钻孔灌注桩的质量控制

1钻孔灌注桩施工质量控制一引言地基基础是工程建设中的一个重要组成部分，工程实践表明，结构物的地基和基础施工质量的好坏对整个结构物的质量和正确使用起着根本的作用。桩基础是一种能适应各种地质条件，各类建（构）筑物荷载要求的深基础，它具有承载力高、稳定性好、变形小、收敛快等工程特性，而钻孔灌注桩作为桩基础的一种，现已广泛用于公路桥涵基础工程施工中。相对其他桩基而言，钻孔灌注桩的施工设备简单、操作方便、抗震性能好、桩长，桩径的选择灵活、造价适中、适用于各种粘性土、砂性土、也适用于碎、卵石类土和岩层，在易坍塌土质及可能发生流沙或有承压水的地基上修筑基础时，如果先前具有试桩经验，钻孔灌注桩也不失为一种经济可行的方法。全面来说，钻孔灌注桩的施工方法应该包括成孔方法和砼灌注方法两个方面，但是由于砼灌注方法在国内工程界较单一，因此只从成孔方法的不同，划分钻孔灌注桩的施工方法，主要有以下几种：1、冲击成孔。2、冲抓成孔。3、贝诺特法成孔4、泥浆循环回转钻进成孔。5、挖土斗半干法成孔。6、长螺旋成孔。在以上诸多施工方法中，泥浆循环回转钻进成孔在施工实践中使用较广泛，该方法按泥浆循环的程序不同分为正循环与反循环两种，因此以下论述，主要就泥浆循环回转钻进成孔而言。2三施工准备阶段的工作重点（一）施工准备阶段须做的工作1、场地准备（1）场地为旱地时，应清除杂物，换除软土，整平夯实。（2）场地为陡坡时，可用方木，型钢搭设工作平台。（3）场地为浅水时，宜采用筑岛法施工，筑岛面积按钻孔方法、设备大小等要求决定。（4）场地为深水或淤泥层较厚时，可搭设工作平台；如水流平稳，水位上升缓慢，全部工序可在船舶或浮箱上进行，但需锚锭稳固，桩位准确；如流速较大，河床可以整理平顺时，可采用浮运沉井，就位后灌水下沉至河床，然后在其顶部搭设施工平台，在其底部安设护筒。2、孔口护筒（1）钢板或钢筋砼制成的埋设护筒，应坚实，不漏水，护筒入土较深时，宜以压重、振动、锤击或辅以筒内除上等方法沉入（2）护筒内径应比桩径稍大；当护筒长度在2-6m范围时，有钻杆导向的正反循环回转钻宜大20-30cm；深水处的护筒内径至少应比桩径大40cm。（3）护筒顶端高度①采用反循环回转方法钻孔时，护筒顶端应高出地下水位2.0m以上。②采用正循环回转方法钻孔时，护筒顶端泥浆溢出口底边，当地质良好，不宜坍孔时，宜高出地下水位1.0-1.5m以上；当地质不良容易坍塌时，应高出地下水位1.5-2.0m以上；假如护筒处于旱地时，应高出顶面0.3m。③孔内有承压水时，应高于稳定后的承压水位2.0m以上，若承压水位稳定或稳定后承压水位高出地下水位很多，应先做试桩，鉴定在高承压水地区采用钻孔灌注桩基的可行性。④处于潮水影响地区时，应高出最高水位1.5-2.0m以上，并须采用稳定护筒内水头的措施。34、护筒底端埋置深度：（1）旱地或浅水处：对于粘性土不小于1.0-2.0m；对于沙土应将护筒周围0.5-1.0m范围内挖除，夯填粘性土到护筒底0.5m以下。（2）冰冻地区应埋入冻层以下0.5m。（3）深水及河床软土、淤泥层较厚处，应尽可能深入到不透水层粘性土内1-1.5m;河床下无粘性土层时,应沉入到大砾石、卵石层内0.5-1.0m；河床为软土、淤泥、砂土时，护筒底埋置深度应经过仔细研究决定，但不得小于3.0m。（4）有冲刷影响的河床，应埋入局部冲刷线以下不小于1.0-1.5m。其余方面如泥浆、钻具等后有论述，此不赘言。（二）施工准备阶段须注意的问题1、地下障碍物的调查、探测与排除进行得如何；2、场地平面布置是否落实，需要如何调整；3、测量基准点，线设立情况及可靠性，桩位放样正确与否；4、护筒埋设是否符合技术要求；5、钻头直径、钻杆、导管、料斗等机具设备是否合格；7、各种原材料的备料情况，质量如何，是否需复检。四成孔过程的施工质量控制（一）正循环回转钻机施工要点1、钻机就位（1）立好钻架并调整和安设好起吊系统，将钻头吊起，徐徐放进护筒内。（2）启动卷扬机把转盘吊起，垫方木于转盘底座下面，将钻机整平并对准钻孔。（3）装上转盘，要求转盘中心同钻架上的起吊滑轮在同一铅垂线上，钻杆位置偏差不得大于2cm。（4）在钻进过程中要经常检查转盘，如有倾斜或位移，应及时4纠正。（5）在方钻杆上端安装提升水龙头，在水龙头上端连接输浆胶管，将输浆胶管接到泥浆泵，把提引水龙头吊环挂到起吊系统的滑轮吊钩上。（6）取走转盘中心的方形套，启动卷扬机吊起方钻杆穿过转盘并牢固的联接到钻头，装好方形套夹住方钻杆，准备钻进。2、初钻（1）先启动泥浆泵和转盘，使之空转一段时间，待泥浆输进钻孔中一定数量后，方可开始钻进。（2）接长钻杆时，先卸去方形套，提升方钻杆达到钻头与钻杆相连处露出转盘为止。用钻杆夹持器卡位钻头，并支撑于转盘，卸去方钻杆。然后吊起一节圆钻杆，连接于钻头，卸去夹持器，把圆钻杆连同钻头放入钻孔，当圆钻杆上端连接转盘时，照上述用夹持器支持圆钻杆，松吊绳，将方钻杆吊来与钻杆联结，撤去夹持器，把方钻杆降入转盘内并安好方形套，继续钻进，以后需要再接长钻杆时，照以上步骤在方钻杆同圆钻杆之间加接圆钻杆就可以了，一直钻孔到需要深度为止，卸去时亦同样办理，只是把接长改为减短而已。（3）接卸钻杆的动作要迅速、安全、争取在短时间内完成，以免停钻时间过大，增加孔底沉淀。3、钻进时操作要点（1）开始钻进时，进尺应适当控制，在护筒刃脚处，应低档慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥皮护壁，钻至刃脚下1m后，可按土质以正常速度钻进。如护筒土质松软发现漏浆时，可提起钻锤向土中倒入粘土，再放入钻锥倒转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆孔隙，稳住泥浆继续钻进。（2）在砂土或软土层钻进时，易坍孔，宜选用平底钻锥，控制进尺，轻压、慢速、大泵量、稠泥浆钻进。（3）在粘土中钻进，由于泥浆粘性大，钻锥所受阻力也大，易糊钻。宜选用尖底钻锥，中等转速，大泵量，稀泥浆钻进。（4）在亚粘土或亚粘土夹卵、砾石层中钻进时，因上层太硬，会引起钻锥跳动蹩车，钻杆摆动加大和钻锥偏斜等现象，易使钻机超5负荷损坏，宜采用低档慢速，优质泥浆，大泵量，两级钻进的方法钻进。（5）钻进过程中，每进尺5-8m，应检查钻孔直径和竖直度，检查工具可用圆钢筋笼，吊入孔内，圆笼中心使与钻孔中心符合，如上下各处均无挂阻，则说明钻孔直径和竖直度符合要求。（二）反循环回转钻机钻孔由于空气吸升式反循环回转钻机钻孔一般用于钻深孔，此处论述从略，以下主要就较常用的泵吸式反循环回转钻机钻孔予以介绍。1、锥机就位与正循环回转机基本相同。2、开钻（1）为防止堵塞钻头的吸渣口，应将钻头提高距孔底约20-30cm，将真空泵加足清水（为便于真空泵启动，不得用脏水），关紧出水控制阀门，使气水通畅，然后启动真空泵，抽出管路内的气体，产生负压，把水引到泥石泵，通过沉淀室的观察窗看到泥石泵充满水时，关闭真空泵，立即启动泥石泵。（2）当泥石泵出口真空压力达到0.2Mpa以上的压力时，打开出水控制阀，把管路中的泥水混合物排入沉淀池，形成反循环后，启动钻机慢速开始钻进。（3）打开出水控制阀后，若压力减到0.2Mpa以下时，可关闭出水控制阀，减少排量，或者在操作中反复启闭控制阀以提高泵内压力。3、接长钻杆当一节钻杆钻完后，先停止转盘转动，并使反循环延续工作至孔底沉渣基本排净（约需1-3分钟），然后关闭泥石泵接长钻杆，在接头法兰盘之间垫3-5mm厚的橡胶圈，并拧紧螺栓，以防漏气、漏水，然后如上述工序，一切正常后继续钻进。4、控制钻速（1）应粘土中钻进时，用一档转速，放松起吊钢丝绳，自由进尺。（2）在普通粘土，砂粘土中钻进时，可用二档、三档转速，自6由进尺。（3）在砂土或含少量卵石中钻进时，宜用一、二档转速，并控制进尺，以免陷没钻头或抽取钻渣的速度跟不上。（4）遇地下水丰富容易坍孔的粉砂土，宜用低档慢速钻进，减少钻井对粉砂土的搅动，同时应加大泥浆比重和提高水头，以加强护壁防止塌孔。下面就成孔过程中需要重点控制的几个方面予以论述。（一）机具设备机具的性能对于能否保证施工质量以及工效的高低有很重要的作用，对此施工人员应有相当的了解。1、钻机钻机有很多性能指标，如功率、扭矩、转速，提升能力，通径机架高度和平面尺寸，移动能力……等，但是对施工人员来说，主要看功率和扭矩够不够，桩径越大，钻进时切削阻力越大，要求功率和扭矩越大，在软土层中施工，对于φ650、φ850桩，扭矩不应小于5KN·M，直径1m以上的桩，扭矩应在10KN·M以上。在施工过程中为了不影响进度，尽量不要采用需铺设轨道或用钢丝绳牵引的钻机，应使用自行式钻机或配备履带吊车来移动钻机。2、泥浆循环设备无论是正循环的泥浆泵，还是反循环的泥浆泵，都存在压（吸）力，泵量必须和桩长、桩径相匹配的问题，泵量太大和太小都是不适宜的，太小时切削产生的泥浆不能全部排出，泥浆会变的很粘稠影响进度和质量；太大易在软弱的孔段形成扩径，也会对砂层造成扰动，影响桩的承载力。泵量与泵压有关，如果阻力损耗大时泵量就会减少，一般的离心泵，泵压很小，孔深较大时不宜采用。泵在施工中的磨损相当强烈，轻则引起泵量和压力的明显下降，影响施工质量和速度，重则不得不停止施工进行维修，因此每项工程应该备有备用泵。3、钻杆该方面主要控制施工时配置钻杆的粗细，不允许使用太细的钻杆，其主要原因，主要有以下几点：7①钻杆的粗细、壁厚和接头加工质量决定它所能承受扭矩的大小（钢种相同时），钻杆细容易折断，影响进度和成孔质量。一般φ650桩要用φ89以上的钻杆，φ850桩要用φ114以上的钻杆，桩径再大则逐级选用更大的钻杆。如果桩底有大块石或是完整岩石，因钻头上加几吨重的加重块，扭矩成倍增加，钻杆更要加粗。②钻杆细则内径小，泥浆循环量受限制，钻进速度就慢，泥浆也粘稠，沉渣多，成桩质量必定差。③细杆细则刚度小，受压时易发生弯曲，因此容易打成斜孔或是桩孔性状不规则、粗细不均、成桩质量不符合要求。4、钻头和保径圈钻头质量要控制两点，一是钻头直径必须保证桩的设计直径。施工队伍可以根据其工艺，地层条件、操作水平、机具刚度和稳定性等因素，选择钻头直径，一般可以比设计桩径小2-5cm，最好进行试孔，实测孔径以后来定，总之要保证设计桩径为原则。第二要控制钻头形状，钻头要对称，锥尖角度不应小于120℃，因为不对称的钻头易产生斜孔，锥尖角度太尖会在孔底形成一个锥形，在其中埋藏大量泥块沉渣，影响桩的承载力发挥，这较为不利。为了保证桩孔直径和孔的形状，一定要配置保径圈，标准的报保径圈上应有切削刃口，没有切削刃的应该叫导向，只起防止孔斜的作用。保径圈以设置1-2个为宜。（二）、安装就位钻机完成一桩孔后一般不应直接到邻桩位而应实行跳打原则，这是为了防止因钻机荷载或成孔的应力释放而影响刚灌注完砼的邻桩的质量，实在无法调整桩位时应停顿36h以上才可在邻桩位进行施工且应以后退顺序进行。钻机安装的基本要求是水平、稳固（天车、转盘中心、护筒中心）一垂线，这样才能保证桩的垂直度和桩位偏差符合要求，安装完毕后要用水平尺和测锤校验。钻孔灌注桩施工节奏快，安装容易马虎，常因未垫实，垫稳而在开钻后很快发生偏斜，发现这种情况应立即停钻，重新调平或排除故障后再继续钻进，否则必定造成斜孔事故。8（三）、泥浆实践证明泥浆是钻孔灌注桩施工质量好坏的重要环节。（1）泥浆在钻孔中的作用①在孔内产生较大的悬浮液压力，可防止坍孔；②泥浆向孔外上层渗漏，在钻进过程中，由于钻头的活动，孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁作用，同时将孔内外水流切断，能稳定孔内水位；③泥浆比重大，具有浮渣作用，利于钻渣的排出。（2）钻孔泥浆的施工原理①根据孔位的地质柱状图，确定在不同地层钻进时应采用的泥浆性能指标，并通过试验孔分析泥浆性能的适用条件，进一步调查；②开钻时，新鲜泥浆入孔应通过导管（或钻杆），从孔底灌入置换孔内清水；③在进入某一土层前应调整性能，符合要求后方能钻进，切记盲目进尺，尤其是在容易坍塌、漏失的地层更应引起重视；④每次泥浆性能的调整应建立在取样试验的基础上，关键是决定处理剂的加入量,应根据试验结果和孔内泥浆数量以及循环速度确定。可以在一个循环周期内均匀加宽，切记乱加