钻孔灌注桩施工中的质量问题及预防措施的探究 (2).doc

钻孔灌注桩施工中的问题及预防措施探究摘要：钻孔灌注桩具有施工速度快、占地少、相邻干扰小、承载力大等优点，广泛运用于城市桥梁基础的建设中。通过对钻孔灌注桩特点和施工技术的分析，指出钻孔灌注桩施工质量的主要影响因素，并针对钻孔灌注桩施工中常见的问题，提出从技术和管理两个方面进行预防和控制，从而提高钻孔灌注桩的施工质量。关键词：城市桥梁；钻孔灌注桩；施工；质量；0 引言随着近年来我国城市化进程的加快，城市基础建设工程规模巨大，城市桥梁作为城市交通建设的重要内容，对城市的交通环境改善具有十分重要的意义。我国许多城市的原有地基无法满足构造物承载力和变形的要求，需要通过在原地基中插入杆件来传递上部结构的荷载，这种桩基础结构具有适应性强、稳定性好、承载力高、荷载传递均匀、便于机械化施工等特点，广泛应用于房屋建筑、水工建筑和桥墩基础的施工中，特别是钻孔灌注桩以其施工速度快、占地少、相邻干扰小、承载力大等优点被广泛运用于城市的基础建设中1。钻孔灌注桩通常在地下或水下施工，在施工中容易出现桩位偏差过大、孔底沉渣偏多、钢筋笼上浮、桩体混凝土离析、断桩、夹泥等质量问题，这对钻孔灌注桩的施工技术和程序提出了很高的要求，其质量直接影响到整个工程的安危。因此，要严格控制钻孔灌注桩的施工质量，确保桥梁工程的建设质量。1 钻孔灌注桩的特点及施工技术1.1 钻孔灌注桩的特点灌注桩的型式多样，按照成孔方式的不同可以分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几大类。钻孔灌注桩是在工程现场在泥浆护壁条件下，采用不同的钻孔方法在地基土中按要求形成一定形状的孔洞，在其内放置钢筋笼，再采用导管法灌注混凝土而做成的桩。相比采用锤击或振动法下沉的预制桩、沉管灌注桩，钻孔灌注桩在施工过程中产生的噪声较小，是目前城区建筑的常用类型。预制钢筋混凝土桩、沉管灌注桩在饱合软土中进行密集桩群施工时会导致土中水压力剧增、地表隆起、土体位移、先打设的桩被抬起和挤偏及至弯曲和断裂等问题，这会造成原有建筑物下沉或局部抬起以致结构损坏，而钻孔灌注桩、挖孔灌注桩为非挤土桩，对邻近桩基、城市建筑物及地下管线影响较小。预制混凝士桩、沉管灌注桩的施工受沉桩能力的限制，桩径、桩长和单桩极限承载力均较小，常需采用射水辅助振动沉桩法沉桩，而钻孔灌注桩的单桩的总承载能力大、单桩极限承载力可以很大。此外，钻孔灌注桩省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入等工序，具有较好的经济性。另外，钻孔灌注桩不会出现预制桩的接头问题，也不会影响邻桩，使得钻孔桩质量相对较稳定。1.2 钻孔灌注桩的施工技术1.2.1 钻孔灌注桩钻机的选择随着科学技术的进步，建筑机械设备也取得了快速的发展，钻孔灌注桩的钻孔方式也较多，根据井孔中土的取出方法不同可以分为螺旋钻孔、正循环回转钻孔、反循环回转钻孔、潜水钻机钻孔、冲抓钻孔、冲击钻孔、机动推钻成孔、挖孔等八种方式，在选择钻机时应根据钻机的适应范围、地质情况、对环境影响等因素进行综合考虑，从而选择合适的钻机2。1.2.2 钻孔灌注桩的施工流程钻孔灌注桩的开孔方式多样，各种机械在施工时的具体要求也不一样，但施工流程是基本一致的，如图1所示。图1 钻孔灌注桩的施工流程钢护筒的埋设与泥浆的制备是钻孔灌注桩施工中的两个重要工序。钢护筒的直径略大于桩孔直径，高度也要略高出施工地面，在埋设钢护筒时，要使其在竖向方向上与钻孔中心完全重合，并保证施工过程中不出现倾斜、位移、掉落或泥浆流失等问题，采用多节钢护筒驳接时，还要确保钢护筒刚度、强度及防渗性能达到设计的要求。泥浆在施工过程中起着稳定孔壁、悬浮岩渣等非常重要的作用，配制的泥浆要具有良好的技术性能。钻机就位通常作为钻孔灌注桩施工的重要标志，钻机就位前要保证钻机性能状态良好、配套设备齐全，并确保钻机底盘下方填土具有足够的承载力，避免土体的不均匀沉降导致钻孔偏移。钻机的钻具要具有足够的刚度，并根据地质条件的变化及时调整钻头，从而提高施工的效率和成桩质量。钻孔施工阶段是钻孔灌注桩质量控制的重点，在开钻前要检查钻机的状态，并按照先轻压慢钻后加大钻进速度和压力的顺序进行，并及时调整进尺速度、泥浆比重等。成孔过程中，应及时、准确记录各过程的钻孔的速度和压力等数据，并结合土层取样的结果核对地质情况。当成孔完成后，还要对桩孔的孔深、孔径、孔壁、垂直度等各项指标进行检查，确保各项指标均能符合钻孔灌注桩的质量检验标准。通过清孔可以确定桩孔的孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等各项指标，当桩孔孔壁含有较厚的松散层时，清孔后不能立即终孔，需要待孔内下入钢筋笼，安装好灌浆导管后再次清孔。钢筋笼的钢筋净距、外径、内径、主筋净保护层厚度等符合施工要求，采取吊车吊装时应采取措施防止扭转、弯曲。在钢筋笼安装时，应对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，在下沉到设计位置后立即固定。在钢筋笼安装完成后，应及时对钢筋笼的质量进行检测，在验收合格后及时灌注水下混凝土。水下混凝土的浇筑施工质量直接关系到灌注桩的质量，在施工中必须保证导管严密、混凝土拌和均匀、质量符合要求，并严格按照施工组织的要求进行施工，从而确保桩顶混凝土的质量。3 成桩质量的影响因素3.1 施工机具的影晌从我国长期的桩基施工经验看，桩基成孔施工中的清孔方式、所用泥浆、成孔和清孔时间、护壁等因素对桩基的成孔质量都有一定的影响，但孔壁形状是最主要的因素，而这主要是由于施工机具的不同引起的3。双腰带翼状钻头和单腰带钻头是钻孔时常用的两种钻头，双腰带翼状钻头的导向性能好，可以保证钻进过程中的平稳，而单腰带钻头在钻进过程中钻杆有一定的晃动，这也使得单腰带钻头成孔浇灌混凝土成桩后混凝土和桩周土体间形成嵌入结构，显著提高了桩侧的摩阻力。因此，由于双腰带翼状钻头成孔的孔壁光滑，采用泥浆护壁工艺时会使孔壁附上一层泥皮，这导致桩侧摩阻力显著下降，在粘土尤其是饱和软粘土分布较广的地区应该谨慎使用。3.2 土层分布的影响由于实际工程建设位置的土层存在较大的差异，但主动土压力是造成孔径变小的主要因素之一。从对上海地区部分桥梁的实测桩基工程资料的统计结果来看，由于在地表以下8m12m这个范围内的土层主要是淤泥质粉质粘土，土层的稳定性较差，且由于浅部土层受施工和地面等扰动较深层土更为严重，导致钻孔灌注桩在这个范围内的孔壁变化极不规律，但由于它埋深比较浅，对钻孔灌注桩的力学性能影响不大，可能会对基桩检测造成误判4。3.3 泥浆性能的影响钻孔灌注桩施工过程中为了防止孔壁坍塌要对孔壁进行保护，泥浆护壁是钻孔灌注桩施工过程中不可缺少的一个工序钻孔灌注桩泥浆的护壁作用主要体现在隔水膜的形成及泥浆液态静压力两个方面。当泥浆在液压作用下浸入土层会在孔壁周围形成了较稳定的土层，当继续渗透时会最终填满土层中的空隙形成隔水膜，从而增加了土层的抗剪强度，如图2所示。泥浆的液态静压力持续作用在孔壁上会与土压力、水压力相平衡，并防止地下水的渗入，同时增强了土层的强度，有效地保持了孔壁的稳定性。但在使用泥浆时，由于钻头的离心力和向下冲击力使得泥浆在水力梯度作用下向桩周土层渗透，并与桩周土体混合形成泥皮，这降低了桩侧摩阻力和单桩整体承载能力，使大多数钻孔灌注桩的破坏模式发生变化，导致桩基的承载力实测值甚至达不到设计值的一半，形成了不容忽视的事故隐患。图2 泥浆隔水膜的形成3.4 施工工艺的影响施工工艺也是影响钻孔灌注桩质量的重要因素之一，不少工程中都出现过相邻两个单体钻孔灌注桩的质量相差很大的情况，这对钻孔灌注桩的施工工艺密切的关系。钻孔灌注桩施工时，钻进速度过快留泥浆护壁的时间过短，而当钻进速度过慢会反复切削孔壁，导致孔径缩小，甚至塌孔。在孔内流动的泥浆与孔壁间产生摩擦，有时施工中为提高钻进效率常加大泥浆流量，这会加强泥浆对孔壁冲蚀，加速孔壁坍塌。钻孔上下钻的提升速度过快也会成孔壁的坍塌。此外，混凝土中含有过大粒径的集料、和易性较差、运输和灌注等过程中分离等原因会导致混凝土在灌注时卡管。4 钻孔灌注桩常见问题及预防措施4.1 施工过程中容易出现问题2000年以后，我国城市建设的步伐不断加快，一大批城市快速高架系统及大量大跨度桥梁的开通极大地改善城市面貌及拥挤的交通状况，其中不少桥梁基础都应用了钻孔灌注桩。随着城市交通工程建设的持续进行，传统打入式预制桩的施工噪声较大，对周围居民的生活造成了严重的影响，而钻孔灌注桩的施工速度快、承载力大，而且施工噪声很小，基本不会影响城市居民的生活，在城市桥梁建设中的应用越来越广泛。与预制桩相比，钻孔灌注桩的主要问题是桩身的混凝土质量不易控制和保证，在地下、水下灌注混凝土过程中，容易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥等现象，常常容易引起质量事故。钻孔灌注桩施工中常见的问题主要有孔壁坍塌、桩身缩颈、导管漏水、桩身蜂窝、桩头浮浆、钢筋笼移动等七类。孔壁坍塌主要是由于泥浆护壁不佳和土质不好引起的，其危害性极大，会导致孔底沉渣增多变厚，桩端与持力层不接触，并且使得桩侧土体变松软，降低桩侧摩擦力。灌注混凝土时由于不规范的操作容易引起孔壁的局部坍塌和内挤，破坏了桩基的整体性，使得桩身的强度和承载能力下降，造成桩身缩颈、夹泥和断桩等问题。当混凝土导管漏水时，浇灌的混凝土会被水冲稀而严重离析。当导管内壁变形过大或者隔水塞制做粗糙时，容易导致导管堵塞，使己浇好的混凝土面上容易重新积存沉渣，造成新混凝士与已浇混凝土的分层，成为桩基破坏的诱因。当承载桩布筋过密时，混凝土粗骨料就难以从笼内挤出填充到孔壁与钢筋笼间的空隙中，导致混凝土的离析，而且笼体弯曲不直会导致笼与孔壁间隙过大或过小，造成混凝土的离析，严重削弱桩的承载力。在桩头以下相当一段上部桩身的浇筑时，常常会由于控制不当，导致混凝土离析，使得桩上段丧失承载能力。当由于施工中导管置放和上拔过程中挂住钢筋笼时，会带动钢筋笼上浮或下沉，这也会导致混凝土的强度受损，严重削弱桩的承载能力。4.2 施工问题的技术性预防措施钻孔灌注桩在施工过程中出现的问题不是孤立存在的，常常是由多个因素共同作用而发生的。在钻孔灌注桩施工出现问题后，应及时查明原因，提出解决方案，并分清事故的产生是施工质量，还是施工环境发生变化所致。因此，在钻孔灌注桩施工时，要加强支护结构的强度和刚度，尽量减少基桩变位，并对基坑开挖、降水、打桩的方法、速度和顺序进行严格控制，减少坑外环境变异的时间与空间限度。桩头混凝土的浇筑宜分块跳浇，在连成整体，减少淤泥的上涌。对于需要采取降水施工的钻孔灌注桩，特别是深厚软土地基中的桩基础，施工前还需采用调研与理论分析结合的方法来评估降水对钻孔灌注桩施工的影响，从而减少施工事故的发生，并提高钻孔灌注桩的施工质量。4.3施工问题的管理性预防措施桩基工程作为桥梁的基础工程，直接关系到整个桥梁的安危和正常使用，防止桩基工程的质量问题一定要从治本的高度上予以重视。因此，需要全面开展桩基工程的质量管理与监督，通过强化施工过程的管理，将质量问题消灭在其萌芽状态之中。由于近年来城市道路与桥梁工程建设的快速发展，桩基工程的施工管理人员不能适应目前交通建设规模的要求，各地区应根据当地桩基工程的建设情况，建立和充实桩基质量管理与咨询队伍，通过对施工的全过程进行技术指导，并提出改进意见。各地区还应根据本地区实际情况建立有关桩基工程的各项规章制度，并积极推广桩基施工的新技术与方法，并通过对施工过程的严格监督，提高桩基工程的施工质量。此外，许多桩基工程施工中出现的问题是由于地质勘察不明和桩基设计问题引起的，需要加强对桩基工程勘察和设计质量的监督。5结论为适应现代城市的发展需要，许多城市都建有大量的景观桥梁和大量的高架快速路，钻孔灌注桩以其适应性强、施工速度快、抗震能力高、对周边环境影响小等优点广泛应用城市桥梁的基础建设中。但钻孔灌注桩的施工质量受施工机具、土层分布、泥浆性能、施工工艺等影响明显，极易出现各种质量问题，通过从技术和管理两个方面加强对钻孔灌注桩基础的质量控制，可以保证钻孔灌注桩的质量，从而确保桥梁的使用安全。参考文献：1 张书刚钻孔灌注桩质量控制要点与常见事故防治J.工程建设与设计，2009(8)：6466.2 李知式论钻孔灌注桩的施工技术J.建设科技，2008(13)：147148.3 向群钻孔灌注桩质量控制的要点及适用方法J施工技术，2008，34(1)：7779.4 蔡广生钻孔灌注桩的质量控制J广东交通职业技术学院学报，2004(3)：3638.