钻孔灌注桩施工质量控制研究

VI1引言灌注桩发展于19世纪末，随着工业的发展以及人口的增长，高楼耸立，许多城市的相对基础条件较差，其土层之下是一层厚厚的软土或中等强度的粘土，导致无法直接承受摩天大楼的压力。如果在摩天大厦中仍使用摩擦桩，则沉降是不可避免的[1]。因此，工程师考虑到挖井，发明了一种采用挖井技术的钢筋混凝土桩。自1940年代初期以来，美国开发了第一台高性能钻机。第二次世界大战后，随着各种科学知识和技术的进步和发展，欧美国家经济复苏和发展，一些桩也广泛用于高层建筑和摩天大楼中，其类似于一个承重的建筑结构。当然，在我国，钻孔桩的设计和施工水平也随着经济的发展也得到了显著提高[2]。2钻孔灌注桩的相关基本理论概述钻孔灌注桩在建筑中运用非常的广泛，当然钻孔灌注桩相关基本理论知识也变得尤为重要，本章主要对钻孔灌注桩的基本概念和施工工艺进行介绍，为后面章节的钻孔灌注桩施工质量控制和质量检验等做铺垫。2.1钻孔灌注桩的含义及应用2.1.1钻孔灌注桩的含义钻孔灌注桩是在工程现场通过不同方式钻孔形成桩孔，并在其内放置钢筋笼，安装导管后灌注混凝土而做成灌注桩。根据桩的直径，它可以分为以下两种类型。(1)小直径钻孔灌注桩：是一种直径较小的钻孔灌注桩[5]，又简称微型桩，直径一般在30cm之间，桩体一般由水泥砂浆或小石子混凝土与加劲材料组成。在环境复杂和地下管线密集的地方，或者在厚度较大的砂层，这时候就可以使用小直径灌注桩。(2)大直径钻孔灌注桩：是一种直径较大的钻孔灌注桩[6]，目前直径大于2m的桩叫大直径桩，也有把直径大于2.5m的桩叫大直径钻孔灌注桩。2.1.2钻孔灌注桩的应用钻孔灌注桩具有机械化作业的特点，施工简单易操作，钢筋笼、灌注混凝土可集中加工和配送，作业方便，在加上施工噪音和振动小，其又在基础结构中发挥着重要作用，有效的提高了建筑工程基础的稳定性和安全性。2.2施工前准备2.2.1技术材料与设备材料的准备在开始工程施工前，需要按照钻孔灌注桩施工工艺规范的要求，做好每个环节的技术控制，从而保证技术的应用，达到预期的目标。首先在进场前，施工方应提前到达施工现场，并根据施工图纸比如：钢筋笼制作设计图，桩位平面图，桩身结构设计图进行熟悉，进而研究如何进一步开展施工。同时确定可钻性等级，根据土质自然条件，确定灌注桩成孔工艺。当然设备材料的准备也相当重要如：钢丝绳、滑车、钻头、泥浆泵、水泵及电气设备、全站仪，钢护筒，混凝土，导管等等。图2.1钻孔灌注桩施工质量控制图2.2.2场地的准备在钻孔灌注桩施工前，先对地下管线的进行具体情况的了解，在施工前清理施工现场，且应该平稳压实，避免钻孔过程中钻机失稳，产生安全事故，危害工程施工质量，对于比较软的地面，应铺满硬实的土壤。同时也要对施工场所的布局、泥浆池、灌注桩、软管、施工机器设备的存放区域进行有效规划，对于泥浆池应合理规划在离钻孔区域较近的位置，方便泥浆进入和流出，泥浆池设置分为沉淀池和储浆池，设置成长12m，宽6m，高2.5m的一箱两室，从钻孔灌注桩流出的泥浆首先进入沉淀池，经过初步沉淀后进入储蓄池供泥浆泵吸入达到泥浆护壁，在泥浆池周围要严格进行全封闭围栏进行防护，并挂上警示牌。2.2.3施工机器具的准备施工机器主要有卷扬机、钢丝绳、滑车、钻头、泥浆泵、水泵及电气设备。卷扬机到位后，对钻机及设施开展全方位检查，检查合格后能才够开展勘探。选用液压传动系统，正反面循环系统，钻机要检查齿轮油和机油的状况，注满油料后，要扭紧转动瓶塞，才能开始进行工作。2.3钻孔灌注桩的施工工序2.3.1测量放样场地平整后，应按照设计方案需求对桩进行放样测量。在桩位周边铺设十字型桩，十字型桩应高过防护栏顶部，用全站仪在桩上放样，核查桩的位置，产生测量记录，用水泥砂浆或水泥混凝土加强维护，并在打孔流程中查验桩的位置，且放样工程施工偏差应调节在5mm范畴内。2.3.2钢护筒埋设钢护筒埋设是为了防止塌孔，便于机械操作，且钢护筒埋设高于地面0.5m，防止残渣和地表水进入孔洞，护筒的材质应符合刚度和强度的要求，护筒外侧用粘土填满夯实，严防地表水或其他杂物进入护筒内，钻孔灌注桩所使用的钢护筒长度应符合施工要求，在开挖过程中，应校正钻头中心的位置和孔位中心的位置，钢护筒的下沉用振动锤震动下沉。在下沉时，钢护筒很有可能会形变。为了避免变形，可以在钢护筒设定支撑，钢护筒向下时，要依据全站仪、基准点向下埋设。下放时还要随时随地查看其平面图具体方位，发现误差要及早改正。2.3.3钻机就位与钻孔钻孔就位，组装钻机要求场地平整，坚实，钻头的中心与钻孔中心位置偏差控制在2cm内，在钻机就位以后，应需要施工测量人员复测桩位是否无误，并上报给监理工程师复查。并在对钻孔机械工作状态进行检查，主要包括钻头直径、钻杆倾斜度等钻孔时采用泥浆护壁，泥浆在钻孔过程中可以护壁和悬浮残渣的作用，应储备足够多的黏土，膨润土，施工人员应及时对泥浆参数进行检测和控制，针对不同的土层情况和钻进深度，及时调整泥浆比重以满足规范要求。开孔的时候轻压慢进待钻杆全部进入孔以后，然后开始提速，特别注意，在砂层等松散易坍塌地层应控制速度。2.3.4成孔检查当钻孔的深度达到设计数据时，应使用全自动超声成孔成槽检测仪对孔深，孔位，孔径，倾斜度进行检测，确保各项数据达标，确保施工的顺利进行和完成。2.3.5清孔清孔是进行钻孔灌注桩施工的关键环节[7]，它对于灌注桩基础的承载压力有着重要的影响。所以在工程的实际施工中，一定要对钻孔进行清理，一般情况下，要进行两次清孔，其中第一次是在钻孔施工后，第二次是在导管安装后。第一次清孔通过泥浆泵置换泥浆清孔，向孔内流入经过沉淀处理的泥浆，将孔内的泥浆和砂渣悬浮物换置，现场施工人员将测试清孔后的泥浆指标，确保孔内排除的泥浆手摸无2-3毫米颗粒，泥浆比重不大于1.1g/m，含砂率小于2%，粘度17-20s。2.3.6钢筋笼制作与吊放钢筋笼采用集中统一制作，经过质量检测后运输至施工现场。监理组织人员共同对钢筋笼进行再次验收检查，钢筋笼运输至现场平衡吊起钢筋笼，先调运至孔口上1米处，在对准后缓慢放置，声测管的连接采用螺纹套管连接，对每根声测管进行注水检查，并在连接接头上下各1m处用铁丝将声测管与钢筋笼进行绑扎固定，确保声测管安装通直、牢固。2.3.7导管安装导管内壁光滑，接口应用橡胶接严密，防止杂物进入，使用前应现在地面上进行试拼接和试压实验，确保施工的顺利进行，导管组装后轴线偏差，不超过钻孔深度的0.5并不大于10cm,试水压力为孔底静水压力的15倍[8]。导管吊装入孔时，将橡胶圈或胶皮垫安放周正、严密，确保密封性良好。2.3.8二次清孔当在摩擦桩沉渣厚度大于20cm或者桩径沉渣厚度大于5cm时就应该使用导管进行二次清孔，二次清孔后的泥浆比重，含砂率，粘度合格时，就可以利用导管立即注入混凝土。2.3.9灌注水下混凝土混凝土集中搅拌制成，运输至施工现场，罐车运输配合导管连通灌注，严禁时间停留过长，防止断桩，采用大料斗配合隔离球，大料斗的尺寸规格应测算明确。在混凝土浇筑过程中，导管在混凝土中的埋深应调节在2-6m中间。应精确测量孔里混凝土表层位置，并调节导管的埋深。搞好灌注记录，灌注高度在桩顶以上1m，保证桩顶混凝土质量。

3钻孔灌注桩施工常见质量问题在钻孔灌注桩中在施工过程中可能出现很多的问题，影响了施工质量，导致施工问题原因有很多，本章重点介绍在施工过程中常见的质量问题，更直观的熟知问题，为本文的重点内容钻孔灌注桩的质量控制做好了铺垫。在钻孔灌注桩的常见问题主要是塌孔、斜孔、缩径、沉渣厚度过大、断桩、离析等。下面就对其定义和问题原因展开讨论。3.1塌孔塌孔是指成桩过程中桩孔的坍塌。假如排出来的泥浆中有持续汽泡或在钻入过程中忽然泥浆流出，则孔壁已经坍塌。塌陷的因素许多，例如泥浆护壁后未立刻注浆混凝土，或者置放的时间太长，在打孔的时候有大型的施工设备和车辆的震动，在松软层中进展过快，泥浆护壁形成较慢，孔壁渗水都可能造成塌孔现象，除了这些原因以外，还有泥浆相对密度过小，水头对孔壁的压力较小也要造成塌孔，当护筒埋置深度不够且底部不实，四周填土不实，桩孔附近排水不畅，雨水、污水等在此汇合，桩孔长时间处于起泡状态也可能造成塌孔。3.2斜孔斜孔是轴线呈倾斜直线的孔洞，或者发生弯曲等不符合要求的孔洞，造成斜孔有许多的原因，首先可能是因为钻机在安装时地面不平整，稳定性也比较差，在加上钻机在钻进的过程中发生不均匀沉降，所以在成孔后孔洞就会出现比较大的垂直偏差或弯曲。其次可能是因为操作人员只会开机，没有磨刀，导致很多时候出现了断刀崩刀的现象，由于刀尖未磨到位，刀尖与工件接触时产生震动导致钻孔过大。也有可能人为失误，在工件装夹不牢固加工时出现了偏移，导致了斜孔。一些岩石倾斜的，或者一边时软土层一边是硬土层的地区，钻头受到的阻力不均匀也会使孔洞发生倾斜。3.3缩径缩径是指桩的某部分桩径缩小，截面尺寸不符合设计要求。主要原因是墙体泥浆性能差，岩层内软土膨胀，导致泥浆压力变大，孔形成时间过长如钻孔时间放置过长，泥浆自重压力无法支撑砂层带来的压力，就会导致缩径。地质复杂，钻速过快，成孔时间太长没有及时灌注混凝土，也会导致缩径，或在地层中遇到膨胀类的软土、粘土、泥岩也容易发生缩径现象，当然还有可能是施工方施工时没有重视，转包了工程，耽误了时间。3.4沉渣厚度过大沉渣厚度过大时指在沉渣的层高过高，其中最主要的原因是因为没有进行二次清理，或者二次清理不及时不到位，客观的原因有可能是泥浆挑选不合理，未按相关要求明确泥浆规范，这类工程非常容易出现塌孔，打孔时清渣艰难，导致沉渣厚度大。有可能是施工期过长，施工工序中间分配不紧密，第一次泥浆护壁清孔和灌注混凝土时间间隔过长，造成泥浆沉积。当混凝土通过导管进行水下混凝土灌注时，很有可能会形成离析，进而提升孔底沉渣量。3.5钢筋笼质量问题把钢筋笼出现的问题分为钢筋笼无法下放孔洞、钢筋笼坠落、钢筋笼上浮三种情况，造成钢筋笼无法下放孔洞的原因其实主要是因为放置问题和质量问题，钢筋笼加工后在堆放运输和吊装时，钢筋笼没有严格按照施工操作规范执行，钢筋笼也没有堆放到合理的位置，就很容易导致钢筋笼变形。还有一个问题就是设置的钢筋笼保护层垫块过少，没有使钢筋笼保持垂直状态进入孔洞，造成了保护层偏离。除了钢筋笼自身的问题，钢筋笼无法下放孔洞还有一个原因就是泥浆护壁清孔后，孔内泥浆中包含的钻渣和细沙慢慢沉到孔底。混凝土浇筑前未按照规定清除沉渣，造成深度与设计方案不符合，钢筋笼底设计标高不正确，无法下放。造成钢筋笼坠落的原因有：吊点处主筋和加强箍抗压强度不够，焊接点焊接不可靠、吊点设定不科学、钢丝绳破裂、吊筋坠落等都会造成钢筋笼坠落。在钻孔灌注桩工程施工中，注浆混凝土时，钢筋笼可能上浮，钢筋笼上浮的因素许多，如现浇混凝土速率、间歇性時间等。注浆速率过快时，孔内混凝土会快速提升，增加对钢筋笼的滑动摩擦力。当然可能是因为孔洞清理不彻底。清孔的目的是减少降低砂浆稠度，消除孔底沉淀。如果孔底沉淀层厚度高，则会导致钢筋笼上浮[9]。3.6导致桩身断裂、离析的原因3.6.1断桩断桩是指灌注完成后的桩身某一截面完全无连续性或出现蜂窝，局部夹泥，局部不凝固。在工程施工过程中断桩的情况时常发生，主要原因是因为混凝土的凝结问题，混凝土凝固后是不连续，这种情况很容易形成断桩，导管埋设的深度对其断桩也有影响，当然混凝土本身的流动性和质量也对断桩具有影响，针对导管的埋深深度的情况来说，当导管埋设的深度不够时，在提管的时候就比较容易出现提漏现象，在后期就会形成断桩。而当在灌注过程中导管埋深过深时，导致混凝土在灌注的时候出现底部混凝土流动性较差，后面的灌注还未完成，下面混凝土已经凝固，这样导管在后期提出来的时候，混凝土就会粘在导管上，也会形成断桩。当然除了导管的埋设深度的影响之外，导管与灌注混凝土之间的摩擦比较大，导致了混凝土流动性变差，在提管的时候很容易发生导管变形甚至破裂。3.6.2桩身离析桩基的离析是指桩基混凝土拌合物成分相互分离，内部结构成份和构造不匀称，桩离析关键发生在孔底，但偶尔也会发生在桩的正中间，会严重影响桩基的承载力。进而危害桩的质量，而导致桩身离析的原因，一方面是管道底部与孔底部之间的距离太大或管道直径太薄，对孔底部的冲击力太小，孔底的泥浆和部分沉积物无法快速清除而导致的离析，另一方面是导管的泄漏会与泥浆混合并引起离析，混凝土混合物的质量不符合要求也会引起离析。

4钻孔灌注桩质量控制措施质量控制是施工过程中的重中之重，本章主要对钻孔灌注桩容易出现的问题，进行质量控制措施，施工中的任何一个工序和流程出现了问题，将给投资方和建设方带来非常大的经济损失和不良社会影响，所以务必加强灌注桩施工质量控制，保证每一个施工流程的施工质量，排除可能存在的质量隐患。4.1钻孔灌注桩质量控制措施4.1.1桩孔塌陷控制措施在桩孔塌陷时，一定要多注意引起其塌陷的原因，桩孔的塌陷会直接影响钻孔进程，从而直接影响桩的质量，当孔洞坍塌时，孔洞应始终保持足够的水头高度。提高淤泥比重，提高淤泥水位，保证水头压力。灌注混凝土时速度应适中，并且在清孔后应及时灌注混凝土，防止期间的停留时间过长。在钢护筒埋设时，应该注意其埋设的深度，避免埋深深度不够，并且在埋设护筒时，四周回填密实。同时也要采用优质泥浆，提高泥浆比重和黏度。在钻头钻进时要避免停钻时间过长。并且还要在提升钻头或吊放钢筋笼尽量保持垂直，安装钢筋加固框架和吊装工具防止挠曲，防止撞到孔壁。如果钻孔已经严重塌方了，应立即离开钻机，先对空洞进行回填，在回填以后再进行重新造孔，最后也要在施工作业钻孔时，避免周围大型设备作业。4.1.2斜孔的控制措施防止斜孔最主要的措施是在护筒埋设的时候就应该垂直向地下埋设，保证后期钻孔时的精确度，将钢护筒周围用粘土压实，在钻孔的过程中，当遇到孤石或障碍物时改用冲击钻冲击成孔。如果确实发现钻孔偏斜超过了规范要求，应该进行回填粘土或者是片石，再进行从新钻孔。4.1.3缩径的控制措施当缩径问题出现时，应采用扩孔器或者保持泥浆压强，为避免收缩现象的发生，钻孔前应详细掌握地质信息，判别水膨胀等不利于地质条件的土层。如有，应采用高损耗水泥浆保护墙体。打孔时，要注意打孔速度。开孔后灌溉等待时间一般不应超过3小时。当发生收缩时，采用上下反复扫孔的方法，扩大孔径。4.1.4沉渣过厚的防治措施沉渣过厚的主要原因就是因为没有进行二次清孔或者是二次清孔没有处理到位，那针对于施工过程，二次清孔非常重要，有利于后期下放钢筋笼，灌注混凝土浆。导管对它二次清孔，一直到清到规定要求为止。另外在处理过程中，要控制好循环清孔时间，以免出现再次过厚的现象。4.1.5钢筋笼质量问题防治措施我们要严格控制钢筋的焊接运输，堆放，钢筋笼的质量很多程度上决定了桩的质量，所以我们应严格把控对钢筋焊接，运输，堆放每个阶段的质量管理，在钢筋笼的生产加工、运送、堆放和吊装过程中，应严格执行工程施工规定，将钢筋笼堆放在合适的位置。除此之外，设定混凝土垫层或橡胶制品垫层，垫层厚度应达到保护层的设计方案厚度。最好用导向钢管固定钢筋笼的位置，这样使保护层厚度合乎设计规定，而且混凝土浇筑时不会发生钢筋笼移位。最后我们也要加强吊点处主筋与箍的强度，提高工人电焊技术，施工小组及时检查，避免因为电焊工人粗心造成的焊接不可靠。钢筋笼的加工应严格按照施工设计图的要求和规范进行。主根钢筋可以采用对焊。分段钢筋笼的长度不宜短于6m，连接时50%的钢筋接头应错位焊接，两根钢筋轴应在一条直线上。当然为避免导管灌注笼和钢筋笼向上浮起，笼底钢筋可稍作喇叭状。4.1.6桩身断桩、离析防治措施(1)防止断桩措施在导管埋深时，注意导管的埋深深度，防止导管埋深深度不够，也要防止导管埋置过深，在浇筑的时候时候严格的监测混凝土的浇筑情况，如果发现不合适，趁混凝土还未凝固的时候，及时作出调整。针对混凝土不合格的情况，可适当的控制石料用量，同时，混凝土浇筑过程中最怕离析板结，此混凝土一旦停留，必然会造成混凝土导管的堵塞，因此也要在塌落度试验之后，用5-10分钟时间观察是否有板块、离析情况，一旦发现，严禁用于灌注施工。(2)防止离析处理防止管道底部与孔底部之间的距离太大或管道直径太薄，严格控制混凝土混合物的质量，在进行混凝土浇筑施工前，对所有使用的管道进行注浆压力试验，仔细检查机架并牢固地重新安装。还要仔细检查导管架和导管密封圈，以保证导管的密封性能。在丝线上涂上黄油，以保持导管连接处无杂物，保证丝线连接可靠，易于拆卸。

结论通过对材料和设备器具的准备、施工机械的准备、注浆的准备和预埋件的组装、钢筋笼的衬吊放、钻孔清理、混凝土浇筑、施工过程中容易出现的问题等一系列研究，总结了钻孔灌注桩的施工难点，研究了整个钻孔施工技术。主要成果如下：钻孔灌注桩工艺简单，但是在施工过程中有许多细节需要注意。在场地准备中需要提前去规划泥浆池，设备器具放置地，在钢护筒埋设是也需要注意高于地面0.5m，在钻机工作时，应垂直向地面钻入防止斜孔。在清孔的时候，分两次，需要注意的是，当在摩擦桩沉渣厚度大于20cm或者桩径沉渣厚度大于5cm时就应该使用导管进行二次清孔。在导管安装时一定要注意管与管连接的密封性，同时在灌注混凝土时应该注意适当的灌注速度，以防发生断桩等问题。在施工过程中，常出现的塌孔，斜孔，缩径，吊放钢筋笼可能出现的问题，导致桩身断裂，最后介绍其控制措施。

参考文献[1]叶铭飞建筑施工中新工艺与新技术探讨[J].中华民居(下旬刊),2013.[2]杨志武天津地区钻孔灌注桩后注浆技术与工程应用研究[D