浅谈钻孔灌注桩的施工质量控制

刘兴波

0 引言

随着高层建筑的不断增多,钻孔灌注桩基础的应用日趋广泛。特别是嵌岩钻孔灌注桩要求桩底无沉渣,桩底混凝土与基岩必须有良好的接触,才能充分发挥端承作用。就目前国内采用较多的泥浆护壁钻孔灌注桩施工方法而言,有如何检验成孔后孔底沉渣、成桩后运用小应变检测桩底沉渣及沉渣的处理等问题。本文将从实际应用出发加以论述。

1 质量控制要点

钻孔灌注桩施工的主要工序是：测量定桩位→护筒埋设→钻机就位→钻孔→终孔→第一次清孔→下放钢筋笼→接入导管→第二次清孔→浇筑混凝土。每个步骤环环相扣,相互影响,都不容忽视。桩基施工质量问题主要有以下几方面：

1)测量放线错误,使整个建筑错位或桩位偏差过大;

2)成孔中断,出现漏浆、塌孔、卡钻或掉钻头等现象;

3)成桩后出现沉渣超厚、钢筋笼错位变形严重和偏斜露筋、混凝土离析、桩身夹泥、缩颈、断桩、钢筋笼上浮、桩顶标高不足等问题。

作为工程技术人员,必须熟悉工艺流程、掌握质量控制标准,对可能会发生的质量问题及解决办法有一定的预见性。只有把握关键环节,重视薄弱环节,提高工程质量才能起到事半功倍的效果。桩基质量取决于勘察、设计、施工等许多因素,关于桩基设计承载力确定以及桩基检测评定等问题本文暂不探讨,在这里仅从施工、监理控制的角度,讨论几个施工过程中关键环节的质量控制。

2 前期工作的监控

在实际工作中,前期工作的控制是最有效的控制手段。由于钻孔灌注桩施工的隐蔽性及工序的不可逆转性,前期工作的监控尤为重要,因此必须重视施工前各方的准备工作,对可能出现的问题(如噪声、振动对周围环境的影响等)做好充分准备,以备应急。对不同的施工方法其效率和质量有很大差异时,应从施工方法着手进行预先控制。

3 施工组织设计的审查

施工组织设计应根据施工单位自身人员、设备等实际情况编写,要注意细化、量化和可操作性。审查时要认真关注其关键环节、关键部位的施工方案及质量控制措施,如垂直度控制、终孔岩质鉴别、清孔、水下混凝土浇筑等以及可能出现的雨季、冬季施工措施。同时应考虑供电、供水、商品混凝土供应、现场道路情况。此外,还必须审查其施工管理制度、岗位责任制、质检制度等。施工前,必须要划分好每台钻机的施工区域,编好施工流向图,确保在相邻混凝土灌注完毕的桩旁施工。其安全距离不小于3D(D为桩直径),最小时间间隔不少于36 h。

4 成孔质量控制

在钻机定位时要保证水平,需要检查以下三个方面：

1)钻机塔架滑轮组中心、回转盘中心、桩位标记是否在同一铅垂线;

2)回转盘上纵横两个方向水平尺上的是否完全居中;

3)钻机下的枕木是否稳定牢固,否则应采取扩大桩机支撑面积使桩机稳固。

钻孔过程中,要随时注意校验钻架及钻杆的垂直度和水平情况。发现倾斜,应当注意,查明原因,及时处理。严禁强行将钢筋笼压入,否则会造成钢筋笼倾斜。在浇筑混凝土后出现露筋、无保护层现象时,应要求进行复钻纠偏,并在新验收成孔质量后再吊放钢筋笼,保证下放顺利。

5 清孔检验标准

钻孔灌注桩不论采用正循环还是反循环方法施工,孔内泥浆中均含有泥团、石屑、砂粒等成分。在清孔过程中必须控制其含量和粒径。另外,在混凝土灌注前可用大于2 kg重锤挂在侧绳上,放至孔底,上下反复提放,靠手感判断沉渣的存在与否。一般情况下,重锤与孔底的撞击声清晰,手感无粘滞,可判断为无沉渣。若0.05 mm以上粒径的颗粒不存在时,则首次混凝土料在一定冲击力下,可以排除孔底表层泥浆浮渣,使混凝土与基岩有良好的结合,确保端承效果。

6 采用小应变测桩技术判断桩底沉渣

反射波法小应变测桩技术,是以一维波动理论为基础的。桩顶入射波与桩底反射波,在桩底不同介质条件下的关系为：

其中,vr为反射波波速;vi为入射波波速;Zl为桩身阻抗;Zz为桩底介质阻抗。

沉渣是钻孔过程中钻机切削和孔壁塌落的岩土,主要是砂、砾石和碎岩等,而沉淤则是比重大、稠度大的劣质泥浆由于空孔时间过长沉淀而成的流塑状混合物,沉淤的厚度往往大于沉渣,沉渣与沉淤均在桩底形成软弱隔层,能导致端承力丧失殆尽。沉淤的控制主要是提高泥浆质量和减少空孔时间。采用反循环成孔要比正循环成孔对沉渣的清除效果好。灌注前抽吸2 min左右,一方面抽出一定的沉淤,可基本上将孔底沉渣清除干净。另一方面泥浆的抽吸作用导致一部分沉渣、沉淤上浮,而且短时间内不会沉淀。此时灌注混凝土,混凝土坠落的巨大冲击力还能溅出最后残余的部分沉渣。

7 垂球法测定孔底沉渣

目前通常使用垂球法测定孔底沉渣,此工作应由施工单位有经验的人员测定,监理人员也要复测核实。测绳使用前应浸水用钢尺复核,测锤应从导浆管外侧下入孔中,反复提动,放位。第二次清孔时应做好混凝土浇灌准备工作以保证在停止清孔后30 min进行混凝土浇筑,超过30 min应重新进行清孔、重新测定孔底沉淤。另外,第二次清孔结束后应保持孔内水头高度,以防止塌孔或缩颈。

另外,还应注意孔深与孔径的一些问题。例如,一般施工队常用的测绳一经水泡就会出现收缩现象,有的收缩量可达1 cm/m左右,测50 m的孔就会产生0.5 m左右的误差,导致孔深测量有误达不到设计深度,以及在湖、塘、沟、谷与河漫滩地段新近沉积应经常检查混凝土的和易性及坍落度,注意观察导管小于设计要求,桩的截面缩小,导致钢筋笼下放困难、无保护层、桩的抗压弯能力削弱或丧失等问题,实际上降低了桩的可靠度。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10 mm就要及时调换钻头。

8 混凝土浇筑

一般使用混凝土的原材料、配合比、坍落度的控制很重要,现场应注意混凝土应具有良好的和易性,坍落度宜控制在18 cm～22 cm之间。混凝土的坍落度也是灌注桩的一个关键指标,如果坍落度偏大,水下浇筑容易产生离析现象;如果坍落度偏小,首先易堵管,即混凝土灌注不下的现象,另外,由于此时混凝土与套管间存在着较大摩擦力,致使套管提升时混凝土与钢筋一起上浮。混凝土首次灌注时,应检查导管是否畅通以及是否安装隔水塞(球),导管下端距孔底300 mm～400 mm为宜。第一批混凝土量应能令导管埋入混凝土1 m以上,监理工程师应根据桩径予以核定。混凝土初灌后应注意观察孔口翻浆情况是否良好。应倡导施工单位使用大体积混凝土冲击灌注法,和初斗一样,每一斗灌注都是将混凝土在大斗中积蓄够量,出料口直接插入导管,然后打开活门一次连续冲击下去,其优点如下：

1)功能大,冲击力强。在巨大瞬时冲力的作用下,混凝土的向上顶升力和侧向挤压力就有了保证,桩的摩阻力和桩身混凝土密实性都得以提高;

2)首斗混凝土灌注冲力大,沉渣、沉淤被溅开,桩端与持力层能较好地结合,确保了端承力的发挥;

3)灌注时间短,桩身段骨料分布均匀,桩身段强度能得到保证。混凝土灌注时,吊车司机的配合也至关重要。

9 结语

钻孔灌注桩施工时必须坚持“严细、快速”的原则,桩施工的每一道工序都是隐蔽的,为下一道工序所覆盖,而且任何一道工序出现问题,都将带来严重后果。为消除隐患,在施工过程中必须多方把关。严格控制施工的各道工序,特别是关键控制点,严格按照设计及施工规范进行,监理工程师应该根据钻孔灌注桩施工工艺流程对施工过程进行合理有效的控制,及时收集、整理、储存与质量有关的各种信息资料,作为对桩基质量控制和评估的依据。

为了不断提高钻孔灌注桩的质量,还应加强现场管理与协调,管理以人为本,完善制度,提高和完善管理水平,增强每个工序人员的责任心,调动积极性,减少问题,及时发现问题及时快速处理,避免因管理脱节而造成人为的工程质量问题。

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[4]陈勇章,吴宁波.桥梁钻孔灌注桩施工质量控制方法[J].山西建筑,2008,34(4)：236-237.