保证钻孔灌注桩工程质量的几条对策

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  【摘要】对稳蔽形成的灌注桩质量而言,因受地质条件、成桩工艺、操作因素等影响,往往存着不同程度的这种或那种质量问题,为使质量事故降低到最低限度,我们必须从各类事故中找出原因,查明症结,总结经验,吸取教训。
  【关键词】钻孔灌注桩;质量;原因及危害;对策
  1. 前言
  (1)改革开放以来,尤其是近几年,建筑业以日新月异的态势迅猛发展,作为深基础的钻孔灌注桩(以下简称灌注桩),由于其对地质条件变化适应性强、工效高、造价低质量可靠和承载力高等优点而倍受青 睐,被广泛地应用于铁路、公路、航空、水利、工业与民用建筑等工程,并取得了良好的技术经济效益。
  (2)但对稳蔽形成的灌注桩质量而言,因受地质条件、成桩工艺、操作因素等影响,往往存着不同程度的这种或那种质量问题,如断桩、缩径等。不同的质量事故都将危及工程结构的安全,尤其是桩成型后确定质量的检测措施还无较好的先进方法,一旦出现问题很难补救。因此,应当引起高度重视。为使质量事故降低到最低限度,我们必须从各类事故中找出原因,查明症结,总结经验,吸取教训。
  2. 产生质量问题的原因及危害
  2.1关于缩径。
  缩径是指局部孔径(桩径)小于设计孔径(桩径)。产生缩径的原因较多,一般有知下几方面:
  (1)泥浆的使用:泥装性能欠佳,失水量过大,引起塑性土层吸水膨胀或形成疏松、蜂窝状厚层泥皮。
  (2)钻头的使用:因土层的强度高低与成孔直径成反比(使用同一规格钻头),不根据土层特征合理选择钻头,会产生钻孔径向变化。
  (3)施工顺序的安排:若邻桩施工间距和时间间隔不当,则土层中应力尚未消除,新孔孔壁就会产生土层流变。
  (4)砼灌桩时的操作因素:因导管内砼桩随导管的上升而降低,当拔管过快、导管内砼柱过低,则导致桩孔缩径的抑制能力降低,而使桩产生径向变形。
  (5)地质条件:因钻孔时破坏了土体的原来结构,对于饱和土或地下水富集的地层,尤其当地下水具承压性或具一定水力坡度时,地下水就顺通道(钻孔)向地表溢出,若制孔时的水头高度没有严格控制,必将导致桩身砼严重离析而变形。
  缩径的危害是降低桩的承载力。
  2.2关于桩孔偏斜。
  桩孔偏斜就是桩孔出现垂直度偏差或急弯。产生桩孔偏斜的原因有以下几个方面:
  (1)安装因素:钻塔底盘安装不水平或在钻孔过程中钻台产生不均匀沉陷。
  (2)钻具因素:钻杆弯曲,主动钻杆偏斜。
  (3)地层条件:地层中有旧基础等障碍物和软硬不均的倾斜层面(岩面)。
  桩孔偏斜危害:一方面砼灌注工作难以进行,极易引发断桩事故(因导管的垂直窜插运行,难免碰撞、刮擦孔壁,使土渗入砼中,造成桥身质量低劣或桩身夹泥断桩);另一方面是使桩的承载力降低,同时还影响邻桩的正常受力(力一般桩与桩之间均架设系梁)。
  2.3关于沉渣过多。
  沉渣过多就是孔底沉淤或残留超过规定要求,其原因有以下几点:
  (1)泥浆的使用:制孔时泥浆过稀,静切力小,钻粉不易悬浮排除;清孔时泥浆比重过小或用清水置换。
  (2)时间控制:清孔后距砼灌注时间过长。
  (3)桩孔的垂直度:当制孔偏斜,下钢筋笼碰撞、刮擦孔壁使泥土塌落孔底。沉渣过多的危害主要是所成的桩受力后产生沉降,而危及上部结构安全。
  2.4关于钢筋笼的上浮与下沉。
  钢筋笼的上浮与下沉是指钢筋笼的初始安放标高与成桩后的施测标高不符,即钢筋笼标高没有得到有效控制。产生上浮与下沉的原因如下:
  (1)上浮的原因主要为钢筋笼的自重太轻,而砼的流动性又偏小;钢筋笼制作质量欠佳,不直或变形,笼底钢筋向内弯折,钩挂导管;导管在砼中埋深过大。
  (2)下沉的原因主要为孔口固定不牢。
  危害:上升过多,因水平承载力受到影响而降低了桩的使用;下沉过多,不但影响桩的使用价值,还给桩头处理带来极大的困难。
  2.5关于断桩。
  所谓断桩就是桩身质量有严重缺陷或者说桩身不连续。断桩的类型较多,有桩身夹泥断桩、桩身夹砂断桩、桩身存有软弱夹层断桩、桩身砼严重离析变形断桩等等。从断桩的类型上可以看出,造成断桩的原因基本上与上述各种质量问题有关,因此又可说断桩是由上述各种质量问题而引起的次生后果。
  断桩的危害极大,一般断桩均失去其使用价值。
  上述质量问题如不及时发现和消除,必将造成巨大的经济损失,一旦工程报废,后果不堪设想。
  3. 提高灌注桩工程质量的对策
  3.1施工前的准备工作。
  施工前,首先应对甲方提供的图纸、工程地质资料进行充分的分析、研究,明确其设计要求及质量要求,针对具体情况,编制切实可行的施工设计,确定施工工艺,选定施工设备。建立必要的规章制度如:岗位责任制、质量检查和验收制度,主要机械或工序操作或施工规程等。编制好施工设计后,应及时召开全体施工人员大会,明确设计意图及技术要求,使“严格工艺、精心施工、以防为主、重在提高”的原则落到实处。施工准备期间还应做好如下具体工作:
  (1)设备检修:根据工程规划及工艺要求、桩径、桩长及工程地质条件合理选择设备。设备选定后,应尽快组织人员进行检修,使其完备良好,杜绝带病出征。
  (2)钻头加工:根据工程地质条件及设计要求,一般应多准备几种钻头,类型、规格可参照下表(表1)。
  (3)材质试验:砂、石、水泥、钢筋均应送实验室作材质试验,以期开工后有据可依,防止质量事故的發生。材质实验合格后,应按计划将其备足。
  (4)工艺实验:除设计要求作工艺试验外,对重大工程,水域或河床上的工程以及地质资料不详的较大工程,基于对工程负责,应主动向业主提出建议,先作工艺试验,做实验孔钻探,以确定可靠的施工方案。   3.2强化工序管理,严格质量控制。
  在灌注桩施工中,强化工序管理,严格质量控制,是保障工程质量的关键所在。缩径、断桩等质量问题往往都是某道工序没有严格把关和操作不当、措施不力、管理松驰所造成的。因此,要使影响每道工序的制约因素都处在控制范围之内(尤其是关键工序),就必须精心操作、严格控制、严格把关。
  灌注桩主要有成孔及清孔、钢筋笼制作及安放、砼拌制及灌注三个工序,现就此三个主要工序在施工中的状态分述如表2:
  3.2.1成孔及清孔:
  (1)成孔(制孔):在钻机安装水平、周正、稳固及泥浆循环系统符合的前提下,由质检和测量人员(必要时应有监理在场)进行孔位、主动钻杆垂直度校正后方可开孔。在制孔过程中,泥浆要有专人负责,其职责是做好泥浆性能的测定及泥浆坑槽的清理工作。施工现场配备比重计、粘度计、剪计仪以及PH值试纸。泥桨性能控制可参照表二,当然,特殊情况应用适当调整。井内情况一般由机、班长负责,其职责主要是根据地质条件及实际钻进状况合理地选择钻头及钻进参数。一般地,钻头选择可按表一执行。钻压则需根据刀排的数量,各型号硬质合金的数量以及地层的强度来进行计算控制。钻压应遵循正比取值规律(即地强度大取大值,反之取小值);转速宜取慢、中速;冲洗液量则应按钻进速率的正比取值。
  (2)清孔:清孔的方法有正、反循环两种方式,现以正循环工艺叙述。正循环清孔又分第一次清孔和第二次清孔。第一次清孔是指制孔达设计标高后,钻具呈悬吊状态,用优质泥浆置换孔内泥浆的工作;第二次清孔是钢筋笼及导管安放完毕,由于时间过长造成沉淤及安放钢筋笼时碰撞、刮擦孔壁使泥土掉进孔底的清理工作,该工序的控制关键同样是使用优质泥浆并使孔底沉淤或残渣控制在规范规定或设计要求的范围之内。桩以摩擦力为主时,沉渣的允许厚度不大于300mm,桩以端承力为主时,沉渣的允许厚度不大于l00mm,套管成孔的灌注桩不准有沉渣,如有沉渣应及时取出。清孔结束,应立即进行砼灌注,若时间拖延过长,必须重新清孔。
  3.2.2钢筋笼的制作及安装。
  3.2.2.1钢筋笼的制作:钢筋笼制作首先是要求钢筋工有上岗资格,且具一定的经验及焊接技术。其次为钢筋规格尺寸、调直、除锈及焊接诸方面的质量控制,人们往往疏忽焊接质量,现重申如下:焊接表面要求平整、无凹陷及焊瘤;接头处无裂缝;无咬边或咬边深不大于0. 5mm;无气孔及夹渣或在长度为两倍钢筋直径(2d)的焊缝表面上出现的气孔及夹渣不多于两处。
  3.2.2.2钢筋笼的安放:钢筋笼安放的主要控制环节有三点,即:(1)起吊点的合理设置及单节长度控制;(2)避免高起猛落,强行下放,确保变形控制;(3)采取有效的固定方法,控制好笼的上浮与下沉。(1)、(2)两点均较容易,第(3)点的控制却往往由于小的疏忽而事与愿违。建议按下述方法进行施工,因为我们在某工地采用此方法施工100余根桩,经开挖后测量,没有一根根桩的钢筋笼上浮或下沉超过l0cm。该方法称之为管钩钢筋笼固定法,现介绍如下:(参见图1)用建筑脚手架管和25的钢筋加工成如图形状。固定时,脚手架管套在钢筋笼的主筋上(对称的两根或四根),使钢筋弯钩下到第一道加强筋下方后,旋转之使弯钩抱住主筋,上部用搭扣固定在孔口支架上即可。砼灌注结束接近初凝时,再将脚手架管反向旋转,即可拆除其固定装置。
  该方法既能有效地控制钢筋笼的上浮与下沉,同时又能节约传统方法固定时所消耗的铁丝或钢筋。
  3.2.3砼拌制与灌注。
  (1)控制混凝土配合比。
  灌注桩施工用混凝土,必须符合设计强度要求,按标准强度进行配合比,搅拌时应计量准确,拌合均匀和坍落度等符合要求。灌注桩施工时应注意控制发生空洞这一质量问题,产生的主要原因是在一些粘性土地基夹合一层式数层较薄的含水土层的影响,若灌注桩混土和易性很差时,必然会增加浇注困难和影响桩的质量,保证桩体混凝土和易性,并具有足够的自重压力,就能使混凝土达到密实,消除空洞等缺陷。
  因此施工时,要控制混凝土正确的配合比及其量料级配、水灰比等,均应符合设计或规范要求。
  一般灌注桩根据不同成孔方法,对浇注的混凝坍落落度按下列控制:
  水下成孔坍落度16~ 22cm;
  干作业成孔——8~10cm;
  套管成孔——6~8cm;
  灌注过程中导管内砼柱高度要求略高于孔内浆面,目的是防止断桩。
  (2)砼的灌注:A、该工序中,初灌量、导管内砼柱的控制高度、导管的起拔速率及桩孔内砼面的测定是制桩时的主要控制因素。因此,初灌量必须经过计算并配制合理的储料斗,使初灌的砼能将导管一次性理入砼中的深度大于1.2m。计算方法如下:初灌时的砼量为:
  导管密封性能欠佳而进水,影响桩身质量,所以应严格控制。导管起拔速率的控制目的是降低桩身砂石含量的离散程度,使所制的桩身砂石含量分布均匀,所以应定时、定量、匀速地起拔导管。桩孔向砼面的测定主要是为控制好导管的埋深(一般埋深宜控制在2 ~4m范围内),及适时指导导管的拆却工作,确保桩身质量(见图2)。
  (3)另外,在灌注接近尾声时,由于导管内砼桩压力减小,往往造成桩头质量低劣现象,为了有效地控制该现象的发生,储料斗的设置高度应按下式计算:
  he=(P + Rw HW) / Rc ( 等高压强的原理)
  式中:P——超压力(KPa),它与导管作用半径有关(见表3),不宜小于75KPa。以上就灌注桩施工中的主要工序进行了论述,但灌注桩的施工工序很多,其它工序如何控制也是不可忽视的,只要做到強化管理精心施工,就一定能达到提高工程质量预期目的。
  4. 结论
  综上所述,保证钻孔灌注桩质量的关键是:原材料和混凝土强度(包括钢筋笼和砼);保证成孔深度(做好清底);保证实际混凝土浇柱量,严禁小于计算体积。
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