旋挖成孔灌注桩质量控制重点及监管要求

旋挖成孔灌注桩2012年9月目录一、旋挖成桩工程应用现状二、旋挖成桩工程相关规范、标准及文件三、旋挖成桩工程常用术语解释四、旋挖钻进工作原理、特点及适用土层范围五、旋挖设备组成、选型及成孔工艺类型六、旋挖成桩施工工艺及质量控制重、难点七、旋挖成孔常见问题预防和处理一、旋挖成桩工程应用现状施工队伍组成：1、专业地基基础施工企业2、地勘单位专业技术人员3、施工总承包企业4、私人承包存在问题1、先进技术代替传统工艺，技术力量及经验储备不足。2、复杂地质条件下施工经验不足，成孔工艺选择不当及缺乏应急处理办法。3、项目管理水平参差不齐，施工质量技术标准模糊。4、施工技术标准欠缺。二、旋挖成桩工程相关规范、标准及文件（一）旋挖成桩工程相关规范、标准国家标准：《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001《岩土工程勘察规范》GB50021-2001《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011《建筑地基与基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002《混凝土质量控制标准》GB50164-2011《工程测量规范》GB50026-2007行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008《建筑变形测量规范》JGJ8-2007《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2010《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-2012《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003地方标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》DBJ50-125-2011《重庆建筑地基基础设计规范》DBJ50-047-2006《工程地质勘察规范》DBJ50-043-2005《旋挖成孔灌注桩工程技术规程》（征求意见稿）（二）旋挖成桩工程相关文件一、《关于加强桩基工程质量监督和检测的紧急通知》-渝建质监【2008】004号二、《重庆市建设领域禁止、限制使用落后技术通告（第七号）》；三、《重庆市质监总站关于加强对旋挖桩成桩质量检测的通知》渝建质监【2011】53号。三、旋挖成桩工程常用术语解释■干作业旋挖成孔不使用稳定液护壁，直接采用旋挖钻具成孔的一种工法。■湿作业旋挖成孔采用旋挖钻具、稳定液护壁的一种成孔工法。■全护筒作业旋挖成孔使用套管跟进对易坍塌、易缩径地层进行护壁，采用旋挖钻具成孔的一种工法。可分为护筒下到位后钻孔和护筒跟进钻孔。■造壁钻孔通过预注浆工艺将钻孔位置的松散地层用水泥浆液胶结形成稳定的地层，然后采用旋挖钻具直接取土成孔的一种工法。■负摩阻力桩周土由于自重固结、湿陷、地面荷载作用等原因而产生大于基桩的沉降所引起的对桩侧表面的向下摩擦力。■刚性角刚性基础中压力分布角。（桩基础中应注意相邻桩的底标高之差应小于桩净距，一般刚性角设计取45°。）■桩的中性点当桩穿越厚度为L0的高压缩土层，桩端设置于较坚硬的持力层时，在桩的某一深度Ln以上，土的沉降大于桩的沉降，在该段桩长内，桩侧产生负摩阻力；Ln深度以下的可压缩层内，土的沉降小于桩的沉降，土对桩产生正摩阻力，在Ln深度处，桩土相对位移为零，既没有负摩阻力，又没有正摩阻力，称该点为桩的中性点。■摩擦桩在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可忽略不计。端承桩在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计。小直径桩d≤250mm中直径桩250mm﹤d﹤800mm大直径桩d≥800mm■砼初灌量水下混凝土浇筑时为稀释、冲散桩底沉渣而要求一定足够数量的混凝土。混凝土初灌量计算公式：V≥πh1d2+πKD2h2式中V-混凝土初灌量（m3）；h1-导管内混凝土高度，h1=(h-h2)(m)；h桩孔深度（m）；h2-导管外混凝土面高度（m），取1.3-1.8mrw-泥浆密度，11-12KN/m3；rc-混凝土密度，23-24KN/m3；d-导管内径（m）；K-混凝土充盈系数，取1.3；D-桩孔直径（m）。■钻孔偏斜旋挖施工过程中，施工桩实际轴线与设计桩孔轴线的偏离称钻孔弯曲，俗称孔斜。■塌孔孔壁土与原生土脱离掉入孔内的现象称为塌孔。■卡钻在旋挖钻进过程中，钻具被孔壁卡住，使提钻或旋转无法正常进行的现象。■稳定液主要用于保持孔壁稳定的液体。■护筒主要用于固定桩位、保护孔口、保持孔壁稳定的筒状体，有钢质护筒和混凝土护筒。五、旋挖钻进工作原理、特点、适用范围（一）旋挖钻进工作原理■旋挖成孔通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。■钻进原理在伸缩式钻杆自重（含钻斗重）和固定于桅架上的油缸液压压力作用下，利用钻杆和钻斗的旋转，通过动力头旋转切削土体使土屑装满钻斗后提升钻斗出土，并实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计量，经反复循环而成孔。（二）旋挖钻机特点■优点自动化程度高、移位灵活方便；低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快，效率高；采用柴油作为燃料，无需水电，安全性能高；无泥浆循环，对环境污染小；誉为“绿色施工工艺”。■缺点因目前旋挖成孔基本采用干成孔方式，无护壁，遇到高回填土、粉土层、较厚流沙层、砂卵石层、孤漂石等复杂地质条件时，成孔较难，易造成卡钻、埋钻、钻杆断裂，缩径、塌孔、夹砂而形成Ⅲ、Ⅳ类桩。因目前桩底扩底工艺尚不成熟（未配备施工可视可控影像管理装置），桩端承载力未能充分发挥作用，桩设计尺寸需增大。因旋挖机械设备自身无吊装能力，需要吊车、起重机等起重设备配合浇筑混凝土或安装钢筋笼；需要装载车、挖掘机、渣车配合出土，设备占用量大，场地需宽。控制难点及重点对项目地勘资料的及时性、准确性、完整性要求特高；施工准备要求高；旋挖成桩速度快，对项目原材料及半成品供应要求高；对项目施工组织协调能力要求高；对项目质量技术管理能力、预判能力要求高；对钻机操作人员技能要求高；桩端沉渣厚度检测可视技术尚待进一步提高；施工质量过程管理、旁站监督、收方签证的及时性显得尤为重要。（三）旋挖钻机适用土层范围砂土人工填土粉土淤泥质粘土、粘土粉质粘土中密~密实碎石土、卵石、孤石全、强风化岩层泥岩（泥质、钙质胶结）砂岩层石灰岩、灰岩层凝灰岩层花岗岩层六、旋挖设备组成、选型及成孔工艺类型（一）旋挖钻机组成■旋挖钻机组成由液压履带式伸缩底盘、主机、自行起落可折叠桅杆、伸缩式钻杆、钻具、及滑轮架、油缸、动力头等部件组成。（二）旋挖钻机选型■主要性能参数最大钻孔直径、钻孔深度、扭矩、钻杆直径、钻杆配置、加压力、提升力、钻孔倾角等旋挖钻机钻进过程中80%不需要用加压装置，或需要有很小的加压力。只有在遇到≥10Mpa的岩石时，才使用加压装置进行加压，加压过程应均匀，不应太大。目前使用的旋挖钻机生产厂家主要有三一重工、中联重科，旋挖钻机的主要型号如下。不同钻杆特点摩擦式钻杆地质状况不复杂且容易钻进时；地层承载力小于350kpa的土层、砂层、砂烁层、淤泥地质层；操作容易，可提高工作效率。机锁式钻杆地质状况较复杂且难以钻进时；地层承载力大于400kpa的砾卵石、漂石层、硬质板砂、硬岩层；可适合于所有土层施工。组合杆地基承载力≥600KPa且采用机锁钻杆无法转进的土层。伸缩钻杆示意图（摩阻式）机械锁定式钻杆（机锁式）（四）钻具的选择钻具的类型螺旋钻头、旋挖钻斗、筒式环状钻头、扩底钻头。螺旋钻头岩石螺旋钻头•钻头的切削刃具为头部镶焊有钨钴硬质合金的截齿；•主要用于风化基岩、胶结较好的卵、砾石地层及硬质永冻土层；•结构形式有直螺和锥螺。螺旋钻头短螺旋土层螺旋钻头•所用切削刃具为铲形耐磨合金斗齿或斗齿加截齿；•主要用于地下水位以上的土层、砂土层、含少量粘土的密实砂层以及粒径不大的砾石层；•结构形式为直螺，有单头单螺、双头单螺、双头双螺三种。旋挖钻斗极为重要，主要用于砂土、淤泥、粘土、淤泥质亚粘土、砂砾层、卵石和风化软基岩地层；针对不同的地质条件，底部有单层底板和双层底板，进土口有单开口和双开口；单开口开口大，适合钻进较大砾径的砾石层及大的卵石层、漂石层等；双开口钻头适合钻进一般砂土层及小直径砾石层；针对不同土层分为单层底板旋挖钻斗、双层底板旋挖钻斗、双层底板单开口全镶截齿、斗齿截齿混镶钻斗、带辅助卸土机构的钻斗；对于卸渣特别困难的地层（如粘泥含量很高的粘土层）、直径小于1m的钻斗可将筒体设计成半合式或在筒体内全高焊圆钢与母线成共4根均布；单层底板钻斗单层底板旋挖钻斗统称为钻斗，适合钻进粘性地层及胶结性强的地层；双层底板旋挖钻斗双层底板旋挖钻斗统称捞渣钻斗，适合钻进砂土层及胶结性差的卵砾石地层。双层底板单开口全镶截齿和斗齿截齿混镶钻斗主要用于钻进卵石层；带辅助卸土机构的钻斗主要用于钻进遇粘泥含量较高的粘土地层可提高卸渣效率。斗齿底截齿底排气孔单层底钻头卵石取芯桶钻冲抓锥碎石、取石两瓣斗返回冲抓锥筒式环状钻头•用于较硬的基岩地层、大的漂石层及硬质永冻土层；•当旋挖钻斗或螺旋钻头钻进比较困难时采用筒式钻头配合螺旋钻头及捞渣钻斗钻捞结合钻进；•根据用途分为取芯环状筒式钻头和不取芯环状筒式钻头两类；•根据所钻地层不同分为可用于风化基岩及永冻层钻进的截齿式环状钻头及用于较硬基岩钻进的牙轮环状筒式钻头；•常用钻头直径有Φ400mm～Φ3000mm。筒式钻头取芯筒钻结构特征及原理•钻斗斗体分为内、外管两层，外管上焊接主切削齿，内管上焊接副切削齿，内管下端装有承托岩芯的活页片；•钻进时岩芯将活页片顶开进入管内，提钻时活页片靠自重处于水平位置，将岩芯封堵在内管内，提升时将岩芯带出孔外；不取芯筒钻结构特征及原理•在钻头筒体下部直接焊接切削齿或牙轮钻，钻进时筒钻先将地层钻成圆柱状岩芯，然后下螺旋钻头将圆柱状岩心破碎成块体，再下捞渣钻斗捞出钻渣。这种方法施工效率较低，共需换三次钻头。特别是旋挖工法是一种无循环钻进法，环状钻进破碎的岩渣无法及时排出，造成重复破碎并摩损切削齿或牙轮，故此种钻头不常用。扩底钻头与旋挖钻机配套的扩底钻头本身不带装渣机构。完成一次扩孔一般需要3～4次提出钻头或靠钻头底部将部分岩渣带出或下入捞渣斗将钻渣捞出。这种扩底钻头不能很好清孔，即使下捞渣钻头捞渣，扩孔部分也无法捞取，对桩的承载力影响还是存在的。要与旋挖工法配套，研究可视可控扩底钻头清渣迫在眉捷。选择钻具的注意事项钻具是否合适，是施工能否高效钻进的关键因素；根据地层情况、施工工艺进行选配，并可根据现场实际情况进行适应性的改造；根据钻孔直径选择合适的钻具；（钻具直径过大可能会引起混凝土灌注超方，过小钢筋笼下放困难）当遇到钻孔直径较大，地层强度大时，可考虑“分级钻进”，选择合适的筒钻或钻头。常见钻斗的结构特点与适应地层（二）旋挖设备成孔工艺类型成孔工艺类型干孔钻进造壁钻孔全护筒钻进静浆护壁钻进七、旋挖成桩施工工艺及质量控制重难点（一）施工准备技术准备具备资料岩土工程勘察文件（地勘报告内容）•应反映场地各层岩土的类型、深度、分布、工程特性及变化规律；•当采用基岩作桩的持力层时，报告应反映基岩的岩性、构造、岩面变化、风化程度、坚硬程度、完整程度和基本质量等级，判定有无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层；•应查明水文地质条件，地下水位埋深、类型和水位变化幅度，评价地下水对桩基的影响；•对场地的不良地质作用，如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、土洞、可液化土层和特殊性岩土的分布等应有明确判断、结论和处置方案；•评价成桩可能性，论证桩的施工条件及其对环境的影响•有关地基土冻涨性、湿陷性、膨胀性、腐蚀性等评价；•查看勘探点平面布置图，勘探点间距是否符合规范要求。勘探点间距：端承桩宜为12～24m；摩擦桩宜为20～35m；当地层条件复杂，影响成桩或设计有特殊要求时，勘探点应适当加密；高回填土、卵石土、岩溶、岩土界面坡率大于10%等复杂地质条件下的柱下单桩基础，宜每桩设一勘探点。（ＪＧＪ９４－２００８）第３.２.２条•勘探孔的深度一般性勘探孔深应达到预计桩长以下3-5d，且不得小于3m，对大直径桩，不得小于5m；控制性勘探孔深应满足下卧层验算要求，对需验算沉降的桩基，应超过地基变形计算深度；钻至预