钻孔灌注桩与CFG桩施工技术与质量控制

岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment地基处理质量管理与控制（之二）岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment7钻孔灌注桩施工技术与质量控制•钻孔灌注桩由于它无噪声，无振动，对环境影响小，直径最大达3～4m，承载力大，随着高速公路、高速铁路和高层建筑的建设，作为桩基础的一种形式，在工程中得到了广泛应用。但由于钻孔灌柱桩的施工大部分是在水下进行，其施工过程无法观察，成桩后也很难开挖验收，主要工序隐蔽作业，质量控制有一定难度，影响成桩质量的因素较多，质量控制点较多，施工中任一环节出现问题，都可能对成桩质量造成影响。只有控制好钻孔灌注桩施工，才能确保工程项目质量。本节根据多年桩基施工经验，着重阐述了钻孔灌注桩施工技术与质量控制。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•7.1钻孔灌注桩施工准备•7.1.1做好施工技术交底•桩基开始施工前，必须对施工作业相关人员进行以下几方面技术交底工作：•①组织施工图纸交底。认真熟悉施工图纸，学习有关施工验收规范，掌握地质资料，做到按图按规范施工；•②钻孔灌注桩施工方案交底。包括测量放样、成孔操作、钢筋笼制作吊装、混凝土灌注、成品保护等方案；•③施工记录交底。包括成孔记录、钢筋笼制作吊装、混凝土灌注等记录，以便有效地对桩基施工质量进行控制。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•7.1.2施工前质量控制•1）对施工人员的控制：检查灌注桩施工人员的技术资质与条件是否符合要求。•2）对施工方案的控制，具体包括:•（1）施工程序的安排。主要是各桩的施工成桩先后次序。•（2）合理的选择施工机械设备。施工机械必须适应施工现场的场地大小、场内搬迁、工期要求、供水、供电条件等。成孔机械必须与现场土质、桩径、桩深等要求相适应。•（3）施工前的准备。首先要做好场地平整，探明和清除桩位处的地下障碍物，按平面布置图的要求做好施工现场的施工道路、供水、供电、泥浆池和排浆槽等泥浆循环系统、施工设施布置、材料堆放等有关布置。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•7.2钻孔施工技术与质量控制•在混凝土灌注桩施工过程中，钻孔作为主要的施工工序之一。钻孔施工质量的控制措施是否得当，直接关系到成桩质量，进而影响整个工程质量，因而应从以下几个方面加强钻孔施工技术与质量控制。•7.2.1做好试成孔工作•正式施工之前，有必要做试成孔工作，试成孔施工记录必须全面详实。通过试成孔掌握施工现场的地层稳定性，地质情况与设计资料符合度，成孔时间，泥浆配比及其相对密度，清孔次数及其大约时间，钢筋笼制作吊装时间，混凝土浇注时间等，对正式施工相关工序作业安排作指导。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•7.2.2定位质量控制•这里所说的定位，既包括坐标定位、钻孔顺序定位。•1）做好测量定位放样工作•清理施工现场后，根据设计提供的坐标及高程控制点对桩位定点放样，设置不受施工影响的临时测量控制点，桩位测放顺序按施工顺序进行，桩位应牢固可靠，桩中心偏差10mm，并做好测量记录，待监理方复核无误后方可进行桩基施工。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•2）护筒安置坐标定位•首先应将护筒安置在放样位置，并对护筒的标高与位置进行及时校对，护筒的中心和桩位中心线之间的偏差必须小于等于50mm，从而保证护筒内的泥浆面标高大于等于地下水位，再对护筒四周土体密实与否进行检查。在开钻次日还应对护筒的标高和位置进行再次校对，如果出现变化，应及时分析变化原因，并根据原因采取针对性的补救措施。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•3）钻孔顺序定位•钻孔顺序定位时，应采用隔孔施工的方式。这是由于钻孔灌注桩施工是先钻孔，再在孔内成桩，周围土移向桩身土体对桩产生动压力，且在混凝土浇筑之前是借助泥浆来平衡桩孔，又由于钻孔灌注桩成桩初期，桩身上的混凝土强度不高，难以抵御钻孔施工时钻机给土体带来的冲击力。所以，采用隔孔施工的方式就能有效的预防塌孔和缩颈现象的发生，故宜采用≥4d的隔孔工序进行桩基施工。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•7.2.4桩孔垂直度控制措施•桩身质量的好坏主要取决于所采取的桩孔垂直度控制措施是否得当。为了切实做好桩孔垂直度控制，符合垂直度设计要求，应从以下几个方面入手：•（1）垂直度精度是钻孔桩施工的首要条件，若达不到设计要求将无法沉放钢筋笼和导管。为确保成孔垂直精度满足设计要求，应加大桩机支承面积以增加桩基稳固性，钻孔施工时，经常校核钻杆或钻具钢丝绳的垂直度。即在平整场地后，枕木应铺设平稳牢固，钻机就位后，调平钻机，并使钻机天车、钻孔中心、桩位三点一线。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•在钻进过程中，每钻2～4m测1次钻杆垂直度和钻机水平。测量时应注意在相互垂直的两个方向测量，则可以及时发现并纠正偏差，确保成孔垂直度在1%以内。•（2）在开钻早期，通常是钻孔深度到5m左右时，应就钻杆的垂直度进行及时检查，以保证桩孔垂直度小于百分之一，直至各方运转正常，方能进行加速钻孔，并就在钻孔过程中加大钻杆垂直度的校核。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•7.2.5加大钻孔时泥浆性能指标的监测力度•钻孔灌注桩施工中，泥浆质量控制对于成孔质量和成桩质量有较大的影响，在成孔阶段，如果泥浆质量差，稠度较小，将无法形成有效的护壁。在砂性地层中则易塌孔，在流塑状粘土层中则易于缩孔，如果泥浆稠度过大，相对密度大，含砂率高，则形成护壁的质量差，厚度大，又将大大降低桩的侧摩阻力，所以，在成孔阶段一定要控制好泥浆稠度和相对密度，保证泥浆质量方可。在成桩阶段，泥浆稠度大，相对密度过大，将使得钢筋与混凝土握裹力降低，也会在混凝土浇注过程中使混凝土水下灌注阻力增大，降低混凝土的流动半径，使得混凝土骨料大部分堆积在桩芯，钢筋笼外骨料较少，影响桩身质量和桩的侧摩阻力。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•为预防因泥浆性能指标不达标而导致钻孔时出现意外的安全事故，就必须加大钻孔时泥浆性能指标的监测力度，从而有效预防一些设计时难以预见而又必须面临的情况，比如，由于遭遇溶洞或地下河的缘故导致泥浆性能指标难以达标。又由于泥浆是确保桩孔平衡不缩颈和塌孔的缘故，就更应加大钻孔时泥浆性能指标的监测力度。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•7.2.6钻孔深度控制•在成孔过程中自然地面标高会受影响，为准确控制钻孔深度，在桩架就位后，用复核过的临时测量点及时复核底梁标高，复测钻具的总长度并做好记录，以便在钻孔时根据钻杆在钻机上留出的长度来校验成孔深度。在提出钻具后用测绳复测成孔深度，测绳使用前应对其检查校对，大直径桩应注意测量位置，应以桩边深度为控制深度，同时应注意测绳一经水泡就会收缩，有时收缩量可达1cm/m左右。为避免误测，应在测量后用钢尺对测绳进行复核。对于端承桩或摩擦端承桩应保证桩端达到设计嵌岩深度。由于水下无法直接观察，取样困难。如何正确判别控制嵌岩深度尤为关键。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•嵌岩深度的判别控制因钻孔工艺的不同而有所区别，反循环和冲击钻成孔桩可采用岩样鉴别法。正循环成孔桩由于取不到完整岩样，确定嵌岩深度很困难。较可靠的方法是认真分析钻探资料，根据各钻孔土层分布情况综合判定现场地质概况，做出岩层分布等高线图，确定成孔深度。•虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度，但如在第一次清孔时泥浆比重控制不当，或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，有时甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•因此，在提出钻具后用测绳复核成孔深度，如测绳的测深比钻杆的钻深小，就要重新下钻杆复钻并清孔。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题，因其最大缩水率达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。清孔后，应从孔口、孔中部和孔底三部分提取泥浆，测定要求的各项指标。要求这三部分指标的平均值,应符合质量标准要求。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•7.2.7钻进速度控制•钻进速度根据不同土质情况进行调整，以防止缩颈现象发生。对于塑性土层遇水膨胀造成缩颈，钻孔时应加大泵量，加快成孔速度，快速通过并调整泥浆配比，快速成孔形成护壁后因不渗水而阻止膨胀以免缩颈。如出现缩孔则采取上下反复扫孔以扩大孔径。在砂性土层中，钻进速度不得快于泥浆形成有效护壁速度。另外应尽量缩短成孔时间，成孔后应尽快清孔灌注混凝土，避免孔壁暴露时间过长而发生坍孔事故。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•7.2.8钻孔施工时的质量控制•1）采取隔孔施工程序，钻孔混凝土灌注桩和打入桩不同，打入桩是将周围土体挤开，桩身具有很高的强度，土体对桩产生被动土压力。钻孔灌注桩则先成孔，然后在孔内成桩，周围土移向桩身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止塌孔和缩颈是一项稳妥的技术措施。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•2）钻进过程中。如发现排出的泥浆中不断出现气泡，或泥浆突然漏失。则表示有孔壁坍塌迹象，遇有坍孔，应仔细分析，查明原因和位置，然后进行处理。•3）遇有扩孔、缩孔时，应采取防止坍孔和防止钻锥摆动过大的措施。缩孔是钻锥磨损过甚、焊补不及时或因地层中遇有膨胀的软土、黏土泥岩造成的，前者应注意及时焊补钻锥，后者应采用失水率小的优质泥浆护壁。已发生缩孔时，宜在该处用钻锥上下反复扫孔以扩大孔径。•4）对于卡钻，不宜强提，只宜轻提钻头。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•5）确保桩身成孔垂直度，这是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，应采取扩大桩机支撑面积使桩机稳固，经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施，成孔后下放钢筋前作井径、井斜超声波测试。遇有孔身偏斜、弯曲时,应分析原因，并进行处理，一般可在偏斜处吊住钻锥反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时，应回填黏性土到偏斜处,待沉积密实后再钻进。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•6）确保桩位、桩顶标高和成孔深度。在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。•7.2.9做好清孔工作•清孔的目的是清除孔底沉碴，确保钻孔灌注桩的承载力满足设计要求。沉碴厚度是影响桩基承载力的重要因素。工程中主要通过改善泥浆性能，延长清孔时间等措施，清除沉碴。岩土工程系GeotechnicalEngineeringDepartment•一般采用2次清孔，即终孔后第一次清孔，吊放钢筋笼后第2次清孔。清孔时泥浆应不断置换，在保证不塌孔的情况下尽量降低泥浆密度，清孔时泥浆密度宜为1.15～1.2。在吊放钢筋笼和沉放导管后，由于孔内原泥浆中处于悬浮状态的沉碴再次沉到桩底，影响桩基质量，故应在混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔。当泥浆相对密度及沉碴厚度均符合要求后应立即进行水下混凝土灌注施工。沉碴厚度测量一般用吊锺法测量，即用测锺反复提放，敲击孔底岩面，判定孔底沉碴是否都除干净，沉碴厚度检测宜在二次清孔停泵后5min左右测量