浅析钻孔灌注桩的施工工艺与质量控制要点914.doc
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1、摘 要随着我国工程建设事业的蓬勃发展,在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台及核电站等工程中大量采用桩基础,桩基以成为我国工程建设中最为重要的基础形式,在所有桩基类型中,灌注桩应用较为普遍,其中优以钻孔灌注桩为主。如天津地区,钻孔灌注桩已被广泛应用于楼房、厂房、桥梁、塔坐等基础形式中,随着灌注桩应用的日益扩大,如何保证工程质量成为首要问题。目前,在桩基施工中,质量控制能力较差,控制手段不力,造成质量水平不稳定,重大工程质量事故时有发生,给国家、人民的财产带来巨大损失。虽然灌注桩施工工艺正日益完善,但往往由于工艺不当,施工管理不规范,断桩、堵管、夹泥、蜂窝、少灌等质量问题也时有发生。
2、因此,运用科学,实用的施工工艺和方法,加强过程质量控制以确保工程质量显得极为重要。在实际施工过程中,施工技术人员只有了解灌注桩的基本工艺、施工方法、常见的质量事故、事故处理方法,才能做到事前控制、事中控制及事后控制。从而保证灌注桩的施工质量满满足设计及安全使用需要。关键词:钻孔灌注桩 质量控制 施工工艺 目 录第1章 绪 论11.1课题研究的意义11.2研究现状11.3课题研究的主要内容2第2章钻孔灌注桩质量控制要点32.1施工机具的选择32.2 钻进过程控制32.3清孔控制42.4钢筋笼制作控制42.5水下混凝土的灌注控制5第3章工程概况63.1工程地质及施工特点63.1.1工程地质条件63
3、.1.2主要施工特点63.2施工机具选用7第4章钻孔灌注桩施工工艺概述84.1钻孔桩施工工艺流程和主要工序84.2具体施工过程84.2.1施工准备84.2.2护筒埋设84.2.3钻机安装94.2.4泥浆的选用及制备114.2.5成孔124.2.6终孔124.2.7清孔134.2.8钢筋笼制作与安装144.2.9水下混凝土的灌注15第5章 常见质量通病及处理措施175.1缩颈175.2钢筋笼上浮175.3桩底沉渣过多185.4导管进水195.5断桩19第6章 结语21参考文献22致 谢23第1章 绪 论1.1 课题研究的意义桩基础作为建筑物基础实体,施工对是地面以下部分,同时也为地面以上部分服务
4、,最终目的是为保证整个工程的正确性、可靠性和经济性。而钻孔灌注桩作为一种重要的基础形式,常用于楼层高,动荷载大、承载力高的建筑物中,它具有低噪音、小震动、无挤土,对周围环境及邻近建筑物影响小,能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力,适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点。这种施工方法,可以变水下作业为水上施工,从而大大简化施工,缩短工期,降低了工程造价,而且所需设备简单,操作方便。在桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛应用,已成为一种重要的桩型。随着社会经济发展的需要,钻孔灌注桩的桩长和桩径不断加大,单桩承载力也越来越高,同时,也使单柱单桩的设计成为现实。由于钻孔灌注桩的施工大部分是在水下
5、进行的,其施工过程无法观察,成桩后也不能进行开挖验收,尤其对于长桩、大桩,其施工难度大,易发生质量事故。而单柱单桩的设计,对桩的质量要求高,发生质量事故后,加固处理难度大,且费用较高。如果施工中的任何一个环节出现问题,都将直接影响整个工程的质量和进度,甚至给投资者造成巨大经济损失和不良社会影响。因此,桩基施工单位如何施工确保质量是形成工程项目实体的过程,也是决定最终产品质量的关键阶段,要提高桩基工程的质量,就必须狠抓施工阶段的质量控制。探讨桩基施工过程中的质量控制过程和方法,作到事故提前预防,为整个工程打好基础,具有实际的意义。1.2 研究现状目前,钻孔灌注桩的研究,从施工工艺到质量检测,已日
6、益成熟。新的标准和规范也不断出台,而现行所采取的规范和规程,既是指导设计、施工的技术标准,又是评定桩基质量的依据。这些规范和标准包括一些灌注桩的研究资料,从总体上对整个桩基行业确立了一个普遍使用的质量要求标准和操作规程,更加着重于对施工过程中可见工序的标准要求,如钢筋笼的验收,孔深的测量,混凝土塌落度的检验。而对具体项目不同条件下控制要点的研究,没有过细的总结,对如何具体操作以完成质量目标还缺乏针对性。还存在着实际操作难以达到理论要求的现实情况。由于灌注桩属隐蔽工程,施工结果往往是不可见的,就具体的灌注桩施工项目而言,由于受不同地质工程条件限制,所采用的施工工艺和方法也有所不同,这就使得过程控
7、制方法、控制要点因不同项目特点而有所不同。如何落实标准,规范过程,如何针对不同项目的特点有针对性的进行施工管理,作到重视细节、提前予控质量事故是当务之急。 1.3 课题研究的主要内容本课题研究的主要内容包括钻孔灌注桩的施工工艺概述,灌注桩的质量控制要点以及常见的质量通病和处理措施,来说明钻孔灌注桩每一道工序的施工都必须认真严格地进行,任何一个疏忽都有可能给桩基带来施工事故或质量事故。第2章 钻孔灌注桩质量控制要点灌注桩施工质量受到很多因素的影响,只有把握好施工过程中的关键因素,即质量控制要点,才能保证质量。2.1施工机具的选择施工机具的好坏对能否保证施工质量以及功效的高低起着至关重要的作用。选
8、择好合适的施工机具是实现质量控制的首要条件。泥浆循环回转钻进成孔灌注桩的施工机具主要包括成孔的钻机、泥浆循环设备、钻杆、钻头与保径圈,成桩的导管、料斗、球塞、混凝土拌制与输送设备。对于不同的地质条件,不同的桩径,其选择使用的成孔机具如钻机、钻杆、钻头有很大差别。选择钻机,首先要看功率和扭矩够不够,因为桩径越大,钻进时切削阻力越大,要求功率和扭矩也越大。钻杆选择则不宜采用过细的钻杆,过细的钻杆其杆内通道小,泥浆循环量受限制,钻进速度慢,沉渣多,成桩质量难以保证,同时钻杆细则刚度小,受压时容易发生弯曲,造成斜孔形状不规则。钻头直径必须保证桩的设计直径,一般比一设计桩径小5-6cm,钻头形状应对称,
9、锥尖角度不应小于120度,因为不对称的钻头易产生斜孔锥尖过尖会在孔底产生一个锥形,在其中埋藏大量泥块沉渣,影响桩的承载力。成桩用设备主要根据桩体的混凝土方量来考虑安排。导管的基本要求是满足混凝土灌注量、接头密闭不漏水不漏气。导管的长度应保证使得导管下口离孔底的距离保持在0.5m左右。为此在施工中必须配有一些小导管,如0.5m,1.0m,1.5m等不同长度。导管的选用除需考虑混凝土的方量,还应使导管接头的外径比钢筋笼直径应小100mm以上,以免导管钩带钢筋笼。导管孔口的料斗与吊运混凝土的料斗的容量之和应保证首批灌注混凝土的数量满足导管首次埋置深度(1.0m)和填充导管底部的需要。首批灌注混凝土的
10、数量不足会使得先灌入孔内的混凝土大量混杂泥浆,影响桩的质量。可见施工机具的控制是泥浆循环回转钻进成孔灌注桩施工质量控制的重要环节,只有切实把好这一关,才能真正好施工质量。2.2 钻进过程控制钻进过程中主要应加强以下事项的控制:(l)总的原则要快,一个桩的施工时间越短,质量也越不容易出现问题,当然,也不是要绝对的快,该慢的孔段要慢。如开孔时要轻压慢钻以防止发生孔斜,待钻头或导向部位全部进入地层后,方可加速钻进;在淤泥质土层也不能太快,需防止形成螺旋形孔。(2)钻进过程中泥浆循环量应根据地层和钻进速度加以调整,若进尺速度快而泵量小,泥浆必定粘稠而且泥块沉渣多,影响成孔质量;在松软易坍地层中钻进时若
11、泵量和压力太大,会造成扩径甚至坍孔。(3)在钻孔排渣、提钻头除土或因故停钻时,应保持孔内具有规定水位和要求的泥浆比重和粘度。处理孔内事故或因故停钻,必须将钻头提出孔外。(4)终孔时,需对桩孔的孔深、孔径、倾斜度进行检测,符合要求则能终孔,否则需继续。2.3清孔控制需要采用两次清孔来达到规定的硅灌注前的泥浆比重。第一次清孔是钻进至设计深度后直接利用钻具进行的换浆清孔工作。第一次清孔是能否达到技术要求的根本基础,不能因为有第二次清孔而忽视第一次清孔的重要性,因为第一次清孔的冲力(吸力)大,清孔能力强,可以把绝大部分沉渣,包括较大的泥块都返出孔外,而第二次清孔是利用截面粗的导管进行,冲力(吸力)要小
12、得多,不能承担主要的清孔责任,因而第一次清孔一定应达到返出的泥浆中不含有的泥块为止,根据在施工中的经验,对一根三十几米长的直径600的桩来说,正循环清孔的时间应大于30分钟。第二次清孔是在下完钢筋笼和导管以后利用导管进行的清孔,目的是清除这段时间里从泥浆中沉淀到孔底或是被钢筋笼撞到下去的泥块沉渣。在清孔过程中必须注意保持孔内水头,防止坍孔。清孔完毕后,应从孔底取出泥浆样品,进行性能指标试验。需特别注意不得用加深钻孔深度的方式来替代清孔。2.4钢筋笼制作控制钻孔灌注桩的钢筋笼制作一般使用热扎钢筋,材质与焊接要求应符合国家的相关强制标准。钢筋笼制作的技术要求主要是:钢筋笼直径应符合设计尺寸;每节的
13、长度不宜超过10米,也不宜短于5米,因为过长则吊起时易弯曲变形,过短则增加焊接时间,对成桩的质量不利;使用法兰接头导管时,最下面的一节钢筋笼底端应使主筋向外张开,以防导管挂钩导管造成钢筋笼上浮;制作好的钢筋笼应平卧堆放在平整干净的场地,堆高不得超过两层。钢筋笼在下笼过程中应从速,一般桩孔应在1-2个小时内完成。大桩亦不能超过3小时为宜。2.5水下混凝土的灌注控制混凝土的强度等级必须满足设计要求,砂石料、水泥、水等应符合国家标准,采用商品混凝土必须经过现场质量检测。此外,根据灌注桩的特点,水下混凝土还需控制:(l)初凝时间。这个指标对于灌注桩非常重要,一般要求所提供配比的初凝时间是实际浇灌时间的
14、两倍,否则容易在浇灌过程中出现导管凝死等事故。(2)流动性。规范要求坍落度18-22 cm之间,当坍落度小时,易堵塞导管,坍落度大时易发离析。水下混凝土在灌注中应控制以下几个点:(l)水下混凝土灌注前应检查桩底的沉淀层厚度与泥浆指标,不符合要求则应再次清孔。(2)当混凝土灌到孔口不再返出泥浆时,说明混凝土压力已等于或小于其在桩内顶升的阻力,此时应提升导管;若需提高0.5-1.0m以上才能灌入混凝土,则此时应拆除一些导管,减小导管在混凝土的埋深,使动力重新大于阻力。(3)导管的埋深太大或太小都是不利的,埋深太大容易发生硅凝住导管的断桩事故,埋深太浅容易冲翻孔内硅顶面而将沉渣泥浆卷入,造成夹泥至断
15、桩,也容易发生将导管拔出硅的事故。因此,应做到勤提勤拆,不能出现一次拆十几米的情况。以上为钻孔灌注桩施工中应引起足够重视的质量控制五大要点,施工单位在施工过程中应引起足够的重视。第3章 工程概况盐邵河大桥为淮江高速公路江都段的一座大型桥梁,该桥跨越盐邵河及邵真公路,全长754.58 m,主桥上部采用(40+67x3+40)m预应力混凝土箱梁,下部采用01500钻孔灌注桩,桩长55 m,其中主桥左13号、14号墩及右14号、15号墩位于盐邵河中。盐邵河系盐城至邵伯进京杭大运河的干线航道,通航等级为五级,河面宽度约100m,水深6m左右,航运十分繁忙。3.1工程地质及施工特点3.1.1工程地质条件
16、桥梁所在地区属里下河平原沉积区。第四系覆盖层较厚。区内沉积物主要为冲积相为主的陆相堆积和里下河吉泻河相的淤积物岩性主要为全新统及上更新统的亚粘土、粘土、亚粘土混粉砂、粉砂夹亚粘土、粉砂及淤泥质土。钻孔深度内土层分9层、16个亚层,主要有3种:亚粘土,间或夹有粉砂、铁锰质结核,软塑一硬塑;粘土,可塑一硬塑;淤泥质亚粘质土,混粉砂,流塑状态。3.1.2主要施工特点(1)河道水位高、波动大。主桥桩基施工正值雨汛期,河道水位高,流速快,且来往船只较多,水位波动大,钻孔时孔内静水压力变化大,易引起坍孔和穿孔。(2)桩顶高程低。水中桩基桩顶设计高程低于河床1m多,低于正常河水位6m左右。桩基定位、垂直度及
17、钻头摆动的控制难度较大,容易出现偏位现象。(3)土层变化大。钻孔土层有淤泥质土、粘土、亚粘土及粉砂等,土的物理状态从流塑一软塑一硬塑不等,如钻孔工艺、进尺速度或泥浆密度控制不当,极易引起缩孔、扩孔或坍孔。(4)钢筋笼长、单桩混凝土量大。桩基主筋长度50 m,单桩混凝土量97.1 m3。易因钢筋、导管安装及混凝土浇筑历时过长,引起孔底沉淀层厚度增大或坍孔。3.2施工机具选用钻孔设备采用GPS-15及GPS-20型钻机。钻孔结束后钻机立即移位,由多工序一体化钻架(该工艺属省级工法)进行钢筋笼安装及水下混凝土浇筑。该工艺钻机利用率高,能缩短钢筋笼安装及混凝土浇筑时间;同时免去吊机跟班作业,减轻钻孔平
18、台负荷,并能降低机械台班费用。第4章 钻孔灌注桩施工工艺概述4.1钻孔桩施工工艺流程和主要工序钻孔灌注桩施工过程主要可分为成孔阶段、清孔阶段、水下混凝土灌注阶段等三大阶段。钻孔灌注桩是一项工序多、技术要求高、工作量较大、并需要在一个短时间内连续完成的地下(或水下)隐蔽工程。要保质、保量、按期完成施工工程,必须认真做好施工的各项准备工作。钻孔桩施工工艺流程见图1,钻孔灌注桩施工程序见图2。4.2具体施工过程4.2.1施工准备平整场地,清除坡面危石浮土。施工现场的出土路线应畅通。施工复测后,定出桩孔准确位置,在桩外侧设置桩中心的十字控制桩,设置护桩并固桩;经常检查校核护桩。放出桩孔四周。现场四周应
19、设置排水沟、集水井和沉淀池;孔口四周挖排水沟,做好排水系统;及时排除地表水,搭好孔口雨棚。施工现场备足钻孔用水、粘土、碎石、片石等材料,确保意外情况发生时材料齐备,满足处理需要。4.2.2护筒埋设护筒埋设工作是泥浆护壁成孔灌注桩施工的开端,护筒位置与垂直度准确与否,护筒周围和护筒底脚是否紧密,是否不透水,对成孔、成桩的质量都有重大影响。在水域中施工时,护筒沉至河床表面后,可在护筒内射高压水、吸泥、抓泥,在护筒上压重、反拉(静力压桩)或用震动打桩机震动下沉护筒等方法埋设护筒。钻孔桩护筒埋设如图3所示。图3 钻孔桩护筒埋设4.2.3钻机安装旱地桩施工时应平整、加固处理地面,在钻架下部支点处垫设方木
20、,以扩散对地面应力。水中桩时钻机直接安放于平台上。钻机就位时保持底盘平稳、钻架直立、钻头中心对准桩位中心,并将钻架可靠固定。确保在钻进过程中不发生倾斜和位移。图4 钻机的安装泥浆备料泥浆池平整场地(搭设钻机平台)桩位放样钻机就位埋设护筒钻 进终孔质量检查清 孔下钢筋笼安装导管再次检查沉渣厚度及泥浆指标,必要时二次清孔水下混凝土灌注拔除护筒凿除桩头,质量检验下道工序孔内造泥浆泥浆沉淀池混凝土拌制及输送检查混凝土质量及顶面标高、制作试件拼装检查导管钢筋笼制作图1 钻孔灌注桩施工工艺流程图 桩端持力层(3)钻机就位、泥浆制备(5)钻进完成,第一次清孔,检孔(7)插入导管,二次清孔,砼灌注(6)吊放钢
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