大直径水中深钻孔灌注桩的施工技术和质量控制.doc

大直径水中深钻孔灌注桩的施工技术和质量控制
大直径水中深钻孔灌注桩的施工技术和质量控制

【摘 要】 通过对1.8m直径水中深钻孔灌注桩的施工总结，提出切实可行的技术措施和质量控制要点。
【关键词】大直径 水中深钻孔灌注桩 施工技术 质量控制
钻孔灌注桩基础目前使用已相当普遍，但因属隐蔽工程，其施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收。施工中有时一个环节出现问题，都将直接影响到整个工程的质量和进度。尤其是大直径的水中深钻孔桩，在施工时更应严把各个环节，制定切实可靠的技术措施，加强施工质量管理，否则一旦出现问题，将造成严重后果，甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响，本文根据笔者参加白茆塘大桥1.8m直径、桩长达71.8m的水中钻孔桩施工的经验，就如何保证成桩顺利、保证质量等方面进行探讨，以期与同行相互交流，以达到提高施工水平的目的。
一、工程概况
白茆塘大桥位于江苏省沿江高速公路常熟三标段K78+489.000里程，设计为4-30mPC箱梁结构。基础为钻孔灌注桩，其中1#、2#墩为水中桩，直径1.8m，桩距7.045m，桩长71.8m，河水面到桩底76.8m，该处平均水深4.8m，水流速度6m/s。施工时采用一台GPZ2000型正循环钻机，水上平台为钢管桩栈桥，钢护筒直径2.6m，长6m，其钢板厚8mm。
1#、2#墩钻孔桩是本标段难点工程，能否保证质量如期顺利完成，对全线贯通有很大意义。计划开工日期：2002.4.6，完工日期：2002.7.8。
二、施工准备
周全充分的工前准备，是施工质量和工程工期的一个重要保障，甚至从某一方面来讲，是施工的关键。针对工程特点，我们进行了认真的分析，着重从以下方面出发。
1.根据地质勘探资料，全桩有32m的粉砂层，因而备足陶土，用来改善钻进粉砂层时泥浆的性能。
2.每桩钻孔前要全面检查钻机与地泵等机械是否有故障或隐患，对于易坏、易损耗配件配备用件。
3.钢管桩栈桥水上作业平台设计要稳固，钢管桩要有足够的深度，以最后十锤沉入量小于4cm为准，栈桥要有足够的剪刀撑，以免在钻孔过程中钻机倾斜或不稳。栈桥使用面积充足，25吨吊车应能自由转动。栈桥上要设置高程观测点，经常观测栈桥沉降情况，为钻孔安全提供一方面依据。
4.临时泥浆沟槽的设置要有坡度，使泥浆能从护筒顺利流出。
5.储料斗的加工尺寸应满足首批砼数量V的需要，并应结合钻机结构确定形状和尺寸，大小应比钻架小20cm，本工地采用5 m3圆形料斗，装拆容易。
6.导管要准备两套，每套主管节77m长，另配1m长特殊管2节，两套导管内径均为280mm，管节连接形式相同。在平地上分段拼好，用1800Kpa（计算而得）压力进行水密性试验，试好后按试验时的顺序由下至上用油漆在一侧按每米为单位标明米数，在相对一侧标明导管节数，以保证导管密封良好，利于搞清导管余长。
7.打捞器具的加工：根据导管外径与钻杆的外径加工一螺旋形工具，以备发生意外时急用。
8.探孔器：用φ28钢筋加工，两端为锥形，锥长1.3m，中间为7.2m直段，外径等于1.8m。
9.应备用一台75kw发电机，以保证供电不中断。另备用一台泥浆泵。
10.施工人员要进行工前上岗培训、安全教育与质量教育。
三、成孔质量的控制
大直径水中深钻孔桩成孔是砼灌注桩施工中的一个重要部分，其质量如控制得不好，则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜与桩端达不到设计持力层要求等，还将直接影响桩身质量和造成承载力下降。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. 确保开孔质量
在泥浆池加入适量陶土，用泥浆泵进行循环，换出护筒内清水，经测护筒内泥浆比重达到1.20，其他指标合适时，即可钻进。开始时，钻速放慢，使护筒底以下2m形成良好的护壁后逐渐加速。在此过程中，应注意孔周围是否有冒泡或河水被泥浆污染等现象，以判断是否有护筒底穿孔现象，如发现有异常现象应立即停钻，分析原因，如确认有穿孔，则应加大护筒沉埋深度。
2. 全过程确保合适的泥浆浓度和良好的泥浆循环
钻进过程设专人检测泥浆指标。粘土层泥浆浓度不应小于1.25，每2小时检测一次。钻到粉砂层时，直接往孔内投入一定数量陶土，以改善泥浆性能，每小时检测一次，浓度应不小于1.29，粘度大于19pa·S，钻进速度应适当减慢，以提高泥浆护壁质量，防止坍孔，同时泥浆循环应保持良好，以免泥浆沉淀、糊钻等现象。
3. 确保桩身成孔垂直精度
这是钻孔灌注桩顺利施工的一个重要条件，否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求，应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架与钻杆的垂直度等措施，并于成孔后下放钢筋前作井径、井斜探孔测试。
4. 确保桩位、桩顶标高和成孔深度
护筒经检查无孔洞后沉埋。在护筒定位后与时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查护筒底是否穿过淤泥层到达硬土层，以防钻孔过程中发生漏浆现象。在施工过程中河水面的标高会发生一些变化，为了准确地控制钻孔深度，在桩架就位后与时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。
虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度，但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当，或在提钻具时碰撞了孔壁，就可能发生坍孔、沉渣过厚等现象，这将给第二次清孔带来很大的困难，有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此，提高钻头2m后用测绳复核成孔深度，如测绳的测深比钻杆的钻探小，就要放下钻头继续钻进。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题，因其最大收缩率达1.2%，为提高测绳的测量精度，在使用前要预湿后重新标定，并在使用中经常复核。
为有效地防止塌孔、缩孔与桩孔偏斜等现象，除了在开钻前复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外，还根据不同土层情况对比地质资料，随时调整钻进速度，并描绘出钻进成孔时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降，在软粘土钻进最快0.2m/min左右，在细粉砂层钻进都是0.015m/min左右，两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小，在施工过程中要经常复核钻头直径，如发现其磨损超过10mm就要与时补焊钻头。
5.二次清孔和灌注水下混凝土
灌注桩成孔至设计标高，应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，直到孔口返浆比重持续为1.24左右，测得孔底沉渣厚度小于50mm，即抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管。导管提前按顺序每5节拼好在一起，用吊车吊放，以缩短吊放时间。沉放导管时检查导管的连接是否牢固和密实，以防止漏气漏浆而影响灌注。由于孔内原土泥浆在吊放钢筋笼和沉放导管这段时间内使处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔底部，最终不能被混凝土冲击反起而成为永久性沉渣，从而影响桩基工程的质量。因此，必须在混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔。当孔口返浆比重与沉渣厚度均符合规范要求后，应立即进行水下混凝土的灌注工作。
四、钢筋笼制作质量和吊放
钢筋笼分4节制作，制作前首先要检查钢材的质保资料，检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，这是由于钢筋笼吊放后是暂时固定在钻架底梁上的，因此，吊环长度是根据底梁标高的变化而改变，所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度，以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。钢筋笼吊放前要用探孔器探孔，探孔顺利方可吊放钢筋笼，否则就要扫孔。在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼的垂直度与连接焊缝质量，对质量不符合要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，沉放时不能碰撞孔壁，吊放速度要慢，要稳，切忌快速下放。另外，固定吊环的横梁应有足够的长度和刚度，如小钢轨，固定要牢靠，以防掉笼。钢筋笼接长用4台电焊机焊接，以加快焊接速度，确保沉放时间在4小时内，减少不利因素。
五、成桩质量的控制
1.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），严禁用于混凝土灌注桩。
2.钻孔灌注水下混凝土的施工采用导管灌注，混凝土的离析现象还会存在，但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、石料规格与含水率的变化进行调整，为使每根桩的配合比都能正确无误，在混凝土搅拌前都要复核配合比并校验计量的准确性，严格计量和测试管理，并与时填入原始记录和制作试件。
3.为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时：①加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制，采用自动计量拌合楼集中拌合，掺加缓凝剂改善砼的和易性，延长砼的初凝时间。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落度采用18cm-20cm，并随时测量混凝土面的标高和观测导管标注的余长，掌握导管的埋置深度。导管在混凝土的埋置深度必须保持在3m-4m。②当灌注至距桩顶标高8m-10m时，应与时将坍落度调小至12cm-16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。③在施工过程中，要控制好灌注操作，抽动导管使混凝土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，以免导管拔空，大幅度抽拔导管还容易造成混凝土体冲刷孔壁，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发生。④在灌注过程中必须每灌注6m3左右测一次混凝土面上升的高度，确定每段桩体的充盈系数，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。⑤保证灌注的连续性，要有足够数量的砼罐车保证运输，用两台地泵同时泵送砼到导管，提高灌注速度。⑥.拆卸导管速度要快，以缩短灌注时间，减少不安全因素。
六、结束语
通过制定重点施工技术措施，严格按质量控制要点施工，白茆塘大桥8根大直径水中深钻孔桩于2002-6-16日顺利完成，比计划完工日期提前22天。江苏省科院通过预埋的深测管检测结果全部为A类桩，为沿江高速公路的提前贯通奠定了一定的基础。
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