钻孔灌注桩施工质量控制

【摘  要】  本文讨论了钻孔灌注桩成桩环节多，施工过程容易出现质量事故，必须重视施工全过程质量监控。钻孔灌注桩质量控制主要分成孔质量控制、成桩质量控制以及桩身质量检验三个方面。成孔质量控制包括桩位定位质量控制、垂直度质量控制、孔桩护壁质量控制；成桩质量控制包括清孔质量控制、钢筋笼制作及安放质量控制、混凝土拌合质量控制、混凝土浇灌质量控制；桩身质量检验包括混凝土试块强度质量检验、桩身动测。就钻孔灌注桩的施工准备工作、成孔、清渣、钢筋笼制作及放置、灌注混凝土等以及事故处理等环节的质量程序和关键点质量控制方法进行讨论和分析，提出了保证钻孔灌注桩施工质量的控制措施。现着重对成孔过程中出现的出现桩位偏差过大、淤泥质土层、坍孔、孔壁渗水、钢筋笼的制作及放置、桩体混凝土离析、桩体混凝土强度等常见的问题给鉆孔灌注桩施工带来许多困难，通过对钻孔灌注桩基础的工程实践中，积累了一些经验，取得良好的效果，以期和同行切磋和交流。
【关健词】  钻孔灌注桩；施工；质量控制；控制措施

引    言

钻孔灌注桩由于其直径范围广，钻孔深度大，最大可达到100m，并可以穿入较硬的中等风化岩层，因此钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力最大可达到千吨计，是其它任何桩无法比拟的，因此它是高层及超高层建筑的首选选项。钻孔灌注桩是无噪声、非挤土桩、无振动、无地面隆起和侧移现象，能够贴近已建建筑物施工，而且对周围环境危害少、群桩效应少，能够随地层变化而调节桩长度和配盘等优点。但目前我国灌注桩，特别是泥浆护壁钻孔灌注桩施工水平还较低，桩身质量毕竟不象预制桩那样稳定可靠，又受到较大程度的施工工艺、现场管理、施工操作等因素影响，使某些桩桩侧摩阻力和桩端承载力不能正常发挥。由于这种桩的受力变形和破坏机理至今尚未完全搞清楚，设计计算理论滞后，理论计算的承载能力大多低于实际试验的结果。城市中施工现场泥浆的排放，目前也没有得到很好解决，影响市容卫生。有些城市的环保部门制定了严格的制约措施。目前影响钻孔灌注桩发展的原因还有施工工期长，造价高等缺点。为适应城市建设、市政改造、旅游业和生产的发展，高层、超高层建筑拔地而起，逐渐而起。随着高层建筑逐渐向超高层建筑发展，各地普遍存在满足超高层建筑地基承载力及变形要求的持力层埋藏较深的问题，基础一般形式往往不得不采用非挤土、无噪声、大直径超长灌注桩桩基。目前我国灌注桩，特别是泥浆护壁钻孔灌注桩施工设备、工艺较落后、施工队伍技术素质差，造成灌注桩工程质量得不到保证，从而严重影响灌注桩承载力的正常发挥。

第一章  钻孔灌注桩工艺、优缺点

一、材料及准备工作
       1、材料质量要求
        粗骨料：应采用质地坚硬的卵石、碎石其粒径宜用15～25mm。卵石不宜大于50mm，碎石不宜大于40mm。含泥量不大于2%，无垃圾及杂物。细骨料：应选用质地坚硬的中砂，含泥量不大于5%，无垃圾、草根、泥块等杂物。水泥：宜用32.5级或42.5级的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，使用前必须查明其品种、强度等级、出厂日期，应有出厂质量证明，到现场后分批见证取样，复试合格后才准使用。
        2、成孔前准备工作
       用作桩基的工程桩施工前应做试成孔，试成孔数每个场地不应少于二个。
        用试成孔核对地质资料，检验所选的设备、机具、施工工艺及技术要求是否合适。
        如满足设计要求时，试成孔的泥浆密度，通过不同地层选用的钻速、钻压，钻头直径、形式等施工工艺参数即为施工时选择工艺参数的依据。
        3、成孔要求
       机具就位平整垂直，护筒埋设牢固并且垂直，保证桩孔成孔的垂直。还要控制孔内的水位高于地下水位1.0m左右，防止地下水位高后上起坍孔。发现轻微坍孔的现象应及时调正泥浆的比重和孔内水头。泥浆的比重按土质情况的不同而不同，一般控制在1.1～1.5的范围内。成孔的快慢与土质有关，应灵活掌握钻进的速度。成孔时发现难于钻进或遇到硬土、石块等，应及时检查，以防桩孔出现严重的偏斜、位移等。

 第二章  钻孔灌注桩施工中的质量保证措施

根据施工经验，在施工过程中存在的质量问题及相应对策简介如下：
        一、成孔质量保证措施
        1、泥皮问题
        超长钻孔灌注桩成孔时往往需要穿透多层地层，遇到复杂地层及各种机械故障等，成孔时间较长，有时成孔时间多达1天或更多。基桩孔壁往往粘附着具有一定厚度的泥皮，从而影响基桩侧摩阻力及承载力的正常发挥。改善及消除泥皮主要方法有以下几点：
        （1）根据地层情况造反合适的施工工艺，缩短成孔时间。
        （2）保证泥浆的质量，对于不能自行造浆质量较差的土层，要采用高塑性土或膨润土等进行人工造浆。
        （3）成孔至设计标高后进行扫孔以清除泥皮问题。
        （4）采用优质泥浆进行全置换式清孔，泥浆性能参见下表：

项目	相对密度	粘度	含砂率	胶体率	失水率	泥皮厚度	PH值
性能指标	1.15-1.25	18-25s	<6%	>95%	<30ml/30min	1-3mm/30min	7-9

2、孔壁坍塌及处理
        在钻孔过程中，由于遇到粉细砂层，见水液化膨胀的土层等不稳定性土层会出现坍孔及埋钻现象，如果处理不及时或处理方法不当就会造成连续大量塌方。发现塌孔先向孔内补浆，首先确保孔内泥浆高度。确保循环泥浆的比重、粘度，必要时用膨润土拌制。停钻并将钻头提起，静止一段时间观测孔壁变化，如果稳定可恢复钻进，继续钻孔施工；如果继续塌方，只能用黄粘土回填，过一周时间，重新钻孔。
        3、缩孔现象及处理方法
        软土地层中在10M左右有一层软塑状态或局部流塑状态的粘土层。钻孔时常出现缩孔现象。在成孔起钻时，钻头难已拉起，在下放钢筋笼时无法放到位。只好重新扫孔，扫孔时虽然局部扫孔，但钻杆必须接至至孔底清孔，否则局部扫孔时掉入孔底的渣质无法清除，这样一来就造成了成孔时间过长，重复劳动，延误工期等重大经济损失。解决办法就是在钻孔时力求掌握地质报告提供的各土层特性，在钻到有可能缩颈的土层时要放慢钻进速度、提高转速，调制性能优良的泥浆护壁。
        4、清孔问题
        清孔是清除孔底沉渣、降低孔壁泥皮厚度的重要手段，是钻孔灌注桩必不可少的一道工序。因为孔底沉渣的厚度直接影响钻孔灌注桩桩端阻力的正常发挥，孔壁泥皮厚度直接影响钻孔灌注桩的桩侧摩阻力的正常发挥。
        （1）清孔问题及改进办法
        钻孔桩大部分是端承摩擦桩，清孔方法采用正循环泥浆排渣清孔法。此方法简单易行，可以提高成桩效率，缩短工期等优点，但此清孔法最大的缺陷就是泥浆的压力小，清孔的效果差。建议对孔深大于40m的孔，采用泵吸反循环或气举反循环清孔工艺进行清孔。由于泵吸反循环驱动压力一般不大于一个大气压，因此当孔深较深时效率就低。而气举反循环却是利用杆（管）内外液柱的重量差来驱动液体，故其效率随孔深的增加而提高。所以，对孔深大于50m的孔应采用气举反循环清孔。清孔要求采用优质泥浆进行桩孔全置换式清孔、即要求孔口出口泥浆性能接近优质泥浆性能。采用上述方法清孔，根据施工经验，一般在灌注前可不需进行二次清孔即可满足设计要求。
        （2）孔底沉渣的测定及改进方法
        第二次清孔结束后（在各项泥浆指标均满足的情况下）进行沉渣测定。首先将带测针的测饼通过导管放入孔底，记录测绳的读数，然后拉起测绳，将测针取下来，再将测饼沿导管放入孔底，记录测绳的读数。30cm减去两次测量的差值即为沉渣厚度。这样测出的沉渣数据存在一定的误差：第一、拉测绳人的手动松紧程度产生误差；第二、钻孔孔底为锥尖形状，测针、测饼的着入点也会产生误差。针对以上两种情况，施工单位一般都由施工经验丰富的施工人员进行孔底的沉渣测定。沉淀土厚度测量办法可在清孔后取开口样盒吊到孔底，待到灌注混凝土前取出，测量沉淀在混凝土盒内的渣土厚度。
        5、混凝土灌注问题
        混凝土灌注桩水下混凝土质量是影响基桩承载力的重要因素，因此水下混凝土灌注是成桩过程中最重要的环节之一。
        （1）水下钻孔灌注桩混凝土配合比
        由于超长灌注桩具有混凝土灌注量大、灌注深度深等特点，因此在灌注过程中，混凝土在导管中落差较大，具有加速混凝土离析的现象。所以，为保证水下混凝土灌注质量，应适当增加水泥用量（水灰比保持不变）、以增强混凝土的和易性。对设计桩身强度为C25的混凝土，水泥用量、沙用量均需控制。
        （2）首灌注问题
        首灌是水下混凝土灌注的关键环节，直接影响到成桩质量及坚向承载力。因此在保证首灌量满足规范要求的前提下，还需保证首灌混凝土的质量及返浆的顺畅。由于超长大直径灌注桩一般首灌量大，而工程中常常采用混凝土球塞，由于孔较深，在首灌中往往会出现球塞与混凝土不能同时到达孔底（重力不同造成的时间差），从而产生混浆现象，使首灌混凝土质量得不到保证。因此，对于大直径超长灌注桩，建议采用橡胶球胆作球塞，同时在球塞下可放入0.2m³左右的膨胀珍珠岩、或采用陶粒混凝土球塞。首灌时导管离孔底距离不应太大，能保证混凝土畅通流出即可，大约30-50cm。
        （3）混凝土灌注
        （4）钢筋笼上浮问题
        （3）（4）都属常识问题，不详述。
        二、桩身質量保证措施
        1、断桩
        产生的原因：
        （1）混凝土拌和物发行离析使桩身中断。
        （2）灌注中，发生堵塞导管又未能处理好；或灌注中发重型导管卡挂钢筋笼，埋导管，严重坍孔，而处理不良时，都会演变为桩身严重夹泥，混凝土桩身中断的严重事故。
        （3）灌注时间过长，首批混凝土已初凝，而后灌注的混凝土冲破顶层与泥浆相混；或导管进水，未及时作良好处理，均会在两层混凝土中产生部分夹泥浆渣土的截面。
         防治措施：
         导管要有足够的搞拉强度，能承受其自重和盛满混凝土的重量；内径应一致，其误差应小于±2mm，内壁须光滑无阻，组拼后须用球塞、检查锤作通过试验；导管最下端一节导管长度要长一些，一般为4m，其底端不得带法兰盘。导管在浇灌前要进行试拼，并做好水密性试验。严格控制导管进而深与拔管速度，导管不宜进埋入混凝土过深，也不可过浅。及时测量混凝土浇灌深度，严防导管拔空。经常检测混凝土拌合物，确保其符合要求。
         2、缩径
        产生的原因：
        （1）清孔不彻底，泥浆中含泥块较多，再加上终灌拔管过快，引起桩顶周边夹泥，导致保护层厚不足。
        （2）孔中水头下降，对孔壁的静水压力减小，导致局部孔壁土层失稳坍落，造成混凝土桩身夹泥或缩颈。孔壁坍落部分留下的窟窿，成桩后形成护颈。
        防治措施：
        使用直径合适的钻头成孔，根据地层变化配以不同的泥浆。成孔施工时应重视清孔，在清孔时要做到清渣而不表泥，预防清孔后的在浇筑的过程中局部坍塌，导致缩径的产生。
        3、桩顶局部冒水、桩身孔洞
        产生的原因：
        （1）水下混凝土灌注过程中，导管埋深过大，导管内处混凝土新鲜程度不同，再加上灌注过程中上下活动导管过于频繁，致使导管活动部位的混凝土离析，保水性能差而泌出大量的水，这些水沿着导管部位最后灌入的、最为新鲜的混凝土往上冒，形成通道（即桩身孔洞）。
        （2）水下混凝土灌注过程中，混凝土倾倒入导管速度过快过猛，把空气闷在导管中，在桩内形成高压气包。高压气包在其自身浮力或导管起拔等外力的作用下，气包便滞留在桩身内，最终形成桩身孔洞。另外，有一些桩在余桩截后，桩身内残余的高压气体，因通道打开而顺桩身的细小缝隙释放出来。这时常会携带部分遗留在气包内的水往上冒，出现“桩顶冒气泡”的怪现象。
        （3）水下混凝土灌注时间过长，最早灌入孔内的混凝土坍落度损失过大，流动性变差，终灌导管起拔后会留下难以愈合的孔洞。
        （4）加适当缓凝剂，确保混凝土在初凝前完成水下灌注。
        4、桩头问题
        产生的原因：
        （1）清孔不彻底，桩顶浮浆过深过厚，影响下混凝土灌注时测量桩顶位置的精度。
        （2）导管起拔速度过快，尤其是桩头直径过大时，如未经插捣，直接起拔导管，桩头很容易出现混凝土中间高、四周低的“烂桩头”。
        （3）浇筑速度过快，导致孔壁局部坍塌，影响测量结果。
        5、灌注混凝土时桩孔坍孔
        灌注水下混凝土过程中，发现护筒内泥浆水位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，为坍孔征兆。如用测深锤探测混凝土面与原深度相差很多时，可确定为坍孔。
        产生的原因：
        灌注混凝土过程中，孔内外水头未能保持一定高差。在潮汐地区，没有采取措施来稳定孔内水位。护筒刃脚周围漏水；孔外堆放重物或有机械振，使孔壁在灌注混凝土时坍孔。导管卡挂钢筋笼及堵管时，均易发生坍孔。
        防治措施：
        灌注混凝土过程中，要采取各种措施来稳定孔内水位，还要防止护筒及孔壁漏水。用吸泥机吸出坍入孔内的泥土，同时保持或加大水头高度，如不再坍孔，可继续灌注。如用上法处治，坍孔应不停时，或坍孔部位较深，宜将导管、钢筋笼拔出，回填粘土，重新钻孔。
        6、孔位倾斜

第三章    结  语

在软土地基上进行钻孔灌注桩作业比在其它地区作业难度大，施工质量难控制，这就要求我们在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工、验收规范，核查地质和有关灌注桩方面的资料，对施工过程中可能会发生的一些问题及时进行分析处理，做到科学组织，精心施工，严格管理，施工质量是完全有保证的，这些所谓的质量通病也是完全可以避免的。

颜文玉

上一页：加强基础管理工作 提升质量管理水平 下一页：浅说建筑遮阳与建筑节能