冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及病害的处理

1、冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及病害的处理日期:2005-03-15作者:辽宁省高速公路管理局鞍山来源:管理处朱洪英随着公路桥梁和高层建筑在我国的飞速发展，我国的钻孔灌注桩技术也得到了长足发展，积累了丰富的施工经验， 但复杂地质条件下的冲击钻钻孔灌注桩及病害的处理还是一大难题，下面通过泉头大桥及黑河子中桥的桩基础施工经 验，介绍一下冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及断桩和桩身夹泥的处理措施。仅供参考。1工程概况泉头大桥位于国道102线k900+734公里处，为8X20米大桥，下部结构采用摩擦 灌注桩，共有桩27根，其中墩桩21根，台桩6根，桩径1.2米，墩桩长19米，台桩长 14米。黑河子中桥距泉头大桥2k

2、m,地质情况基本相同。2工程地质情况及机具的选择2.1桥址处主要地址情况：表层为6.5 - 8.1米左右的白色砂岩，坚硬；中层为细砂 亚粘土互层，硬塑状态，细砂为灰色，稍松状态，每层厚3040公分总厚6米左右，此细砂亚粘土互层在钻孔施工的干扰下易液化、岀现涌砂现象、导致坍 孔；桩底落在红色泥岩上。整体地质条件比较复杂、特殊，表层和底层坚硬、中层稍松易 液化。2.2机具的选择：施工前对机具进行了选择，循环钻钻进速度快、成孔好、清孔干 净，但怕硬岩层及孤石、卵石；冲击钻适用广泛，但速度慢、成孔质量不高。经现场进行 两种机具的比较，循环钻48小时只钻进1.5米，而冲击钻48小时只钻进3.4米，虽然，

3、 中层易采用循环钻，但更换机具耗时过多，决定在保证冲击钻工艺和泥浆质量的基础上采 用4台30型冲击钻同时施工。3冲击钻钻孔灌注桩施工工艺钻孔灌注桩的施工顺序为：初步放样一筑岛一恢复定线一护筒埋设一钻孔f成孔检测 清孔f下钢筋笼f下导管f碗浇注f破桩头f成桩检测。3.1初步放样：施工前先排水、修路、清除桩基位置的杂草和淤泥，换填山皮土并刮 平压实，使施工机具顺利进出，能保证钻机在施工中平稳，然后根据设计提供的导线点（经导线复测闭合后）及水准点用光电全站仪及水准仪定位，桥墩中线在桥轴线方向上的 位置中误差不应大于土15cm成排成列放样，放样后用钢尺校核。3.2筑岛：场地为浅水时，采用草袋围堰，普通

4、土填充，筑岛高出水面1.5cm为准。3.3护筒埋设，恢复定线：护筒埋设是重要一环，起到定位、导向，靠筒内水位和泥 浆比重使孔内水压大于外部水压，防止塌孔，护筒内径比桩经大200-400mm护筒高度宜高出地面0.3m或水面1.0- 2.0m,护筒的埋设深度应根据 设计要求 或桩径及水文地质情况确定，一般情况埋置深度宜为2-4m有冲刷影响的河床，应沉入冲刷线以下不少于1.0 1.5mo泉头大桥采用4m高护筒，© 1.6m壁 厚4mm旱地及筑岛处采用挖坑埋设法，护筒底部和四周所填粘质土必须 分层夯实，护筒顶 高出地面0.3m,埋设时位置要准确，护筒要竖直。护筒中心 竖直线应与桩中心线重合，

5、平 面允许误差50mm竖直线倾斜不大于1%,护筒顶 部焊加强筋和吊耳，开出水口，钻进过 程中要经常检查是否发生偏移和下沉，并及时纠正。3.4钻孔：分冲击钻和正反循环钻，应按设计资料绘制的地质剖面图，选 用适当的钻孔和泥浆，泉头大桥根据实际情况选用冲击钻。3.4.1泥浆的配制:为保证中层易液化坍塌砂质层的成孔质量和最终能将 孔底清理 干净，对泥浆的比重与粘度制定了严格的指标，经过20余次的泥浆配 比试验，决定采用 当地的膨润土，泥浆配和比为 水：膨土：粘土： NaoH： CMC= 1000： 100： 60： 1.5： 1.5o配制的泥浆比重为1.06-1.10；粘度18-22Pa.s；含砂率0

6、.3 % 0.5%； PH值 810,胶体率95% 98%；静切力1.1 -1.3 :失 水率13 15mL泥浆的好坏是成孔质 量的重要保证之一，由于配置了高质量的泥浆，在长期停钻的情况下，沉积物很少，此 外，优质的泥浆可使孔壁形成一层粘性好、密度大渗透性差的泥皮，这层泥皮可防止孔内 泥浆外渗，大大减缓孔内水头降低的速度，这也是使孔壁稳定的有效措施。3.4.2冲击钻钻孔注意事项 钻机就位前，应对钻孔前的各项准备工作进行检查，包括主要机具 设备的检 查和维修，钻机就位后，应平稳，不得产生位移和沉陷，开孔的孔位必须准确。 冲锥的钢丝绳同钢护筒中心位置偏差不大于2cm,升降锥头时要平 稳，不得 碰撞

7、护壁和孔壁。 钻孔作业必须连续，并作钻孔施工记录，经常对钻孔泥浆进行检测和试验， 不符合要求的随时改正，注意补充新拌的好泥浆，在整个施工过程中，泥浆的损失较小，水头始终保证在2m左右，有效地防止了孔壁坍塌，埋 钻头的 现象发生，确保了钻孔桩的成孔质量和成孔速度。 钻进过程中，每进5-8尺检查钻孔直径和竖直度，注意地层变化，在地层 变化处捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。根据实际地层变化采用相 应的钻进方式，在钻至中层易液化砂层时，钻进速度必须 放慢，以确保成孔质量。 冲击钻应用小径钻钻到深度后，用大径钻扩孔，钻管内的泥渣和泥 浆经常倒 出，在钻孔排渣，提钻头除土或因故停钻时，应保

8、持孔内水头和要 求的泥浆指标。3.5成孔检测、清孔3.5.1成孔检测：成孔检测一般包括孔的中心位置、倾斜度、钻孔底标高、深度、 直径、护筒顶标高等。孔的中心位置应在土100mn范围内，孔径设计桩径，倾斜度小于1%,孔深不小于设计规定。3.5.2清孔 只有成孔检测合格后才可清孔。清孔方法一般有换浆、抽浆、掏渣、空压 机喷射等。泉头大桥采用空压机喷射方法，采用高压泵向孔底射浆，用水下填充导管进 行空气反循环清孔。喷射压力适中（0.8 1Mpa,使孔底及 边角处的钻渣也能随之吸 出，并注意射浆管必须插到孔底，射浆管的插入深度不到位就会引起喷射塌孔。 清孔指标有孔内泥浆性能指标及沉淀厚度，实际工作中通

9、常只测泥浆比重 1.03 -1.1,沉淀厚度V 30cm即满足清孔标准。 钢筋笼安放至设计标高后，如泥浆指标及沉淀厚度超出标准，应进行第二次 清孔，直至达到标准。不能用加深钻孔深度的方法代替清孔。3.6钢筋笼的制造和安放3.6.1钢筋笼的制造：为保证钢筋笼安装的垂直度和安装效率，工地采取了平地整 体胎膜长线法制造。每个钢筋笼在胎膜上一次成形，创造出可观的经济 效益。全桥施工 中未发生因钢筋笼弯曲而插不到设计标高的现象。钢筋笼的制造除满足设计要求外，在骨架处设置控制保护层厚度的垫块，竖向间距为 2m横向周围不少于4处，并在骨架顶端设吊环。3.6.2钢筋笼的安放:整个桩采用两段钢筋笼，在孔口进行单

10、面邦条焊，接头错开 1m骨架下放时注意防止碰撞孔壁，放至孔内设计标高后将骨架吊环 挂在孔口，并临时与护 筒口焊接牢固。3.7下导管、灌注机具的准备、碇的配制3.7.1下导管：泉头大桥采用©300m准冈导管，使用前进行了水密、承压和接头抗拉 等试验。吊装时导管应位于井孔中央，并应在灌注碗前进行升降试验，应使位置居中，轴 线顺直，稳步沉放，防止卡挂冈筋骨架和孔壁碰撞，导管下口到孔底的距离一般控制在 25 40cm 之间。导管上口设置隔水猫头鹰和储料斗，储料斗口中盖冈扳，挂细冈丝，灌注 时用吊车吊 出。3.7.2灌注机具的准备：25t吊车1台；搅拌机3台（满足灌注桩在栓初凝时间 内完成）；

11、导管、储料斗、吊斗2个；1吨翻3台；备用水泵以及吸泥机，高压射水管等设备。为保持孔内水压和及时处理灌注故障，备用发电机2台。3.7.3確的配制 水泥，中砂，石子分别送权威机构检测合格后，由权威机构作出配合比。C25水下碗的配合比为 水泥：中砂：石子：水=仁1.91 : 2.21 : 0.54,坍落度 为180220mm施工中根据砂石含量将设计配合比换算成施工配合比。 水泥釆用普通硅酸盐42.5井水泥，初凝时间大于2.5h ；碎石采用10-2 0mm 16- 31.5mm各占一半，级配良好；砂子选用优质河砂。 碗配制后要有良好的和易性，运输和灌注过程中无显著离析、泌水现象，保持 足够的流动性。为

12、保证灌注的顺利，坍落度尽量采取上限。3.8灌注水下碗及应注意事项3.8.1灌注水下碗是钻孔桩施工的重要工序，必须经过成孔质量检测和清 孔检测（包 括泥浆指标和沉淀厚度检测等）合格后，方可进行灌注工作，如沉淀 量超标，应再次清 孔，但应注意孔壁的稳定，防止塌孔。灌注的时间控制在初凝 时间内2.5ho3.8.2首批瞪的数量必须保证导管初次埋深三1 m和填充导管底部的需要。泉头大桥 每桩首批磴数量1.8立方米加吊斗0.6立方米共24立方米，保证了初 次埋深1.5m,< 批碗拌和物下落后，碗应连续灌注，在灌注过程中，导管的埋置深度宜控制在2- 6m。3.8.3碗拌和物运至灌注地点时，应检查均匀性

13、和坍落度等，如不符合要求，应进行 第二次拌和，二次拌和达不到要求，不能使用。3.8.4首批碗灌入孔底后，立即测探孔内碗面高度，计算出导管内埋置深 度，如符合 要求即可正常灌注，如发现导管大量进水，表现出现事故，按应急方法处理。3.8.5灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，要防止栓 拌和物从漏斗处掉入孔中，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，而使测深不 准确。灌注过程 中应注意观察管内栓下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内確面高度，正确指挥导管的 提升和拆除。3.8.6导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，如导管法兰卡 钢筋骨架， 可移动导管，使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔

14、中心。3.8.7当导管提升到法兰接头露出孔口以上有一定高度，可拆除1节和2节导管， （视每节导管和工作平台距孔口高度而定）。此时，暂停灌注，先取走漏斗，重新卡牢井 口的导管，然后松开导管的接头螺栓，同时将起吊导管用的钓钩挂上待拆的导管上端的 吊环，待螺栓全部拆除后，吊起待拆的导管，徐徐放在地上，然后将漏斗重新插入井口导管内，校好位置，继续灌注3.8.8 拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15分钟，要防止螺栓、橡胶垫和工 具等掉入孔中，并注意安全。已拆下的管节要立即冲洗干净，堆放整齐。3.8.9 在灌注过程中，当导管内磴不满含有空气时，后续碗要徐徐灌入，不可整斗 地灌入漏斗和导管，以免在导管内形

15、成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏 水。3.8.10当栓面升到钢筋骨架下端时，为防止钢筋骨架被碗顶托上升，可采 取以下措 施：尽量缩短碗总的灌注时间，防止顶层磴进入钢筋骨架时，妊的流动 性过小。当碗面接近和初进入钢筋骨架时（1m左右），应保持较深埋管，并徐 徐灌入，以减小栓从导管底 口出来后向上的冲击力，当孔内碗面进入钢筋骨架底口 4m以上时，适当提高导管，减少 导管埋置深度（不得小于1m）,以增加骨架在导管底口以下的埋置深度，从而增加碗对钢筋骨架的握裹力。导管提升到高于骨架底 部2m以上，即可恢复灌注速度。3.8.11在灌注过程中，应防止污染环境和河流。3.8.12为确保桩顶质量，在

16、桩顶设计标高以上灌一定高度，可按孔深，成孔方法，清孔方法查定。一般为0.5 1m深桩为1m3.8.13处于地面及桩顶以上的井口整体式钢性护筒，应在灌注完后立即拔出，处于地面以下护筒，需待確抗压强度达到5Mpa后方可拆除。3.8.14在灌注将近结束时，由于导管内碗柱高度减小，超压力降低，而导 管处的泥 浆及所含渣土稠度增加，比重增大，如出现碗顶升困难时，可在孔内加 水稀释泥浆，并 掏出部分沉淀物，使灌注顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩 顶沉淀的泥浆挤入导管，形成泥心。3.8.15在灌桩时，每根桩应做3组试块，施工单位二组，监理一组，强度 测试后， 如不合格，要及时提出报告

17、补救处理。3.8.16有关碗灌注情况，各灌注时间，磴面的深度，导管埋深，导管拆除及发生的 异常现象应由专人进行记录。3.9破桩头:由人工或汽镐、电镐进行，直至设计高程，要保持钢筋的完整，桩顶 基本平整、干净。3.10成桩检测磴强度达到70%后可做桩基无破损检测，用基桩动测仪和手提电脑，传感 器用橡皮 泥粘在桩顶（破桩头后桩顶清理干净），用大锤在桩顶砸5下，在电脑中显示声波图象， 如振幅出现异常，说明有问题。4二次灌注桩病害的处理由于操作失误和经验不足，黑河子中桥灌注桩共发生2次病害，如下：4.11 - 3台桩在灌注3.3m 后，由于碗过干，提升导管剧烈，造成导管下口变形，灌注碗不能继续，3小时

18、后宣布为断桩。当时进行了 3种方案的比较：用 大于1.2m冲击钻硬冲，但中层易液化、塌孔，不宜采用。在孔内填 入毛石，用冲 击钻冲孔，将钢筋笼及桩底碗砸入桩四壁及桩底。用挖掘 机挖出桩底碗，但必须做好强 排水措施，后下©水泥磴管，竖直叠起，磴管四周分层填筑砂砾粘土并夯实，在栓管中下钢筋笼，灌注碗。最后考虑13台桩比较浅（14m）,而且中层细砂亚粘土互层，极易液化出现涌砂，塌孔现象，不宜采用前二种方案，决定采用第三种方案处理，后圆满解决。4.232桩在成桩检测时发现在-9.5m处有桩身夹泥病害，传统的方 法是将缺陷桩凿除再重新浇注，既费时又费力，而且造价昂贵。最后决定采用高压喷射注浆法， 施工过程如下：4.2.桩身缺陷处理 在桩顶布设3个钻芯孔，钻孔取芯至缺陷部分以下50cm,仔细分析缺陷处芯样， 查明了缺陷位置和范围。 将注浆管通过钻孔设置到夹泥区，用泵压大于20Mpa的高压水流对缺陷段自下而上进行切割喷射，喷射时喷管提升速度为10cm/min,旋进速度为20转/min,喷射处理长度上下各延长50cm, 一孔进行切割而另