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冲击钻孔灌注桩的主要施工过程及控制要点

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：袁涛

[导读] 摘要：冲击钻孔灌注桩的施工既有测量放样工作，又有机械操作、钢筋加工、混凝土灌注等多种工作，可谓工程种类繁多，技术含量高，影响因素多。

        陕西省商洛市镇安县农村公路管理局陕西商洛 711500
        摘要：冲击钻孔灌注桩的施工既有测量放样工作，又有机械操作、钢筋加工、混凝土灌注等多种工作，可谓工程种类繁多，技术含量高，影响因素多。在施工过程中，容易出现桩位偏差过大、钢筋笼倾斜、孔底沉渣偏多、钢筋笼上浮、桩体混凝土离析、断桩、夹泥等质量问题，这些质量问题往往使成桩难以满足设计要求，且补救困难，不能完全通过事后检查来判断存在的问题，必须加强施工准备、成孔、清孔、钢筋笼连接吊放、水下灌注等施工全过程中各环节的质量监控，采取有效预防措施，才能保证或提高冲击钻孔灌注桩的成桩质量。
        关键词：冲击钻孔灌注桩施工质量控制
        前言：冲击钻孔灌注桩因适用各类地质条件，在桥梁工程桩基础施工中采用较多，冲击钻孔灌注桩因成桩环节多，又属于隐蔽工程施工，施工过程稍有麻痹大意就容易出现质量问题，情况严重会导致发生质量事故，现场施工管理和监理人员必须重视施工全过程质量监控。本文着重对冲击钻孔灌注桩的主要施工过程总结一些施工质量控制要点。
        一、施工工艺流程及总体控制目标
        （一）施工工艺流程图

        （二）施工质量总体目标。
        1、成桩过程各项指标，包括桩位、桩长、桩径、孔底沉渣、终孔垂直度及成桩质量等能满足设计要求；
        2、预留混凝土试块强度满足规范要求；
        3、桩身完整、匀质，连续性好，无夹泥、断桩等缺陷；
        4、桩极限承载力满足规范规定的验收指标。
        二、施工准备阶段的控制要点
        （一）认真审阅设计图纸
        通过审阅设计图纸，掌握：
        1、水文、地质情况，选择适当的钻孔机具、钻进速度、泥浆性能等。
        2、桩基的种类、桩径、桩底沉淀厚度、桩基钢筋、终孔原则等要求。
        3、了解下部构造、上部构造的设计概况，认真复核桩基设计图纸中尺寸、标高、钢筋数量与直径、混凝土设计强度等。
        （二）桩位放样
        桩位放样是指将设计好的桩中心坐标用相关仪器投放到施工现场，现多采用GPS或全站仪进行放样。放样流程为：核对坐标→架设仪器→输入或提前输入待放点坐标→放样。
        1、核对坐标。此过程往往被忽略，因此在实地放样前必须进行导线点复核和坐标核算，坐标复核可用CAD或excel表格等进行。
        2、架设仪器。一般情况下仪器先精平再对中精平，再用另一控制点做为后视。
        3、输入坐标。为确保提升工作效率，将提前核对无误的桩位坐标提前输入到测量仪器进行保存。
        4、放样。通过不断调整gps移动站或棱镜位置，尽量减小误差，用木桩或钢钉进行定位、喷漆。
        （三）埋设护筒
        1、护桶应具有足够的刚度，一般采用钢护筒，护桶直径比钻孔直径大10-20cm，焊接质量必须合格。
        2、护筒顶高度应满足规范要求：
        （1）护筒顶高度应高出地面0.3m，护桶在黏土层中不小于1.0m，在砂土层中不小于1.5m。
        （2）护筒顶高度应高出地下水位1.0～2.0m，顶端留有宽0.4m、高0.2m的出浆口。
        （3）护筒埋置采用钻机压入，垂直度允许偏差不大于2cm，护桶外围用粘土或砂砾土回填夯实固定牢靠，并在护桶四周做好十字交叉护桩。
        3、认真复核护筒顶标高和测绳刻度。护筒顶标高不准，可能会造成短桩事故，使桩的承载力不够；测绳错误，在灌注水下混凝土时会使拆、提导管错误，造成断桩事故。
        （四）泥浆制备
        使用的泥浆应采用优质的膨润土进行制作。泥浆技术指标如下所示：

        控制要点：
        1、泥浆池应根据桩长、孔径大小及实践经验而定。
        2、沉淀池和储浆池应分开设置，循环泥浆经沉淀后才能进入储浆池。
        3、弃渣应符合文明施工要求。
        4、泥浆相对密度要根据实际情况作适当调整；在穿过砂夹卵石层或容易坍孔的土层中成孔时，泥浆的相对密度要相应提高。
        5、泥浆过浓时，钻孔速度较慢，清孔时间也长，且使孔壁上的泥皮较厚，若为摩擦桩，则会显著降低桩周摩擦系数，降低桩基承载力；泥浆相对密度较小时，孔壁上的泥皮较薄，容易造成扩孔、坍孔，甚至埋钻头等事故。所以，泥浆指标应符合规范要求。
        （五）混凝土配合比及主要机具设备
        1、混凝土配合比要求
        因混凝土一般为水下灌注，因此混凝土必须具备良好的和易性和流动性，就需要对混泥土的粗细骨料及外加剂进行严格要求。
        水泥：采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5级，单方用量不低于370kg，初凝时间不少于2.5h。
        细骨料：应选用级配合理、质地坚硬、颗粒洁净的天然中粗砂。
        粗骨料：应选用质地坚硬、级配合理的机制碎石，骨料最大粒径不应大于导管内径的1/6至1/8和钢筋最小净距的1/4，同时不大于40mm。
        外加剂：为改善混凝土的和易性，水下混凝土应参入减水剂，并根据运距、气温等环境条件，选用合适的外加剂。
        2、主要机具设备
        混凝土浇筑采用的主要机具设备：混凝土导管、漏斗、隔水球、混凝土运输车等。水下混凝土一般采用钢导管灌注，导管内径为200~350mm，导管使用前，应对其各项质量指标认真检查、及相关试验检测，合格后方可使用。导管距孔底悬高以25～40cm为宜，导管接头胶圈完好必须严密，不得漏水。大料斗必须有足够的容积保证首盘混凝土冲灌后导管埋深不小于1米。灌注过程中应保证导管埋深在2～6米。灌注至桩顶部位时，必须有足够的冲灌高度，保证导管埋深及混凝土的密实度。
        三、主要施工过程及控制要点
        （一）钻孔
        1、应选用合适的安全性能良好的钻机。钻机就位前应先检查钻机地面是否平整，承载力是否满足施工要求。钻机就位后应对钻机钢丝绳、护桶中心、垂直度进行复核。
        2、钻孔应保持一定的安全距离。同时进行多个钻孔的施工，一般最小应为桩径直径的2倍距离，并根据地质情况进行扩大，避免造成塌孔。
        3、钻孔时应先慢后快，钻进深度超过护桶底2m后，即可按正常速度钻进。钻进过程中要随时监测泥浆比重及钻渣情况，及时记录钻进中的有关参数和地质情况，核对地质资料。
        4、钻进过程中每进尺2-3m，应检查孔径和垂直度，检查工具应用提前制作好的探孔器（圆钢筋笼，外径等于设计桩径，高度3-5m）吊入孔内，使钢筋笼中心与钻孔中心重合，如无挂阻，则说明孔径和垂直度符合要求。
        5、钻进中，如出现塌孔、涌砂等异常情况，应立即将钻具提离孔底，同时向孔内输送性能符合要求的泥浆，保持孔内水头压力，防止继续塌孔、涌砂。
        6、钻至设计标高时，应继续维持泥浆循环。起钻时应慢速提起，防止拖挂孔壁。
        （二）清孔
        1、钻孔桩终孔后，应对孔深、孔径、倾斜度进行检查，符合规范要求后方可清孔。这些工作应抓紧进行，以免间隔时间过长，钻渣沉淀过厚，造成清孔困难或坍孔。
        ２、清孔方法有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射、砂浆置换等。冲击钻孔清孔施工现场一般采用泥浆循环置换法清孔。
        3、清孔后灌注混凝土前，应检查孔底沉淀厚度，符合设计、规范要求后方可灌注水下混凝土。
        4、摩擦桩不得以加深钻孔深度的方法代替清孔。否则可能会为因为沉淀过厚、过软而使桩尖处的极限承载力大大降低。
        （三）钢筋笼制作与安装质量控制要点
        1、钢筋笼制作
        （1）进场钢筋应经抽检试验合格后才能使用，钢筋骨架的制作应符合设计、规范要求。
        （2）长骨架应分段制作，分段长度应根据吊装条件确定,应确保不变形，钢筋接头应错开连接。
        （3）骨架外侧应设置控制保护层厚度的垫块，如圆形混凝土预制块或耳朵形钢筋，其间距竖向为2m，横向周围不少于4处，骨架顶端应设置吊环。
        （4）声测管应严格按设计图纸进行设置。声测管接头及底部要密封好，顶部用木塞封闭，防止砂浆、杂物堵塞管道。检测管接头一般采用套管，套接后进行液压钳压紧密封，质量应符合规范要求。
        2、钢筋笼吊装和安装
        （1）钢筋笼搬运和吊装时,应避免变形；安放前需通过验孔器检查孔内的状况,以肯定孔内无塌方和缩孔现象等。
        （2）钢筋笼安放要对准孔位,扶稳、缓放、顺直,防止碰撞孔壁,严禁墩笼、扭笼。
        （3）留意钢筋笼的标高,抵达设计位置后应采用吊筋固定,为防止钢筋笼下沉或受混凝土上浮力的影响而上浮，钢筋笼就位后，必须采取必要的防止钢筋骨架上浮的工艺和措施。
        （4）钢筋笼入孔定位标高误差应控制在±5cm，钢筋笼和桩位中心水平误差应控制在±3cm。
        （四）灌注水下混凝土
        1、混凝土应有良好的和易性，在运输和灌注过程中无明显离析、泌水现象，坍落度宜为180~220mm。
        2、混凝土运至施工地点时，应检查其均匀性和坍落度等指标。
        3、在灌注过程中，导管的埋置深度应控制在2~6m。如果导管埋置深度过小（小于2m），在强大的压力和冲击力作用下，新灌注的混凝土可能冲破首批混凝土，冒到其上面，将泥浆沉淀物裹入桩中，形成夹层而断桩，特别在灌注后期，首批混凝土表面的泥浆沉淀增厚，有时还夹有少量坍土，这时导管埋置深度过小，容易造成导管提漏进水，造成断桩事故；如果导管埋置深度过大（大于6m），容易发生埋管拔不出来，从而造成断桩。
        4、在灌注过程中，应经常测探孔内混凝土面的位置，及时地调整导管埋置深度。
        5、为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架下端1m左右时，应降低混凝土的浇筑速度，以减少混凝土上升的动能作用；当钢筋骨架被埋入混凝土中4m以上深度时，再提升导管，使导管下端高出钢筋下端2m以上时，再按正常速度浇筑。
        6、灌注的桩顶标高应比设计桩顶高出一定高度，一般为0.5~1.0m，以保证混凝土强度且不夹泥。多余部分混凝土在接桩前必须凿除，残余桩头应无松散层、无夹泥等质量缺陷。
        （五）凿桩头
        1、当桩基混凝土达到设计强度的70%，方可破凿桩头。
        2、破凿桩头可采用机械破凿，在接近桩顶设计标高时，预留15cm由外向内采用人工破除，破凿过程中严禁破坏桩基钢筋保护层，且不允许弯折破坏桩头钢筋。
        3、破好的桩头顶面应是均匀、密实、平整的新鲜混凝土面。
        4、对因故未达到设计标高且相差较大的桩基，要破凿到均匀、密室、平整的新鲜混凝土面后，模注混凝土，直到符合要求为止。对未达到设计标高且相差较小的桩基，严禁使用砂浆找补。
        5、桩基钢筋连接应严格按照规范要求错开断面焊接。
        （六）桩基质量检测
        桩基在成桩后，在进行下一道工序前，应按规范要求对桩基进行桩身完整性和承载力抽样检测。
        （七）结语
        冲击钻钻孔灌注桩目前在公路桥梁工程中使用已相当普及，但钻孔灌注桩的施工大部分是水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收。施工中任何一个环节出现问题，都直接影响到整个工程的质量和进度，甚至造成巨大的经济损失和不良的社会影响。因此，要求基础施工队伍在施工技术措施上落实，并加强施工质量控制，力争将隐患消除在成桩之前。故此，在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工验收规范、核查地质和有关灌注桩方面的资料，对灌注桩在施工过程中可能会发生的一些问题进行分析后制定出施工质量标准、验收实施方案和每根桩的施工记录，以便有效地对桩基施工质量加以控制。