钻孔灌注桩在地基处理中的应用与分析.doc

中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 I 原创性声明原创性声明 本人呈交的学位论文 是在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 所有数 据 图片资料真实可靠 尽我所知 除文中已经注明引用的内容外 本学位论文的研究 成果不包含他人享有著作权的内容 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和 集体 均已在文中以明确的方式标明 本学位论文的知识产权归属于培养单位 本人签名 日期 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 II 钻孔灌注桩是近几年来发展起来处理软弱地基的一种新方法 它是通过机械钻冲或 人工挖掘登方法形成桩孔 然后在孔内下入钢筋笼 灌入混凝土 形成钢筋混凝土灌注 桩 它适用于各种砂性土 粘性土 也适用于卵石类土层和岩层 且桩长和桩径变化范 围大 尤其适用于桩端持力层标高起伏变化复杂的地层 钻孔灌注桩具有冲击力强 能穿越各种复杂地形和形成较大的单桩承载力 适应各种 地质条件和不同规模建筑物 对周边建筑物产生的影响较少等优点 在建筑工程施工中得 到广泛应用 已成为一种重要的桩型 随着社会经济发展的需要 钻孔灌注桩的桩长和桩 径不断加大 单桩承载力也越来越高 同时 也给单桩的设计带来更多的问题 钻孔灌注桩 的设计 对桩的质量要求高 发生质量事故后 加固处理难度大 且费用较高 因此 本文对 钻孔灌注桩的常见质量事故加以分析 找出质量事故发生的原因 研究相应的对策 尽可能 防止质量事故发生 关键词 关键词 钻空灌注桩钻空灌注桩 缺陷缺陷 预防预防孔灌注桩孔灌注桩 ABSTRACT With the development of national economic construction theory and application of the foundation are more active research fields in civil engineering at present to compound hole and pour into one and get greater development in the soft foundation is dealt with but prone to more complicated already some limitation of its construction craft need to continue pouring into of 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 III application in the foundation is dealt with and continuing exploring to holing Hole and pour into one as a kind of basic form has a good adaptability with it the cost is moderate the characteristic that construction is simple and convenient is widely applied to the highway bridge and other project fields Because it puts the adaptability of various geological conditions simple apparatus easy to use of construction into it is not very big so is widely used in all kinds of houses and civil buildings The construction of pouring into one is carried on under water mostly to hole its course of construction is unable to observe later can t have gone on either it excavate it confirm Any link while constructing goes wrong will all influence quality and progress of the whole project directly even cause the enormous economic losses and bad social influence to investor Must prevent and cure in the course of holing and the concrete under water pour into the construction quality problem presented in the course frequently the guaranteeing the quality protecting amount finishes the pile construction task But take place at the time of various defective phenomena in practice this text holes reason and punishment for pouring into a defect appearing while constructing are made Concision analyze It develops a new method to deal with weak foundation in recent years to hole and pour into one It get into wash or not artificial to excavate step on through machinery method form a hole then enter the steel reinforcement cage in the hole pour into the concrete form the armored concrete and pour into one it is suitable for various sand soil Viscous soil suitable for cobble soil layer and rock stratum too and one is long and one changes the range big directly especially suitable for an end and hold one layer of elevation of strength and rise and fall and change the complicated stratum Used in deep foundations more pour into a strength of bearing the weight of of forms greatly because of holing It is low to build the expenses The characteristic such as being of good performance of antidetonation it is used widely in a lot of foundations are dealt with KeyKey word word Bore And Pour IntoOone Emptily Defect Prevent The Hole 目目 录录 1 1 引言引言 1 1 中国钻孔灌注桩的应用 1 2 钻孔灌注桩的发展 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 IV 2钻孔灌注桩的特点 适用范围及分类钻孔灌注桩的特点 适用范围及分类 2 1 钻孔灌注桩的特点 2 2 钻孔灌注桩的适用范围 2 3 钻孔灌注桩的分类 3 3 钻孔灌注桩技术桥梁桩基施工的应用钻孔灌注桩技术桥梁桩基施工的应用 3 1 工程背景资料 3 1 1 工程概况 3 1 2 桥梁基础设计方案 3 2 钻孔灌注桩基础施工技术 3 2 1 主要施工工艺流程 3 2 2 施工前期准备工作 3 2 3 泥浆配置与清孔工艺 3 2 4 钢筋笼制作 安装施工 3 2 5 水下混凝土灌注施工 3 2 6 预应力施工工艺 4 4 钻孔灌注桩桩施工中出现缺陷及处理钻孔灌注桩桩施工中出现缺陷及处理 1 地质勘探资料和设计文件存在的问题 2 孔口高程及钻孔深度的误差 3 钻孔垂直度不符合规范要求 4 钻孔塌孔与缩径 5 初灌时埋管深度达不到规范值 6 灌注砼时导管堵塞 7 灌注砼过程中钢筋笼上浮 8 砼灌注过程中因故中断的处理办法 结结束束语语 致谢致谢 参考文献参考文献 附录附录 Comment y1 加一些关于钻孔灌注 桩在各类工程中应用的文字 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 5 1 1 引言引言 1 11 1 钻孔灌注桩的应用钻孔灌注桩的应用 随着国民经济建设的发展 复合地基的理论与应用是目前土木工程中比较活跃的研究 领域 其中钻孔灌注桩是近年来发展起来的一种处理软弱地基的新方法 随着国民经济建 设的发展 复合地基的理论与应用是目前土木工程中比较活跃的研究领域 钻孔灌注桩在 软地基处理中得到较大的发展 钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强 成本适中 施工简便等特点被广泛地应 用于公路桥梁及其它工程领域 由于它对各种地质条件的适应性 施工简单易操作且设备 投入一般不是很大 因此在各类房屋及民用建筑中都得到了广泛的应用 1 21 2 钻孔灌注桩的钻孔灌注桩的发展发展 中国的钻孔灌注桩是 1 3 年在河南省诞生的 这年冬在河南安阳冯宿桥的两座桥台中 首先采用了钻孔灌注桩基础 当时还是国家经济初步发展时期 钻孔使用的是水利部门打 并用的大锅锥 孔径一般印 70cm 用人力推磨方式钻孔 方法虽然比较原始 但钻孔质 量仍可得到保证 使用效果很好 接着在河南省竹竿河和白河两座大桥扩大应用 国内一 些其他省 市也相继推广 其技术经济优越性十分突出 因而很快被全国公路科技人员所 认识和接受 成为公路桥梁下部基础的首选形式 风靡全国 城建 铁路 水利等系统的 桥梁工程也相继采用 简易机具钻孔灌注桩不但解决了常规条件下桥梁的基础问题 而且也为一些特殊困难条 件下的桥梁基础提供了解决的途径 例如辽宁省彰武县柳河 地邻内蒙 河床全为风积极 细沙沉积层 行人和大车 东北地区的马车 经行其上都要陷没 无法自拔 甚至危及生命 极难修桥 只能在冬天整个河面冰冻以后能维持三 四个月的冰上运输 春天解冻以后即 停止通行 人 车皆须绕道数十公里到别处过河 灌注桩出现以后 使在这样的桥位条件 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 6 下建桥成为可能 时至今日 随着国民经济建设的发展 工业与民用建筑中 桥梁 港口码头等高重建 筑物迅速增多 钻孔灌注桩以其冲击力强 能穿越各种复杂地形和形成较大的单桩承载力 适应各种地质条件和不同规模建筑物 对周边建筑物产生的影响较少等优点 在工程施工 中得到广泛应用 已成为一种重要的桩型 与此同时 钻孔灌注桩的桩长和桩径不断加大 单桩承载力也越来越高 与之相应 对钻孔灌注桩的设计 机械设备 施工工艺方法和钻孔灌注桩质量检测技术的深入研究 使得钻孔灌注桩的设计理论 施工技术和质量检测方法有了很大的发展和完善 在设计与 规范方面 通过分析大量试桩资料 目前已制定出了适合钻孔灌注桩特点的垂直承载力和 水平承载力的计算方法和参数 有了相应配套的灌注桩设计与施工的规程 规范 在钻具 方面 研制成功了施工桩径为 3 0 4 0m 的功能多样化的专用钻机与器具 在钻进工艺方 面 解决了桩底沉渣控制 松散地层稳定孔壁 硬岩成孔以及深长桩 斜桩施工等复杂技 术问题 在桩基质量检测方面 单桩垂直静载试验和水平静载试验日趋完善 例如 通过 桩内埋设应变测量元件 可直接测定桩侧各土层的极限摩阻力 桩底端承力和桩身内应变 并由此求得桩身弯矩分布 采用动测法进行基桩无损检测 可在一定的误差许可范围内求 得桩的极限承载力 并能较准确地分辨出桩身质量缺陷的性质与部位 诸如校底沉渣 断 桩 超径 缩径以及混凝土离析 稀释 固结不良等问题都能发现 且其检测费用低 检 测面宽 从而使钻孔灌注桩这种地下隐蔽工程的质量得到有效监控 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 7 2 2 钻孔灌注桩的特点 适用范围及分类钻孔灌注桩的特点 适用范围及分类 2 1 钻孔灌注桩的特点 钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型 它通过机械钻冲或人工挖掘等 方法就地成孔 并在孔内放置钢筋笼 然后灌注混凝土而成桩 由于桩身含钢量较低 不需要预制 造价相对较低 施工时可根据不同的工程地质及水文地质条件选用不同的 成桩工艺 在钻孔过程中能了解土层情况 使桩端较准确地支承在持力层上 并可根据 持力层的起伏情况调整桩长 此外 钻孔灌注桩具有以下的特征 施工时基本无噪音 无振动 无地面隆起或侧移 因此对环境和周边建筑物危害 小 大直径钻孔灌注桩直径大 入土深 对于桩穿透的图层可以在空中作原位测试 以检测土层的性质 扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力 经常设计成一柱一桩 无需桩顶承台 简化了基础结构形式 钻孔灌注桩通常布桩间距大 群桩效应小 某些利用 挤扩支盘 钻孔灌注桩可以有效减少桩径和桩长 提高桩的承载力 减少沉降量 2 2 钻孔灌注桩的适用范围 钻孔灌注桩不受地下水位高低 周边环境 气候条件等因素的限制 噪音较小 工期短 成本低 无振动 无地面隆起或侧移 因此对环境和周边建筑物危害小 更重要的是 钻孔灌注桩作为一种深基础 具有 承载力较高 的特点 适用于各类 土层及风化岩和软质岩 并能适量嵌入中微风化较硬质或硬质岩石 在碳酸盐岩地区 能击穿岩溶裂隙发育带 此外 钻孔灌注桩施工 设备简单 易于操作 桩径可由冲锤直径大小灵活掌握 施 工工艺较成熟 鉴于以上特点 钻孔灌注桩 被广泛应用在各 类工程中 是设计者常用的一种深基 础形式 但 因在施工过程中 对施工技术性要求高 影响成桩质量的因素较多 使得钻 孔灌注桩质量不够稳定 有时候会发生孔壁坍塌 断桩等现象 在下面章节的论述中 Comment y2 写多大桩径为小桩 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 8 将着重介绍 钻孔灌注桩的施工工艺 对 常见的质量问题进行分析并提出防治措施 2 3 钻孔灌注桩的分类 分类的方法有多种 在此主要介绍 按桩大小和成桩工艺的分类 2 3 12 3 1 桩桩径径分分类类 按桩径大小 钻孔灌注桩可分为如下几种 1 小桩 桩径小于 800mm 的桩称为小桩 由于桩径小 施工机械 施工场地 施工方法较为简单 多用于基础加固和复合 桩基础中 如 树根桩 2 中桩 桩径在 800mm 到 1500mm 的桩称为中桩 成桩方法和施工工艺繁多 工业与民用建筑物中大量使用 是目前使用最多的一 类桩 3 大桩 桩径大于 1500mm 的桩称为大桩 桩径大且桩端不可扩大 单桩承载力高 近20 年发展快 多用于重型建筑物 构筑物 港口码头 公路铁路桥涵等工程 2 3 22 3 2 成成桩桩工工艺艺分分类类 按成桩工艺 钻孔灌注桩可以分为 1 干作业法钻孔灌注桩 2 泥浆护壁法钻孔灌注桩 3 套管护壁法钻孔灌注桩 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 9 3 3 钻孔灌注桩技术桥梁桩基施工的应用钻孔灌注桩技术桥梁桩基施工的应用 1 1 工程背景资料工程背景资料 1 11 1 工程概况工程概况 广西市某特大桥位于位于该河流下游约 650m 处 该桥主桥由两个 T 形构组成 主跨 240m 两边跨各 130m 共长 500m 桥宽 42m 其跨径和宽度均在国内同类桥型中位居前列 主桥桥墩承台设计为 19 9m 19 9m 5m 分为左右两幅 两承台间距为 1 5m 承台顶面高 程为 58m 施工水位 60 3m 河床底标高 57m 地质资料显示 桥墩河床表层表层为粉砂 砂 夹卵砾石 底层为泥岩夹粉砂岩 两岸地层表层为粘性土 砂夹卵砾石 中层为粘土 底 层为泥岩夹粉砂岩 1 21 2 桥梁基础设计方案桥梁基础设计方案 本项目主桥主墩为水下基础 施工水深约 15m 可用套箱围堰法修建主墩的桩基及承台 先在江中插打定位钢桩或钢筋混凝土桩 搭设钻机工作平台 下沉钢护筒 然后在平台上 钻孔并灌注桩基 桩基完成后 下沉套箱 套箱可采用钢套箱 下沉就位并与桩基固定后 进行堵漏 浇筑水下混凝土封底 然后再抽水浇筑承台混凝土 完成基础施工 该桥通过 地段地质堪察工作 设计的桥梁基础具有以下特点 集群桩深基 大跨 长联于一体 科 技含量高 主桥一联采用 130m 240m 130m 连续刚构 主墩桩基为 36 根分别长为 75m 和 68m 结构混凝土数量大 部分结构为大体积混凝土 本桥梁混凝土浇筑量约五万余方 其 中主桥承台结构尺寸为 19 9m 19 9m 5m 为大体积混凝土 在施工过程要严格控制浇筑 中温度 确保混凝土内外温差符合规范要求 从而确保大体积混凝土质量 钻孔桩最大桩 径为 2 8m 属大直径钻孔桩 施工工艺要求高 其中 3 5 墩桩基直径为 2 8m 为大直径 钻孔桩 成孔过程和灌注混凝土施工难度大 主跨桥墩施工为深水墩施工 安全 环保 质量水平要求高 主桥 6 墩为深水中墩 水深约 14 5m 承台为深水高桩承台 施工时平 台加设 钢板桩围堰设计 施工技术难度大 且环保要求高 由于钻孔灌注桩的混凝土靠 自重压密 因此其密实性难以与经过振捣密实的混凝土相比 为增加钻孔灌注桩的防腐性 能 可适当增大钢筋保护层的厚度 至少为 75mm 并在灌注桩上部采用掺合料混凝土提高 混凝土的密实度 保留施工用钢护筒作为钻孔灌注桩桩顶以下一定范围的一道防腐屏障 并对钢护筒外表面采取适当的涂料防腐措施 如钢护筒的壁厚按 16mm 计 则钢护筒在水位 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 10 变动区至少可保护 80 年左右 这样它和防腐涂料二者累计可保护钻孔灌注桩 90 年左右 加上钻孔灌注桩自身的耐久性 整个钻孔灌注桩的耐久性远大于 100 年 2 2 钻孔灌注桩基础施工技术钻孔灌注桩基础施工技术 2 12 1 主要施工工艺流程主要施工工艺流程 由于工程使用钻孔设备不同 施工工艺流程也不一样 泵厂主要以冲击钻或循环钻机成孔 为主 其主要施工工艺流程为 平整场地 测定孔位 埋设护筒 钻机就位 钻进成孔 提钻 第一次清孔 检孔 制作钢筋笼 吊安钢筋笼 下导管 第二次清孔 水下混凝土 灌注 起拔导管叶成桩 2 22 2 施工前期准备工作施工前期准备工作 2 2 1 施工组织设计审核 施工组织设计是钻孔灌注桩施工中必须要做的工作 在开工前 施工单位向监理方报送施 工组织文件 监理人员审核并帮助施工单位完善施工组织设计 施工组织设计应重点指出 工程的特殊性 施工方法等 2 2 2 测量定位 测量定位是关系到孔位的准确性 钻孔的垂直度以及控制基准面标高准确与否的关键环节 在具体操作中 要采取自检及监理人员复检 验收相结合的措施 将偏差严格控制在设计 或规范允许的范围内 一般控制在 5cm 范围内 在测量放线中 应选用适宜精度的经纬仪 及激光测距仪 充分发挥经纬仪对角度和激光测距仪对距离控制上的优势 桩位测量后 还要用钢尺和相邻的桩位进行校正 看所测距离与计算值是否一致 以杜绝错误的发生 桩 位确定后 用长约 300mm 的钢筋钉入地下 用油漆注明以便识别 并做好保护 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 11 2 2 3 钢护筒制作施工 1 护筒有固定桩位 引导钻头方向 隔离河水 保证孔口不坍塌 并保证孔内水位高出施 工水位一定高度 形成静水压力 以保护孔壁免于坍塌等作用 2 钢护筒顶端高度应高于 最高水位 1m 1 5m 并须采用稳定护筒内水头的措施 钢护筒埋置深度应能隔开流塑状地 层为主要原则 3 考虑到实际受力情况与振动锤作业需求 钢护筒顶部和底部各 1m 范围 用钢板作加强箍 每节护筒连接采用坡口焊 以减少护筒振埋时的阻力 4 每节钢护筒内 设置数道内支撑 保证钢护筒在吊装和运输过程中不致变形 5 钢护筒运至施工现场后 单点起吊钢护筒 下口插入导向架内 割除护筒内支撑 将护筒下放到河床 6 用振动锤 进行试振 若导向架受钢护筒挤压严重 则说明钢护筒有偏位 须校正护筒垂直度 保证 第一节护筒的垂直度和桩位偏差 7 钢护筒的对接采用焊接方式 要求保证两节钢护筒的 直线度和接口偏差控制在 3mm 以内 焊接质量必须满足规范要求 下沉好的护筒 应与施 工平台可靠连接 8 护筒的振埋施工应选在余流阶段进行 减少水流对护筒埋设的垂直度 的影响 2 32 3 泥浆配制与清孔施工泥浆配制与清孔施工 用好泥浆是保证施工顺利的关键 在施工中 应采用经检验合格的水拌制成孔泥浆 在以 流塑 松散和硬塑状的粘土 砂性土为主的地层中 泥浆主要起维持孔壁稳定 携渣的作 用 钻进至设计高程后 可先检查钻杆长度 对所钻孔深度进行复核 然后在不起钻的情 况下 将钻具提离孔底 50cm 左右 下入测绳对钻孔实际深度进行验证 确认己达到设计要 求的孔深后 可起停止向下钻进 保持钻头不接触孔底 慢速回转钻具 开始清孔 提钻 后 对钻孔的孔径 孔斜进行测量 进行换浆清孔时 应保持一定水头高度 以防止塌孔 混凝土灌注前采用导管进行二次清孔 确保孔底沉渣和泥浆参数满足设计和规范要求 2 42 4 钢筋笼制作 安装施工钢筋笼制作 安装施工 钢筋笼单节长度 12m 在陆地钢筋笼加工场制作 在加强箍上等间距标出主筋位置 先将 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 12 5 根主筋依次逐根焊接在加强箍上 形成钢筋骨架 最后将箍筋按设计图纸间距点焊在钢 筋骨架上 钢筋笼的尺寸和重量相当大 所以在制作钢筋笼时必须考虑到起吊和移位时的 变形 为了保证钢筋笼起吊时不变形 宜用两点吊 2 52 5 水下混凝土灌注施工水下混凝土灌注施工 水下混凝土灌注的初存量必须按要求备足 灌入首批混凝土后 观察孔内返浆情况 测定 埋管深度并作好记录 首批混凝土灌注正常后 应尽快将混凝土输送管与导管连接起来 紧凑地 连续不断地进行 严禁中途停工 灌注过程中 应经常用测锤探测混凝土面的上 升高度 并适时提升拆卸导管 保持导管的合理埋深 导管的埋深应不小于 2m 但最大埋 深不宜超过 6m 随着孔内混凝土的上升 需逐节拆除导管 灌注接近桩顶部位时 为了严 格控制桩顶标高 混凝土灌注标高应高出设计桩顶标高达 1 5 2 0m 确保凿除后的桩头强 度达到设计要求 2 62 6 预应力施工工艺预应力施工工艺 2 6 1 钢铰线张拉 1 张拉前准备工作张拉前检查千斤顶 油泵 压力表是否完好 配套 2 检查锚具的位 置 确定张拉顺序为 N1 N2 N3 两侧同时进行对称张拉 3 张拉程序箱梁混凝土达到 设计强度的 90 后才能进行张拉 张拉时采用张拉应力和伸长量进行 双控 控制 以张 拉应力为主 伸长量进行校核 张拉过程中作好记录 对张拉过程中出现的滑丝 断丝等 现象应及时处理以确保张拉质量 张拉应力控制过程 0 初始张拉力 0 1 k 0 2 k k k 0 75Ryb 1395MPa 钢束张拉时应用伸长量进行对照校核 钢束 标准伸长量如下表所示 表 2 4 1 在张拉这一工序中 关键是通过实际量测的引申量来校 合张拉力 而实际引申量必须满足计算引申量 6 的范围要求 计算引申量是通过设计要 求 结合规范要求 利用统一的计算公式得来 张拉完毕后 有一道容易忽略的环节 就 是箱梁上拱度观测 预制箱梁张拉完毕后应注意观察梁跨中 1 天 3 天 7 天 14 天 30 天 60 天的上拱值并作好记录 绘出其变化曲线 并和理论计算值 如下表所示 比较 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 13 若差值超过 20 应暂停张拉 查明原因并提出有效的解决方案后 方可继续施工 2 6 2 压浆 封锚 预应力钢束在张拉 24 小时内进行灌浆 灌浆前先用水湿润管道 再用压缩空气清除管内积 水 压浆用水泥浆的水灰比不大于 0 4 具备足够的流动性 水泥浆内应根据试验掺入适 量的减水剂和膨胀剂 压浆机使用活塞式压浆泵 压浆压力为 0 5MPa 将配制好的水泥浆 从压浆孔中注入 直到另一端流出泥浆的稠度和压浆口泥浆的稠度完全相同 关闭出浆口 保持压力 2 分钟以确保压浆密实 按照设计的压浆顺序进行施工 压完一榀梁后 应及时 封锚 其封锚混凝土强度一般不低于构件强度等级的 80 另外 压浆施工不宜在高温下 进行 如气温高于 35 时 适宜在夜间施工 以防堵管 压浆完毕后 只有等到压浆试块 强度达到设计要求后方可吊装 3 3 结语结语 钻孔灌注桩以其单桩承载力高 施工方便 设备简单 不挤土 噪音低 因而被广泛的运 用在各种工程之中 其桩长可以根据持力土层的起伏面变化 并按使用期间可能出现的最 不利内力组合配置钢筋 钢筋用量较少 经济性能良好 钻孔桩通过改善混凝土性能 增 加钢筋保护层厚度 保留施工用的钢护筒等措施可满足结构耐久性要求 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 14 4 4 影响钻孔灌注桩质量的主要因素及防治措施影响钻孔灌注桩质量的主要因素及防治措施 桩基础作为建筑工程强制控制内容之一 是建筑工程质量控制的重中之重 从桩的承载 机理看质量控制的关键 桩的缺陷与防治措施 桩质量的判定 围绕桩的质量控制问题进 行判析 1 1 地质勘探资料和设计文件存在的问题地质勘探资料和设计文件存在的问题 地质勘探主要存在勘探孔间距太大 孔深太浅 土工试验数据不足 土工取样和土工试 验不规范 桩周摩擦阻力和桩端阻力不准等问题 设计文件主要存在对地质勘探资料没有认 真消化 桩型选择不当 竣工地面标高不清等问题 本人施工的台亚南工地在基础桩施工中 5 承台 15 16 桩基与 7 承台 21 23 24 25 26 桩基在钻至距设计孔底标高 2m 多时 遇 到弱风化砂岩 砾岩 日进尺不到 10cm 图纸设计地基承载力为 600MPa 实际测量地基承载 力为 2000MPa 后经设计代表现场勘探地下有一脉状岩层 与图纸设计不符 后研究决定将 这几根桩桩长缩短 2m 因此在基础桩开始施工前 应针对这些问题对地质勘探资料和设计 文件进行认真审查 2 2孔口高程及钻孔深度的误差孔口高程及钻孔深度的误差 孔口高程的误差主要有两方面 一是由于地质勘探完成后场地再次回填 计算孔口高程时疏 忽引起的误差 二是由于施工场地在施工过程中废渣的堆积 地面不断升高 孔口高程发 生变化造成的误差 所以在基础桩施工前要测量护筒顶高程 孔深的测量主要采用丈量钻 杆的方法 同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题 为提高测绳的测量精度 在 使用前要预湿后重新标定 并在使用中经常复核 3 3钻孔垂直度不符合规范要求钻孔垂直度不符合规范要求 钻孔的垂直度偏差应小于 1 桩长 且不大于 50mm 垂直度若不符合要求易出现卡钻头 成 孔后钢筋笼吊放不下去等问题 3 1 造成钻孔垂直度不符合规范要求的主要原因 一 场地平整度和密实度差 钻机安装不平整或钻进过程中发生不均匀沉降 导致钻孔偏斜 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 15 二 钻头翼板磨损不一 钻头受力不均 造成钻头偏离方向 三 钻进遇软硬土层交界面或斜岩面时 钻压过高使钻头受力不均 造成钻头偏离方向 3 2 控制钻孔垂直度的主要技术措施 一 施工前压实 平整施工场地 二 定期检查钻头 钢丝绳 发现问题及时维修或更换 三 在软硬土层交界面或倾斜岩面处钻进 应低速低钻压钻进 发现钻孔偏斜 应及时回填 粘土 冲平后再低速低钻压钻进 福建移动通讯大楼 15 承台 46 基桩成孔后用探孔器探孔 在孔深 17m 左右时 探孔器被卡住 经 检查是由于在孔深 17m 处有一硬岩层突出 钻进时发生偏孔 后研究决定用粘土 回填到孔深 19m 处 再用片石回填至偏孔处重新冲钻 使钻头受力均匀 垂直冲孔 2010 年 4 期总第 142 期林仁萍 建筑工程钻孔灌注桩施工中的常见问题及处理方法 4 4钻孔塌孔与缩径钻孔塌孔与缩径 4 1 原因 钻孔灌注桩的塌孔和缩径表面看起来是两个相反面 实际上产生的原因却基本 相同 塌孔主要是地层复杂 钻孔时各孔互相影响 钻进进尺过快 护壁泥浆性能差 成 孔后放置时间过长没有灌注等原因所造成 缩径主要是因为孔周围土的压力大于孔内泥浆 的压力使孔壁向孔内挤压造成的 4 2 分析及处理方法 钻孔灌注桩与打入桩不同 它是先成孔 然后孔内成桩 周围土移向 桩身土体对桩产生动压力 尤其是在成桩初始 桩身混凝土的强度很低 且混凝土灌注桩的 成孔是依靠泥浆的平衡的 故采取较适当的桩距对防止塌孔和缩径是一项稳妥的措施 另外 根 据不同土层情况对比地质资料 随时调整钻进速度 并描绘出钻进成孔时间曲线 当钻进 粉砂层进尺明显下降 在软粘土钻进最快 0 2m min 在砂层 砾石层钻进速度控制在 0 33m min 在细粉砂层钻进都是 0 015m min 左右 三者进尺速度相差很大 钻头直径的 大小将直接影响孔径的大小 在施工过程中要经常复核钻头直径 如发现其磨损超过 10mm 就 要及时调换钻头 还有一个需要注意的 在埋设护筒时 应在护筒边缘添充黄土 尽量夯实使 周 围密度同等 保证护筒在钻孔过程中不下沉 5 5初灌时埋管深度达不到规范值初灌时埋管深度达不到规范值 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 16 我国 JGJ 94 2008 规范规定 灌注导管底端至孔底的距离应为 300 500mm 初灌时导管埋深 应大于 800mm 在奥力大厦工地基础桩混凝土灌注时 为达到规范要求 开始灌注采用大容 量料斗 初灌混凝土量 V 应根据设计桩径 导管管径 导管安装长度 孔内泥浆密度进行计 算 且 V V0 V1 V0 为 1 3m 桩长的混凝土量 V0 1 2 1 3 D2 4 单位 m3 1 2 桩的理 论充盈系数 D 设计桩径 m V1 为初灌时导管内积存的混凝土量 V1 h d2 4 0 55 d 2 4 单位 m3 H 导管安装长度 m d 导管直径 m 孔内逆境密度 t m3 0 55 导管内壁的摩阻力系数 2 4 混凝土的密度 t m3 当混凝土注满料斗时 将 料斗塞快速提起 同时不断往料斗内放混凝土 达到埋深要求 6 6 灌注砼时导管堵塞灌注砼时导管堵塞 6 1 导管堵塞的原因 第一 导管漏水 渗水 导管内混凝土中间被水层隔离 这时导管内混凝土不能流动 导管被 堵塞 第二 导管内混凝土中间被气包隔离 同样出现导管内混凝土不能流动 导管被堵塞 第三 导管裂缝 导管管壁太薄在施工中扯动过激 使管壁出现裂缝 还有其他原因导致管壁 出现裂缝 出现裂缝后 孔内水压较大 水势必将管内混凝土稀释 离析 使混凝土失去流动 性而增加混凝土对导管壁的摩擦力 从而出现堵塞问题 第四 混凝土施工所用的砂 石等原材料级配不合格或水灰比不正确而出现混凝土离析 使 石料与砂沉积在导管底端 水泥浆上浮 第五 混凝土灌注过程不连续 间断时间过长 或是调整灌注过程的时间过长 使已灌注的混 凝土凝固 导管内混凝土压力不足 混凝土不流动 也会出现导管堵塞 这些原 因都会使得钻孔灌注桩混凝土灌注施工不能正常进行 6 2 避免导管堵塞的方法 一 灌注导管在安装前应有专人负责检查 可采用肉眼观察和敲打听声相结合的方法进行检 查 检查项目主要有灌注导管是否存在小孔洞和裂缝 灌注导管的接头是否密封 灌注导 管的厚度是否合格 二 首盘混凝土把水压出导管以后 应当连续不断地灌注混凝土 但如果首盘混凝土把导管 埋置了以后 用储料斗灌注混凝土的施工方式不能做到特别连续 这时便会在导管内产生 气泡而出现气隔现象 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 17 三 导管的埋深宜控制在 2 6m 之间 若灌注顺利 孔口泥浆返出正常 则可适当加大导管埋 深 以提高灌注速度 当导管埋深过大 导管内的混凝土不下降时 应上下抽动导管 升降的 幅度不能过大 如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁 导致孔壁下坠或坍落 桩身 夹泥 这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生 四 单桩混凝土灌注时间应控制在 1 5 倍混凝土初凝时间内 在本人施工的华林苑工地 2 承台 6 基桩在混凝土灌注至孔深 10m 左右时 孔内水泥浆不上浮 经分析是因为混凝土 离析使导管堵塞 后研究决定采用大料斗强压的办法 将大料斗注满混凝土 拔料斗塞的同 时不断抽动导管 继续向料斗内注入混凝土 终将离析的混凝土反出导管 7 7 灌注砼过程中钢筋笼上浮灌注砼过程中钢筋笼上浮 引起灌注混凝土过程中钢筋笼上浮的原因主要有如下三个方面 一 混凝土初凝和终凝时间太短 使孔内混凝土过早结块 当混凝土面上升至钢筋笼底时 混 凝土结块托起钢筋笼 二 清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多 混凝土灌注过程中砂粒回沉在混凝土面上 形成较密 实的砂层 并随孔内混凝土逐渐升高 当砂层上升至钢筋笼底部时便托起钢筋笼 三 混凝土灌注至钢筋笼底部时 灌注速度太快 造成钢筋笼上浮 四 导管埋深太大时 由于混凝土液面逐渐上升 混凝土对钢筋笼的握裹力逐渐加大 达到一 定值时钢筋笼上浮 若发生钢筋笼上浮 应立即查明原因 采取相应的措施 防止事故重复出 现 8 8 砼灌注过程中因故中断的处理办法砼灌注过程中因故中断的处理办法 混凝土灌注过程中断的原因很多 在采取抢救措施后仍无法恢复正常灌注的情况下 可采用 如下的方法进行处理 一 若刚开灌不久 孔内混凝土较少 可拔起导管和吊起钢筋笼 重新 钻至原孔底 安装钢筋笼和清孔后再开始灌注混凝土 二 混凝土过程因故中断后拔出钢筋笼 待已灌混凝土强度达到 C15 后 先用同级钻头重新 钻孔 并钻除原灌混凝土的浮浆 再用 500 钻头在桩中心钻进 300 500mm 深 这样就完成了 接口的处理工作 然后便可按新桩的灌注程序灌注混凝土 三 如混凝土灌注过程发生大面积塌孔 则需将钢筋笼吊起 回填后重新钻孔 结论 引起钻孔灌注桩质量事故的原因较多 各个环节都 可能会出现重大质量事故 因此 在基桩工程开工前应做好各 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 18 项准备工作 认真的审查地质勘探资料和设计文件 实行会审 和技术交底制度 施工过程抓好泥浆和混凝土的质量 详细做 好各项施工记录 牢牢把好钻孔 清孔和混凝土灌注等关键工 序的质量关 是防止质量事故发生的行之有效的措施 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 1 3 ZK3 4 ZK2 ZK4 2 ZK1 1 某公路西港特大桥桥长为1800m 主跨为 138m 连续钢构 19 号主墩基础为6 2 5m 水 下混凝土钻孔灌注桩 其中 5 桩设计桩顶高程为 2 00m 设计桩底高程为 73 8m 设计桩长为75 8m 6 桩设计桩顶标高为 2 00m 设计桩底高程为 75 0m 设计桩长为77 0m 采用超声波透射法对两桩进行了桩身混凝土无损检测 结 果显示两桩桩顶以下71m 74m 范围内存在严重缺陷 同时6 桩在桩顶以下57 5m 62 0m 范围段出现较严重缺陷 因此 两桩均被判定为D 类桩 通过对桩身进行混凝土钻芯取样 检验 发现在上述缺陷位置桩身混凝土存在夹泥 漏空及桩底沉渣等缺陷 为此对两桩进 行补强处理成为必要 一 超声波检测 抽芯检测 判断分析 19 号墩 5 桩 6 桩声测孔 抽芯孔见图 1 抽芯孔 声测孔 图 1 5 桩 抽芯结果 桩端持力层为弱风化花岗岩 ZK1 混凝土芯基本完整 桩底未见沉渣 ZK2 桩顶以下 72 42m 73 01m 混凝土芯 1 3 夹泥 73 01m 74 01m 混凝土芯漏空 ZK3 桩顶以下 72 99m 73 45m 混凝土芯 1 3 夹泥 ZK4 桩顶以下 70 69m 71 05m 混凝土芯 1 3 夹泥 71 05m 72 22m 漏空 72 22m 72 46m 混凝土芯 1 3 夹泥 72 46m 73 89m 沉渣 声测结果在桩顶以下 70 0m 至桩底严重缺陷 且在 6 个测点反映都很强烈 6 桩 抽芯结果 桩端持力层为弱风化花岗岩 ZK1 桩顶以下 57 66m 60 00m 混凝土芯大量夹泥 钻进时孔内大量涌砂 无法继续 钻进 ZK2 桩顶以下 73 9m 74 5m 混凝土芯 1 3 夹泥 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 2 ZK3 混凝土芯基本完整 桩底少量夹泥 ZK4 桩顶以下 73 0m 74 5m 漏空 结果对比 声测结果桩顶以下 57 5m 62 0m 缺陷较重 且在 6 个测点均有反映 基桩缺陷要点简述 根据超声波无损检测结果及对 19 号墩 5 桩 6 桩作抽芯检查的结果来看 19 号墩 5 桩 6 桩除 6 桩在 ZK1 芯孔桩顶以下 57 66m 66 00m 发现较严重缺陷外 其严重缺陷主 要集中位于孔底 为了更进一步弄清情况 为注压浆提供条件 先对芯孔进行压水试验 结果显示 ZK3 号孔封闭独立与其它孔不连通 ZK1 ZK2 ZK4 号芯孔在桩底相互连通 且 ZK1 与 ZK4 号芯孔在非桩底处连通 ZK2 和 ZK4 号芯孔在桩底连通 19 号墩 5 桩的芯 孔连通情况 ZK1 号芯孔封闭独立 其它 3 个孔在桩底相互连通 由此可见其结果与超声 波检测基本吻合 为了进一步弄清孔底连通情况 还利用芯孔进行了压水试验来验证 二 补强方法 高压水旋喷切割 气举排渣 高压旋喷注浆 注压浆法即利用高压泵产生高压水喷 射流 对缺陷段进行高压水喷旋切割清洗 再采用气举法将被切割剥落的泥砂排出 形 成缺陷段内的 空体 然后再采用注压浆 向 空体 内注压入高浓度水泥浆液 经填 充凝固以达到补强的目的 三 施工流程 5 桩 施工准备 技术交底 高压射水清洗 自检及监理检查 超声波无损检测 孔口管 埋设 水泥浆拌制 旋喷注压浆 关闭阀门稳压 水泥浆凝固硬化 拆除孔口管 超声 波无损检测 竣工及资料整理 6 桩 施工准备 技术交底 超声波无损检测 桩周钻孔 旋喷形成幕墙 ZK1 号孔复钻至 孔底 高压射水清洗 气举排渣 自检及监理检查 超声波无损检测 孔口管埋设 水 泥浆拌制 旋喷注压浆 关闭阀门稳压 水泥浆凝固硬化 拆除孔口管 超声波无损检 测 竣工及资料整理 四 施工步骤 5 桩以现有的芯孔作补强孔 因其有 3 个孔于桩底连通 基本覆盖了整个桩缺陷范围 无论是清洗排渣 还是注压浆 都有能形成连通循环的回路 6 桩也利用现有的孔作补强孔 但 ZK1 号孔尚未于桩底终孔 中国地中国地质质大学江城学院大学江城学院毕业论毕业论文 文 设计设计 3 在桩周帷幕形成强度后钻至桩底 按 5 桩的情形办理 施工要求 1 清洗及气举排渣机械设备应完好无损 以确保施工效率和效果 2 清洗时应注入洁净的清水 保证清洗时水压 15 0MPa 切割时水压 25 0MPa 同 时应有足够的清洗时间 注意事先应对水压表加以校对 以保证水压的可靠 3 清洗时 对相互连通的芯孔应依次注水孔 出水孔 出渣孔进行轮换 以利清洗和 排渣 4 高压旋喷切割及气举排渣一般要求达到循环液变清 无细粉砂 为止 超声波无损检测 现场确定孔底清洗排渣完成后 将芯孔中注满清水 而后从芯孔中放入探头作超声波 无损检测 以现有声测管和芯孔作为声测通道分 2 组进行 有问题部位加密至 10cm 一层 检测结果作为日后检查对比分析 同时对清洗情况进行判断分析 如若孔内仍有杂物 应重 新清洗并采用定向喷射的方法清洗直到彻底清洗干净为止 孔口管埋设 桩顶面孔口周围要凿毛 各补强孔均要埋入钢管 长度 0 8m 阀门出桩顶高度 0 3m 并 用水泥砂浆封堵牢靠 注意管孔不能堵塞 并要求其在承受强度达到 3MPa 时不泄漏 管顶 装好阀门开关以作为注压浆时关闭蹩压之用 浆液配制 采用 42 5R 普通水泥配制 注压浆水灰比采用 0 40 0 45 注压浆之浆液掺入 0 3 0 5 高效减水缓凝剂和微膨胀剂 以确保固结体 28 天龄期强度达到 C25 以上 桩周外高 压旋喷注浆水灰比采用 1 0 桩周外高压旋喷注浆液掺入 0 3 0 5 的高效减水剂 各种 外加剂的掺入量应由试验确定 并事先作好水泥浆配合比选择试验 施工时 水泥浆应搅 拌均匀 并经过筛网过滤 以防堵孔 注压浆施工 注压浆采用单孔注压浆和多孔联合注压浆法 连续进行一次完成 选择连通性较好的 一个孔作为压浆孔 其余孔为排浆孔 首先将注压浆管下入注压孔内 然后从注压浆管内注 入预先配制好的浆液 替换出缺陷段内及各孔内的清水 待排浆管排出的浆液比重与注入 浆液比重一至后即可改为压浆 压浆时首先关闭出浆各孔口开关 并继续往注浆孔内压浆 当孔