淮安枢纽立交地涵桥头堡钻孔灌注桩施工
2009-09-28
泥浆护壁成孔灌注桩的施工是先由钻孔设备进行钻孔，在钻进过程中，用泥浆防止孔壁坍塌，并藉泥浆的循环将孔内碎渣带出孔外，待孔深达到设计要求后，即行清孔，放入钢筋笼，然后浇筑水下混凝土而成桩，其特点是： (1)、可适用于各种地层，且不用套管因而较经济； (2)、桩长可随持力层起伏而改变，不需截桩，没有接头； (3)、仅承受轴向压力时，不用配置钢筋。需配置钢筋时，按工作荷载要求布置，不用接头，节约了钢材的用量； (4)、采用大直径钻孔灌注桩时，单桩的总承载力大； (5)、钻机小，重量轻，狭窄工地也能使用； (6)、设备故障相对较少，工艺技术成熟，操作简单，易于掌握。 1、工程概况 淮安枢纽立交地涵工程桥头堡基础为钢筋混凝土灌注桩，分布于淮河入海水道上、下游右岸。根据设计图纸要求，桩基安全等级为二级。其中桩径为1200mm（桩1）的共16根，桩长48m；桩径为600mm（桩2）的共16根，桩长33m。桩1、桩2在淮河入海水道上、下游右岸各布置8根。 造孔深度内的地质情况为：EL10.0～EL3.5m为人工填土（粘土层），EL3.5～－1.7m为原状粘土层，EL－1.7～－6.1m为粉质粘土和粉土层，EL－6.1m以下均为粉细砂、细砂层。 2、施工方法概述 该工程钻孔采用4台上海探机厂生产的循环水式钻机，分别为：GPS－10一台、GPS－15一台及8QZJ－130水文钻二台，成孔方法为正循环法钻孔、清孔，原土造浆护壁。桩基混凝土强度等级为C25，采用2×1.5m3自落式和1 m3强制拌和站拌和，混凝土泵输送，垂直导管法灌注水下混凝土。 3、施工工艺 3.1工艺流程 钻孔灌注桩施工工艺流程详见《钻孔灌注桩施工工艺流程图》。 3.2施工准备 (1)、收集工程地质与水文地质资料，对地质岩性及地下水做出正确分析。 (2)、熟悉桩基工程施工图及施工方案。 (3)、掌握主要施工机械及其配套设备的技术性能资料。 (4)、做好场地平整工作，修建钻机工作平台，做到三通一平，即电通、水通、路通，对于不利于施工机械运行的松软场地进行处理。雨期施工时，应有足够的排水措施。 (5)、布置施工场地，其面积要满足吊放钢筋笼需要。 (6)、复核测量基准线、水准基点及桩位。 (7)、结合工程特点，有针对性地制定相应质量管理措施。 3.3埋设护筒 护筒是保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作的辅助工具，它还起着保护孔口和提高桩孔内的泥浆水头，以防止塌孔的作用。护筒直径比桩孔直径大10cm左右，以方便钻头的提升。安装护筒时，其中心线与桩位中心线偏差不应大于50mm。护筒应埋设牢固密实，它的入土深度，在砂土中不小于1.5m，在粘土中不小于1m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上，在护筒与坑壁之间用粘土分层夯实，以防漏水。护筒设有1～2个溢浆口，便于泥浆溢出而流回泥浆池，进行回收和循环。 3.4钻机就位 在平整好的场地上铺设枕木，然后用水平尺校正，确认水平后，进行钻机就位，钻机就位应准确、水平、稳固，确保在施工中不发生倾斜、移动，用水平尺检测转盘中心，十字交叉法检测转盘中心与桩位对正。 3.5泥浆循环系统 3.5.1原土造浆工艺特点及作用 护壁泥浆可采用原土造浆和人工造浆两种，可根据不同的施工条件进行经济、技术分析后选用。原土造浆工艺其特点是造浆的技术要求低，不需专门调配泥浆，施工费用省且完全能满足钻孔灌注桩这种短期成孔护壁的要求，因此该工程选用原土造浆工艺。 泥浆的作用是将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实，使孔内漏水减少到最低限度，并保持孔内有一定的水压以稳定孔壁。在正循环回转钻进时，为缓解泥浆上返速度低、排除钻渣能力差等问题，使泥浆发挥最佳效果，采取以下措施： (1)、保证足够的泥浆量是提高正循环钻进效率的关键。 对于合金钻头，泥浆量应根据上返速度按下式确定： Q=60×103Fv 式中：Q—泥浆量（L/min） F—环空面积（m2） v—上返速度（m/s） 泥浆上返速度v根据泥浆种类及钻头类型来确定，参见表1。 表1 泥浆上返速度 钻头型式 泥浆 合金钻头 ≥0.25 滚轮钻头 ≥0.35 (2)、保证泥浆质量，提高泥浆比重和粘度，以提高泥浆悬浮钻渣的能力。 首先、造浆粘土应符合下列技术要求： ①、胶体率不低于95%； ②、含砂量不大于4%； ③、造浆率不低于0.006～0.008m3/kg。 其次、泥浆性能指标应符合下列技术要求： ①、泥浆比重为1.05～1.25g/cm3； ②、漏斗粘度为16～28s； ③、含砂量小于4%； ④、胶体率大于95%； ⑤、失水量小于30ml/min。 该工程根据桩径及实际地质情况，将泥浆比重加大到1.25g/cm3，粘度≤28s，含砂量≤8%。 3.5.2注意事项 规划布置施工场地时，应首先考虑泥浆循环、排水、清渣系统的安设，以保证正循环作业时，泥浆循环畅通，污水排放彻底，钻渣清除顺利。 泥浆循环系统的设置应遵守以下规定： (1)、循环系统由泥浆池、沉淀池、循环槽、废浆池、泥浆泵、泥浆搅拌设备等装置组成，并配有排水、清渣、排废浆等设施。 (2)、泥浆循环池不宜少于两个，可串联使用，泥浆池的容积为钻孔容积的1.2～1.5倍，一般不宜小于8～10m3。 (3)、循环槽应设1：200的坡度，槽的断面积应能保证泥浆正常循环而不外溢。 (4)、沉淀池、泥浆池、循环槽可用砖块和水泥砂浆砌筑，不得有渗漏和倒塌。泥浆池等不能建在新堆积的土层上，以免池体下陷开裂，泥浆漏失，宜设在地势较低处。 循环槽和沉淀池内沉淀的钻渣应及时清除。在砂土或容易造浆的粘土中钻进，应根据泥浆比重和粘度的变化，采取添加絮凝剂加快钻渣的絮沉，适时补充低比重、低粘度稀浆，或加入适量清水等措施，调整泥浆性能。泥浆池、沉淀池和循环槽应定期进行清理，清除的钻渣应及时运离现场，防止钻渣废浆污染施工现场及周围环境。 3.6钻孔 3.6.1施工顺序 根据钻机移动和混凝土浇筑方便的原则，结合该工程现场实际条件及桩与桩之间的间距等因素综合考虑，采用跳打法（隔一打一）的施工顺序。 3.6.2钻进操作注意事项 (1)、安装钻机时，转盘中心应与钻架上吊滑轮在同一垂直线上，钻杆位置偏差不应大于2cm，使用带有变速器的钻机，应把变速器板上的电动机和变速器被动轴的轴心设置在同一水平标高上。 (2)、根据岩土情况，合理选择钻头和调配泥浆性能。 (3)、钻具下入孔内，钻头应距孔底钻渣面50～80mm，并开动泥浆泵，使泥浆循环2～3分钟。然后开动钻机，慢慢将钻头放到孔底，轻压慢转数分钟，使护筒刃脚处形成坚固的泥皮护壁，钻至护筒脚下1m以后，可按地质情况逐渐加大转速和钻压，以正常速度钻进，并保证及时排渣。 (4)、正常钻进时，应合理调整和掌握各种参数，不得随意提动孔内钻具。操作时应掌握升降机钢丝绳的松紧度，以减少钻杆晃动。在钻进过程中，应根据不同地质条件，随时检查泥浆指标。在易塌地层中钻进时，应适当加大泥浆比重。 (5)、在粘土层中钻孔时，选用尖底钻头，中等转速，大泵量的钻进方法。 (6)、在砂土或软土等易塌地层中钻孔时，采用平底钻头、控制进尺、轻压、低档慢速、大泵量及稠泥浆的钻进方法。 (7)、在砂砾等坚硬土层中钻孔时，易引起钻具跳动、憋车、憋泵、钻孔偏斜等现象，操作时要特别注意，采用低档慢速、控制进尺、优质泥浆、大泵量及分级钻进的方法。 (8)、在直径较大的桩孔中钻进时，在钻头前部可加一小钻头，起导向作用。在清孔时，孔内沉渣易聚集到小钻头内，并可减少孔底沉渣。 (9)、加接钻杆时，先将钻具稍提离孔底，待泥浆循环3～5分钟后，再拧卸、加接钻杆。 (10)、钻进过程中，应防止扳手、管钳、垫叉等金属工具吊落孔内，损坏钻头。 (11)、如护筒底土质松软出现漏浆时，则提起钻头，向孔中倒入粘土块，再放入钻头倒转，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆空隙，稳住泥浆后继续钻进。 (12)、钻进过程中，必要时投入适量纯碱以提高泥浆比重和胶结能力，有利于沉渣排出孔外。 3.7终孔验收 成孔并自检合格后，报请监理工程师进行终孔验收。验收项目为：孔径、孔位偏差、终孔深度、最大孔斜等。验收标准为孔径偏差不大于10cm，孔斜不大于1%，孔径不小于设计孔径且其允许偏差范围为±50～100mm。 3.8清孔 常用的清孔方法有正循环清孔、泵吸反循环清孔和气举反循环清孔。该工程采用正循环清孔法，分两次进行。其操作方法是：正循环钻进终孔后，将钻头提离孔底80～100mm采用大泵量向孔内输入比重为1.05～1.08g/cm3的新泥浆，维持正循环30分钟以上，把桩孔内悬浮大量钻渣的泥浆替换出来，直到清除孔底沉渣为止。其间，孔内泥浆上返速度不应小于0.25m/s。 (1)、一次清孔 第一次清孔在终孔后、提钻前进行，用比重、粘度略小的泥浆更换孔内的稠密泥浆，结合该工程实际情况，清孔时间：桩1需1.5～2小时，桩2需0.5～1.0小时。 (2)、二次清孔 由于原土造浆的泥浆稳定性较差，因此当孔内泥浆一旦停止循环，泥浆中悬浮的颗粒会在短时间内下沉造成沉淤，而且成孔完毕后、灌注水下混凝土以前还要进行下放钢筋笼和导管两道工序，其时间间隔少则2小时，多则4～5小时或更长，在此时间内孔内泥浆中悬浮的颗粒势必大量下沉而使孔底淤积厚度增大而超出规定范围，同时在下放钢筋笼中难免有孔壁泥皮刮带落至孔底，因而必须进行二次清孔。 二次清孔是在下导管后、灌注混凝土前进行。清孔时要不断上下窜动导管，以利于孔底沉渣上泛。 清孔过程中应经常测定泥浆指标。清孔质量以二次清孔为控制标准，二次清孔质量标准及检测仪器见表2。 表2 二次清孔质量标准及检测仪器 序号 检测项目 允许偏差 检测方法 1 泥浆比重 ≤1.25g/cm3 泥浆比重计 2 粘度 18～22s 500ml粘度漏斗 3 含砂量 ≤8% 含砂量测管 4 淤积厚度 ≤30cm 测锤 清孔换浆达到上述标准，报经监理工程师验收合格后，方可进行后续混凝土的浇筑工作。 (3)、清孔结束后，孔内应保持一定的水头高度，并应在30min内灌注混凝土，若超30min，则应重新进行清孔并报请监理工程师按清孔质量标准进行验收。 3.9钢筋笼加工及入位 (1)、钢筋笼制作在现场修建操作平台，按设计要求制作，严格控制制作误差，并设置起吊点，起吊点设在加强箍筋部位。 (2)、考虑钢筋笼的整体刚度及钻机的起吊高度，钢筋笼分节制作，每节长度一般为5～8m，待钢筋笼入位时，再依次将各节连成整体。每节钢筋笼连接时采用搭接焊，接头错开，在同一截面内，接头数不超过钢筋总数的50%，单面焊接长度为10d。 混凝土保护层采用φ8mm钢筋每隔2m做一组50mm的保护层，每组3块，且应均匀分布在同一截面的主筋上。制笼时，要求焊接牢固，尺寸正确，成形周正。此外，为检测成孔混凝土的灌注质量，在制作钢筋笼时，针对每根桩制作3根声波检测管，管长为设计桩长，点焊于钢筋笼的四周同钢筋笼一起放入桩孔，3根声波管成120°均匀布置，其底部、顶端封堵，防止杂物进入。 钢筋笼的外形尺寸应符合设计要求，其制作允许偏差应符合规范规定。 成形的钢筋笼应平卧堆放在平整干净的地面上，堆放层数不超过二层。 (3)、钢筋笼的孔口焊接及吊放 ①、钢筋笼孔口焊接严格按照下列规定执行： a、下节笼上端露出操作平台高度1.0m左右。 b、上、下节笼主筋焊接部位表面污垢严格清除干净。 c、上、下节笼各主筋位置校正对正，且上、下笼保持垂直状态方可施焊。 d、焊接时两边对称施焊。 e、每节笼子焊接完毕后，要求补足焊接部位的箍筋。 ②、吊放钢筋笼 起吊钢筋笼时，吊点准确，保证垂直度，然后对准孔位，吊直扶稳，缓缓下沉，避免碰撞孔壁，如遇阻碍，不能强行下放，查明原因并经处理妥善后再继续下笼。 钢筋笼采用逐段接长后放入孔内，即先将第一段钢筋笼放入孔中，利用其上部架立筋暂时固定在护筒上部，此时，主筋位置要正确、竖直。然后吊起第二段钢筋笼，对准位置，用搭接焊等方法接长后放入钻孔中，如此逐段接长后放入到预定位置。 ③、钢筋笼安装深度应符合设计要求，其允许偏差±100mm，钢筋笼全部安装入孔后，检查安装位置，确认符合要求后，将钢筋笼吊筋进行固定，以使钢筋笼定位，避免灌注混凝土时钢筋笼上浮。 3.10水下混凝土灌注 3.10.1灌注桩混凝土配合比 (1)、根据规范有关要求，水下混凝土必须具备良好的和易性和流动性。该工程配合比通过试验确定，其坍落度为18～22cm，和易性和流动性均较好。 (2)、混凝土的含砂率采用42%，选用中粗砂拌和，粗骨料的最大粒径均小于40mm。 (3)、试配成的混凝土强度比设计桩身强度提高了20%。 该工程通过试验确定的混凝土配合比为：水用量179kg/ m3，水泥用量389 kg/ m3，水灰比0.46，砂率42%，外加剂CSP-7（A）掺量为0.7%，坍落度为18～22cm。 3.10.2混凝土灌注方式 混凝土灌注采用直升导管法。导管采用螺纹连接导管，导管内径根据桩径、每小时灌注量及钢筋笼中间净宽等因素确定为φ250mm，壁厚为8mm。导管连接应平直可靠，密封性好，拼接后进行充水以检验导管的密封性，合格后才进行使用。 3.10.3水下混凝土灌注注意事项 (1)、灌注前对桩孔质量、孔底淤积厚度、泥浆指标、孔深进行一次检查，以防意外事故发生。 (2)、导管底口距孔底高度以能放出隔水塞和混凝土为宜，一般控制在30～50cm，该工程控制在35cm。 (3)、使用的隔水塞应有良好的隔水性能，保证能顺利排出，该工程采用橡胶制圆球，上面用系有铁丝的盖板盖住。 (4)、混凝土初灌量应能保证混凝土灌入后，导管埋入混凝土深度为0.8～1.3m，导管内混凝土柱和管外泥浆柱压力平衡，并保证混凝土能完全置换出导管内泥浆。 (5)、待初灌混凝土足量后，迅速提起盖板离开漏斗口，将混凝土灌至孔底。 (6)、混凝土灌注过程中，导管应始终埋在混凝土中，严禁将导管提出混凝土面，导管埋入混凝土面的深度控制在2～6.0m，导管应勤提勤拆，一次提管拆管不得超过6.0m，派专人测量导管埋深及管内外混凝土面的高差，并详细填写水下混凝土灌注记录。 (7)、混凝土面上升速度控制在2～4m/h，提升导管速度与混凝土浇筑速度相适应。 (8)、控制最后一次灌注量，桩顶的灌注标高比设计标高增加0.5～0.8m，以便清除桩顶部的浮浆渣层，保证暴露的桩顶混凝土达到设计强度值。 (9)、混凝土灌注过程中为防止钢筋笼上浮，采取以下措施： a、在孔口固定住钢筋笼上端。 b、混凝土面接近钢筋笼底端时，导管埋入混凝土面的深度保持在3.0m左右，灌注速度适当放慢。 c、当混凝土面进入钢筋笼底端1～2m后，适当提升导管，以减小导管埋入深度，增大钢筋笼在下层混凝土中的埋置深度。 (10)、在灌注即将结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度和比重增大，常出现混凝土上升困难，此时可上下窜动导管，以利于泥浆泛出。 (11)、混凝土浇筑要求在混凝土初凝前完成。该工程经试验确定灌注桩混凝土初凝时间在8～13小时之间。该工程在正常情况下混凝土灌注时间为：桩1（φ1.2m）3～4h；桩2（φ0.6m）40～60min，因此，可以较好保证混凝土质量。若出现异常情况，灌注过程中停顿时间较长，则采取以下措施： a、混凝土拌和中，加入适量缓凝剂； b、适当加大浇筑速度。 4、质量控制与检查 淮安枢纽立交地涵灌注桩施工过程中，始终坚持质量第一的原则，以“施工过程质量控制”为主，严格按照施工规范和设计要求，把好成孔、清孔、安装、下放钢筋笼、灌注混凝土、泥浆配制等每一道关，并严格按照每道工序过程中的质量标准，进行现场质量控制，认真检查、检测必要的数据，并做好原始记录。每道工序自检、复检合格并报经监理验收合格后，方才进行下道工序的施工。而且每根桩都做有一组试块，每组3件，以备检查预留试件强度，由此判断成桩混凝土质量。 成桩质量检查方法一般有开挖检查法、钻芯法及声波透射等方法。 若采用开挖检查法，不仅造成人力、物力的浪费，且延误工期；钻芯法对桩身也会造成一定程度的损害。该工程本着质量第一的原则，采用现代先进的科学检测方法——声波透射法，可以同时避免以上两种检测方法的缺陷，检测既方便又准确。 5、钻孔灌注桩施工过程中的质量问题及其处理 桩基质量取决于勘察、设计、施工等各种因素，每各环节稍有不慎，就可能造成质量事故。在实际工程施工中，由于施工技术、施工工艺、施工管理水平和人员素质的差异等因素，往往容易出现各种质量问题。质量事故的分析与处理是否正确，同时又影响建筑物的安全使用、工程造价及工期，严重的甚至使整个上部建筑物（如房屋等）倒塌。 在淮安枢纽灌注桩施工过程中，发生质量问题后，其处理方案本着“安全可靠、经济合理、施工期短、方法可靠”的原则，在获得监理人员的批准后方才进行，同时对后续工程提出预防措施以防同样问题的再次发生。 淮安枢纽灌注桩施工过程中的主要质量问题及其处理方法如下： (1)、由于设计原因，个别孔在钻进过程中，打到了已形成的土层锚杆（共三层），有的锚杆露出端头擦钻而过，有的则以15°角两端斜插孔壁，这给钻进带来很大困难，钻头跳动剧烈且无进尺。为了解决此问题先以三翼式钻头慢慢钻进，无效果，后改用相同直径的筒式合金钻头进行慢钻硬磨，终于穿过锚杆层，获得进尺，顺利钻至设计孔深。 (2)、13#孔在钻进过程中打到混凝土，究其原因，此处为前期供应地下连续墙混凝土浇筑的拌和楼所在地，由于部分混凝土未清除干净残留在此，形成混凝土层，致使钻进憋泵，且无进尺。因其深度在2.5m左右，较浅，先采用长锹使劲下铲的办法，铲去小部分混凝土，稍见成效。而后吊住钻杆，降低钻速，慢打硬磨，直至穿过混凝土层为止。 (3)、在钻进时，因土层坚硬或有混凝土块、石块等障碍物，致使桩孔偏斜，对此，采取吊住钻杆，对偏斜处上下反复扫孔，从而使孔校直的办法。 (4)、24#孔在钻进过程中因孔口土质松软，发生孔口土体部分塌落，致使护筒吊入孔内，在打捞出护筒后，用粘土将孔口回填夯实，并加长护筒，将护筒外壁回填密实。另2#孔在钻进过程中，由于打着锚杆，钻进困难，边商议措施边试钻的间隔过程中，停顿时间太长，再继续钻进时，发生塌孔现象。经研究采取回填砂土和粘土混合物至塌孔位置处，夯击密实后，加长护筒，重新钻进。 (5)、23#孔在钻进过程中，由于打着孔内锚杆，扭矩过大，致使钻杆扭断，钻头吊入孔底。起初使用2tφ80冲抓锥拟将其吊出，因吊力太小，未能将钻头吊出，后采用自制钢板钩才将其捞出。 (6)、清孔后，孔底淤积超厚（≥30cm），采取继续清孔的办法，直到达到设计要求（淤积厚度不超过30cm）。 (7)、在灌注11#孔过程中，由于初灌量不足，未埋住导管，泥浆从导管底口侵入，幸而发现较早，混凝土只浇筑1m3左右，量少，当机立断，在漏斗口放入隔水塞和盖板，保证足够的初灌量，重新灌注，使得灌注工作顺利进行，防止了质量事故的发生。 6、结语 钻孔灌注桩施工技术含量较高，由于它的隐蔽性、影响因素的复杂性，使得现场桩基施工过程中遇到的质量问题相对较多且不易发觉及解决，这就要求我们现场施工技术人员多搜集、看阅有关技术资料，丰富自己的专业知识，并结合现场实际施工情况，因地制宜地组织施工，对施工中遇到的质量问题，能随机应变，做到优质、高效。总之，钻孔灌注桩施工是一门实践性很强的施工技术，它要求我们在施工过程中不断的总结和完善这门技术，我相信，在广大土建技术同仁的共同努力下，这门技术将会不断地发展和完善，为我国的基础建设事业做出更大的贡献。
