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钻孔灌注桩施工过程质量控制要点
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        钻孔灌注桩施工过程质量控制要点

4.1 钻孔灌注桩质量控制的关键

根据本工程主体育场钻孔灌注桩的施工管理经验,我单位认为该地区钻孔灌注桩质量控制的关键点有四个方面。

1. 质量控制关键之一──施工设备及工艺的选择。

根据本工程所处的地理位置和相邻工程地质勘探报告,地基上部为一灰色淤泥质土层,厚度3~8米;中上部为粉土、细砂,粗度自下而上由粗变细,厚度40~50m范围内变化;下部为卵砾岩类中粗砂层(第四系底砾岩层),厚度6~13m;底部为凝固化凝灰质粉砂岩层。钻进过程为三个层位,淤泥质土、砂粉土、细砂层和卵砾层,此处存在多处填平的暗沟;淤泥质土层存在缩径的地质条件;粉砂层中存在坍孔的地质突害因素,在卵石层中存在粒径超过20cm的白垩石类层或透凝体,钻进过程中容易造成卡钻、堵管等危害。鉴于上述地质状况,钻进中必须有充分的思想准备,采用恰当的施工工艺和技术措施进行预防。

1)钻机机型选择。根据主体育场钻孔灌注桩施工经验,机型应选择扭矩较大的机型,即应选择GPS-12型以上机型,这类机型稳定性相对较好,钻机抖动较小,可以保证该地区的钻孔灌注桩成孔质量。

2)钻进速度控制。在砂层钻进,速度不宜过快,因为快速钻进,泥浆护壁稳固性差,极易造成孔壁直立不稳而坍塌;砂层是地下水含水层,渗透性较强,是微承压含水层,在钻进过程中,钻进速度过快、护壁不好可能造成局部位置发生流砂和管涌;因此,注意控制钻进速度和加强泥浆护壁,是影响成孔质量好坏的关键所在。根据施工管理经验,该部分宜采用中速钻进;中间提钻和下钻时,应缓慢扫动,以增加泥浆护壁能力,防止流砂和管涌出现。

3)泥浆护壁必须调节好泥浆稠度和比重。在该区域的砂土层中,孔壁没有自身造浆能力,体育场整个桩基施工过程的排浆池中,几乎没有泥浆,只有细砂和砾石沉淀,护壁泥浆必须从场外运入,或用黄泥在现场孔内造浆。由于南京市区缺少优质黄泥(石灰岩,白云岩风化后的黄泥),总体看所造泥浆质量较差,根据这些情况建议必须采用膨润土造浆来增进护壁能力。

4)钻头进入卵石层以前,为保证成孔质量,泥浆循环工艺应采用正循环;在第七层(卵石层),为保证正常钻进应采取反循环,事实证明两种循环交变使用切实有效,它既能保证成孔质量、提高钻进效率,又能使孔底沉渣厚度满足设计要求。根据经验,二清结束后,孔底沉渣基本在2~3cm厚,完全满足设计要求的≤7cm。在粉土,粉砂,细砂层中尽量不要用反循环钻进,使用不当极易引发坍孔,现场施工中,确实有因正、反循环使用不当造成砂层坍塌、孔径扩大等现象的产生。因此,正、反循环的运用一定要严格控制。

2. 质量控制关键之二──沉渣量的检查。

对摩擦桩来说,由于其受力机理是通过桩表面和周围土壤之间的摩擦力或依附力,逐渐把荷载从桩顶传递到周围的土体中,如果在设计中端部反力不大,端部的沉渣量对桩承载力亦影响不大;而对于钻孔端承桩,如果沉渣量过大,势必造成桩受荷时发生大量沉降,同样使桩的承载力失效。因此钻孔灌注桩另一个控制的关键在于混凝土灌注前沉渣量的检查。

3. 质量控制关键之三──桩身强度的控制。

地基承载力符合设计要求,如桩身强度不足,桩的承载力亦得不到保证,桩身强度是桩质量控制的另一关键。

桩身质量控制主要在于控制混凝土的质量,桩身强度取决于钢筋笼的制作质量与砼质量。钢筋笼的制作检查,简单明了;而影响砼质量因素则很多,有些是可见的,有些是不可见的。以往工程实践中,不少桩由于砼质量问题而使桩身强度达不到设计要求,因此桩身质量的控制主要在于控制砼的质量。

砼的缺陷往往是由于施工工艺不合理引起,因此必须对桩基工程的施工工艺、质量保证措施进行严格控制,否则,起不到质量控制效果。

钻孔桩砼质量不仅与浇注工艺有关,还与成孔工艺有很大的关系。要确保桩孔成孔质量与灌注工艺的合理性,操作得当。钻孔桩成孔质量在于:桩径不小于设计桩径,护壁可靠;关系到砼质量的灌注工艺主要是:a.控制好混凝土质量的和易性,防止出现堵管、埋管,引起断桩事故。b.控制导管埋深,控制导管埋深2~4m,使砼面处于垂直顶升状,不使浮浆、泥浆卷入砼,防止提漏引起断桩事故。

4. 质量控制关键之四——钢筋笼沉放控制。

钢筋笼下不去是开钻初期的通病,其主要原因一是孔径未能满足下笼的规格要求,这时要及时检查钻头直径,偏小时及时加足;二是下笼时间过长(达3.5~4小时以上)导致孔内砂石沉淀过厚,因此钢筋笼下不到底;三是钢筋笼自身的扭曲导致被孔壁卡住;四是下笼时间过长孔径缩小。这四类问题不论哪一类出现,致使钢筋笼下不去,都不允许强行下笼,必须采取措施处理后,方同意下笼。

4.2 钻孔灌注桩质量的过程控制

在桩基施工过程中,监理人员应对成孔、清渣、放置钢筋笼、灌注混凝土等进行全过程监督检查,并认真做好施工监理检查记录,发现问题及时纠正,确保各项指标控制在规范允许范围以内。有些程序检查,前面已经阐述,监理过程应严格控制,下面对其他一些控制进行简单介绍。

1.护筒埋设。

①施工前应定出施工所用护筒的规格数量并运到现场。

②护筒内径应大于钻头直径:用回转钻时宜大于100mm;用冲击钻时宜大于200mm。

③根据场地实际情况护筒埋置尽量提前预埋,护筒位置应埋设正确和稳定,护筒与坑壁之间应用粘土分层回填夯实,护筒与桩位中心线偏差不得大于20mm,在开钻之前再复核一次护筒的位置。

④护筒埋设深度:护筒埋置深度应超过杂填土埋藏深度0.2m,粘性土中不宜小于1m,在砂土中不宜小于1.5m,同时应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上。遇到杂填土较厚的桩位,可将两个或几个护筒焊接起来使用。

⑤护筒埋设可采用打入法或挖埋法,护筒口一般高出场地地面30~40cm或地下水位1.5m以上。

2.调试准备。

在工程桩正式开工前,应进行一次整体设备试运转,同一种成孔机械、同一设计方案、同一地质条件试成孔数量不应少于二个。

试成孔的目的:核对地质资料,检验所选设备、机具、施工工艺及技术要求是否合适。如有问题,尚需选择补救措施或重新调整施工工艺。

成孔结束后应检验孔径、垂直度、孔壁稳定和沉渣泥浆密度等指标是否满足设计要求,如满足设计要求时,试成孔的泥浆密度,通过不同地层选用的钻速、钻压,钻头直径、形式等施工工艺参数即为施工时选择工艺参数的依据。

3.成孔检查。

1)机位就位平整垂直,护筒埋设牢固并且垂直,保证桩孔成孔的垂直措施。

2)要控制孔内的水位高于地下水位1.0m左右,防止地下水位高后引起坍孔。

3)发现轻微坍孔的现象应及时督促施工人员调整泥浆的比重和孔内水头。同时应根据土质情况,灵活掌握钻进速度。

4)成孔时发现难于钻进或遇到硬土、石块等,应协同施工单位及时检查,以防止出现严重的偏斜、位移等。

4.混凝土灌注桩检验控制标准

1)泥浆护壁钻孔桩平面位置、桩径、垂直度的允许偏差如表3

    泥浆护壁钻孔桩平面位置、桩径、垂直度的允许偏差        表3

 

桩径允许偏差

mm

垂直度允许偏差(%

桩位允许偏差(mm

1~3根、单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础的边桩

条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩

D1000mm

±50

<1

D/6,且不大于100

D/4,且不大于150

D>1000mm

100+0.01H

150+0.01H

注:1 桩径允许偏差的负值是指个别断面。

    2 H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离,D为设计桩径。

①灌注桩桩位偏差、检查时间:过程检验可量测护筒中心;最终检验(桩位竣工平面图)在开挖后把桩顶浮浆凿除,标出桩中心与设计轴线之间关系的偏差,用钢尺量测。检查数量:全数量测,并要求施工单位按量测结果绘制竣工桩位图。

②桩垂直度允许偏差检查要求全数检测,检测方法采用测钻杆或套杆的垂直度,有条件的可用超声波探测。

③桩径检查可用井径仪或超声波检测,检测数量按设计要求。

(2)混凝土灌注桩质量检验标准与方法如表4。

混凝土灌注桩质量检验标准与方法           表4

检查项目

允许偏差或允许值

检查方法

桩顶标高

+30mm

-50mm

水准仪,需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体。

孔深

+300mm

只深不浅,用重锤测,或测钻杆、套管长度,嵌岩桩应缺确保进入设计要求的嵌岩深度;底端取至1/2锅底处。

桩体质量检验(根据需要)

按基桩检测技术规范。如钻芯取样,大直径嵌岩桩应钻至桩尖下50cm

按基桩检测技术规范。

沉渣厚度

70mm

用沉渣仪或重锤测量

5.合理确定入岩和终孔深度

桩机入岩和终孔深度确定是否正确,将直接影响桩基承载力。因此,严格对待入岩岩样的判定将十分重要。监理人员要熟悉场地各土层性能,把握入岩土层岩样的特点,确保万无一失。对于以深度控制桩长的桩基,认真测量每节钻杆的长度,并做好记录。测绳量测后,应及时复核测绳长度,发现误差,及时改正。

6.沉渣厚度的控制

沉渣厚度能否满足规范和设计要求将直接关系到桩基承载力的发挥和基础最终沉降量的大小。

如何保证沉渣厚度不超过规范和设计要求,最关键的是要做好清孔工作,钢筋笼下毕,混凝土导管支设完成后,即可开始清孔。清孔时间、清孔时导管的位置都要适时把握。清孔结束后孔内应保持水头高度,并应在30分钟内灌注混凝土。若超过30分钟,灌注混凝土前应重新测定孔底沉淤厚度,直至满足有关规定。

对沉渣厚度的测量要保证测量位置的正确,不要测桩尖顶端,也不要测桩端面变化处,测量位置宜选在1/2锅底处,每次测量都应如此。沉渣厚度要满足设计≤70mm的要求。

7.钢筋笼的质量控制

1)钢筋笼的制作

监理人员检查钢筋笼的制作应按混凝土施工的有关规定要求进行。

①钢筋笼宜分段制作。分段制作的钢筋笼长度,以钢筋定长为宜,但不宜短于6.0m

②钢筋笼主筋在下料前应先校直,并清除钢筋表面污垢、锈蚀等,准确控制下料长度。

③钢筋笼应采用环形模制作,有效控制钢筋笼直径和同一水平面上直径的极差。为避免灌注导管挂笼上窜,应将箍筋设置于主筋外侧,笼底钢筋略呈喇叭状。

④分段制作的钢筋笼,其接头宜采用焊接,连接时50%的钢筋接头应予错开焊接,不应使全部接头处于同一断面上。

⑤主筋的净距必须大于混凝土粗骨料粒径的三倍以上。

⑥加箍宜设在主筋外则,主筋一般不设弯钩,为避免弯钩妨碍导管工作,根据施工工艺要求所设弯钩不得向内圆伸露。

⑦钢筋笼的内径应比导管接头处外径大100MM以上。

⑧钢筋笼主筋混凝土保护层允许偏差为±20MM。为保证保护层厚度,钢筋笼上应设保护层垫块,设置数量每节钢筋笼不应少于二组,长度大于12M的中间应增设1组。每组块数不得少于4块,且应匀称地分布在同一截面的主筋上,保护层垫块可采用混凝土圆环形,也可采用扁钢定位环。

⑨钢筋搭接焊缝宽度不应小于0.7d,厚度不小于0.3d。钢筋搭接焊缝长度I级钢单面焊8d、双面焊4dII级钢钢筋搭接焊缝长度单面焊10d、双面焊5d

⑩环形箍筋与主筋的连接应采用点焊连接;螺旋箍筋与主筋的连接可采用铁丝绑扎并向隔点焊固定,或直接点焊固定。

2)钢筋笼安装

①安装前监理人员应对预制钢筋笼应中间验收合格,才能沉放。

②钢筋笼起吊点宜设在加强箍筋部位,运输和安装中应采取措施防止变形。

③钢筋笼入孔时,应保持垂直状态,对准孔位徐徐轻放,不得碰撞

④钢筋笼在孔口焊接时应注意:

下节笼露出操作平台高度宜1m左右;上、下节笼主筋焊接部位表面污垢应予清除;上、下节笼各主筋位置应校直对正,且上、下节笼持垂直状态时方可施焊;每节笼子焊接完毕后应补足焊接部位的箍筋,钢筋笼验收应表4的标准进行中间验收,合格后方可沉放或进行下一节笼的安装。

⑤对非全长配筋的桩,钢筋笼顶标高低于地面时,要用吊筋将钢筋笼牢靠固定,防止下落,也可用专用的钢筋笼悬挂器。

⑥钢筋笼全部安装入桩孔后,应检查安装位置,确认符合设计要求后,将钢筋笼吊筋进行固定,使钢筋笼固定,避免灌注混凝土时钢筋笼上浮。

3)钢筋笼质量控制标准如表4。

             钢筋笼质量控制标准              表4

检查项目

允许偏差或允许值

检查方法

主筋间距

±10mm

用钢尺量

长度

±100mm

用钢尺量

钢筋笼安装深度

±100mm

用钢尺量

箍筋间距

±20mm

用钢尺量

钢筋笼直径

±10mm

用钢尺量

①主筋间距应取笼顶、笼中、笼底三个断面,用钢尺量测;

②钢筋笼长度每个桩均应全数检查,总长度取每节笼长度(以最短一根钢筋为准)相加减去(n-1)×主筋搭接长度。

③箍筋间距用钢尺量连续三档,每个钢筋笼抽检笼顶、底1m范围和笼中部三处,取最大值。

④钢筋笼直径量测笼顶、笼中、笼底三个断面,每个断面用钢尺量两个垂直相交直径。

钢筋笼吊装完毕,隐蔽工程验收合格后应立即浇注水下混凝土。

8.混凝土的浇筑

本工程使用预拌商品砼,混凝土浇筑前要求施工单位提供砼试配单,以便监理人员对混凝土质量适时监控。

本工程桩基混凝土的浇注基本上为水下浇注,对水下浇注的混凝土还要注意以下几个方面:

(1)水下混凝土技术要求

①有较好的和易性。水下混凝土必须具备良好的和易性,混凝土和易性表现在流动性、粘聚性和保水性三方面,和易性好即是混凝土在本身自重作用下能够自行流动,具有良好的抗离析能力,以坍落度指标衡量;配合比须通过试验确定;根据设计要求水下混凝土坍落度为160mm~200mm,1小时内损失的坍落度小于50mm;水下混凝土的含砂率为中粗砂40%~45%;

②有较小的泌水率。泌水率为1.2%~1.8%的混凝土具有较好的粘聚性;实际施工中,控制在两小时内析出的水分不大于混凝土体积的1.5%;一般控制泌水率在4%以内为合格;

③有良好的流动性保持能力。以保持坍落度在160~200mm的时间,即保持流动性的时间来衡量,一般为1~1.5h;

④有足够的容重。普通水下混凝土的容重为2400~2500kg/m³;

⑤有良好的抗渗能力。水下混凝土 以抗渗标号作为抗渗性指标,抗渗标号应满足设计要求。

2)水下灌注混凝土所用导管的构造和使用应符合下列规定:

①导管壁厚不宜小于3mm,直径宜为250mm,底管长不宜小于4m,接头宜法兰或双螺纹方扣快速接头;

②导管提升时,不得挂住钢筋笼;

③导管使用前应试拼装、试压,试水压力为0.61.0Mpa

使用的隔水栓应有良好的隔水性能,保证顺利排出。

3)水下混凝土灌注应遵守下列规定:

①开始浇注水下混凝土时,为使隔水栓能顺利排出,导管底部至孔底的距离宜为300500mm,桩直径小于600mm时可适当加大导管底部至孔底的距离;

②应有足够的混凝土储备量,使导管一次埋入混凝土面以下0.8m以上;

③混凝土首灌量为2m³,导管埋深宜为26m,严禁导管提出混凝土面,应及时测量导管埋深及管内外混凝土面的高差,填写水下混凝土浇注记录;

④水下混凝土必须连续施工,每根桩按初盘混凝土的初凝时间控制,对浇注过程中的一切故障均应记录备案;

⑤控制最后一次灌注量,桩顶标高不得偏低,应凿除的浮浆高度必须保证暴露的混凝土达到强度设计值;桩长应高出设计标高一倍桩径。若达不到上述要求,应采取插入式振捣器振实桩顶部分混凝土。凿桩应严格控制桩顶标高,凿桩表面必须平整,不得破坏桩身质量。

⑥检查每根桩的实际灌注量,计算混凝土充盈系数,充盈系数应不小于1.1

混凝土每工作班不得少于一组试块,每浇注50m³必须有一组试块,不足50m³的桩,每根桩不得少于一组试块。

9.泥浆护壁成孔灌注桩施工过程中常见的质量问题大致有:桩孔倾斜(成孔后孔不直,出现较大的垂直偏差),钻进困难,坍孔(在成孔中或成孔后孔壁坍落),桩底沉渣量过大,钢筋笼放置与设计不符(钢筋笼变形,保护层不够,深度位置不符合要求),钢筋笼上浮,桩底地基承载力不足,断桩(成桩后,桩身中部没有混凝土,夹有泥土,造成断桩),缩径。针对上述问题,大致处理方法如表6。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          螺旋钻进施工常见事故处理                  表6

常见问题

桩孔倾斜

场地不平或产生不均匀沉降。

保持地面平整。

桩架导杆不竖直。

调整导杆垂直度。

钻机底座不平或缺少调平装置。

督促钻机配备底盘调整设备并调平。

钻杆弯曲,钻具连接不同心。

将钻杆调直接头上下同心,保证钻杆不直不钻进。

钻头导向尖与钻杆轴线不同心。

调整同心度。

长螺旋钻孔未带导向圈作业,钻具下端自由摆动。

坚持无导向圈不钻进。

钻头底两侧土层软硬不均。

钻进时应减轻钻压、控制给进速度。

遇地下障碍物、孤石或探石等。

可采用筒式钻头钻进或简单爆破,如还不行挪位另钻孔;如障碍物位置较浅,消除后填土再钻。

钻进困难

遇坚硬土层。

换钻头

遇地下障碍物(石块、混凝土等)。

障碍物埋深浅,清除后填土再钻,障碍物埋得较深时,移位重钻。

钻进速度太快造成蹩钻。

控制钻进速度,对于饱和粘性土层可采用慢速高扭矩方式钻孔。在硬土层中钻孔时,可适当往孔中加水。

钻杆倾斜太大成蹩钻。

调整钻杆垂直度。

钻机功率不够,钻头倾角和转速选择不合适。

根据工程地质条件,选择合适的钻机、钻头和转速。

坍孔

泥浆相对密度不够,起不到可靠的护壁作用。

调整泥浆密度至合适值。

地表水通过地表松散填土层流窜入孔内。

疏干地表积存的天然水。

在流塑淤泥质土夹层中成孔,孔壁不能直立而坍落。

尽量选用其他有效成孔方法。塌孔处理采取投入黄土及灰土,捣实后重新钻进,也可先钻至塌孔以下1~2m,用豆石低等级混凝土(C5~C10)填至塌孔以上1m,待混凝土初凝后再钻至设计标高。

局部有上层滞水渗漏。

采用电渗井降水,可在该区域内先钻若干个孔,深度透过搁水层捣砂层,在孔内填入级配卵石,让土层滞水渗漏到桩位孔下砂层后再钻孔。

孔底部的砂卵石、卵石造成孔壁不能直立。

采用深钻方法,任其塌落,但要保证设计桩长。

钻具弯曲。

严格选配同心度高的钻具。

在松散土层中,转速太快,进尺过快或停在一处空转时间太长。

正确选用成孔技术参数,根据土层控制钻进速度,禁止停在一处空钻。

孔内水头高度不够或孔内出现承压水,降低了静压水压力。

选择合适的泥浆循环工艺,控制孔内水头压力至合适值。

护筒埋置太浅,下端孔坍塌。

加深护筒埋置。

用爆破处理孔内孤石、探头石时,炸药量过大,造成很大振动。

减少爆破用炸药量。

 

                                                        续表6

常见问题

桩底沉渣量过大

在松散填土或含有大量炉灰、砖头、垃圾等杂填土层或在流塑淤泥、松砂、砂卵石、卵石夹层中钻孔,成孔过程中或成孔后土体容易坍落。

探明地质条件,尽可能避开可能引起大量塌孔的地点施工;对不同地质条件,应选用不同的施工工艺。

孔口未及时清理,甚至在孔口周围堆积大量钻出的土,提钻或人工踩踏回落孔底。

及时清理孔口堆积土。

成孔后,孔口未放盖板,孔口土经扰动而回落孔底。

成孔后及时在孔口放置盖板,当天成孔必须当天灌注混凝土。

钻杆加工不直,或使用过程中变形,或钻杆连接法兰不平,使钻杆拼接后弯曲,由此钻进过程中钻杆晃动,造成局部扩径,提钻后回落

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