桩基施工的质量控制

桩基施工的质量控制中铁三局胶新指挥部刘太举摘要：本文以潍河2号特大桥为例，简介了钻孔桩基础施工从钻孔的平面、垂直度、几何尺寸到水下混凝土灌注各工序要点和质量控制措施，以及多种事故的防止、处理措施，有力地保证了桩基质量。关键词：桩基施工质量控制一、工程简介潍河二号特大桥位于胶新线Ⅶ标段DK84+798.12处，为76—32，4—24m预应力钢筋混凝土特大桥。51#—78#为曲线墩，其他为直线墩。共有45个墩、台为钻孔桩基础，计187根桩。桩长最长24m，最短11m。地质为砂粘土、粘土、砂砾、风化岩。经对桩基进行100%无损检测，均到达I、II类桩原则，这里将桩基施工的质量过程控制简述如下：二、桩基施工（一）钻孔过程控制1、技术放线准备为了可以控制好墩中心和钻孔桩中心桩位，布置了平面导线控制网。每个墩至少有两个导线点来控制，各个墩中心和钻孔桩中心复核检查无误后，运用十字线或经纬仪辅助把墩中心桩用砼护好。保证钻孔过程中线路中心桩位的稳定。钻孔桩的中心放好后，按井字形放线护桩，以备钻完一种孔后移至另一孔前桩位丢失，恢复困难。这样护桩，可以在不用经纬仪或全站仪的状况下迅速恢复钻孔桩中心。2、钻机就位对中保证钻孔桩中心、墩中心检查无误后，埋设护筒，钻机就位。埋设护筒时，护筒中心与桩位中心一致，就位偏差不超过5cm。护筒埋设时要埋设牢固。软泥或砂层应用水泥砂浆浇筑，防止钻进过程下移或倾斜。护筒埋设好后，钻机就位。对位时，用3.5kg重的或稍轻的垂球悬挂在钻机上，（图略）。用“十字”交叉线对桩位，将交叉线的四点用红油漆在护筒上作上标识，并按次序进行编号，便于记录。悬挂在钻机上的垂球，对中交叉线的交点。对中合格后，量测并记录四点到线路中心的距离和四个点的高程。复核交叉点到墩中心间的距离无误后，请监理检查合格后方可开钻。3、钻机钻进的控制钻机钻进过程中，要防止冲击钻头磕碰护筒，防止钻机移位。怎样控制呢？前面简介的护筒上的四个点到中心的距离就是查对护筒与否被磕碰挤压而变形；查对钻绳与否在中心位置，与否发生倾斜。若护筒受到明显的挤压、磕碰变形，就不能用本来的数据来控制钻机绳的倾斜。应用“井”字形护桩返出钻孔桩中心。查对偏差要重新记录四点到中心位置的距离，便于控制成孔倾斜度。钻进过程中要不停的检查钻孔对中状况。潍河2号特大桥的成孔垂直度均控制在0.5％范围内。钻进过程中还要做好泥浆比重测试。若泥浆过重，孔壁上的泥皮增厚给清孔和灌注砼导致困难；若泥浆过轻，则护壁效果不好，也许出现坍孔。因此，在钻进过程中就必须掌握各层土质状况。开钻前，技术员下交底到机长手中，规定各机长熟悉各层土质状况。为了能有效、精确的理解地质状况，我们规定技术人员在钻进过程中每班取样两次，装袋做好标识。根据取样成果，掌握各层土质，调整泥浆质量。重要从如下三个方面控制：（1）泥浆比重：可用婆美氏重表或1002型比重计测定。当地区冲击成孔采用比重1.3－1.6为宜。（2）泥浆粘度：用1006型野外粘度计测定，其测定措施即以500ml泥浆通过5mm的漏斗孔所需的时间（s）来表达；在没有仪器时，一般用手指插入泥浆中，拔出后手指上附有均匀泥皮不见肉纹，可认为粘度合适，当地区地层以16－22S为宜。（3）泥浆含砂率：用1004型含砂率测定器测定，其环节是把调好的泥浆50ml倒进测定器，然后倒进清水使总体积为500ml，把测量仪器塞紧摇摆均匀后静置3min，3min内沉淀下来的沉淀物体积乘以2就是含砂率，新制泥浆不适宜不小于4%。4、钻孔过程记录钻进中要做好详细记录，无论什么原因出现的停钻时间，必须记录清晰，长时间停钻，泥浆沉碴也许形成塌孔，因此，要保证4小时内使钻头在孔内上下反复冲拉几次，循环泥浆增长护壁静压力，防止塌孔。还自行设计桩基检查登记表来加强控制。5、漏水现象及处理如发既有失水现象，护筒内水位缓慢下降，应补水投粘土。如泥浆太稠，进尺缓慢时，应抽碴换浆。开孔时，为了使钻碴泥浆尽量挤如孔壁，一般不抽碴。待冲砸至护筒下3~4m时（钻头顶在护筒下超过1m时），方可加高冲程正常冲进。4~5m后，方勤抽碴。钻进过程中应随时注意，保持孔位对的。6、少松绳勤松绳钻孔时要查看钢丝绳回弹和回转状况。耳听冲击声音，借以鉴别孔底状况。要掌握少松绳的原则。松多了会减低冲程，过于松少了如同落空锤，损坏机具。松软地层夹有较多石块时，一般每次松绳3－5cm，均匀密实地层5－8cm.7、勤抽碴勤检查冲击过程中，要勤抽碴，当孔内泥浆含碴量增大，钻进速度减慢，每小时进尺卵石层不不小于5~10cm，松软土层不不小于15~30cm时，应进行抽碴。一般每进尺1.5~1.0m，抽碴一次，每次抽4~5筒或抽至泥浆内钻碴明显减少，无粗颗粒，比重降至正常为止。抽碴时应注意：（1）及时向孔内补浆或补水。如系投粘土自行造浆，不适宜一次到进，以防粘钻。（2）抽碴筒放到孔底后，要在孔底上下提放几次，多进些钻碴，然后提出。（3）采用空口放细筛子或承碴盘等措施，使过筛后的泥浆流回孔内。勤检查钢丝绳和钻头磨损状况，及转向装置与否灵活，防止发生安全质量事故。钻头直径磨耗不应超过1.5cm。超过时，及时用耐磨焊条补焊。并常备用两个钻头轮换、修补。为防止卡钻，一次补焊不适宜过多，且补焊后在原孔使用时宜先用低冲程冲击一段时间，方可用较高冲程钻进。8、坚持取样查探地质为控制泥浆比重和抽碴次数，需及时用取样罐放到需测深度，取泥浆进行检查，及时向孔内灌注泥浆或投碎粘土。冲击钻进，孔底泥浆比重以1.4~1.6为宜。抽碴后，应测深一次，再分批投碎粘土，直到泥浆比重到达正常为止。冲孔时，每隔3~4h，将钻头或抽碴筒在孔底上下提放几次，把下面的泥浆拉上来，以护孔壁。9、终孔检查钻孔成孔后，检查成孔质量，从如下几方面检查：（1）成孔垂直度钻机钻完孔后，要重新对中钻机，其环节措施同开钻前相似。挂十字线核墩中心到钻孔桩中心距离；核护筒与否偏移。钻机对中完毕后换上钻头，将钻头放到孔底，稍微悬起一点即可。丈量钻绳到中心距离L。如钻机顶部边缘距护筒顶的高度是7m，则成孔倾斜度η=L/7。（2）泥浆比重、粘度潍河2号特大桥大部分桥墩基础地质条件很好。泥浆比重终孔时按1.1~1.3控制。粘度控制在18~20s。这样灌注的砼质量易于保证。（3）清孔清孔原则：摩擦桩的沉碴厚度不不小于30cm；柱桩不不小于10cm。抽碴法清孔简易检查是用手触摸泥浆。直到泥浆中没有粒径不小于2~3mm的颗粒且其比重在规定的范围之内时为止。清孔不能用加深孔身来替代清孔。（4）孔深检查钻孔中孔深是通过测钻绳和钻头长度来定的；灌注前孔深是通过测绳测的（测锤尺寸形状：圆锥形垂锭，钢板焊，砂填心，底面直径为14cm，高度为20cm，重量3.6kg）；沉碴厚度为终孔时通过测钻绳所得的读数与垂锭测绳所测得的读数之差。（5）孔径检查用4~6倍孔直径长的钢筋焊接成探孔器来检测孔径。保证钻孔的孔径满足规定。钢筋不能太细，使用中防止弯曲；钻孔过程中，孔径检查是通过量钻头直径来完毕的。（二）水下混凝土灌注1、清孔灌注水下砼前需再次清孔，通过120根钻孔桩的试验得出泥浆比重、粘度适中、地质良好的钻孔，清孔与灌注时间间隔不适宜超过4小时，否则需进行二次清孔。2、下放钢筋笼清孔完毕后下放钢筋笼。为了钢筋笼就位精确，在钢筋笼一圈焊4个耳环来固定钢筋笼在孔中的位置；悬空的钢筋笼用4根吊环来控制，防止掉笼或上浮。钢筋笼标高定位容许误差是±5cm。3、安装导管及封底导管必须通过密封试验合格后才能使用。现场安装、下放导管必须认真细致，导管法兰盘必须拧紧、密封。准备就绪后开盘封底，封底的砼数量由孔径及封底高度来确定。混凝土初存量的最小容量，可按下式计算：V=∏/4［D2（H+h+0.5t）+d2（0.5L―H―h―0.5t）］式中V——混凝土的初存量，m3;d——导管内径，m；D——成孔桩径，m；L——桩孔深度，m；H——导管埋入混凝土的深度，m；h——灌注前测得的导管下口距孔底高度，m；t——灌注混凝土前孔底沉渣厚度，m。砼灌注全过程必须有技术人员值班，发现问题及时处理。对于突发事件有第二次处理方案，要随时启动，防止断桩。水下砼灌注要迅速，以防坍孔和沉碴过厚而影响砼质量。每根桩的灌注时间不超过8小时。拌和时间较一般的砼延长1.5倍，一经开始，持续灌注，不管中途由于任何原因中断灌注时间超过30min的,必须采用补救措施或重钻。测量水下砼面的位置是用测绳吊着重砣来实现的。测绳要通过检查，合格后方可使用，并固定好标尺的位置以防上下滑动而导致读数有误。重砣采用重量3.6kg、底面直径13cm、高18cm的圆锥。为了防止钢筋笼上浮，一是在吊环顶载重压住钢筋笼。二是在孔内砼靠近钢筋笼底时加大导管的埋深；当砼升入到钢筋笼内1~2m后应减少导管的埋深。灌注标高应高出设计标高1.0m左右，便于清理泥浆和消除测量误差。抄平时要多次复核，包括钢筋笼的吊环长度，防止出现短桩或浮笼桩。尤其是终盘前的量测务必精确。预留桩头高度要充足考虑泥浆比重，封底高度，测量误差，现场出现的小故障等状况的影响。三、钻孔事故的防止及处理由于复杂地质状况及其他原因的影响，钻孔过程中轻易出现某些质量问题，在此，列举几种钻孔过程中常见的事故的防止及处理方案：（一）坍孔孔口坍塌轻易发现，而孔内坍塌则需要仔细观测，如孔内水位忽然下降；孔口水面冒细密的水泡；出土量明显的增长；没有进尺或进尺很小；孔深忽然变浅，钻头达不到本来的孔深；钻头负荷明显增长等等，均表明孔内已坍塌。1、坍孔原因（1）泥浆比重或粘度太小，未形成坚实的护壁。（2）施工场地夯填土质量不良。（3）钻机和钻架未支承好，支承面受过大的压力。（4）埋置护筒不符合规定，护筒周围或底部未用优质粘土分层扎实填筑。护筒高度不够，孔内涌出承压水，减少水的静压力。护筒埋置太浅。（5）开孔时，护筒脚下2~3m范围内未作好造壁处理。（6）护筒直径过小或护筒埋置不够平正垂直，开孔时钻头左右晃动冲击护筒，钻进中钻头或抽碴筒碰撞护筒。（7）孔内规定的水位高度不够或未保持好规定的水位。（8）在松软的砂层中进尺太快。（9）遇易坍孔的流砂层，未及时采用措施。（10）清孔措施不妥。（11）补水时水流冲塌孔壁。补水量过大，常常溢出孔口，或抽碴筒泥浆未及时排出，浸泡孔口土壤，以至松软坍塌。（12）从终孔至灌注水下砼延误时间太长等。2、坍孔的防止和处理（1）在松散粉砂土，淤泥层或流砂中钻进时，应控制进尺，选用较大比重、粘度、胶体率的优质泥浆（或投入粘土、片石低锤冲击使粘土膏、片石等挤入孔壁）。（2）入孔口坍塌，可回填重新埋设护筒再钻。或下钢护筒至未坍处如下至少1m。（3）孔内坍塌不严重者，可加大泥浆比重继续钻进。较严重者，可回填砂石和粘土混合物到坍塌位置以上1~2m，甚至所有回填再钻。若坍塌埋住钻头，应先清孔，后提起钻头。（二）钻孔漏浆在透水性强或有地下水流动的地层中，稀泥浆会向孔外漏失，一般有护筒底漏浆和护筒接缝漏浆两种状况，严重漏浆为坍孔先兆，应及时处理。漏浆的重要原因是：护筒埋设太浅，回填土不密实或护筒接缝不严密；或水头过高等等。补救的措施是：加稠泥浆或倒入粘土慢速转动；或回填土掺卵石、片石反复冲击增长护壁；护筒自身漏浆则可用棉絮堵塞。此外护筒内有掉落物也会导致漏浆。（三）弯孔在钻孔时，由于钻孔方向偏斜产生弯孔，严重者影响钢筋笼的安装和桩的质量。1、弯孔原因（1）、钻机坐落在软硬不一样的土层上，钻进中发生位移和偏沉。（2）旋转钻机钻杆弯曲或钻杆接头不直，钻头摆动偏向一边。（3）钻孔时碰到较大孤石、探头石或倾斜的岩层。（4）在有倾斜度的软硬地层交界处，岩面倾斜处钻进；或在粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头所受阻力不匀。2、防止措施（1）安装钻机是要使转盘、底座平正。起重滑车缘与固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上，并常常检查较正。（2）由于钻杆较长，转动时上部摆动过大，必须在钻架上增添导向架，控制钻杆上的提引水龙头，使其沿导向架向下钻进。（3）钻杆接头应逐一检查及时调整。钻杆弯曲要用千斤顶调直。（4）在有倾斜的软、硬地层钻进时，应吊住钻杆控制进尺，低速钻进。或回填片、卵石冲平后在钻进。3、处理措施弯孔不严重时，可重新调整钻机继续钻进。较严重时，如用旋转钻可提吊起钻头在弯孔处上下反复扫孔，使钻孔正直。严重时。旋转钻孔应回填砂粘土，冲击钻孔应回填粘土夹砂卵石或小片石至弯孔以上0.5m，待沉积或用低冲程冲击密实后再钻进。不得用冲击钻头直接修孔。以免卡钻。（四）糊钻在粘性土层用正循环旋转钻进时，因进尺快。钻碴大或泥浆比重和粘度太大，出浆口堵塞，易导致糊钻（吸锥）。一般应控制进尺，选用刮板齿小、出浆口大的钻头，防止糊钻。如糊钻严重，应提出孔口，清除钻头的残碴。冲击钻进时，可减少冲程，减少泥浆稠度，在粘土层上回填部分砂、砾石防止吸住冲击钻头。（五）缩孔地层中夹有塑性土壤（俗称橡皮土），遇水膨胀后使孔径缩小。或钻头磨损严重未及时焊补，钻出不不小于设计桩径的孔。碰到这种状况时，可采用上下反复扫孔的措施扩大、或回填砂粘土，待密实后重钻。（六）梅花孔梅花孔或探头石（即孔形不圆有局部孔壁凸进）是冲击钻孔常常碰到的事故，其原因是：泥浆太稠，阻碍钻头转动；转向装置失灵，钻头总在一种方向上下冲击；操作时钢丝绳太松，或冲程太低，钻头得不到充足转向时间，这样就轻易在基岩中形成梅花孔。在非均匀质地层如漂、卵石、堆积层等易出现探头石。当出现以上状况时，一般用强度高于基岩或探头石的碎石或片石回填重钻。（七）卡孔钻头在距孔底一定高度卡住，提不上来，但向下可以活动为上卡。在孔底卡住，无法活动为下卡。1、卡钻原因（1）不规则孔形未处理。（2）坍孔落石、工具掉进孔内。（3）长护筒倾斜、下端为钻头撞击变形。（4）钻头尺寸不一，或焊补超限。（5）下钻太猛，钻头撞碰在孔内倾倒。发生卡钻时，不适宜强提，不可盲动以免愈卡愈紧或导致坍孔埋钻。2、处理措施（1）上下提动钻头，使之旋转，并用撬棍配合，左右反复拨动大绳，使钻头能沿下落的原道提出。（2）用小钻头冲击卡钻一边孔壁或钻头，使钻头松动后再起吊。（3）先探准障碍物的位置，收紧钻头大绳，可用冲、吸的措施将卡钻处松动后提出。（4）在无活动余