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钻孔灌注柱是一种在地下工程施工中的主要承载形式,目前,施工工艺已较为成熟。该地下工程在放线的柱位上钻孔,把土倒向地面,然后在孔内放入钢筋笼,钻孔灌注柱的地下施工为隐蔽工程,且影响其质量的因素很多,只有通过对该项工程进行重点的质量控制,才能减少和避免质量事故,下面主要对可能出现的质量问题进行剖析,并提出预防和处理方法。
1.钢筋笼上浮
1.1原因分析
①钻孔过深、钻杆过长或钢筋笼放置初始位置过高,孔壁有杂物使钢筋笼上浮、箍筋刮孔壁余土造成,加之坍落度较大,由于上升产生的顶托力和大于钢筋笼的自重,因此推动钢筋笼与混凝土一起上浮。②在混凝土灌注钢筋笼下时,灌注混凝土时产生较大的冲击力,推动了钢筋笼的上浮;③混凝土灌注到钢筋笼底时,混凝土灌注时因泵车机械故障等原因中断,30分钟或者更长时间后才能重新灌注,此时柱孔内顶部混凝土产生坍落度的损失或局部初凝,致使混凝土流动性变差,当重新灌注时,混凝土推动钢筋笼整体上移,严重时可能断柱;④钢筋笼在制作、运输、堆放、起吊等过程中不符合规范要求,存在主筋搭接焊接接头未焊平,粗骨料粒径太大等问题形成上浮。
1.2处理办法
①要准确定位钢筋笼的初始位置并与孔口固定。下放时应确保在孔位的中心之上。混凝土接近笼时,应控制在1.5~2.0m,同时注意出口与钢筋骨架的底端不得平齐灌注混凝土,并随时掌握钢筋笼埋深及混凝土灌注的标高,控制钢筋笼底口与钢筋骨架底端高差不小于1m,如混凝土埋过钢筋笼底端2~3m时及时提高于钢筋笼底端;②保持和改善混凝土的流动性是灌注混凝土施工的基本原则,同时改进灌注工艺及把握好初凝时间也是施工控制的重要环节。配制混凝土要按配合比严格控制,灌注要保持快速连续进行状态,缩短灌注时间。也可以掺入适量缓凝剂,防止进入钢筋笼时混凝土的流动性变小;③做好混凝土灌注前的各项施工准备,检查及保证水电供给,检查机具、工器具能正常使用且准备齐全等,并安排轮流值班,做好各种应急预案。开始灌注后,就必须保证灌注混凝土的连续性,最大限度避免中途停工;④预防因钢筋笼不符合施工要求,要在灌注柱的上部分增加钢筋件并设固定装置防止钢筋笼上浮,或者制作钢筋笼时有意让底部向外倾斜10~15mm,把一根箍筋焊接在钢筋笼最下面的主筋的端头上。在加工钢筋笼骨架时要严格控制质量,在运输时要做好保护尽可能防止变形。埋入时要控制好外壁与钢筋笼内筋之间的空隙,大于骨料最大粒径的2倍;⑤浇灌过程中,如出现钢筋笼拔出而上浮的情况时,立即控制混凝土浇灌速度及浇灌量,单向旋转或反复上下摇动,及时处理好钢筋笼的挂带问题;⑥如因埋入过深导致钢筋笼上浮的情况时,立即停止灌注。如检查出埋深超过9m,立即拆除多出部份、把埋深控制在3.0~8.0m以内,改善混凝土的和易性,在适当提高坍落度后方可重新灌注。
2.孔壁坍陷
2.1原因分析
①施工工艺控制不当,对地质条件关注不够,未根据土质实际情况采用合适的泥浆和成孔工艺,导致泥浆护壁质量差;②护筒埋设过浅,护筒的接缝和回填土不够密实出现漏水漏浆情况,造成孔内出现承压水或孔内液面高度不够,孔壁静水压力降低;③对清孔的冲洗液和孔底沉渣控制不严,导致泥浆粘度和密度降低,孔壁静水压力衰减,孔壁牢固度降低;④在松散砂土中钻进过快,或在某一处空转时间过长,或用给水管直接冲刷孔壁;⑤待灌时间过长没有及时灌注混凝土,或灌注时间过长;⑥吊装钢筋笼时,碰撞和损伤孔壁。
2.2预防及处理办法
①认真分析地层结构,成孔选择合适的方法和机具,如土质为松散砂黏土或流沙,应提高泥浆的比重和粘度,选用密度、胶体率、黏度相对较大的质量高的泥浆;②选择足够强度和尺寸的护筒,遇松散易坍的土层应适当埋深护筒,并用粘土密实填封护筒四周;③成孔后必须使用冲洗液认真清孔,清孔时间应根据孔内沉渣情况而定,清孔后分别从孔的口部、中部、底部提取泥浆,以检测泥浆的各项指标是否达标,只有当孔底沉渣值小于规范要求且孔壁牢固时,方可进行混凝土灌注;④加强钻孔的现场管理,钻进速度和空转时间要控制适宜,采用适當的方法保持水头的稳定;⑤成孔后待灌时间一般控制在3小时以内,并派熟练地技术人员控制好混凝土的灌注时间;⑥搬运和吊装钢筋笼时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁,钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间;⑦发生孔壁坍陷,应暂停施工判明坍陷部位并认真分析原因。当坍陷的水量较小时,在坍陷部位上1~2m处回填粘质土混合物和砂后可继续钻孔,并严密监控坍陷数量变化。当坍陷无法控制时,立刻拆除护筒和钻机,待回填钻孔并重新埋设护筒妥善后再钻;⑧当钢筋笼吊装或清孔造成塌孔时,立即停止施工并将钢筋笼吊出,添加泥浆护壁将坍陷物清理干净,不再继续坍陷后重新安装钢筋笼和清孔。
3.钻孔柱身偏斜
3.1原因分析
①存在技术性失误,钻孔机械定位不准确,或施工人员放样有偏差;②钻孔时在土层遇到孤石或障碍物,或在岩石倾斜处和软硬土层交界处,钻头因受阻不均偏移导致桩孔倾斜;③钻杆连接不当或弯曲,导致钻头钻杆两点中线处于不同轴线;④钻架就位后未进行调平或场地本身不平整,导致钻机、底座、钻盘不平而产生偏斜;⑤开挖基坑时一次性挖土深度过大,由此产生土侧压力导致柱位错动,柱位偏差超出规范允许范围。
3.2预防及处理办法
①加强技术管理,减少人为的技术性失误,放样和机械定位须根据技术参数反复校核;②钻入斜状岩层、土质不均匀地层、孤石或碰到明显阻碍地层时,须调慢钻速,不能一味快进。在地质不均匀地层中钻孔时,宜使用钻杆刚度大、自重大的钻机;③钻孔前须平整场地,并夯实硬化,枕木应均匀着地尽量找平。钻机安装时钻架上吊滑轮与转盘中心在同一轴线,钻杆位置偏差控制在不大于20cm,此外安装导正装置也是防止偏斜的有效方法。④在松散易坍地层钻孔时,应尽可能加固地层,钻速不宜过快,注意观察钻杆角度和桩位偏差;⑤应对一般的偏斜情况,可用钻头上下反复扫钻数次削去硬土,如效果不佳,回填粘土至高出偏孔处0.5m以上重新钻入;⑥如偏差较大,应通知监理及设计人员鉴核。
4.柱底沉渣量过多
4.1原因分析 ①未对准孔位,吊放钢筋笼时碰撞孔壁泥土坍落桩底;②泥浆注入量不足或泥浆比重过小难以把沉渣托浮;③未进行二次清孔,或清孔不干净,或清孔后待灌时间过长泥浆沉积。
4.2预防及处理办法
①吊放钢筋笼,柱中心与钢筋笼中心要保持一致,吊装速度不宜过快,应控制好不碰撞孔壁。建议使用钢筋笼冷压接头工艺,加快钢筋对接速度,减少空孔时间从而减少沉渣。钢筋笼置毕,检查沉渣量是否在规范要求控制之内,否则利用导管二次清孔,直到符合规范要求;②泥浆的质量要选好并控制好泥浆的粘度和比重,不能用清水替代。混凝土灌注时,导管底部至孔底距离最好控制在30~40mm,混凝土储备量充足,导管一次最好埋入混凝土面下超过1.0m,以利用混凝土的巨大冲击力清除孔底沉渣;③成孔后钻头在孔底10~20cm上保持慢速空转,循环清孔要超过30分钟。
在总结国内地下工程施工中的钻孔灌注柱的部分施工质量事故案例得出,人为因素是导致事故发生的根本原因,因此重点抓好施工管理,加强现场监督,强化施工人员质量意识教育,规范施工工序流程,做好事前、事中、事后质量控制,就能避免及大部分的工程质量事故发生。
【参考文献】
[1]建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300—2001).中国建筑工业出版社,2009转贴于中国论.
[2]混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204—2002).中国建筑工业出版社,2009.
[3]人民防空工程施工及验收规范(GB50134—2004).中国建筑工业出版社,2009转贴于中国论.
1.钢筋笼上浮
1.1原因分析
①钻孔过深、钻杆过长或钢筋笼放置初始位置过高,孔壁有杂物使钢筋笼上浮、箍筋刮孔壁余土造成,加之坍落度较大,由于上升产生的顶托力和大于钢筋笼的自重,因此推动钢筋笼与混凝土一起上浮。②在混凝土灌注钢筋笼下时,灌注混凝土时产生较大的冲击力,推动了钢筋笼的上浮;③混凝土灌注到钢筋笼底时,混凝土灌注时因泵车机械故障等原因中断,30分钟或者更长时间后才能重新灌注,此时柱孔内顶部混凝土产生坍落度的损失或局部初凝,致使混凝土流动性变差,当重新灌注时,混凝土推动钢筋笼整体上移,严重时可能断柱;④钢筋笼在制作、运输、堆放、起吊等过程中不符合规范要求,存在主筋搭接焊接接头未焊平,粗骨料粒径太大等问题形成上浮。
1.2处理办法
①要准确定位钢筋笼的初始位置并与孔口固定。下放时应确保在孔位的中心之上。混凝土接近笼时,应控制在1.5~2.0m,同时注意出口与钢筋骨架的底端不得平齐灌注混凝土,并随时掌握钢筋笼埋深及混凝土灌注的标高,控制钢筋笼底口与钢筋骨架底端高差不小于1m,如混凝土埋过钢筋笼底端2~3m时及时提高于钢筋笼底端;②保持和改善混凝土的流动性是灌注混凝土施工的基本原则,同时改进灌注工艺及把握好初凝时间也是施工控制的重要环节。配制混凝土要按配合比严格控制,灌注要保持快速连续进行状态,缩短灌注时间。也可以掺入适量缓凝剂,防止进入钢筋笼时混凝土的流动性变小;③做好混凝土灌注前的各项施工准备,检查及保证水电供给,检查机具、工器具能正常使用且准备齐全等,并安排轮流值班,做好各种应急预案。开始灌注后,就必须保证灌注混凝土的连续性,最大限度避免中途停工;④预防因钢筋笼不符合施工要求,要在灌注柱的上部分增加钢筋件并设固定装置防止钢筋笼上浮,或者制作钢筋笼时有意让底部向外倾斜10~15mm,把一根箍筋焊接在钢筋笼最下面的主筋的端头上。在加工钢筋笼骨架时要严格控制质量,在运输时要做好保护尽可能防止变形。埋入时要控制好外壁与钢筋笼内筋之间的空隙,大于骨料最大粒径的2倍;⑤浇灌过程中,如出现钢筋笼拔出而上浮的情况时,立即控制混凝土浇灌速度及浇灌量,单向旋转或反复上下摇动,及时处理好钢筋笼的挂带问题;⑥如因埋入过深导致钢筋笼上浮的情况时,立即停止灌注。如检查出埋深超过9m,立即拆除多出部份、把埋深控制在3.0~8.0m以内,改善混凝土的和易性,在适当提高坍落度后方可重新灌注。
2.孔壁坍陷
2.1原因分析
①施工工艺控制不当,对地质条件关注不够,未根据土质实际情况采用合适的泥浆和成孔工艺,导致泥浆护壁质量差;②护筒埋设过浅,护筒的接缝和回填土不够密实出现漏水漏浆情况,造成孔内出现承压水或孔内液面高度不够,孔壁静水压力降低;③对清孔的冲洗液和孔底沉渣控制不严,导致泥浆粘度和密度降低,孔壁静水压力衰减,孔壁牢固度降低;④在松散砂土中钻进过快,或在某一处空转时间过长,或用给水管直接冲刷孔壁;⑤待灌时间过长没有及时灌注混凝土,或灌注时间过长;⑥吊装钢筋笼时,碰撞和损伤孔壁。
2.2预防及处理办法
①认真分析地层结构,成孔选择合适的方法和机具,如土质为松散砂黏土或流沙,应提高泥浆的比重和粘度,选用密度、胶体率、黏度相对较大的质量高的泥浆;②选择足够强度和尺寸的护筒,遇松散易坍的土层应适当埋深护筒,并用粘土密实填封护筒四周;③成孔后必须使用冲洗液认真清孔,清孔时间应根据孔内沉渣情况而定,清孔后分别从孔的口部、中部、底部提取泥浆,以检测泥浆的各项指标是否达标,只有当孔底沉渣值小于规范要求且孔壁牢固时,方可进行混凝土灌注;④加强钻孔的现场管理,钻进速度和空转时间要控制适宜,采用适當的方法保持水头的稳定;⑤成孔后待灌时间一般控制在3小时以内,并派熟练地技术人员控制好混凝土的灌注时间;⑥搬运和吊装钢筋笼时,应防止变形,安放要对准孔位,避免碰撞孔壁,钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间;⑦发生孔壁坍陷,应暂停施工判明坍陷部位并认真分析原因。当坍陷的水量较小时,在坍陷部位上1~2m处回填粘质土混合物和砂后可继续钻孔,并严密监控坍陷数量变化。当坍陷无法控制时,立刻拆除护筒和钻机,待回填钻孔并重新埋设护筒妥善后再钻;⑧当钢筋笼吊装或清孔造成塌孔时,立即停止施工并将钢筋笼吊出,添加泥浆护壁将坍陷物清理干净,不再继续坍陷后重新安装钢筋笼和清孔。
3.钻孔柱身偏斜
3.1原因分析
①存在技术性失误,钻孔机械定位不准确,或施工人员放样有偏差;②钻孔时在土层遇到孤石或障碍物,或在岩石倾斜处和软硬土层交界处,钻头因受阻不均偏移导致桩孔倾斜;③钻杆连接不当或弯曲,导致钻头钻杆两点中线处于不同轴线;④钻架就位后未进行调平或场地本身不平整,导致钻机、底座、钻盘不平而产生偏斜;⑤开挖基坑时一次性挖土深度过大,由此产生土侧压力导致柱位错动,柱位偏差超出规范允许范围。
3.2预防及处理办法
①加强技术管理,减少人为的技术性失误,放样和机械定位须根据技术参数反复校核;②钻入斜状岩层、土质不均匀地层、孤石或碰到明显阻碍地层时,须调慢钻速,不能一味快进。在地质不均匀地层中钻孔时,宜使用钻杆刚度大、自重大的钻机;③钻孔前须平整场地,并夯实硬化,枕木应均匀着地尽量找平。钻机安装时钻架上吊滑轮与转盘中心在同一轴线,钻杆位置偏差控制在不大于20cm,此外安装导正装置也是防止偏斜的有效方法。④在松散易坍地层钻孔时,应尽可能加固地层,钻速不宜过快,注意观察钻杆角度和桩位偏差;⑤应对一般的偏斜情况,可用钻头上下反复扫钻数次削去硬土,如效果不佳,回填粘土至高出偏孔处0.5m以上重新钻入;⑥如偏差较大,应通知监理及设计人员鉴核。
4.柱底沉渣量过多
4.1原因分析 ①未对准孔位,吊放钢筋笼时碰撞孔壁泥土坍落桩底;②泥浆注入量不足或泥浆比重过小难以把沉渣托浮;③未进行二次清孔,或清孔不干净,或清孔后待灌时间过长泥浆沉积。
4.2预防及处理办法
①吊放钢筋笼,柱中心与钢筋笼中心要保持一致,吊装速度不宜过快,应控制好不碰撞孔壁。建议使用钢筋笼冷压接头工艺,加快钢筋对接速度,减少空孔时间从而减少沉渣。钢筋笼置毕,检查沉渣量是否在规范要求控制之内,否则利用导管二次清孔,直到符合规范要求;②泥浆的质量要选好并控制好泥浆的粘度和比重,不能用清水替代。混凝土灌注时,导管底部至孔底距离最好控制在30~40mm,混凝土储备量充足,导管一次最好埋入混凝土面下超过1.0m,以利用混凝土的巨大冲击力清除孔底沉渣;③成孔后钻头在孔底10~20cm上保持慢速空转,循环清孔要超过30分钟。
在总结国内地下工程施工中的钻孔灌注柱的部分施工质量事故案例得出,人为因素是导致事故发生的根本原因,因此重点抓好施工管理,加强现场监督,强化施工人员质量意识教育,规范施工工序流程,做好事前、事中、事后质量控制,就能避免及大部分的工程质量事故发生。
【参考文献】
[1]建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300—2001).中国建筑工业出版社,2009转贴于中国论.
[2]混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204—2002).中国建筑工业出版社,2009.
[3]人民防空工程施工及验收规范(GB50134—2004).中国建筑工业出版社,2009转贴于中国论.