鉆孔灌注樁施工質量控制研究

VI1引言灌注樁發(fā)展于19世紀末，隨著工業(yè)的發(fā)展以及人口的增長，高樓聳立，許多城市的相對基礎條件較差，其土層之下是一層厚厚的軟土或中等強度的粘土，導致無法直接承受摩天大樓的壓力。如果在摩天大廈中仍使用摩擦樁，則沉降是不可避免的[1]。因此，工程師考慮到挖井，發(fā)明了一種采用挖井技術的鋼筋混凝土樁。自1940年代初期以來，美國開發(fā)了第一臺高性能鉆機。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著各種科學知識和技術的進步和發(fā)展，歐美國家經濟復蘇和發(fā)展，一些樁也廣泛用于高層建筑和摩天大樓中，其類似于一個承重的建筑結構。當然，在我國，鉆孔樁的設計和施工水平也隨著經濟的發(fā)展也得到了顯著提高[2]。2鉆孔灌注樁的相關基本理論概述鉆孔灌注樁在建筑中運用非常的廣泛，當然鉆孔灌注樁相關基本理論知識也變得尤為重要，本章主要對鉆孔灌注樁的基本概念和施工工藝進行介紹，為后面章節(jié)的鉆孔灌注樁施工質量控制和質量檢驗等做鋪墊。2.1鉆孔灌注樁的含義及應用2.1.1鉆孔灌注樁的含義鉆孔灌注樁是在工程現(xiàn)場通過不同方式鉆孔形成樁孔，并在其內放置鋼筋籠，安裝導管后灌注混凝土而做成灌注樁。根據(jù)樁的直徑，它可以分為以下兩種類型。(1)小直徑鉆孔灌注樁：是一種直徑較小的鉆孔灌注樁[5]，又簡稱微型樁，直徑一般在30cm之間，樁體一般由水泥砂漿或小石子混凝土與加勁材料組成。在環(huán)境復雜和地下管線密集的地方，或者在厚度較大的砂層，這時候就可以使用小直徑灌注樁。(2)大直徑鉆孔灌注樁：是一種直徑較大的鉆孔灌注樁[6]，目前直徑大于2m的樁叫大直徑樁，也有把直徑大于2.5m的樁叫大直徑鉆孔灌注樁。2.1.2鉆孔灌注樁的應用鉆孔灌注樁具有機械化作業(yè)的特點，施工簡單易操作，鋼筋籠、灌注混凝土可集中加工和配送，作業(yè)方便，在加上施工噪音和振動小，其又在基礎結構中發(fā)揮著重要作用，有效的提高了建筑工程基礎的穩(wěn)定性和安全性。2.2施工前準備2.2.1技術材料與設備材料的準備在開始工程施工前，需要按照鉆孔灌注樁施工工藝規(guī)范的要求，做好每個環(huán)節(jié)的技術控制，從而保證技術的應用，達到預期的目標。首先在進場前，施工方應提前到達施工現(xiàn)場，并根據(jù)施工圖紙比如：鋼筋籠制作設計圖，樁位平面圖，樁身結構設計圖進行熟悉，進而研究如何進一步開展施工。同時確定可鉆性等級，根據(jù)土質自然條件，確定灌注樁成孔工藝。當然設備材料的準備也相當重要如：鋼絲繩、滑車、鉆頭、泥漿泵、水泵及電氣設備、全站儀，鋼護筒，混凝土，導管等等。圖2.1鉆孔灌注樁施工質量控制圖2.2.2場地的準備在鉆孔灌注樁施工前，先對地下管線的進行具體情況的了解，在施工前清理施工現(xiàn)場，且應該平穩(wěn)壓實，避免鉆孔過程中鉆機失穩(wěn)，產生安全事故，危害工程施工質量，對于比較軟的地面，應鋪滿硬實的土壤。同時也要對施工場所的布局、泥漿池、灌注樁、軟管、施工機器設備的存放區(qū)域進行有效規(guī)劃，對于泥漿池應合理規(guī)劃在離鉆孔區(qū)域較近的位置，方便泥漿進入和流出，泥漿池設置分為沉淀池和儲漿池，設置成長12m，寬6m，高2.5m的一箱兩室，從鉆孔灌注樁流出的泥漿首先進入沉淀池，經過初步沉淀后進入儲蓄池供泥漿泵吸入達到泥漿護壁，在泥漿池周圍要嚴格進行全封閉圍欄進行防護，并掛上警示牌。2.2.3施工機器具的準備施工機器主要有卷揚機、鋼絲繩、滑車、鉆頭、泥漿泵、水泵及電氣設備。卷揚機到位后，對鉆機及設施開展全方位檢查，檢查合格后能才夠開展勘探。選用液壓傳動系統(tǒng)，正反面循環(huán)系統(tǒng)，鉆機要檢查齒輪油和機油的狀況，注滿油料后，要扭緊轉動瓶塞，才能開始進行工作。2.3鉆孔灌注樁的施工工序2.3.1測量放樣場地平整后，應按照設計方案需求對樁進行放樣測量。在樁位周邊鋪設十字型樁，十字型樁應高過防護欄頂部，用全站儀在樁上放樣，核查樁的位置，產生測量記錄，用水泥砂漿或水泥混凝土加強維護，并在打孔流程中查驗樁的位置，且放樣工程施工偏差應調節(jié)在5mm范疇內。2.3.2鋼護筒埋設鋼護筒埋設是為了防止塌孔，便于機械操作，且鋼護筒埋設高于地面0.5m，防止殘渣和地表水進入孔洞，護筒的材質應符合剛度和強度的要求，護筒外側用粘土填滿夯實，嚴防地表水或其他雜物進入護筒內，鉆孔灌注樁所使用的鋼護筒長度應符合施工要求，在開挖過程中，應校正鉆頭中心的位置和孔位中心的位置，鋼護筒的下沉用振動錘震動下沉。在下沉時，鋼護筒很有可能會形變。為了避免變形，可以在鋼護筒設定支撐，鋼護筒向下時，要依據(jù)全站儀、基準點向下埋設。下放時還要隨時隨地查看其平面圖具體方位，發(fā)現(xiàn)誤差要及早改正。2.3.3鉆機就位與鉆孔鉆孔就位，組裝鉆機要求場地平整，堅實，鉆頭的中心與鉆孔中心位置偏差控制在2cm內，在鉆機就位以后，應需要施工測量人員復測樁位是否無誤，并上報給監(jiān)理工程師復查。并在對鉆孔機械工作狀態(tài)進行檢查，主要包括鉆頭直徑、鉆桿傾斜度等鉆孔時采用泥漿護壁，泥漿在鉆孔過程中可以護壁和懸浮殘渣的作用，應儲備足夠多的黏土，膨潤土，施工人員應及時對泥漿參數(shù)進行檢測和控制，針對不同的土層情況和鉆進深度，及時調整泥漿比重以滿足規(guī)范要求。開孔的時候輕壓慢進待鉆桿全部進入孔以后，然后開始提速，特別注意，在砂層等松散易坍塌地層應控制速度。2.3.4成孔檢查當鉆孔的深度達到設計數(shù)據(jù)時，應使用全自動超聲成孔成槽檢測儀對孔深，孔位，孔徑，傾斜度進行檢測，確保各項數(shù)據(jù)達標，確保施工的順利進行和完成。2.3.5清孔清孔是進行鉆孔灌注樁施工的關鍵環(huán)節(jié)[7]，它對于灌注樁基礎的承載壓力有著重要的影響。所以在工程的實際施工中，一定要對鉆孔進行清理，一般情況下，要進行兩次清孔，其中第一次是在鉆孔施工后，第二次是在導管安裝后。第一次清孔通過泥漿泵置換泥漿清孔，向孔內流入經過沉淀處理的泥漿，將孔內的泥漿和砂渣懸浮物換置，現(xiàn)場施工人員將測試清孔后的泥漿指標，確?？變扰懦哪酀{手摸無2-3毫米顆粒，泥漿比重不大于1.1g/m，含砂率小于2%，粘度17-20s。2.3.6鋼筋籠制作與吊放鋼筋籠采用集中統(tǒng)一制作，經過質量檢測后運輸至施工現(xiàn)場。監(jiān)理組織人員共同對鋼筋籠進行再次驗收檢查，鋼筋籠運輸至現(xiàn)場平衡吊起鋼筋籠，先調運至孔口上1米處，在對準后緩慢放置，聲測管的連接采用螺紋套管連接，對每根聲測管進行注水檢查，并在連接接頭上下各1m處用鐵絲將聲測管與鋼筋籠進行綁扎固定，確保聲測管安裝通直、牢固。2.3.7導管安裝導管內壁光滑，接口應用橡膠接嚴密，防止雜物進入，使用前應現(xiàn)在地面上進行試拼接和試壓實驗，確保施工的順利進行，導管組裝后軸線偏差，不超過鉆孔深度的0.5并不大于10cm,試水壓力為孔底靜水壓力的15倍[8]。導管吊裝入孔時，將橡膠圈或膠皮墊安放周正、嚴密，確保密封性良好。2.3.8二次清孔當在摩擦樁沉渣厚度大于20cm或者樁徑沉渣厚度大于5cm時就應該使用導管進行二次清孔，二次清孔后的泥漿比重，含砂率，粘度合格時，就可以利用導管立即注入混凝土。2.3.9灌注水下混凝土混凝土集中攪拌制成，運輸至施工現(xiàn)場，罐車運輸配合導管連通灌注，嚴禁時間停留過長，防止斷樁，采用大料斗配合隔離球，大料斗的尺寸規(guī)格應測算明確。在混凝土澆筑過程中，導管在混凝土中的埋深應調節(jié)在2-6m中間。應精確測量孔里混凝土表層位置，并調節(jié)導管的埋深。搞好灌注記錄，灌注高度在樁頂以上1m，保證樁頂混凝土質量。

3鉆孔灌注樁施工常見質量問題在鉆孔灌注樁中在施工過程中可能出現(xiàn)很多的問題，影響了施工質量，導致施工問題原因有很多，本章重點介紹在施工過程中常見的質量問題，更直觀的熟知問題，為本文的重點內容鉆孔灌注樁的質量控制做好了鋪墊。在鉆孔灌注樁的常見問題主要是塌孔、斜孔、縮徑、沉渣厚度過大、斷樁、離析等。下面就對其定義和問題原因展開討論。3.1塌孔塌孔是指成樁過程中樁孔的坍塌。假如排出來的泥漿中有持續(xù)汽泡或在鉆入過程中忽然泥漿流出，則孔壁已經坍塌。塌陷的因素許多，例如泥漿護壁后未立刻注漿混凝土，或者置放的時間太長，在打孔的時候有大型的施工設備和車輛的震動，在松軟層中進展過快，泥漿護壁形成較慢，孔壁滲水都可能造成塌孔現(xiàn)象，除了這些原因以外，還有泥漿相對密度過小，水頭對孔壁的壓力較小也要造成塌孔，當護筒埋置深度不夠且底部不實，四周填土不實，樁孔附近排水不暢，雨水、污水等在此匯合，樁孔長時間處于起泡狀態(tài)也可能造成塌孔。3.2斜孔斜孔是軸線呈傾斜直線的孔洞，或者發(fā)生彎曲等不符合要求的孔洞，造成斜孔有許多的原因，首先可能是因為鉆機在安裝時地面不平整，穩(wěn)定性也比較差，在加上鉆機在鉆進的過程中發(fā)生不均勻沉降，所以在成孔后孔洞就會出現(xiàn)比較大的垂直偏差或彎曲。其次可能是因為操作人員只會開機，沒有磨刀，導致很多時候出現(xiàn)了斷刀崩刀的現(xiàn)象，由于刀尖未磨到位，刀尖與工件接觸時產生震動導致鉆孔過大。也有可能人為失誤，在工件裝夾不牢固加工時出現(xiàn)了偏移，導致了斜孔。一些巖石傾斜的，或者一邊時軟土層一邊是硬土層的地區(qū)，鉆頭受到的阻力不均勻也會使孔洞發(fā)生傾斜。3.3縮徑縮徑是指樁的某部分樁徑縮小，截面尺寸不符合設計要求。主要原因是墻體泥漿性能差，巖層內軟土膨脹，導致泥漿壓力變大，孔形成時間過長如鉆孔時間放置過長，泥漿自重壓力無法支撐砂層帶來的壓力，就會導致縮徑。地質復雜，鉆速過快，成孔時間太長沒有及時灌注混凝土，也會導致縮徑，或在地層中遇到膨脹類的軟土、粘土、泥巖也容易發(fā)生縮徑現(xiàn)象，當然還有可能是施工方施工時沒有重視，轉包了工程，耽誤了時間。3.4沉渣厚度過大沉渣厚度過大時指在沉渣的層高過高，其中最主要的原因是因為沒有進行二次清理，或者二次清理不及時不到位，客觀的原因有可能是泥漿挑選不合理，未按相關要求明確泥漿規(guī)范，這類工程非常容易出現(xiàn)塌孔，打孔時清渣艱難，導致沉渣厚度大。有可能是施工期過長，施工工序中間分配不緊密，第一次泥漿護壁清孔和灌注混凝土時間間隔過長，造成泥漿沉積。當混凝土通過導管進行水下混凝土灌注時，很有可能會形成離析，進而提升孔底沉渣量。3.5鋼筋籠質量問題把鋼筋籠出現(xiàn)的問題分為鋼筋籠無法下放孔洞、鋼筋籠墜落、鋼筋籠上浮三種情況，造成鋼筋籠無法下放孔洞的原因其實主要是因為放置問題和質量問題，鋼筋籠加工后在堆放運輸和吊裝時，鋼筋籠沒有嚴格按照施工操作規(guī)范執(zhí)行，鋼筋籠也沒有堆放到合理的位置，就很容易導致鋼筋籠變形。還有一個問題就是設置的鋼筋籠保護層墊塊過少，沒有使鋼筋籠保持垂直狀態(tài)進入孔洞，造成了保護層偏離。除了鋼筋籠自身的問題，鋼筋籠無法下放孔洞還有一個原因就是泥漿護壁清孔后，孔內泥漿中包含的鉆渣和細沙慢慢沉到孔底?；炷翝仓拔窗凑找?guī)定清除沉渣，造成深度與設計方案不符合，鋼筋籠底設計標高不正確，無法下放。造成鋼筋籠墜落的原因有：吊點處主筋和加強箍抗壓強度不夠，焊接點焊接不可靠、吊點設定不科學、鋼絲繩破裂、吊筋墜落等都會造成鋼筋籠墜落。在鉆孔灌注樁工程施工中，注漿混凝土時，鋼筋籠可能上浮，鋼筋籠上浮的因素許多，如現(xiàn)澆混凝土速率、間歇性時間等。注漿速率過快時，孔內混凝土會快速提升，增加對鋼筋籠的滑動摩擦力。當然可能是因為孔洞清理不徹底。清孔的目的是減少降低砂漿稠度，消除孔底沉淀。如果孔底沉淀層厚度高，則會導致鋼筋籠上浮[9]。3.6導致樁身斷裂、離析的原因3.6.1斷樁斷樁是指灌注完成后的樁身某一截面完全無連續(xù)性或出現(xiàn)蜂窩，局部夾泥，局部不凝固。在工程施工過程中斷樁的情況時常發(fā)生，主要原因是因為混凝土的凝結問題，混凝土凝固后是不連續(xù)，這種情況很容易形成斷樁，導管埋設的深度對其斷樁也有影響，當然混凝土本身的流動性和質量也對斷樁具有影響，針對導管的埋深深度的情況來說，當導管埋設的深度不夠時，在提管的時候就比較容易出現(xiàn)提漏現(xiàn)象，在后期就會形成斷樁。而當在灌注過程中導管埋深過深時，導致混凝土在灌注的時候出現(xiàn)底部混凝土流動性較差，后面的灌注還未完成，下面混凝土已經凝固，這樣導管在后期提出來的時候，混凝土就會粘在導管上，也會形成斷樁。當然除了導管的埋設深度的影響之外，導管與灌注混凝土之間的摩擦比較大，導致了混凝土流動性變差，在提管的時候很容易發(fā)生導管變形甚至破裂。3.6.2樁身離析樁基的離析是指樁基混凝土拌合物成分相互分離，內部結構成份和構造不勻稱，樁離析關鍵發(fā)生在孔底，但偶爾也會發(fā)生在樁的正中間，會嚴重影響樁基的承載力。進而危害樁的質量，而導致樁身離析的原因，一方面是管道底部與孔底部之間的距離太大或管道直徑太薄，對孔底部的沖擊力太小，孔底的泥漿和部分沉積物無法快速清除而導致的離析，另一方面是導管的泄漏會與泥漿混合并引起離析，混凝土混合物的質量不符合要求也會引起離析。

4鉆孔灌注樁質量控制措施質量控制是施工過程中的重中之重，本章主要對鉆孔灌注樁容易出現(xiàn)的問題，進行質量控制措施，施工中的任何一個工序和流程出現(xiàn)了問題，將給投資方和建設方帶來非常大的經濟損失和不良社會影響，所以務必加強灌注樁施工質量控制，保證每一個施工流程的施工質量，排除可能存在的質量隱患。4.1鉆孔灌注樁質量控制措施4.1.1樁孔塌陷控制措施在樁孔塌陷時，一定要多注意引起其塌陷的原因，樁孔的塌陷會直接影響鉆孔進程，從而直接影響樁的質量，當孔洞坍塌時，孔洞應始終保持足夠的水頭高度。提高淤泥比重，提高淤泥水位，保證水頭壓力。灌注混凝土時速度應適中，并且在清孔后應及時灌注混凝土，防止期間的停留時間過長。在鋼護筒埋設時，應該注意其埋設的深度，避免埋深深度不夠，并且在埋設護筒時，四周回填密實。同時也要采用優(yōu)質泥漿，提高泥漿比重和黏度。在鉆頭鉆進時要避免停鉆時間過長。并且還要在提升鉆頭或吊放鋼筋籠盡量保持垂直，安裝鋼筋加固框架和吊裝工具防止撓曲，防止撞到孔壁。如果鉆孔已經嚴重塌方了，應立即離開鉆機，先對空洞進行回填，在回填以后再進行重新造孔，最后也要在施工作業(yè)鉆孔時，避免周圍大型設備作業(yè)。4.1.2斜孔的控制措施防止斜孔最主要的措施是在護筒埋設的時候就應該垂直向地下埋設，保證后期鉆孔時的精確度，將鋼護筒周圍用粘土壓實，在鉆孔的過程中，當遇到孤石或障礙物時改用沖擊鉆沖擊成孔。如果確實發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜超過了規(guī)范要求，應該進行回填粘土或者是片石，再進行從新鉆孔。4.1.3縮徑的控制措施當縮徑問題出現(xiàn)時，應采用擴孔器或者保持泥漿壓強，為避免收縮現(xiàn)象的發(fā)生，鉆孔前應詳細掌握地質信息，判別水膨脹等不利于地質條件的土層。如有，應采用高損耗水泥漿保護墻體。打孔時，要注意打孔速度。開孔后灌溉等待時間一般不應超過3小時。當發(fā)生收縮時，采用上下反復掃孔的方法，擴大孔徑。4.1.4沉渣過厚的防治措施沉渣過厚的主要原因就是因為沒有進行二次清孔或者是二次清孔沒有處理到位，那針對于施工過程，二次清孔非常重要，有利于后期下放鋼筋籠，灌注混凝土漿。導管對它二次清孔，一直到清到規(guī)定要求為止。另外在處理過程中，要控制好循環(huán)清孔時間，以免出現(xiàn)再次過厚的現(xiàn)象。4.1.5鋼筋籠質量問題防治措施我們要嚴格控制鋼筋的焊接運輸，堆放，鋼筋籠的質量很多程度上決定了樁的質量，所以我們應嚴格把控對鋼筋焊接，運輸，堆放每個階段的質量管理，在鋼筋籠的生產加工、運送、堆放和吊裝過程中，應嚴格執(zhí)行工程施工規(guī)定，將鋼筋籠堆放在合適的位置。除此之外，設定混凝土墊層或橡膠制品墊層，墊層厚度應達到保護層的設計方案厚度。最好用導向鋼管固定鋼筋籠的位置，這樣使保護層厚度合乎設計規(guī)定，而且混凝土澆筑時不會發(fā)生鋼筋籠移位。最后我們也要加強吊點處主筋與箍的強度，提高工人電焊技術，施工小組及時檢查，避免因為電焊工人粗心造成的焊接不可靠。鋼筋籠的加工應嚴格按照施工設計圖的要求和規(guī)范進行。主根鋼筋可以采用對焊。分段鋼筋籠的長度不宜短于6m，連接時50%的鋼筋接頭應錯位焊接，兩根鋼筋軸應在一條直線上。當然為避免導管灌注籠和鋼筋籠向上浮起，籠底鋼筋可稍作喇叭狀。4.1.6樁身斷樁、離析防治措施(1)防止斷樁措施在導管埋深時，注意導管的埋深深度，防止導管埋深深度不夠，也要防止導管埋置過深，在澆筑的時候時候嚴格的監(jiān)測混凝土的澆筑情況，如果發(fā)現(xiàn)不合適，趁混凝土還未凝固的時候，及時作出調整。針對混凝土不合格的情況，可適當?shù)目刂剖嫌昧浚瑫r，混凝土澆筑過程中最怕離析板結，此混凝土一旦停留，必然會造成混凝土導管的堵塞，因此也要在塌落度試驗之后，用5-10分鐘時間觀察是否有板塊、離析情況，一旦發(fā)現(xiàn)，嚴禁用于灌注施工。(2)防止離析處理防止管道底部與孔底部之間的距離太大或管道直徑太薄，嚴格控制混凝土混合物的質量，在進行混凝土澆筑施工前，對所有使用的管道進行注漿壓力試驗，仔細檢查機架并牢固地重新安裝。還要仔細檢查導管架和導管密封圈，以保證導管的密封性能。在絲線上涂上黃油，以保持導管連接處無雜物，保證絲線連接可靠，易于拆卸。

結論通過對材料和設備器具的準備、施工機械的準備、注漿的準備和預埋件的組裝、鋼筋籠的襯吊放、鉆孔清理、混凝土澆筑、施工過程中容易出現(xiàn)的問題等一系列研究，總結了鉆孔灌注樁的施工難點，研究了整個鉆孔施工技術。主要成果如下：鉆孔灌注樁工藝簡單，但是在施工過程中有許多細節(jié)需要注意。在場地準備中需要提前去規(guī)劃泥漿池，設備器具放置地，在鋼護筒埋設是也需要注意高于地面0.5m，在鉆機工作時，應垂直向地面鉆入防止斜孔。在清孔的時候，分兩次，需要注意的是，當在摩擦樁沉渣厚度大于20cm或者樁徑沉渣厚度大于5cm時就應該使用導管進行二次清孔。在導管安裝時一定要注意管與管連接的密封性，同時在灌注混凝土時應該注意適當?shù)墓嘧⑺俣?，以防發(fā)生斷樁等問題。在施工過程中，常出現(xiàn)的塌孔，斜孔，縮徑，吊放鋼筋籠可能出現(xiàn)的問題，導致樁身斷裂，最后介紹其控制措施。

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