钻孔灌注桩的施工工艺及质量控制Word格式.docx
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1963年中国钻孔灌注桩在河南省诞生。
1965年4月交通部在河南召开钻孔桩技术鉴定会,认为它是一项重大技术革新,决定在全国推广。
这种简易机具的钻孔桩,解决了桥梁水下深基础的施工问题,而且把水下作业改为水上进行,和原来的沉井基础等形式对比,其技术经济优越性十分突出,因而很快被成为公路桥梁下部基础的首选形式,城建、铁路、水利等系统的桥梁工程也相继采用。
(二)国内外的研究现状和发展趋势
目前国内外对钻孔灌注桩的研究如下:
(1)对特定土层中影响钻孔灌注桩承载力的因素分析
张锦栋等对穿越软土钻孔灌注桩的质量问题进行分析。
他们认为由于桩侧、桩端土层性质、桩身混凝土质量等都会影响钻孔灌注桩的承载力。
由于桩底软土、沉淤厚度、成孔时间及技术等会对桩的承载力产生一定影响。
软土的特殊性质,经常会出现一些质量问题。
坍孔、钻孔偏斜、扩孔缩孔等都是钻孔过程中较易出现的质量问题。
在实际施工时,根据场地的具体情况,选择合适的施工机具、清孔方法及成孔时间,增大孔壁粗糙度,减少沉淤及泥皮厚度,以增大桩侧阻力;
为提高侧阻力发挥,桩端应尽量置于相对较硬的土层上。
(2)对超长钻孔灌注桩承载性能研究
马晔等围绕解决超长桩的定义及计算方法人手,首次引入桩土刚度概念,进而提出桩身荷载传递的刚度法函数解,完成了全新理论及计算方法。
在建立超长桩理论分析模型的基础上,采用室内外试验数据对模型进行拟合验证并分析超长桩桩侧、桩端土极限位移,讨论不同参数对超长桩承载性能的影响;
用空间有限元仿真模型对超长桩承载性能进行分析;
给出超长桩的界定方法和超长桩的定义。
(3)对钻孔灌注桩施工工艺及质量事故的研究
钻孔灌注桩施工工序较多,工程质量安全与地质条件和施工人员的操作方法关系密切,针对具体地质条件和工程情况,得出产生斜孔、塌孔、缩颈、断桩等施工中质量通病的原因,并提出相应解决方法。
(三)钻孔灌注桩的特点
钻孔灌注桩施工具有三大特性:
复杂性、连续性、隐蔽性。
首先,在场地条件复杂的情况下,由于岩土的非均质性,给钻孔灌注桩的施工带来各种各样的难度。
其次,钻孔灌注桩施工过程中的各个工序都紧紧相扣,联系密切,具有极强的时效性,对合格的工序必须立即进行下一道工序的施工。
最后,钻孔灌注桩属于隐蔽工程,如果不能及时地发现问题并解决,事后进行补救一般很困难。
钻孔灌注桩与其它桩型相比较有如下技术特点:
1.钻孔灌注桩属于非挤土桩,施工过程中产生的噪声低、振动轻,没有地面隆起或侧移,也没有浓烟排放,因而对环境影响小,对周围建筑物及地下管线危害很小,是城区建筑的常用类型。
2.可根据土层分布情况灵活选取桩长,容易适应持力层面高低不平的变化。
3.可根据建筑物的荷载分布与土层情况采用不同桩径,对于承受横向荷载的桩可设计成有利于提高承载力的异形桩,还可设计成变截面桩。
4.可穿过各种软、硬夹层,将桩端置于坚实土层或嵌入基岩,还可扩大桩底以充分发挥桩身强度和持力层承载力。
5.身刚度大,能承受较大的竖向荷载和横向荷载,增强建筑物的抗震能力,并能有效地充当支护桩,还可在基坑开挖后继续作为地下室的承重墙等永久性结构使用。
6.身配筋可根据荷载大小与性质及荷载沿深度的传递特征以及土层的变化配置,省去预制桩制作、运输、打入等工序,造价低。
7.设备比较简单、轻便。
三、施工程序与工艺
(一)施工前的准备
1.场地平整,清除杂物,夯实回填土。
2.设置闭合导线网。
3.挖泥浆池、沉淀池、储水池,准备合格的粘土和膨胀土。
4.埋设比桩径大20cm,顶端高出地面30cm,底部深2.5m的护筒,护筒四周夯实,中心线平面偏差小5cm。
5.采取措施,移走地下障碍物。
6.桩架就位。
7.安装钻机,转盘中心同钻驾机起吊滑轨在同一直线上。
(二)护筒的埋设
1.根据测定的孔位中心桩,埋置护筒:
留桩位开挖护筒位土方。
2.安装护筒:
按照孔位中心桩和护筒高度,将护筒固定,护筒外堆填粘土,用弦线拉十字,将孔位中心桩反映到护筒上。
3.挖弃中心留土。
4.护筒采用5~8mm厚钢板制作,且比钻孔桩设计直径大20~30cm,接头处要求内部无突出物,能耐拉、压,不漏水。
5.护筒的顶端至少应高出地面0.3m。
护筒埋设在粘土中不少于1.0m。
6.护筒就位后,要选用土质好,易于压实的粘土对护筒周边及时回填并夯实,埋设好的护筒如图2所示:
图2埋设护筒
(三)钻机的安装定位
1.钻机就位时,要认真验证桩的中心标志,正确对准桩心。
2.钻机沿场内便道自行就位后,要使其底座平稳、水平,钻架竖直,且保持钻机顶部的钻杆、钻头与桩位中心在铅垂位置,以保证钻孔的垂直精度。
3.安装后利用经纬仪校正位置,使安装后的钻机孔位中心与桩孔中心偏差值不大于0.1m(比规范容许偏差值小1倍)。
孔口处钻杆中心与桩位中心的平面偏差控制在3cm以内。
(四)钻孔、成孔、清孔
1.钻孔
钻孔作业采用倒班连续作业。
按钻进工艺、机械技术要求及钻孔操作要点进行,钻进过程中,要随时根据钻进地质情况,及时改变钻孔方法。
及时排除钻渣,并添加粘土造浆。
(1)护筒内的泥浆顶面应始终高出筒外水位至少1.0m。
(2)泥浆池的位置待开工后根据现场情况确定。
泥浆性能指标应符合规范要求,钻孔泥浆应经常检测,对不符合规定的泥浆,必须及时调整。
(3)临桩钻孔时,在距该桩的中心距离5m以内的其他任何桩的混凝土浇注24小时以后,才能开始。
(4)钻具联结牢固、铅直,初期钻进速度不宜太快,钻进速度与泥浆排放量相适应。
(5)正常钻进时参考地质资料掌握土层变化情况,及时捞取钻渣取样,判断土层,记入钻孔记录表,并与地质资料进行核对。
(6)为保护环境,钻孔泥浆经沉淀处理合格后应将钻渣及时运往指定地点。
(7)钻孔应连续操作,不得中途停止。
2.成孔
当钻孔深度达到设计要求后,用检孔器测孔径,孔深、垂直度等,孔径、孔深必须符合图纸要求,未经检查不得安装钢筋笼,浇筑混凝土。
3.清孔
(1)清孔目的:
降低孔内泥浆比重,便于灌注水下混凝土。
(2)清孔的步骤:
先将钢筋骨架吊放入孔内,再将安有进气管的导管吊入孔中,然后开动空气压缩机,使压缩空气通过胶管,进入导管内,使孔底沉渣随孔内泥浆一起沿导管喷出。
要经常提动导管,改变导管的位置,清除孔肩周围的沉渣。
(如图3所示)
(3)注意事项:
为了防止清孔时垮孔,一定保持孔内水头高度,清孔时间要尽量短。
图3吸泥管清孔示意图
(五)泥浆护壁
泥浆护壁是钻孔灌注桩的关键施工技术之一(施工顺序如图4所示),泥浆护壁的好坏直接关系到成孔的施工质量。
特别是在工程地质条件复杂,土层中存在含泥粗砂与含泥砾砂层的地区,若采用原土造浆易造成塌孔,必须采用人工制备的泥浆。
泥浆的质量要求较高,宜采用膨润土造浆。
a)钻孔;
b)下钢筋笼及导管;
c)灌注混凝土;
d)成桩
1-泥浆泵;
2-钻机;
3-护筒;
4-钻头;
5-钻杆;
6-泥浆;
7-沉淀泥浆;
8-导管;
9-钢筋笼;
10-隔水塞;
11-混凝土
图4泥浆护壁钻孔灌注桩施工顺序图
(六)钢筋笼安制及导管设立
1.钢筋笼安制
(1)钢筋进场必须有合格证,对每批每种规格的材料均需抽样检查合格后方可使用。
(2)严格按设计图纸做钢筋笼。
(3)钢筋笼的加强箍必须与主筋焊牢以保证钢筋笼焊接质量,钢筋笼吊装最好一次性使用一台吊机,防止其变形。
(4)钢筋笼顶端要焊吊挂筋,高出钢筋笼,钢筋笼就位后,吊挂筋支承在护筒顶的枕木上,不能直接放在护筒上。
2.设立导管
(1)导管对准孔位中心,逐节连接导管,使管底口距孔底30cm为止,安装隔水栓球。
(2)导管采用直径不小于250mm的管节组成,接头应装卸方便,连接牢靠,并带有密封圈,保证不漏水、不渗水。
(3)导管的支承必须保证在需要减慢或停止混凝土流动时使导管能迅速升降。
(七)灌注水下混凝土
1.水下混凝土用的水泥、集料、水、外加剂以及混凝土的配合比,拌合、运输等必须符合设计及规范规定。
2.灌注前做好准备工作,混凝土导管数量应满足要求,还有1~2米长的短管,并做好闭水试验。
3.首次灌注前,计算第一次灌注量。
根据需用量,将隔水栓以上的导管、漏斗内灌满,并准备足够的混凝土,以防在清孔过程中出现的孔底扩径而要增加的灌入量,确保成功。
4.导管底端埋入管外混凝土面以下一般控制在3~4m,并不得小于2m,严禁把导管底端提出混凝土面。
5.水下混凝土用砼搅拌车直接灌注且必须连续浇注,浇注间隙不能超过30分钟,灌注速度5~10m/h,随时测量并记录导管埋置深度和混凝土的表面高度。
6.灌注混凝土时,必须采用适当措施将钢筋笼压住,克服混凝土对钢筋的上浮力,可采用在横担上加重等方法。
(八)桩头处理
桩身混凝土达到养护期后,采用风镐和人工辅助凿除的方法,凿掉高出桩顶设计高程部分的混凝土,其凿掉高度不小于50cm,并保证凿面处的混凝土具有良好的质量。
四、钻孔过程中施工质量问题防治及控制措施
(一)导管进水
在浇筑混凝土过程中,有时会发生由于过量上提导管,使接头部分产生漏水等情况,将造成混凝土离析、流动等质量事故,在桩身上留下致命的质量隐患。
1.主要原因
导管连接处密封不好;
初灌量不足,混凝土未能埋住导管,泥浆从导管底部进入;
导管提升过多,混凝土埋深太小泥浆随浮浆侵入管内。
2.控制措施
检查导管,重新设置或更换提出导管,清除已灌入的混凝土,重新开始灌注;
当混凝土已浇灌较多时,应暂停灌注提出导管,下一个比原孔径小一级的钻头钻至混凝土一定深度后起钻,重新清孔后,将导管下至中间小孔内重新进行灌注。
(二)护筒冒水、漏浆
1.造成原因
①埋设在护筒周围的粘土不密实。
②护筒水位太大。
③起落钻头时碰动了护筒。
①埋设护筒时,四周的土要分层夯实,发生冒水、漏浆时重选含水量适当的粘土填筑。
②起落钻头时要防止碰撞护筒。
③开始发现护筒冒水,应立即停止钻孔,用粘土在四周填实加固,如护筒严重下沉或位移,则应重新安装护筒。
(三)孔壁坍陷
①护壁泥浆密度和浓度不足,土质松散,起不到可靠的护壁作用。
②护筒埋深位置不合适,埋设在砂或粗砂层中。
③钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间和灌注时间过长。
④成孔速度太快,在孔壁上来不及形成泥膜。
⑤孔内水头高度不够或出现承压水,降低了静水压力。
⑥掏除钻渣或下放钢筋笼时,撞击孔壁。
2.防治措施
①在松散易坍的土层中,适当埋深护筒,用粘土密实填封护筒四周。
②使用优质的泥浆,提高泥浆的比重和黏度,保持护筒内泥浆水位高于地下水位。
③搬运和吊装钢筋笼时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁。
④钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短陈放时间。
⑤成孔后,待灌时间不大于3小时,并控制和缩短混凝土的灌注时间。
3.控制措施
①在松散砂土中钻进时,应控制进尺,对泥浆的密度、粘度和胶体率进行调整。
②将护筒底部贯入粘土中0.5m以上。
③根据地质情况合理选取成孔速度。
④如地下水位变化大,应采取升高护筒、增大水头,或用虹吸管连接等措施。
⑤从钢筋笼的绑扎、吊插以及定位垫块设置等环节均予以充分注意。
⑥如孔口发生坍塌,先探明坍塌位置,将砂和粘土混合物回填到坍孔位置以上1—2m。
(四)卡管
①初灌时,隔水栓堵管;
混凝土和易性、流动性差造成离析。
②混凝土中粗骨料粒径过大。
③各种机械故障引起混凝土浇筑不连续,在导管中停留时间过长而卡管。
④导管进水造成混凝土离析等。
①使用的隔水栓直径应与导管内径相配,同时具有良好的隔水性能,保证顺利排出。
②混凝土灌注时,应加强对混凝土搅拌时间和坍落度的控制。
③水下混凝土必须具备良好的和易性,配合比应通过实验室确定,坍落度宜为18—22cm,粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4,且应小于40mm。
④为改善混凝土的和易性和缓凝,水下混凝土宜参外加剂。
⑤应确保导管连接部位的密封性,导管使用前应试拼装、试压,试水压力为0.6—1.0Mpa,以避免导管进水。
⑥在混凝土浇筑过程中,混凝土应缓缓导入漏斗的导管,避免在导管内形成高压气塞。
⑦施工过程中,应时刻监控机械设备,确保机械运转正常和避免事故的发生。
(五)钢筋笼上浮
①清孔质量差,孔内残留大量的泥块和泥皮随混凝土浆面上升,在钢筋笼底部形成泥塞(钢筋笼配制不通长的情况尤其要引起注意)。
②混凝土流动过小。
③导管在混凝土中埋置深度过大。
④钢筋笼制作质量不佳,有不直和变形情况。
⑤钢筋笼与孔口固定不牢,自身重量太轻。
⑥钢筋笼放置初始位置过高,混凝土流动性过小,导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升。
①套管底部内壁黏附砂浆或土粒,由于管的变形,使内壁产生凹凸不平,在拔出套管时,将钢筋笼带上来,此时,应注意在成孔前,必须首先检查最下部的套管内壁,当堆积大量粘着物时,一定要及时清理。
②当钢筋笼的外径及套管内壁之间的间隙太小,套管内壁与箍筋之间夹有粗骨料时,会发生钢筋上浮现象,应使箍筋与套管内壁之间的间隙要大于粗骨料的最大尺寸的2倍。
③钢筋笼自身弯曲,钢筋笼之间的接点不好、弯曲,箍筋变形脱落,套管倾斜等,使得钢筋与套管内壁的接触过于紧密时,也将造成钢筋笼上浮。
应注意提高钢筋笼加工、组装的精度,防止钢筋笼在运输工程中的碰撞等因素引起的变形。
④由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时,其上层混凝土因浇注时间较长,已接近初凝,表面形成硬壳,如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上,混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升,同时带动钢筋笼上升。
当导管埋深和已浇混凝土面的标高,提升导管后再进行浇注,上浮现象即可消失。
⑤钢筋笼放置初始位置过高,混凝土流动性过小,导管在混凝中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升。
⑥钢筋笼初始位置应定位准确,并与孔口固定牢固。
加快混凝土灌注速度,缩短灌注时间,或掺外加剂,防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小。
(六)钻孔缩径
1.原因分析:
塑性土膨胀。
①易缩径地层,保证泥浆的优良性能,降低泥浆的失水量,减缓钻进速度,增加转速。
②钻进过程中,经常上下提动钻具通孔,确保提动无阻力时再向下钻进。
③安装钢筋笼前测量钻孔直径,确保孔径达到设计再进行下一道工序施工。
④成孔后及时浇筑混凝土,以防停放时间过长而再缩径,确保充盈系数达到设计要求。
(七)孔底沉渣控制措施
钻孔灌注桩项目很少用优质粘土制备泥浆,为了保证工程质量,我们采取开工前制备少量泥浆,施工中利用地层的自然造浆性能造浆,以确保孔壁稳定和控制孔底沉渣厚度。
施工中采用反循环钻进工艺,反循环清孔比较方便、快捷,因此,第一次清孔清彻底,施工中调整好泥浆性能,使孔内钻渣尽最大可能地被带出地表沉淀。
浇注砼前,用导管进行二次清孔,使泥浆性能、沉渣厚度达到规范设计。
(八)钢筋笼定位的控制
钢筋笼定位的控制措施保证钻孔的垂直度对钢筋笼的定位至关重要,钻孔的偏斜会造成混凝土灌注时灌浆导管拖动钢筋笼上浮。
因此,开钻前应检查钻机的水平,钻进中应检查主动钻杆的垂直度。
浇筑中混凝土的和易性要常检查,混凝土的搅拌必须严格认真。
为了保证钢筋的混凝土保护层厚度,在钢筋笼外侧增加砼垫块,每隔两米沿圆周方向安放四个,以确保钢筋笼在混凝土中的保护层厚度。
(九)成孔、成桩质量控制
1.成孔质量控制
(1)采取较适合的桩距离,隔孔施工,防止坍孔和缩径。
(2)采取扩大桩基支承面积使桩机稳固,经常校核钻架及钻杆的垂直度,在成孔后下放钢筋笼作井径、井斜超声波测试,确保桩身成孔的垂直精度。
(3)采取在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长,在第一次清孔提出钻具后用测绳复核成孔深度,确保桩位、桩顶标高和成孔深度。
(4)严格按照设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量,特别注意对吊环长度及钢筋笼的连接焊缝质量的验收。
(5)在沉放钢筋笼时不能碰撞孔壁,下放受阻时禁止加压强放。
(6)专门采取泥浆制备,先用高塑性黏土或膨润土,拌制泥浆必须根据施工机械、工艺及穿越上层进行配合比设计。
(7)灌注机成孔至设计标高,利用钻杆在原位进行第一次清孔,抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管,要严格检查导管的连接是否牢固,密实,防止漏气漏浆。
(8)沉入钢筋和混凝土导管完毕后,再未灌注混凝土前必须利用导管进行第二次清孔,当孔口反浆比重及沉渣厚度均符合规范要求后,立即进行水下混凝土的灌注工作。
2.成桩质量控制
(1)严格检查验收进场原料的质量保证书,并进行取样复查,严禁将不合格的材料用于混凝土灌注桩。
(2)混凝土搅拌前要复核配合比并检校计量的准确性,严格计量和测试管理,及时填入原始记录和制作试件,做到每桩的配合比都准确无误。
(3)加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制,在施工过程中要控制好灌注工艺和操作。
(十)桩顶混凝强度控制措施
二次清孔时控制泥浆的比重、含砂量,使其达到施工设计的要求;
保证充足的超浇量,同时采用自制的探勺采集到桩顶标高以上混凝土样。
混凝土浇至上部时,保证埋管深度不能太深,勤上下活动导管,使砼的密实度达到一定程度,克服压力不够的缺点,确保桩顶砼强度。
(十一)桩身断桩、夹泥的控制措施
1.桩身断桩、夹泥的原因
泥浆过稠,增加了浇注砼的阻力,因此,在施工中经常发生导管堵塞、流动不畅等现象,只好提取导管上下振击,由于导管内储存大量砼,一旦流出其势甚猛,在砼流出导管后,即冲破泥浆最薄弱处急速返上,并将泥浆夹裹于桩内,造成夹泥层;
灌注砼过程中,因导管漏水或导管提漏而二次下球也是造成夹泥层和断桩的原因。
导管提漏有两种原因:
①导管堵塞时,一般采用上下振击法,使混凝土强行流出,导管埋深很少,极易提漏。
②因泥浆过稠,如果估算或测砼困难,在测量导管埋深时,对砼浇注高度判断错误,而在卸管时多提,使导管提离砼面,也就产生提漏,引起断桩;
灌注时间过长,而上部砼已接近初凝,形成硬壳,而且随时间增长,泥浆中残渣将不断沉淀,加厚了积聚在砼表面的沉淀物,造成灌注极为困难,造成堵管与导管拔不上来,引发断桩事故。
2.断桩的防治
断桩是严重的事故,必须在施工初期就彻底清除其隐患,同时又必须在事故发生时及时采取补救措施,在施工中,预防断桩:
①必须严格按照规程有规定的侧身锤测量孔内混凝土表面高度,并认真核对。
②施工过程中准确把握导管的埋置深度,采用先进的导管。
③严格控制混凝土的配合比,缩短灌注时间。
④注重地质情况,真对待灌注前的准备工作。
3.桩身断桩、夹泥的控制措施
(1)做好清孔,泥浆的性能保持良好,防止孔壁坍塌;
尽可能提高混凝土浇筑速度:
①开始浇砼时尽量积累大量砼,产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力;
②快速连续浇筑,使砼和泥浆一直保持流动状态,可防导管堵塞;
③提升导管要准确可靠,灌注砼过程中随时测量导管埋深,并严格遵守操作规程;
④导管使用前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷,发现问题要及时更换。
(2)一旦发生断桩事故,一般采取的方法是:
1原位复桩,彻底清理后,在原位重新浇筑一根新桩。
2接桩,第一步对桩进行声测确定好混凝土的部位,第二步依据地质确定井点降水,开挖,C20素混凝土进行护壁,第三步挖至合格处进入开凿毛,进行混凝土浇筑。
3桩芯凿井法,即边降边采用镐在缺陷桩中心凿一直径为80cm的井,然后封闭清晰泥沙,放置钢筋笼,用挖孔施工方法浇筑膨胀混凝土。
(十二)其他控制措施
1.制订相应的防范措施,并责任到人。
2.严把进场队伍关。
3.严把检测关。
五、结论
本文是在参考已有文献的基础上,在导师的精心指点下,通过对钻孔灌注桩的施工工艺、质量控制点、质量事故预防进行了研究,施工前要了解钻孔灌注桩各种施工工艺特点,熟知相关规范规程要求,施工中,要自始至终抓住质量控制点,要保证钻孔灌注桩质量,关键:
一是现场各种机具匹配合理性能完好;
二是现场技术人员的作业人员要有丰富的钻孔桩施工经验,能在施工现场处理各种意外情况,保证钻孔灌注桩施工的连续性的各项要素在可控范围内。
要重视常见的质量事故,并且采取相应措施给予预防,则可以在很大程度上减少甚至杜绝质量事故的发生。
建立一套事故处理机制,在事故发生的第一时间进行补救,使损失减至最低。
参考文献
[1]李世京.钻孔灌注桩施工技术[M].北京地质出
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- 钻孔 灌注 施工工艺 质量 控制