事故的发生或一旦发生事故及时采取补救措施。

断桩产生的原因有以下几个方面：

　　

（1）灌注混凝土过程中，测定已灌混凝土表面高度出现错误，导致导管埋深过小，出现拔脱提漏现象形成夹层断桩。

特别是钻孔灌注桩后期，超压力不大或探测仪器不精确时，易将泥浆中混合的坍土层误为混凝土表面。

因此，必须严格按照规程用规定的测深锤测量孔内混凝土表面高度，并认真核对，保证提升导管不出现失误。



（2）在灌注过程中，导管的埋置深度是一个重要的施工指标。

导管埋深过大，以及灌注时间过长，导致已灌混凝土流动性降低，从而增大混凝土与导管壁的摩擦力，加上导管采用已很落后而且提升阻力很大的法兰盘连接的导管，在提升时连接螺栓拉断或导管破裂而产生断桩。



　（3）卡管现象也是诱发断桩的重要原因之一。

由于人工配料（有的机械配料不及时校核）随意性大，责任心差，造成混凝土配合比在执行过程中的误差大，使坍落度波动大，拌出混合料时稀时干。

坍落度过大时会产生离析现象，使粗骨料相互挤压阻塞导管；坍落度过小或灌注时间过长，使混凝土的初凝时间缩短，加大混凝土下落阻力而阻塞导管，都会导致卡管事故，造成断桩。

所以严格控制混凝土配合比，缩短灌注时间，是减少和避免此类断桩的重要措施。



 （4）坍塌。

因工程地质情况较差，施工单位组织施工时重视不够，有甚者分包或转包，施工者谈不上有什么经验，在灌注过程中，孔壁坍塌严重或出现流砂、软塑状质等造成类泥沙性断桩。

　　（5）另外，导管漏水、机械故障和停电造成施工不能连续进行，突然井中水位下降等因素都可能造成断桩。

因此应认真对待灌注前的准备工作，这对保证桩基的质量很重要。



1.1.2断桩处理的几种方法

（1）原位复桩：

对在施工过程中及时发现和超声波检测出的断桩，采用彻底清理后，在原位重新浇筑一根新桩，做到较为彻底处理。

此种方法效果好、难度大、周期长、费用高，可根据工程的重要性、地质条件、缺陷位置等因素选择采用。

如211#-7（K91＋032.26），桩采用将孔内回填土经沉淀后（沉淀期最少15天）用冲击钻对已浇成的坏桩进行冲击二次成孔，重新浇注。

注意如果灌注期间断桩，钢筋笼已经拔不出，回填孔时要回填一部分石料。

（2）接桩：

如197#-1（K90＋602.58）桩，在灌注过程中距桩顶6m处发生混凝土卡管，无法继续灌注，只好停止混凝土的浇筑并拔出导管。

确定接桩方案，根据设计提供的地质资料表明桩顶以下17m均为粘土层，确定环形井点降水-开挖-钢护筒护壁，钢护筒壁厚5㎜，直径1.1m，由机械将其打入，然后开挖护筒内土方，挖至现有桩头处利用人工凿毛，按挖孔法混凝土施工方法进行混凝土的浇注。



四、钻孔灌注桩的质量控制

　　钻孔灌注桩的施工质量直接影响到上部结构的稳定与安全。

对钻孔灌注桩的质量控制，我认为现在仍应强调以下几点：



（1）对质量控制应注重预防为主，即在施工前做好充分准备工作，制定相应的防范措施，并责任到人。

　

（2）严把队伍进场关。

只有从严把关，使一流人才、先进的工艺，过硬的设备进场，就为优良工程打下