钻孔灌注桩施工工艺要点与质量控制研究.docx

1、钻孔灌注桩施工工艺要点与质量控制研究南昌大学毕业论文课题名称： 专业及班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 年 月 日钻孔灌注桩施工工艺要点与质量控制研究专 业： 学 号：学生姓名： 指导教师：摘 要钻孔灌注桩基础作为深基础的一种，由于它具有适应性强、对邻近建筑物影响较小、抗震性能强、施工噪音小、无振动、所需设备简单、操作方便、施工安全等优点，在世界范围内得到了广泛的应用。虽然其技术比较成熟，但是由于钻孔灌注桩是在地下而且在水中成孔、灌注水泥混凝土、加之成孔方法各异、地质条件的各种变化、混凝土灌注时间的长短、施工技术人员水平及经验的高低等因素，钻孔灌注桩极易出现各种缺陷，所以有必要对钻孔灌注

2、桩施工工艺进行深入的研究并提出施工过程中的质量控制措施。本文首先从影响钻孔灌注桩承载性能的各种关键的施工因素出发，结合实际工程对钻孔灌注的施工工艺进行研究，提出了一套施工控制质量体系，并针对桩基的施工及质量事故分析发生的原因，给出了相应的解决措施；随后，对某大桥桩基施工工艺进行了研究，为该项工程钻孔灌注桩的施工提供了理论保证，也为类似工程提供有价值的借鉴。关键词: 钻孔灌注桩；施工工艺；质量控制Research on Construction Method and Quality Controlof Bored PileAbstractAs a kind of deep foundation,

3、 Bored piles have been used and developed widely in the world, because of strong applicability, small influence for contiguous structure, little construction noise, no vibration, simple facility, convenient manipulation and construction safety etc. Though it has possessed a set of better technique,

4、many accidents of project have still been taking place, because bored piles are constructed underground and underwater. Therefore, construction method of bored piles is investigated necessarily. Firstly, this paper investigates deeply the key construction factors which affect the load-bearing capaci

5、ty of bored piles. Construction method of bored piles is investigated based on practical projects and quality control system is put forward. In view of the quality accident reason of piles construction, some measures are also put forward. At last, on the basis of the a reservoir bridge practice, the

6、 methods for disposing of construction method and engineering accident are given and summarized, Which would be the useful enlightenment for the construction method and the accident disposition of bored piles .Keyword: bored pile ; construction method ; quality contro第1章 绪论1.1 课题工程背景及意义第十届国际土力学及基础工程

7、会议上的桩基础总结中披露：在所有被调查的就地灌注桩中有缺陷的大约占到 5%10%。公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)中也只是对施工中的一些技术参数进行了规定，并未详细地介绍施工工艺。施工单位在对水下钻孔灌注桩的施工过程中，也基本上是凭借施工经验进行施工的。由于水文、气象条件对水上桩基施工的影响，水上桩基施工受施工水域的水流流速、水位、潮汐、水下障碍物及水下地形的影响较为严重，水上钻孔灌注桩与陆上钻孔灌注桩的施工有着明显的区别。其主要的区别是水上施工需要搭设施工平台或使用船只设备，施工工序更多，工艺更为复杂，质量更难以控制等。对于一些水上施工灌注桩，还存在环境保护及防水质污染等问题。

8、因此，为确保工程质量，缩短工期，创造良好的工程效益，我们要深入研究钻孔灌注桩的施工工艺，在施工前做好各项准备工作，并加强技术管理，尽量减少和避免事故的发生，确保钻孔灌注桩的质量，为以后钻孔灌注桩的施工提供参考。1.2 钻孔灌注桩的使用现状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。绝大多数桥梁的基础形式为钻孔灌注桩，而且钻孔灌注桩被公认为是安全可靠且极为有

9、效的基础形式之一。在国外，钻孔灌注桩也广泛地被应用于各种跨度的桥梁，尤其是在特大桥梁基础中的应用，譬如美国波士顿新桥，主跨为 227.08m 的五跨斜拉桥，两主塔墩基础分别采用 142.44m 和 162.44m 嵌岩钻孔灌注桩。随着越来越多的大跨桥梁和各种超高层建筑物的出现，钻孔灌注桩成为了建筑物基础的首选之一，可谓起步虽晚而发展迅速。1.3 钻孔灌注桩存在的缺陷由于钻孔灌注桩是在地下而且在水中成孔，灌注水泥混凝土，加之成孔方法各异，地质条件的各种变化，水泥混凝土浇注时间的长短，施工技术人员水平及经验的高低等因素，钻孔灌注桩极易出现各种缺陷。最常见的缺陷有缩颈、扩径、短桩、断桩(夹泥)、混凝

10、土离析及桩顶部分混凝土密实性差等，表1-1 为近年来检测的某地区 1344根钻孔灌注桩缺陷统计结果。表 1-1 钻孔灌注桩缺陷统计表项目 数量 占总检测桩数的百分数1.正常或基本正常 1134 84.42.缩颈 172 12.83.严重缩颈或离析 14 1.044.混凝土强度偏低 20 1.505.断桩 4 0.26 表 1-1 中的统计结果在一定程度上反应出了在当今施工水平上，钻孔灌注桩存在着严重的质量问题，急需加强管理和成品检测。1.4 本课题研究的内容本文对钻孔灌注桩的施工工艺进行了深入的探讨和研究，主要研究内容如下：(1) 结合工程特点对钻孔灌注的施工工艺进行系统的研究，分析研究其质量

11、控制体系； (4) 结合某水库大桥工程特点，研究其钻孔灌注桩施工工艺。第2章 钻孔灌注桩施工工艺要点与质量控制的研究钻孔灌注桩施工过程主要可分为成孔阶段、清孔阶段、水下混凝土灌注阶段等三大阶段。钻孔灌注桩是一项工序多、技术要求高、工作量较大、并需要在一个短时间内连续完成的地下(或水下)隐蔽工程。要保质、保量、按期完成施工工程，必须认真做好施工的各项准备工作。2.1 成孔阶段的质量控制2.1.1 钻进方法的选择由于在桩基施工中所遇到的土层种类多种多样，在成孔时就要采取不同的钻进方法，有时即使在同一孔中钻进，也需要几种方法交替使用。譬如，从钻进效率和对地层适应性上，一般回转钻进优于冲击钻进，而对于

12、卵砾石、硬岩地层，冲击钻进又优于回转钻进。于是又有把几种方法结合起来的回转、冲击反循环钻进，更好地满足了在复杂地层中的钻进。实践证明：在钻孔桩施工中，没有一种万能的钻进方法可适应不同工程地质，而必须根据不同工程地质状况和桩基直径、长度分别选用正循环、反循环、潜水、冲击、冲抓、人工掘进等方法来解决，有些地层则需多种方法配合才行。在选择钻进方法时，以下经验可供参考。(1) 粘土、粘性淤泥、淤泥质土层及粉砂层，可采用回转、冲抓、冲击及振动沉管、内击沉管法等钻进。应用泥浆护壁时，粘性土及轻亚粘土可采取原土造浆护壁，砂性土需要选用优质泥浆护壁；(2) 厚大的砂性土层，可采用回转、冲抓、潜水法施工，但应采

13、取优质泥浆护壁；(3) 充填物较密实的砾石层，粒径小于 20mm 时可采用正循环或反循环回转钻进，当粒径大于 20mm 而小于反循环钻头吸渣口尺寸时，可用反循环钻进，一般大于 100mm直径的卵石层，采取冲击或冲抓钻进效果较好，但都应配以优质泥浆护壁；(4) 人工堆集的大块石层，块石间充填物质胶结较好，可采用十字钻头冲击加粘土块护壁的方法钻进。块径大小不一，互相松散堆架在一起时，或采取人工掘进开挖的办法钻进；或往孔中投入素混凝土，待混凝土达到一定强度和松散的块石胶结以后，再下入护筒，采用冲击、冲抓法钻进。目前国内钻孔灌注桩常用的成孔方法主要有正反循环回转钻进成孔、冲击钻进成孔、冲抓锥成孔、螺旋

14、钻成孔、振动沉管法成孔、潜水钻机成孔等方法。这些方法各有特点，其适应地层、作业深度都有一定的局限性，因此在选择成孔方法时，应根据工程的具体情况，结合现有的技术装备水平，进行技术分析，合理选择。成孔方法的选择是否合理，不仅对桩的成孔质量和施工速度至关重要，而且对混凝土浇灌质量乃至桩的承载力具有决定性的意义，所以对成孔阶段必须进行严格的质量控制。2.2 清孔阶段的质量控制2.2.1 清孔的目的清孔的目的是抽、换原钻孔内泥浆，降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标，清除钻渣，尽量减少孔底沉渣厚度，防止桩底存留过厚沉淀而降低桩的承载力。特别是随着施工工艺的发展，采用大直径钻孔桩已趋于普遍，在施工中彻底

15、清除孔底沉渣对充分发挥桩底原土层的支承力、提高大直径钻孔桩竖直承载力非常重要。清孔还为下一个工序灌注水下混凝土创造良好条件，使测深正确，灌注顺利，保证混凝土质量，避免出现断桩之类重大工程质量事故。2.2.2 清孔的质量要求(1) 清孔后，孔底沉渣对于端承桩应50mm，对于摩擦桩应300mm，对于摩擦端承、端承摩擦桩应l00mm；(2) 清孔后，灌注混凝土前泥浆性能指标应达到：孔底 500mm 以内的泥浆比重1.25，含砂率8%，粘度28s；(3) 终孔检查后，应立即清孔，不得间隔过久，以至泥浆、钻渣的沉淀增多，造成清孔工作的困难甚至坍孔。清孔后应在最短时间内灌注混凝土。2.2.3 清孔注意事项

16、清孔时应注意以下事项。(1) 不论采用那种清孔方法，在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止坍孔；(2) 柱桩以抽浆法清孔。清孔后，将取样盒(即开口铁盒)吊到孔底，待灌注水下混凝土前取出检查沉淀在盒内的渣土；(3) 用换浆法或掏渣法清孔后，孔口、孔中部和孔底提出的泥浆的平均值应符合质量标准要求；灌注水下混凝土前，孔底沉淀厚度应不大于设计规定；(4) 不得用加深孔底深度的方法代替清孔。2.3 水下混凝土的灌注在钻孔灌注桩的施工过程中，混凝土的水下灌注是关键的环节之一，混凝土水下灌注是否顺利直接影响桩基质量的好坏。因此，运用科学、实用的混凝土灌注工艺以确保工程质量显得尤为重要。2.3.1 水下灌注

17、混凝土的性能参数(1) 砼原料粗骨料宜选用卵石，石子含泥量小于 2%，以提高砼的流动性，防止堵管。(2) 砼初凝时间一般砼初凝时间仅 35 小时，只能满足浅孔小桩径灌注要求，而深桩灌注时间约为 57 小时，因此应加缓凝剂，使砼初凝时间大于 8 小时。(3) 砼搅拌方法和搅拌时间为使砼具有良好的保水性和流动性，应按合理的配合比将水泥、石子、砂子倒入料斗后，先开动搅拌机并加入 30%的水，然后与拌合料一起均匀加入 60%的水，最后再加入 10%的水(如砂、石含水率较大时，可适当控制此部分水量)，最后加水到出料时间控制在 6090 秒内。(4) 坍落度选择坍落度应控制在 18020mm 之间，砼灌注

18、距桩顶约 5m 处时，坍落度控制在 160170mm，以确保桩顶浮浆不过高。气温高，成孔深，导管直径在 250mm 之内，取高值，反之取低值。2.3.2 混凝土灌注操作技术(1) 首批混凝土灌注混凝土首灌注量与泥浆至混凝土面高度、混凝土面至孔底高度、泥浆的密度、导管内径及桩孔直径有关。孔径越大，首批灌注的混凝土量越多，由于混凝土量大，搅拌时间长，因此可能出现离析现象，首批混凝土在下落过程中，由于和易性变差，受的阻力变大，常出现导管中堵满混凝土，甚至漏斗内还有部分混凝土，此时应加大设备的起重能力，以便迅速向漏斗加混凝土，然后再稍拉导管，若起重能力不足，则应用卷扬机拉紧漏斗晃动，这样能使混凝土顺利

19、下落到孔底，下灌后继续向漏斗加入混凝土，进行后续灌注。(2) 后续混凝土灌注后续混凝土灌注中，当出现非连续性灌注时，漏斗中的混凝土下落后，应当牵动导管，并观察孔口返浆情况，直至孔口不再返浆，再向漏斗中加入混凝土，牵动导管的作用如下。有利于后续混凝土的顺利下落，否则混凝土在导管中存留时间稍长，其流动性能变差，与导管间磨擦阻力随之增强，造成水泥浆缓缓流坠，而骨料都滞留在导管中，使混凝土与管壁摩擦阻力增强，灌注混凝土下落困难，导致断桩，同时，由于粗骨料间有大量空隙，后续混凝土加入后形成的高压气囊，会挤破管节间的密封胶垫而导致漏水，有时还会形成蜂窝状混凝土，严重影响成桩质量；牵动导管增强混凝土向周边扩

20、散，加强桩身与周边地层的有效结合，增大桩体摩擦阻力，同时加大混凝土与钢筋笼的结合力，从而提高桩基承载力。(3) 后期混凝土的灌注在混凝土灌注后期，由于孔内压力较小，往往上部混凝土不如下部密实，这时应稍提漏斗增大落差，以提高其密实度。2.3.3 混凝土灌注速度灌注水下混凝土应迅速进行，防止坍孔和泥浆沉淀过厚。每根桩的灌注时间不能太长，尽量控制在 8 小时内完成；为防止顶层混凝土失去流动性，导管提升困难，每小时灌注高度最好不小于 10，灌注的合适时间可参考表2.1。表2.1 适当灌注时间钻孔桩长度(m)20204040606070708080100适当灌注时间(h)1.522334455678注：

21、灌注时间从第一盘混凝土拌和加水至灌注结束止；本表适用于桩径小于 2.5m；如水泥初凝时间超过表列数值时，则首批混凝土必须掺入缓凝剂第3章 工程实例分析3.1 工程概况某水库特大桥，桥全长 664.596m，桥面宽度 2净15.25m，桥梁全宽 216.50m，设计荷载：公路级。该桥桩位于水库中，水深达 20m，下部结构采用钻(冲)孔灌注桩基础，共计 129 根，其中 150cm 桩120 根，180cm 桩 9 根；上部结构采用跨径 50m 预应力混凝土 T 型连续梁，共计 182片。为了便于施工，施工方与水库管理方商议决定泄水，使水位降低 10m 左右。水位降低以后，4#10#墩的桥桩施工仍

22、位于水中。其地层自上而下依次为：淤泥，0.002.10m 厚；卵石，0.004.90m 厚；强风化细砂岩，2.505.10m 厚；弱风化细砂岩，8.7014.00m 厚；微风化细砂岩，最大揭示厚度 11.60m。持力层选择在弱风化细砂岩。3.2 工艺选择鉴于水库特大桥所处的地质情况及周边环境的特殊性，起初拟定采用反循环回转钻进成孔。后来通过有关专家对对工程的地质情况、施工技术、施工工期限及周边环境等进行多方面的论证发现采用反循环成孔施工存在以下不足。(1) 反循环回转钻进成孔施工所需机械设备比较庞大，不便于运进施工场地；(2) 该成孔方法在施工过程中对泥浆的性能及泥浆量要求严格，需要配备大量水

23、上施工设备，不够经济；(3) 由于反循环成孔机械设备比较昂贵，不便于多点施工。鉴于存在以上不足，有关专家建议采用冲击钻进成孔（图3-1），该种施工方法在技术及施工可行性方面占有一定优势，可以同时多台冲击钻机施工。3.3 施工质量控制措施3.3.1 钻孔施工(1) 机具布置机具布置随所用的钻机类型而异。冲击钻机一般都备有钻架。在埋好护筒后，将钻机就位，立好钻架，使吊绳和桩孔中心在同一铅垂线上，其偏差不大于 2cm，拉好风缆绳，就可以开始冲击钻进。(2) 泥浆配制及循环在钻进过程中先采用清水护壁，待陆续钻进时，孔内的清水同钻锥切削下来的粘土，在钻锥冲击搅动下自然形成泥浆，泥浆比重控制在 1.21.

24、4。在钻进过程中，可以通过投放粘土或增加清水使泥浆比重得到控制。在施工平台上设置储浆池和泥浆循环净化系统，用泥浆泵压送泥浆经输浆高压胶管进入到孔底、沿钻锥向下喷射泥浆，带动钻渣上升到孔口，由另一台泥浆泵将带渣泥浆抽出进行循环净化，形成反循环工艺。它克服了冲击钻一般停钻掏渣，过多消耗时间的缺点，可以做到连续钻进，提高速度。图 3-1 钻(冲)孔桩基础施工工艺流程(3) 钻进在水库大桥桩基施工过程中，先采用小冲程开孔，低锤密击，锤高控制 0.40.6m，并及时加入片石和粘土泥浆护壁，使初成孔壁挤压密实、竖直、圆顺、能起导向作用，防止空口坍塌。孔深达护筒底以下 34m 后，才可以快速度，进行正常冲击

25、，锤高一般控制在 1.52.0m，冲击频率为 810 次/min。并随时测定泥浆比重，及时加入粘土或注入清水以保证泥浆比重符合要求。钻进过程中，每进尺 46m，用全站仪检查孔形一下，以保证钻孔直径和垂直度符合要求，经常检查钻头转向装置的灵活性以及钻头的磨损情况，及时调整转向装置的灵活性和加焊钻头，否则易出现缩孔或出现十字孔。(4) 清孔设计要求清水下钢筋笼。钻孔达到设计深度后，经终孔检查，即进行清孔。清孔应分两次进行，第一次清孔在成孔完成后立即进行，具体方法是：将冲击锤提起放在施工平台上，下放清孔导管，用空压机压风抽浆清孔，为了保持孔内有足够的水头压力，避免坍孔，应及时向孔内注入清水。第二次清

26、孔是在下放钢筋笼和灌注混凝土导管安装完毕后进行，利用导管和空压机进行二次清孔。清孔结束后应测定孔底沉渣厚度，以保证其不大于 50mm 为宜。3.3.2 钢筋笼的制作及吊放钢筋笼是在制作场内分节制作，采用加劲筋成型法。为方便螺旋筋的绑扎，把加劲筋设在主筋内侧，整个制作工作位于支架上，制作时按尺寸制作加劲筋圈，标出主筋位置。焊接时，作好标记，扶正加劲筋，并校正加劲筋与主筋的垂直度，然后点焊，在一根主筋焊好全部加劲筋后转动骨架，将其余主筋逐根焊好，然后套入螺旋筋，按设计要求绑扎在主筋上，点焊牢固。每孔最底一节钢筋骨架先安装固定好声测管，其余各节的声测管在钢筋笼对接焊好后，再接好安装固定。为保证钢筋笼

27、的质量，必须注意在运输过程中，钢筋笼不得变形。钢筋笼安装时，采用两点起吊，钢筋笼竖直后，检查垂直度，骨架进入孔口后，将其扶正徐徐下放，严禁摆动碰撞孔壁，且边下放边拆除内撑，严禁将内撑掉入孔内。第一节骨架放到最后一节加劲筋位置时，对称穿进两根圆形钢管，将钢筋笼悬挂在孔口圆形钢管上，再吊起第二节骨架，使它们在同一竖直轴线上对齐焊接。先焊好顺桥方向的两根接头后，稍提起，使上下节钢筋笼在自重作用下垂直，再焊接其他所有接头，焊接固定好声测管，然后提起骨架，抽出圆形钢管，下放骨架。如此循环，使骨架下到设计标高，用吊筋将钢筋笼固定在护筒上，以使钢筋笼定位，避免灌混凝土时钢筋笼上浮。3.3.3 灌注水下混凝土

28、水下混凝土的灌注是保证成桩质量的关键。该桥桩水下混凝土的灌注采用直升导管法，混凝土拌和物是通过导管下口，进入到初期灌注的混凝土下面，顶托着初期灌注的混凝土及其上面的水上升。为使灌注工作顺利进行，应尽量缩短灌注时间，坚持连续作业，使灌注工作在首批混凝土初凝以前的时间内完成。(1) 导管导管是灌注水下混凝土的重要工具。根据桩长、桩径和每小时需要通过的混凝土数量选择 250mm 的快速接头导管，各节导管采用螺旋丝扣连接。导管在使用前和使用一个时期后，除应对其规格、质量和拼接构造进行认真地检查外，还需要做拼接、过球和水密、承压、接头、抗拉等试验。(2) 水下混凝土的配制水下混凝土的强度、等级和材料应符

29、合设计要求和公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)的规定。混凝土采用搅拌站集中拌合，用橄榄车运输，混凝土的标号为C25。(3) 水下混凝土的灌注根据公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)中首批灌注混凝土数量的计算方法，计算出该桥桩基的首批灌注混凝土数量均为 4m3左右。将导管居中插入至离孔底 0.35m处，导管上接漏斗，在接口处设隔水塞，防止混凝土与管内水接触。在漏斗中备足够量的混凝土；放开隔水塞，漏斗中混凝土水位骤涨外溢，说明混凝土已灌入孔内。若落下有足够数量的混凝土，则将导管内的水全部压出。并使导管下口埋入孔内混凝土11.5m 深，确保孔内的水不能重新流入导管。随着混凝土不

30、断通过漏斗、导管灌入孔内，孔内初期灌注的混凝土及其上面的水不断被顶抵上升；相应地不断提升导管和拆除导管，直至灌注混凝土完毕。在混凝土灌注过程中应注意以下事项。混凝土拌和料必须均匀，尽可能缩短运输距离及时间，减小颠簸，防止混凝土离析而产生堵管、卡管现象；混凝土运送到桩位处时，应该做坍落度实验，保证坍落度在 1822cm；在灌注过程中，要随时测量和记录孔内混凝土高度及导管入孔长度，以控制和保证导管埋入孔内混凝土中有适当的深度，防止导管提升过猛，管底脱离混凝土面或埋入过浅而导致管内进水造成断桩夹泥；也要防止导管埋入过深而造成导管被混凝土埋住不能提升，导致中止灌注而断桩；在灌入过程中，当导管内混凝土不

31、满，含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入。不可整个灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，使混凝土灌不下去；混凝土面灌注至高出设计标高面 50 cm 以上时停止灌注，清除桩顶混凝土至桩顶设计标高以上 10cm，高出部分待强度达到 70%设计强度后，用人工凿除，确保桩头质量良好。结论钻孔灌注桩每一道工序的施工都必须认真严格地进行，任何一个疏忽都有可能给桩基带来施工事故或质量事故。因此，有必要对其每道工序进行系统的探讨。本文通过对当今普遍采用的钻孔灌注桩施工工艺的分析，参照大量资料，认真总结施工工艺和质量控制指标，并进行了论证，得出的主要结论如下:(1) 钻孔方法和机具的选用是影响桩基成孔质量的第一个关键环节，在施工前的施工组织设计中应按地质情况以及设计要求去综合考虑，选择方案时，应以选择对桩基质量有利的方案为原则。(2) 一旦出现桩基施工和质量事故，就应仔细分析其原因，找出正确的措施进行解决，要做到对症下药。对付事故的最好办法还是以预防为主，在施工之前，就应做足一切必要的防患措施，尽量做到少出事故。参考文献（References）1 中华人民共和国交通部.JTJ041-2000 公路桥涵施工技术规范S.北京：人民交通出版社，20002 林才奎.钻孔灌注长大桩基的施工探讨 D.成都：西南交通大学，1999