浅谈钻孔灌注桩质量通病的成因及其预防

浅谈钻孔灌注桩质量通病的成因及其预防童冬香内容提要：本文针对钻孔灌注桩常见质量通病问题，从八个方面进行了简要的原因分析，着重从施工测量开始至水下浇筑砼九个施工工序加以具体阐述，从而达到了有效的预防。关键词：钻孔灌注桩质量通病原因分析预防钻孔灌注桩是常用的基础形式，它可以穿越各种地质复杂的土层(如各类黏性土、砂土、碎砾石土、各种石岩层)具有较好的承载力。施工机具简单,且施工过程噪音小、对相邻楼宇影响小、施工安全性好等优点,因而在国内工程中得到广泛地应用，累积了丰富的施工经验。但由于钻孔桩施工作业的特点，钻孔灌注桩的施工环节较多,技术要求高,工艺较复杂。作为隐蔽工程质量控制常需通过间接和经验判断，一般工程常出现1～2%的事故桩。事故桩的处理不仅耗费人力、物力，而且往往影响工程进度。对位于工程网络计划关键线路上的桩基若发生质量事故，其处理有可能影响工程全局进度。因此，桩基质量事故必须通过完善的施工管理和严格的质量控制措施来预防和避免。下面本人根据多年的施工管理经验，从三个方面加以阐述：一、钻孔灌注桩常见的质量通病钻孔灌注桩施工常遇质量问题是钻进时坍孔，钻孔偏斜，扩孔及缩孔，断桩，夹层，钢筋笼错位或上浮，沉渣厚度超标，桩身混凝土完整性差，存在混凝土离析，桩基承载力不足等问题。造成质量缺陷,桩基承载力的下降,影响到工程结构的安全。二、影响成桩质量的原因分析1、孔壁坍陷的主要原因是流砂；土质松散；护筒埋置过线，周围封填不密造成漏浆；操作不当，如提升钻头或放钢筋骨架时碰撞孔壁；泥浆稠度小，起不到护壁作用；浆水位高度不够，对孔壁压力小。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。2、钻孔偏位的主要原因是钻机架安装不稳，钻杆导架不垂直，钻机磨耗，部件松动；土层软硬不匀，致使钻头受力不均；扩孔较大处，钻头摆动偏向一方；钻杆弯曲，接头不正。土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形，以至造成成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。3、扩孔是因孔壁坍塌或钻锥摆动过大所致；缩孔的主要原因是钻锥磨损过甚，焊补不及时或应地层中有软塑土，遇水膨胀后使孔径缩小。4、断桩的主要原因是导管提升过高，导管底部脱离混凝土面；灌注作业因故中断.5、夹层的主要原因是埋观深度不够，混入浮浆；孔壁垮落物夹如混凝土内；导管进水使混凝土部分稀释。6、钢筋笼错位或上浮的主要原因是钢筋笼焊接质量不好；钢筋笼未固定死或未固定.7、桩上段强度较低的主要原因是在工程施工过程中,很难将淤泥彻底清除,于是在浇灌第一斗混凝土进行封底施工时,孔底沉积的淤泥必然混入混凝土中。由于用导管灌注的水下混凝土是从下往上顶升的,先灌入的混凝土顶升于孔的上面,这样就出现桩上段强度较低；浇灌混凝土时,若导管插入混凝土之内过深,浇注速度又较快,则容易在孔体深部沉积较多的骨料,加上振捣过程所造成的混凝土的离析,导致桩体上部强度较低。8、沉渣厚度超标的主要原因是清孔不干净或未进行二次清孔；泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起；钢筋笼吊放过程中，未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底；清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积，以至造成桩底沉渣量过多。三、混凝土灌注桩施工质量控制1、施工测量（1）钢护筒定位施工平台搭设完毕后，在平台上加密至少2点（如果相邻墩也有出水结构物，也可在其上加密），以便设站和后视。加密点的平面位置测设可采用全站仪自由设站法或GPS相对静态定位模式进行；加密点的高程测设可采用EDM三角高程进行跨河水准测量。加密点测设完毕后，用全站仪三维坐标法在施工平台上放出承台设计纵横轴线。根据各钻孔桩钢护筒中心和承台设计纵横轴线的相对尺寸关系用钢尺量距法进行导向、定位架定位（也即放样出钢护筒在施工平台处位置）。沉放时，在两个互相垂直的方向上布设二台经纬仪，控制钢护筒的垂直度，并监控其下沉。护筒沉放完毕后，应用全站仪在护筒顶口放出桩位设计纵横轴线，用钢尺量取护筒顶口的偏位，用垂球或测斜仪测出护筒的垂直度，提交竣工资料。（2）钻机定位及封孔测量钻孔桩钢护筒沉放完毕后，在钢护筒顶口测设出的设计纵横十字丝，其方向线的交点即为设计桩位，钻孔时可据此进行钻机初定位。钻机初定位完成后，用全站仪极坐标法测出转盘中心实际位置，使其偏差符合要求。同时测出转盘顶标高，用来控制孔底标高。钻孔桩封孔测量采用测锤法。主要测导管埋深和混凝土顶标高。2、钢护筒埋设钢护筒的材质、壁厚，内径及顶面底面标高必须根据某一特定桩所处土层条件，地下水情况和施工环境进行认真的分析，护筒选择应比钻孔桩桩径大20cm、钻孔上面安装的护筒应高出原地面至少0.5m，当在水中钻孔时筒内泥浆水位要超过外部水位至少1m，护筒顶应高出水位1.5m以上，并应采用稳定护筒内水头的措施。护筒的埋入深度满足施工及规范要求。护筒按3m长加工，可以根据实际施工情况进行缩短和接长。确保护筒顶面高程和埋置深度适当，埋设垂直牢固能在钻孔中起定位，防止坍孔，阻隔地表水，保持孔内水位的作用。利用全站仪在地面上放出桩位中心点，再由人工按护筒圆弧线开挖。开挖一定深度后，将钢护筒用吊车安放在孔内，用两台全站仪前方交会对钢护筒进行定位和调整垂直度。钢护筒定位后，填粘土并夯实。然后利用吊车吊重物或振动锤将钢护筒沉放到位。3、钻机安装及校核根据平台上的桩位，钻机通过轨道横移或履带吊吊装就位，找平，经测量检查后，将钻机与平台或护筒进行固定、限位，保证钻机在钻进过程中不产生位移。同时在钻进的过程中每接长一根钻杆、钻进时间超过4小时和怀疑钻机有歪斜时均要进行基座检测和调平。利用履带吊将钻头、风包钻杆及配重拼装在一起，在钻机就位后使钻塔倾斜或移动上层底盘，将本组件吊入孔内固定。检查钻杆，清洗密封圈，并接长钻杆，将钻头下到离孔底泥面约30cm处，接通供风及泥浆循环管路，开动空压机，开启供风阀供风，在护筒内用气举法使泥浆开始循环，观察钻杆、供风管路、循环管路、水笼头等有无漏气、漏水现象，并开动钻机空转，如持续5min无故障时，即可开始钻进。对于下入孔内的钻具，须记录钻头、配重、风包钻杆及钻杆的编号和实际长度。钻机的移位主要利用轨道自行移动、履带吊配合作业。钻机经找平、测量检查后，将其与平台进行限位固定，保证钻机在钻进过程中不产生位移。同时在钻进的过程中加强校核。4、泥浆质量和指标控制制作泥浆材料（粘土、膨润土）质量以及泥浆各项性能指标选用合适，保证泥浆护壁的良好作用，防止钻进过程中坍孔、缩孔。同时泥浆具有良好的携带悬浮沉渣的作用，通过泥浆循环易于清除孔底沉渣，并能保持孔内泥浆在不循环时其悬浮的泥砂不会过多沉淀而再次形成孔底沉渣层。5、钻进成孔成孔过程可划分为三个阶段，分别是护筒内钻进阶段、不同土层内钻进阶段及清孔阶段。护筒内钻进阶段：护筒底口2.0m以上，每小时进尺控制在4～6m左右，孔内补充清水，混合泥浆经泥浆净化器处理后泥浆回流入护筒，钻渣转运至处理堆场处理；不同土层内钻进阶段：护筒底口以上2m至岩层顶，用刮刀钻头，开钻时钻头反循环空转，启动泥浆循环系统，置换孔内泥浆，当孔内泥浆指标符合要求后，优质泥浆护壁反循环减压钻进，在护筒底口附近慢速钻进，形成稳定孔壁，每小时进尺控制在0.3～0.8m左右。钻头出护筒5m后恢复正常钻进，根据不同土层的特点，在钻孔过程中及时调整护壁泥浆指标和钻进速度，每小时进尺不得超过5m，孔内补充优质泥浆；岩石层钻进：施工当进入岩层以后，同时保证优质泥浆护壁，直至成孔。此阶段泥浆指标应符合表2中的要求。表2钻孔过程中泥浆指标项目名称PH值比重（g/cm3）粘度（s）胶体率(%)失水率(ml/30min)含砂率(%)指标8～10≤1.1520～2596%以上203第一次清孔阶段：终孔后，及时进行清孔。清孔时将钻具提离孔底约30～50cm，缓慢旋转钻具，补充优质泥浆，进行反循环清孔，同时保持孔内水头，防止塌孔。清孔完成后尽快进行砼灌注。清孔后泥浆指标应符合表3中的要求。表3清孔后孔内泥浆指标参数项目名称PH值比重（g/cm3）粘度（s）胶体率(%)失水率(ml/30min)含砂率(%)指标8～10≤1.120～2298%以上201钻进注意事项：孔内泥浆面高于最高施工水位至少1.5m，并采取措施稳定护筒内的水头高度；升降钻具应平稳，避免冲撞钢护筒扰动钻孔孔壁；接长钻杆时，钻杆连接螺栓应拧紧上牢，并认真检查密封圈，以防钻杆接头漏水漏气，使反循环无法正常工作；钻孔过程应连续操作。详细、真实、准确地填写钻孔原始记录，钻进中发现异常情况及时上报处理。钻至设计孔深并经过监理确认后，开始清孔。考虑到提钻和钢筋笼下放时间较长，第一次清孔应彻底。现场应快速的提钻、移开钻机、检测孔形、下放钢筋笼、布设混凝土浇注平台和下导管，在混凝土浇注前检测孔底沉渣厚度，若孔底沉渣厚度小于规范和设计要求，即可浇注混凝土，否则在导管内下高压气管进行二次清孔。钻头出护筒前更换钻头时应检查钻杆，确认钻杆无损伤后，重新下钻，并在始终处在护筒内的钻杆上(离钻头60m以上)按20m～30m的间距安装两个钻具扶正器，以减小钻杆的自由变形长度，保证成孔垂直度。检孔及护筒内壁清理：为了保证桩基质量，须对护筒内壁的泥皮以及淤泥进行清除，可在始终处于护筒内的钻杆上安装护筒内壁清扫器，在钻孔的同时便清除了附着在护筒上的泥块和泥皮。钻进至设计孔深并经监理工程师确认后，开始检孔。用超声波检孔仪或监理工程师指定的检孔器进行检孔，孔径、孔垂直度、孔深检查合格后，利用钻机或吸泥机进行清孔。6、清孔换浆当钻孔桩钻至设计标高并经监理确认后开始清孔，清孔将钻头提离孔底10cm，慢慢回转钻具以确保孔底钻渣全部清除。清孔同时置换孔内泥浆，并通过泥浆净化器，使砂率降至2%以下、粘度控制在17～20s、比重控制在1.03～1.10。清孔完成后平稳提升钻头，尤其要防止钻头钩挂护筒底口。7、钢筋笼的制作、吊放（1）钢筋笼制作钢筋笼由若干定尺段和1个长度调节段组成。钢筋笼在生产车间的胎膜上分节制作，胎膜由12mm钢板和型钢制作，沿长度方向每隔3m设置一道。为防止钢筋笼吊装运输时变形，在钢筋笼内环加强箍处用φ25钢筋加焊三角形支撑。钢筋笼下放前将其割除。钢筋笼制作允许偏差主筋间距±10mm，箍筋间距±20mm，钢筋笼直径±10mm，钢筋笼长度±50mm，钢筋笼安装允许偏差钢筋笼安装深度±100mm，钢筋笼保护层±10mm。桩的位置偏移：裙房桩按独立柱桩基承台考虑，桩偏位不大于100mm，主楼桩基的桩按群桩考虑，中间桩≤1/4d，且不大于150mm，边桩偏位不大于100mm；支护桩≤1/12d，桩径偏差：-0.1d，且≤-50mm。成桩垂直度≤H/100。对设计要求在钢筋笼上设置超声波检测管，声测管与钢筋笼绑扎固定，安装时保持声测管顺直并将上、下端口密封，确保管道畅通。声测管采用套管法接长。（2）钢筋笼吊放为保持钢筋有必要的保护层，在环筋上可加做保持保护层用的支筋或轮式垫块，其中以采用轮式垫块为宜。垫块的直径应与保护层厚度相适应。垫块应绕周边制作，上下两层应间隔开，保证钢筋笼入孔后各方向的保护层满足设计和规范要求。汽车吊放钢筋笼对准孔位轻缓入孔，徐徐下放。钢筋在纵向可以采用帮条焊接或机械连接，但同一截面上的钢筋接头应不超过总横截面面积的50%。钢筋笼下放到位后，用型钢将钢筋笼临时焊接固定在钢护筒上口，防止钢筋笼在灌注砼过程中上浮或下沉现象。8、下放导管及二次清孔钢筋笼安装完毕，依次安装储料斗、导管并进行二次清孔。导管可采用内径φ300mm（δ10mm）的无缝钢管制作，管节间采用丝扣连接。导管经水密检验合格后投入使用。下放导管时准确记录每节导管长度及安装顺序。将导管拧紧上牢，防止出现掉管事故。导管底口距离孔底30cm，导管下放完毕，重新测量孔深及孔底沉渣厚度，如孔底沉渣厚度超过要求，则进行二次清孔直至孔底沉渣厚度符合要求为止。清孔后泥浆指标比重应大于1.08小于1.2，含砂率＜4%。桩底沉碴要求：嵌岩桩小于5cm，摩擦桩小于30cm。9、浇筑水下混凝土混凝土浇筑一经开始就不能中断。因此，施工现场必须备有足够的原材料、搅拌运输设备及工具等，