钻孔灌注桩的施工技术和质量控制

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kasuo11111111
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  摘要:该文探讨了钻孔灌注桩的质量控制,通过对钻孔桩施工中的过程探讨,总结出对灌注桩质量影响的因素,并对因素分析,做到严格把关每道工序,以保证成桩质量。
  关键词:钻孔灌注桩;质量控制
  
  前言
  钻孔灌注桩钻孔灌注桩是大型工建项目、桥梁的首选桩型,具有单桩承载力大、挤土效应小等多项优点。但由于其除了存在各种桩型的共同缺点,即:施工过程无法观察外,同时其施工大部分是在水下进行的,成桩后也不能进行开挖验收的,因此施工中任何一个环节出现问题,都将直接影响到整个工程的质量和进度,甚至给业主造成巨大的经济损失和不良的社会影响。为此,我们要求承包人在施工中做到:加强施工质量管理,落实施工技术措施,密切注意抓好施工过程中每一个环节的质量,将隐患消除在成桩之前。
  在螺洲大桥项目施工过程中,我们对以下方面进行了严格的控制:(1) 要求承包人在施工前认真熟悉设计图纸及有关施工、验收规范;(2) 要求承包人认真研究地质资料,针对灌注桩在本项目施工过程中可能会发生的一些问题进行分析后制订出施工质量控制措施、技术交底文件、桩基施工记录要求、质量问题(事故)紧急处理方案等,以对桩基施工质量加以全面控制。对于钻孔灌注桩的施工过程,我们主要对以下几个方面进行监测:
  1、成孔
  成孔质量直接关系砼灌注桩的成桩质量,施工中如发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等情况时,将直接影响桩身质量并可能造成桩承载力下降。因此,在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作。
  1.1 采取隔孔施工方法
  钻孔砼灌注桩是先成孔,然后在孔内成桩,桩周土体对桩产生动压力。尤其是在钻孔过程和成桩初始,采取隔孔施工能有效的预防施工中出现坍孔和缩径等现象。在实际施工中还应保证在桩基开孔或钻孔时,其中距5m内的所有桩的砼均已灌注完成24小时以上。
  1.2 控制桩位、桩顶标高和成孔深度的准确,保证桩身垂直度
  埋置护筒前应准确定位,并在埋置后及时复核,除设计另有规定外,严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm,垂直倾斜不大于1%。护筒底部和四周所填的粘质土分层夯实,防止钻孔过程中发生漏浆的现象。
  在施工过程中,一般在桩架就位后复核底梁的水平和钻具的总长度并作好记录,以便在成孔时根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔深度。同时应用测绳复核孔深。测绳在使用中会缩水,在每次测孔是均应复核测绳长度。
  为有效地防止塌孔、缩径等现象,钻孔作业应分班连续进行,经常对钻孔泥浆进行检测和试验,随时进行改正。同时应经常注意地层变化,在地层变化处应及时捞取渣样,判明后记入记录表并与地质剖面图核对。根据实际地质情况及时调整钻进速度、泥浆指标、钻头型式等。钻孔时应采用减压钻进,避免钻杆弯曲。
  钻孔灌注桩对桩身垂直度有很高的要求,桩身垂直度直接关系到钢筋骨架和导管的沉放。在施工中可以通过采取扩大桩机支承面积以使桩机稳固,并经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施,来保证成孔垂直度满足设计和规范要求,并于成孔后下放钢筋骨架前用探孔器对成孔的孔径、垂直度等进行检查。
  探孔器一般用Φ8和Φ12的钢筋制作而成,其外径与设计桩径相同,长度为设计桩径的3~4倍。检测时,将探孔器吊起,使探孔器中心、桩孔中心起吊绳保持一致,慢慢放入孔内。上下通畅无阻为合格;若中途遇到阻碍则应采取措施予以消除。
  1.3 严格控制泥浆指标
  钻孔泥浆由水、粘土(或膨润土)和添加剂组成。粘土以水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土或接近地表的经过冻融的粘土为好,但应尽量就地取材。可通过下列手段现场判断场地土质是否可用:(1) 自然风干后,用手不易掰开捏碎;(2) 干土破碎时,断面有坚硬的尖锐棱角;(3) 用刀切开时,切面光滑,颜色较深;(4) 水浸湿后有粘滑感,加水和成泥膏后,容易搓成1mm的细长泥条,用手指揉捻,感觉砂粒不多。浸水后能大量膨胀;(5) 胶体率不低于95%;(6) 含砂率不大于4%;(7) 制浆能力不低于2.5L/kg。
  以螺洲大桥北接线地质状况为例:①填土:灰褐色,稍湿,松散,主要由粘性土组成,含腐植质等杂质,厚度约0.60-3.70m,②含泥中砂:灰黄,饱和,松散~稍密,含>0.25mm 砂粒约55-65%,泥质含量约5-10%,级配良好,厚度0.70~16.80m,③淤泥:灰黑色,饱和,流塑,含腐植质,具腐臭味,摇振反应慢,干强度及韧性低,稍有光泽,断续夹较多薄片状淤泥,厚度0.70~22.00m。④粉质粘土:灰黄,湿,可塑,刀切面较光滑,干强度及韧性较高,无摇振反应,局部分布,分布厚度0.50-5.00m,⑤卵石:灰色,饱和,中密,卵石含量约55~65%,一般粒径20~80mm,主要成分为火山岩类,表皮略有风化,磨圆度较好,孔隙间以泥砂充填,级配较好,局部地段夹漂石,半数地段分布,厚度0.30~24.80m。⑥强风化花岗岩:灰黄,花岗结构,碎裂-碎块状,岩芯多呈碎石状,锤击易碎,局部地段受构造带影响,隐节理较发育,岩芯呈柱状,锤击不太易碎,饱和抗压强度值小于30MPa,风化程度接近弱风化岩,属较软岩、破碎岩,岩体基本质量等级为Ⅴ级,厚度0.50~19.20m。⑦弱风化花岗岩:灰白色,花岗结构,块状,岩石致密坚硬,锤击声稍哑,节理较发育,岩芯长60~250mm,TCR=80-85%,RQD=50~60%,属较硬岩,岩体完整程度为较破碎,岩体基本质量等级为Ⅳ级,揭露厚度0.20~27.74m。
  泥浆制作和钻孔过程中主要控制以下指标(正循环钻孔):现对密度1.05~1.20(易塌地层1.20~1.45)、粘度16~22s(易塌地层19~28s)、含砂率≤4%、胶体率≥96%、酸碱度8~10、静切力1.0~2.5Pa(易塌地层3~5 Pa)。
  在砂类土、砂砾或卵石中钻孔,事先须备足粘土,调制泥浆的粘土用量计算:
  
  式中:q—每m3泥浆所需的粘土质量;
  V—每m3泥浆所需的粘土体积,
   —粘土的密度,kg/m3;
   —要求的泥浆密度, ,kg/m3;
   —水的密度, 。
  以本项目N1-1桩为例,假设粘土密度为2.2×103kg/m3,泥浆相对密度1.2,则制造1m3的泥浆需0.17m3或0.37t的普通粘土和0.83m3的水,亦即每1kg粘土可制泥浆2.7L。一个钻孔所需总粘土量一般宜按井孔体积(考虑扩孔数量)计算的粘土量再增加6%左右。所需粘土方量为:
  1.4 清孔
  清孔是为了通过抽、换原钻孔内的泥浆,降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标,清除钻渣,减少孔底沉渣厚度,防止因沉渣过厚而造成桩基承载力降低。终孔检查后应立即安排清孔,不得停歇过久使泥浆、钻渣沉淀过多,造成清孔困难甚至塌孔。
  用正循环回转钻进时,用换浆法清孔,灌注桩终孔后,停止进尺,稍提钻锥离孔底10~20cm空转,进行第一次清孔。控制清孔后泥浆的含砂率降到2%以下、粘度17~20s、相对密度1.03~1.10、沉渣厚度不大于设计规定。
  在吊入钢筋骨架后,灌注水下砼前,应再次检查孔内泥浆指标和孔底沉渣厚度,如超过规定,应进行二次清孔,符合要求后方可灌注水下砼。
  1.5 钢筋骨架制作质量和吊放
  钢筋骨架制作前首先要检查钢材的质保资料,检查合格后承包人方可按报送的施工方案中规定的施工方法制作钢筋骨架。在验收钢筋骨架是应按设计和施工规范要求检查钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋骨架保护层的設置及钢筋骨架吊环的设置。
  为了保证骨架起吊时不变形,一般采用两点吊,第一吊点设在骨架的下部,第二吊点设在骨架长度的中点到上三分点之间。对于长骨架,起吊前应在骨架内部临时绑扎两根杉木杆以加强骨架刚度。
  以N1-1为例,每节钢筋笼标准段长度为12m,每段总重1.85t,主吊点用扁担吊在钢筋笼顶端,副吊点选在距钢筋笼另一端点0.4L(即4.8m)处,在钢筋笼平吊时主吊受力0.31t,副吊受力1.54t,副吊用卡环卡在钢筋笼耳筋上,耳筋采用搭接焊在主筋上,焊缝此时受拉强度 ,满足要求。
  在钢筋骨架吊放过程中,应逐节验收钢筋骨架的连接焊缝质量,对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时,要注意钢筋骨架能否顺利下放,沉放时不能碰撞孔壁;当吊放受阻时,不能加压强行下放,因为这将会造成坍孔、钢筋骨架变形等现象,应停止吊放并寻找原因,如因钢筋骨架没有垂直吊放而造成的,应提出后重新垂直吊放;如果是成孔偏斜而造成的,则要求进行复钻纠偏,并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋骨架。钢筋骨架接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间。骨架最上端应用短钢筋固定在护筒上,以防止骨架变位或落入孔中,同时还可以防止骨架上浮。在灌注完毕的砼开始初凝时,即要割断定位骨架竖向筋,使钢筋骨架不影响砼的收缩。
  2、成桩
  2.1 导管
  导管是灌注水下砼的重要工具。导管在使用前应进行水密承压和接头抗拉试验,严禁用压气试压。水密试验的水压应大于孔内水深1.3倍的压力,同时不小于导管壁和焊缝可能承受灌注砼时最大内压力P的1.3倍,P可按式(1)计算:
  ——式(1)
  式中:P——导管可能受到的最大内压力(kPa);
  γc——砼拌和物的重度(取24kN/m3);
  hc——导管内砼柱最大高度(m),以导管全长或预计的最大高度计;
  γw——井孔内水或泥浆的重度(kN/m3);
  Hw——井孔内水或泥浆的深度(m)。
  
  本项目N1-1#桩的P值计算为:
  
  N1-1桩径1.5m,桩长57m。
  N1-1水密试验水压应不小于944.6kpa。
  2.2 原材
  为确保成桩质量,要严格检查验收进场原材料的质保书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告),如发现实样与质保书不符,应立即取样进行复查,对不合格的材料(如水泥、砂、石、水质),严禁用于砼灌注桩。
  避免使用矿渣水泥,若使用应采取防离析措施。水泥的初凝时间不宜早于2.5h,强度不宜低于42.5;粗集料宜优先选用卵石,卵石粒径不应大于导管内径的 ~ 和钢筋最小净距的 ,同时不应大于40mm;细集料采用级配良好的中砂。
  2.3 混凝土的拌制和灌注
  良好的配合比可减少离析程度,因此现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整,在每根桩砼搅拌前都要复核现场砼配合比并校验计量的准确性,严格计量和检测管理,并及时填写原始记录并制作试件。
  在砼搅拌时应加强对砼搅拌时间和砼坍落度的控制。砼搅拌时间不足将会影响砼的强度;砼坍落度太小,流动性不足容易造成堵管。砼坍落采用180mm~220mm。
  灌注水下砼时,首先应对首批灌注砼的数量进行控制,即保证填充导管底部并保证导管首次埋置深度≥1.0m,首批砼所需数量(V,单位m3)可参考式(2)计算:
   ——式(2)
  式中:D——桩孔直径(m);
  H1——桩孔底至导管底端间距,一般为0.4m;
  H2——导管初次埋置深度(m);
  d——导管内径(m);
  h1——桩孔内砼达到埋置深度h2时,导管内砼柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m),即h1=Hwγw/γc
  Hw、γw、γc——意义同式(1)。
  本项目N1-1#桩D=1.5m,d=0.3m,H2>1m, 的V值计算为:
   同时应控制首批砼的初凝时间不得早于灌注桩全部砼灌注完成时间,可通过试验,在首批砼中掺入缓凝剂,以延迟其初凝时间。
  在灌注水下砼过程中应随时了解砼面的标高和导管的埋人深度。导管在砼面的埋置深度一般宜保持在2m~6m,不宜大于8m和小于1m,严禁把导管底端提出砼面。当灌注至距桩顶标高8m~10m时,应及时将坍落度调小至12cm~16cm,以提高桩身上部砼的抗压强度。在施工过程中,要控制好灌注工艺和操作,抽动导管使砼面上升的力度要适中,保证有程序的拔管和连续灌注,升降的幅度不能过大,如大幅度抽拔导管则容易造成砼体冲刷孔壁,导致孔壁下坠或坍落,桩身夹泥,这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易發生。在灌注过程中必须每灌注2m3左右测一次砼面上升的高度,确定每段桩体的充盈系数,《建筑桩基技术规范》规定桩身砼的充盈系数必须大于l。同时要认真进行记录,这对日后发现有问题的桩或评价桩的质量有很大作用。
  3、结论
  钻孔灌注桩的整个施工过程均属于隐蔽工程项目,质量检查困难,如桩的各种动测方法基本上都是在一定的假设计算模型的基础上进行参数测定和检验,并要依靠专业人员的经验来分析和判读实测结果,同一个桩基工程,各检测单位用同一种方法进行检测,由于技术人员的实践经验的差异,其结论偏差很大的情况也时有发生。通过十几年来几十个钻孔灌注桩工程的施工实践,得出这样一个结论:加强桩基工程检测只是一种控制手段,要保证钻孔灌注桩的施工质量,其关键仍然在于人——施工现场管理人员。所以我们强调现场管理人员要有高度的责任心,以防为主,对桩基各个施工环节要充分重视并精心施工,只有这样,桩基的质量才能得到保证。
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