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冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及病害的处理   日期:2005-03-15 作者:辽宁省高速公路管理局鞍山管理处 朱洪英 来源:   随着公路桥梁和高层建筑在我国的飞速发展，我国的钻孔灌注桩技术也得到了长足发展，积累了丰富的施工经验，但复杂地质条件下的冲击钻钻孔灌注桩及病害的处理还是一大难题，下面通过泉头大桥及黑河子中桥的桩基础施工经验，介绍一下冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及断桩和桩身夹泥的处理措施。仅供参考。 1工程概况 泉头大桥位于国道102线k900+734公里处，为8×20米大桥，下部结构采用摩擦灌注桩，共有桩27根，其中墩桩21根，台桩6根，桩径1.2米，墩桩长19米，台桩长14米。黑河子中桥距泉头大桥2km,地质情况基本相同。 2工程地质情况及机具的选择 2.1桥址处主要地址情况：表层为6.5—8.1米左右的白色砂岩，坚硬；中层为细砂亚粘土互层，硬塑状态，细砂为灰色，稍松状态，每层厚30—40公分总厚6米左右，此细砂亚粘土互层在钻孔施工的干扰下易液化、出现涌砂现象、导致坍孔；桩底落在红色泥岩上。整体地质条件比较复杂、特殊，表层和底层坚硬、中层稍松易液化。 2.2机具的选择：施工前对机具进行了选择，循环钻钻进速度快、成孔好、清孔干净，但怕硬岩层及孤石、卵石；冲击钻适用广泛，但速度慢、成孔质量不高。经现场进行两种机具的比较，循环钻48小时只钻进1.5米，而冲击钻48小时只钻进3.4米，虽然，中层易采用循环钻，但更换机具耗时过多，决定在保证冲击钻工艺和泥浆质量的基础上采用4台30型冲击钻同时施工。 3冲击钻钻孔灌注桩施工工艺 钻孔灌注桩的施工顺序为：初步放样→筑岛→恢复定线→护筒埋设→钻孔→成孔检测清孔→下钢筋笼→下导管→砼浇注→破桩头→成桩检测。 3.1初步放样：施工前先排水、修路、清除桩基位置的杂草和淤泥，换填山皮土并刮平压实，使施工机具顺利进出，能保证钻机在施工中平稳，然后根据设计提供的导线点（经导线复测闭合后）及水准点用光电全站仪及水准仪定位，桥墩中线在桥轴线方向上的位置中误差不应大于±15cm，成排成列放样，放样后用钢尺校核。 3.2筑岛：场地为浅水时，采用草袋围堰，普通土填充，筑岛高出水面1.5cm为准。 3.3护筒埋设，恢复定线：护筒埋设是重要一环，起到定位、导向，靠筒内水位和泥浆比重使孔内水压大于外部水压，防止塌孔，护筒内径比桩经大200—400mm，护筒高度宜高出地面0.3m或水面1.0—2.0m,护筒的埋设深度应根据设计要求或桩径及水文地质情况确定，一般情况埋置深度宜为2—4m，有冲刷影响的河床，应沉入冲刷线以下不少于1.0—1.5m。泉头大桥采用4m高护筒，φ1.6m，壁厚4mm，旱地及筑岛处采用挖坑埋设法，护筒底部和四周所填粘质土必须分层夯实，护筒顶高出地面0.3m，埋设时位置要准确，护筒要竖直。护筒中心竖直线应与桩中心线重合，平面允许误差50mm，竖直线倾斜不大于1％，护筒顶部焊加强筋和吊耳，开出水口，钻进过程中要经常检查是否发生偏移和下沉，并及时纠正。 3.4钻孔：分冲击钻和正反循环钻，应按设计资料绘制的地质剖面图，选用适当的钻孔和泥浆，泉头大桥根据实际情况选用冲击钻。 3.4.1泥浆的配制：为保证中层易液化坍塌砂质层的成孔质量和最终能将孔底清理干净，对泥浆的比重与粘度制定了严格的指标，经过20余次的泥浆配比试验，决定采用当地的膨润土，泥浆配和比为 水：膨土：粘土：NaoH：CMC=1000：100：60：1.5：1.5。配制的泥浆比重为1.06—1.10；粘度18—22Pa.s；含砂率0.3％—0.5％；PH值8—10，胶体率95％—98％；静切力1.1—1.3；失水率13—15ml。泥浆的好坏是成孔质量的重要保证之一，由于配置了高质量的泥浆，在长期停钻的情况下，沉积物很少，此外，优质的泥浆可使孔壁形成一层粘性好、密度大渗透性差的泥皮，这层泥皮可防止孔内泥浆外渗，大大减缓孔内水头降低的速度，这也是使孔壁稳定的有效措施。 3.4.2冲击钻钻孔注意事项 ①    钻机就位前，应对钻孔前的各项准备工作进行检查，包括主要机具设备的检查和维修，钻机就位后，应平稳，不得产生位移和沉陷，开孔的孔位必须准确。 ②    冲锥的钢丝绳同钢护筒中心位置偏差不大于2cm，升降锥头时要平稳，不得碰撞护壁和孔壁。 ③    钻孔作业必须连续，并作钻孔施工记录，经常对钻孔泥浆进行检测和试验，不符合要求的随时改正，注意补充新拌的好泥浆，在整个施工过程中，泥浆的损失较小，水头始终保证在2m左右，有效地防止了孔壁坍塌，埋钻头的现象发生，确保了钻孔桩的成孔质量和成孔速度。 ④    钻进过程中，每进5—8尺检查钻孔直径和竖直度，注意地层变化，在地层变化处捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。根据实际地层变化采用相应的钻进方式，在钻至中层易液化砂层时，钻进速度必须放慢，以确保成孔质量。 ⑤    冲击钻应用小径钻钻到深度后，用大径钻扩孔，钻管内的泥渣和泥浆经常倒出，在钻孔排渣，提钻头除土或因故停钻时，应保持孔内水头和要求的泥浆指标。 3.5成孔检测、清孔 3.5.1成孔检测：成孔检测一般包括孔的中心位置、倾斜度、钻孔底标高、深度、直径、护筒顶标高等。孔的中心位置应在±100mm范围内，孔径﹥设计桩径，倾斜度小于1％，孔深不小于设计规定。 3.5.2清孔 ①    只有成孔检测合格后才可清孔。清孔方法一般有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射等。泉头大桥采用空压机喷射方法，采用高压泵向孔底射浆，用水下填充导管进行空气反循环清孔。喷射压力适中（0.8—1Mpa），使孔底及边角处的钻渣也能随之吸出，并注意射浆管必须插到孔底，射浆管的插入深度不到位就会引起喷射塌孔。 ②    清孔指标有孔内泥浆性能指标及沉淀厚度，实际工作中通常只测泥浆比重1.03—1.1，沉淀厚度﹤30cm，即满足清孔标准。 ③    钢筋笼安放至设计标高后，如泥浆指标及沉淀厚度超出标准，应进行第二次清孔，直至达到标准。不能用加深钻孔深度的方法代替清孔。 3.6钢筋笼的制造和安放 3.6.1钢筋笼的制造：为保证钢筋笼安装的垂直度和安装效率，工地采取了平地整体胎膜长线法制造。每个钢筋笼在胎膜上一次成形，创造出可观的经济效益。全桥施工中未发生因钢筋笼弯曲而插不到设计标高的现象。 钢筋笼的制造除满足设计要求外，在骨架处设置控制保护层厚度的垫块，竖向间距为2m，横向周围不少于4处，并在骨架顶端设吊环。 3.6.2钢筋笼的安放：整个桩采用两段钢筋笼，在孔口进行单面邦条焊，接头错开1m。骨架下放时注意防止碰撞孔壁，放至孔内设计标高后将骨架吊环挂在孔口，并临时与护筒口焊接牢固。 3.7下导管、灌注机具的准备、砼的配制 3.7.1下导管：泉头大桥采用φ300mm钢导管，使用前进行了水密、承压和接头抗拉等试验。吊装时导管应位于井孔中央，并应在灌注砼前进行升降试验，应使位置居中，轴线顺直，稳步沉放，防止卡挂钢筋骨架和孔壁碰撞，导管下口到孔底的距离一般控制在25—40cm之间。 导管上口设置隔水猫头鹰和储料斗，储料斗口中盖钢扳，挂细钢丝，灌注时用吊车吊出。 3.7.2灌注机具的准备：25t吊车1台；搅拌机3台（满足灌注桩在砼初凝时间内完成）；导管、储料斗、吊斗2个；1吨翻3台；备用水泵以及吸泥机，高压射水管等设备。为保持孔内水压和及时处理灌注故障，备用发电机2台。 3.7.3砼的配制 ①水泥，中砂，石子分别送权威机构检测合格后，由权威机构作出配合比。C25水下砼的配合比为 水泥：中砂：石子：水=1：1.91：2.21：0.54，坍落度为180—220mm，施工中根据砂石含量将设计配合比换算成施工配合比。 ②水泥采用普通硅酸盐42.5﹟水泥，初凝时间大于2.5h；碎石采用10—20mm，16—31.5mm各占一半，级配良好；砂子选用优质河砂。 ③砼配制后要有良好的和易性，运输和灌注过程中无显著离析、泌水现象，保持足够的流动性。为保证灌注的顺利，坍落度尽量采取上限。 3.8灌注水下砼及应注意事项 3.8.1灌注水下砼是钻孔桩施工的重要工序，必须经过成孔质量检测和清孔检测（包括泥浆指标和沉淀厚度检测等）合格后，方可进行灌注工作，如沉淀量超标，应再次清孔，但应注意孔壁的稳定，防止塌孔。灌注的时间控制在初凝时间内2.5h。 3.8.2首批砼的数量必须保证导管初次埋深≧1m和填充导管底部的需要。泉头大桥每桩首批砼数量1.8立方米加吊斗0.6立方米共2.4立方米，保证了初次埋深﹥1.5m，首批砼拌和物下落后，砼应连续灌注，在灌注过程中，导管的埋置深度宜控制在2—6m。 3.8.3砼拌和物运至灌注地点时，应检查均匀性和坍落度等，如不符合要求，应进行第二次拌和，二次拌和达不到要求，不能使用。 3.8.4首批砼灌入孔底后，立即测探孔内砼面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求即可正常灌注，如发现导管大量进水，表现出现事故，按应急方法处理。 3.8.5灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，要防止砼拌和物从漏斗处掉入孔中，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，而使测深不准确。灌注过程中应注意观察管内砼下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内砼面高度，正确指挥导管的提升和拆除。 3.8.6导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，如导管法兰卡钢筋骨架，可移动导管，使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔中心。 3.8.7当导管提升到法兰接头露出孔口以上有一定高度，可拆除1节和2节导管，（视每节导管和工作平台距孔口高度而定）。此时，暂停灌注，先取走漏斗，重新卡牢井口的导管，然后松开导管的接头螺栓，同时将起吊导管用的钓钩挂上待拆的导管上端的吊环，待螺栓全部拆除后，吊起待拆的导管，徐徐放在地上，然后将漏斗重新插入井口导管内，校好位置，继续灌注。 3.8.8拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15分钟，要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中，并注意安全。已拆下的管节要立即冲洗干净，堆放整齐。 3.8.9在灌注过程中，当导管内砼不满含有空气时，后续砼要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，挤出管节间的橡皮垫，而使导管漏水。 3.8.10当砼面升到钢筋骨架下端时，为防止钢筋骨架被砼顶托上升，可采取以下措施：尽量缩短砼总的灌注时间，防止顶层砼进入钢筋骨架时，砼的流动性过小。当砼面接近和初进入钢筋骨架时（1m左右），应保持较深埋管，并徐徐灌入，以减小砼从导管底口出来后向上的冲击力，当孔内砼面进入钢筋骨架底口4m以上时，适当提高导管，减少导管埋置深度（不得小于1m），以增加骨架在导管底口以下的埋置深度，从而增加砼对钢筋骨架的握裹力。导管提升到高于骨架底部2m以上，即可恢复灌注速度。 3.8.11在灌注过程中，应防止污染环境和河流。 3.8.12为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上灌一定高度，可按孔深，成孔方法，清孔方法查定。一般为0.5—1m，深桩为1m。 3.8.13处于地面及桩顶以上的井口整体式钢性护筒，应在灌注完后立即拔出，处于地面以下护筒，需待砼抗压强度达到5Mpa后方可拆除。 3.8.14在灌注将近结束时，由于导管内砼柱高度减小，超压力降低，而导管处的泥浆及所含渣土稠度增加，比重增大，如出现砼顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀物，使灌注顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管，形成泥心。 3.8.15在灌桩时，每根桩应做3组试块，施工单位二组，监理一组，强度测试后，如不合格，要及时提出报告补救处理。 3.8.16有关砼灌注情况，各灌注时间，砼面的深度，导管埋深，导管拆除及发生的异常现象应由专人进行记录。 3.9破桩头：由人工或汽镐、电镐进行，直至设计高程，要保持钢筋的完整，桩顶基本平整、干净。 3.10成桩检测 砼强度达到70％后可做桩基无破损检测，用基桩动测仪和手提电脑，传感器用橡皮泥粘在桩顶（破桩头后桩顶清理干净