坑仔大桥冲钻孔灌注桩基础施工与质量控制初探
2017-03-28
大直径冲钻孔灌注桩施工是一项相对而言较为敏感的工艺，又因其成桩过程的长时连续性和全数隐蔽性，任何一个疏忽都有可能给桩基带来施工事故或质量事故，所以每一道工序的施工都必须认真严格进行全方位、全过程循环质量跟踪的检查。该工程采用回转与冲击组合钻进法，加快施工进程，减少质量事故，保证质量安全，提高社会、经济效益。
1.工程冲钻孔灌注桩设计要求与地质概况
沈海复线高速公路A7标段坑仔大桥，桥长607m，为二十跨预应力混凝土连续T梁，桥墩基础为直径为1.8m的钻孔灌注桩，桩为嵌岩桩。
1.1钻孔灌注桩设计技术要求
桩直径：1800mm；设计有效桩长：36m；桩身砼强度：C30。
1.2工程地质条件
根据地质勘探报告，该工程地表以下各土层的土质由上至下概况简述如下：①层：主要由灰、灰黄色中细砂混含建筑垃圾组成，结构松散。②层粉质粘土：灰、灰黄、褐黄色，可塑，饱和，混含30%的中细砂。③层中粗砂：灰色，松散，饱和，古英质，含20%的粘性土。④层粉砂：黄色、黄褐、褐黄色，稍密，饱和，含15%的粘性土。⑤层粉质粘土：黄、褐黄混杂红色，可塑，饱和，夹有粉砂薄层。⑥层散体状强风化花岗岩：灰白色，散体状。原岩结构基本清晰，花岗粗粒结构，块状构造，岩石风化强烈，长石大部分已风化为粘土矿物。⑦为碎块状强风化花岗岩，灰白色，碎块状。原岩结构基本清晰，花岗粗粒结构，块状构造，岩石风化强烈。⑧为中风化花岗岩，灰白色，岩芯呈块、柱状。该工程冲钻孔灌注桩设计持力层为第⑧层，要求桩端进入中风化花岗岩层深度为不小于1.5m。
2.主要施工准备工作
2.1机械设备准备根据施工现场实际情况，选择满足施工要求的主要设备如下
（1）CJF-20型冲击反循环钻机3台。
（2）移动吊机5t1台电力：以电力网电为主，另备用120kW发电机组。
2.2施工技术准备
（1）工程开工前向监理部报送施工组织设计方案进行审查，并在施工放线完成后经自检合后，报监理方认真复核。
（2）工艺流程：场地平整→孔位测定→护筒埋设→钻机就位→开钻回转钻进（土层）→冲击钻进（强、中风化花岗岩）→提钻→第一次清孔→检孔→钢筋笼吊放→下导管→第二次清孔→水下混凝土灌注→提拔导管→成桩。
3.冲钻孔灌注桩质量控制的管理对策
3.1全方位控制、执行
4个100%钻孔灌注桩属于地下全数隐蔽工程，执行4个100%检验制度（即：机组100%自检，施工员100%复检，质量员100%验收，监理单位现场代表100%验收），上道工序验收合格后方可转入下道工序的施工，实现工序质量的全方位控制目标。
3.2规范工序监控要求，签发单桩“二令三单”
因钻孔灌注桩单桩工序管理较为复杂，故对单桩工序控制执行“二令三单”签发制（“二令三单”即为：开始令、终钻验收单、隐蔽验收单、浇灌令、终灌验收单），从而保证了单桩工序控制的规范运作，确保了单桩的工序质量。
4.冲钻孔灌注桩施工质量的控制
4.1桩孔定位的质量控制
（1）确定桩位：场地平整后，由测量人员按照设计图纸及已确定的轴线定出桩位，在每个桩位中心点打入一根16×800mm钢筋做桩位标记，用砼固定好，并标明桩位编号，根据水准点测出桩位自然地面标高。桩位放线好后同监理人员和质检人员对轴线及桩位进行复核，并要有复核记录，确保桩位定点无误。（2）埋置护筒：以桩位中心为圆心，挖出比设计桩径大200mm的基坑将护筒安放好，用经纬仪校正符合要求后，以水准仪测其标高。要求护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，且顶面应高于地面0.5m左右。护筒埋设深度不少于1m，应排除下部一切障碍物，必须把护筒、钻机安装稳固、准确。护筒有固定桩位、钻孔导向、保护孔口和隔离孔内外表层水的作用。（3）桩机就位：钻机就位前，用经纬仪检查桩机垂直度，要确保天车、转盘中心及桩位的中心点同在一条垂线上，钻头中心偏差小于20mm，对桩机底盘校对水平，为了便于控制孔底标高，测出桩面底盘台面标高，并做好桩机稳定工作。
4.2桩孔的质量控制
（1）钻机准备就位后，应复测校正，钻头对准钻孔中心，同时使钻机底座水平。经现场监理工程师复核无误后再检查钻机、水泵、泥浆循环系统正常并下达开钻令方可开钻。
（2）在钻进过程中，经常注意钻渣的捞取，并注意土层的变化，同时经常检查泥浆的各项指标。在不同的地层，采取不同的冲程，在粘性土及含砂率小的泥岩中，宜用中等冲程、稀泥浆钻进，在砂性土及含砂率高的地层中，宜用低速慢进、稠泥浆钻进，进入强风化花岗岩后，用冲击钻机通过起落钻头并在自重作用下冲击孔底花岗岩层，将花岗岩层破碎成孔，部分碎渣和泥浆挤入孔壁中，大部分成为泥渣，用掏渣筒掏出，如此循环至设计标高。
（3）成孔施工应一次不间断地完成，不得无故停钻，成孔直径、成孔及嵌岩深度不能小于设计要求。该工程一根桩成孔时间约为98h，经驻地监理工程师用对孔深、用检孔器对孔径进行检查合格后填写终孔检查证，立即进行孔底清理的准备工作。
4.3清孔质量控制
（1）在成孔完成后，通知监理工程师验孔，合格后立即进行清孔。采用换浆法清孔，将钻机提离孔底0.2m左右空转，保持泥浆正常循环，以中速将密度较低（1.03～1.10）的较纯泥浆压入，把密度较大的泥浆和钻渣换出，直到孔内泥浆指标及孔底沉淀层厚度达到要求。（2）下钢筋笼和导管之前，必须再次检查泥浆指标和沉淀层厚度，合格后方可进行下一道工序，否则须将泥浆泵连接在导管上部通过导管向孔内注入密度较低的泥浆，进行第二次清孔，直至孔内泥浆指标及沉淀层厚度符合要求。
4.4钢筋笼安装及导管下放控制
（1）钢筋笼的起吊和就位：为了保证钢筋笼起吊时不变形，采用两点吊，主吊点设在每节钢筋笼顶端，另一吊点设在距末端0.3L（钢筋笼长度）处。当钢筋笼进入孔口后，人工将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁，同时解除临时支撑。
（2）导管安放：
①选用250mm内径导管，导管内壁力求光滑、顺直、光洁，无局部凸凹，各节导管内径大小一致，导管连接部位内径偏差不大于2mm。
②导管安装使用前按规定做水密试验，保证灌注砼作业时导管内不渗漏，合格后才能投入使用。
③底管长度不小于4m。导管总长根据庄孔深度调配。
④下导管前对每节导管进行编号，注明长度，节与节之间的连接紧密不漏水，导管安完，其底部距孔底0.3～0.5m，并上下活动导管，逐渐降低泥浆比重。
（3）二次清孔：安放钢筋笼和混凝土导管后，再用导管压浆进行二次清孔，待孔底沉渣基本全排出或被悬浮在孔内，且测出的泥浆指标和沉淀物厚度均符合规定后，并经现场监理工程师检查合格后，方可进行水下混凝土浇筑工序。
4.5灌注水下混凝土质量控制
（1）灌注水下混凝土是钻孔桩施工的重要工序，采用合格的商品混凝土，现场随时检测坍落度，符合要求后方可灌注。（2）储料斗的容积为需根据计算确定，确保混凝土首盘灌注后使导管埋深在1.5m以上，以后不论何时，须保证导管底埋在水下混凝土顶面下2m，以防孔内泥水冲入混凝土中。（3）灌注开始后，应紧凑地、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中要防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，而使测深（下转第140页）（上接第64页）不准确。灌注过程中，应注意观察管内下混凝土降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土顶面高度，正确指挥导管的提升和拆除。拆除导管动作要快，时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中，并注意人身安全。已拆下的管节要立即清洗干净，堆放整齐。（4）在灌注将近结束时，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增加，比重增大，会出现混凝土顶升困难的情况，在拨除最后一段长导管时，拔管速度要慢，防止起拔过快或护向倾伴造成桩顶部位砼疏松、夹泥、夹砂等。
5.冲钻孔桩钻孔施工质量通病及预防措施
如出现事故时，应分析原因，采取合理的技术措施，及时设法补救。
5.1坍孔预防措施及处理方法
（1）在松散粉砂土或流砂中钻进时，应控制进尺速度，选用较大相对密度、粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。冲击钻成孔时投入粘土、掺片、卵石，低冲程锤击，使粘土膏、片、卵石挤入孔壁起护壁作用。（2）应采取升高护筒，增高水头，或用虹吸管、连通管等措施保证水头相对稳定。（3）清孔时应指定专人补浆，保证孔内必要的水头高度，吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。
5.2缩径
预防措施及处理方法：（1）使用直径合适的钻头成孔，根据地层变化配以不同的泥浆。成孔施工时应重视清孔，在清孔时要做到清渣而不表泥，预防清孔后在浇筑的过程中局部坍塌，导致缩径的产生。（2）采用钻具上、下反复扫孔的方法来扩大孔径。
5.3钻孔偏斜
预防措施及处理方法：
（1）安装钻机时要使转盘、底座水平，起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上，并经常检查校正。
（2）由于主动钻杆较长，转动时上部摆动过大。必须在钻架上增设导向架，控制钻杆上的提引水龙头，使其沿导向架对中钻进，钻杆接头应逐个检查，及时调正，当主动钻杆弯曲时，要用千斤顶及时调直。
5.4钢筋笼上浮
预防措施及处理方法：
（1）尽量缩短混凝土总的灌注时间，防止顶层混凝土进入钢筋骨架时，混凝土的流动性过小，建议使用缓凝剂。
（2）当混凝土面接近和初进入钢筋骨架时，应保持较深埋管，并徐徐灌入混凝土，以减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力。
（3）当孔内混凝土面进入钢筋骨架1～2m以后，适当提升导管，减小导管埋置深度，从而增加混凝土对钢筋骨架的握裹力。该项目的桩基础工程竣工后，每根桩都进行了小应变检测，且按图纸要求抽取一定数量的桩进行大应变检测，均符合设计要求，实践证明我们的控制措施还是有效的。
6.结束语
某桥梁基础工程桩为桩径1.8m，桩长36m的大直径冲钻孔灌注桩（嵌岩桩），由于从施工准备、质量管理对策、施工质量控制、质量通病预防、桩基检测等等方面进行了全方位和全过程循环质量管理，并采用先进的施工工艺，确保了施工质量。
