论小孔径钻孔灌注桩施工技术与质量控制-建筑设

论小孔径钻孔灌注桩施工技术与质量控制

张锡标

摘　要　随着城市建设的不断发展, 建筑工程对于地基承载力的要求越来越高, 由于钻孔灌注桩具有承载力高、施工方便、设备简单、不产生振动和噪音等特点, 所以钻孔灌注桩在建筑工程基础施工中被广泛采用。本文主要介绍钻孔灌注桩施工技术。

关键词　钻孔灌注桩；施工技术；质量控制；混凝土

0 前言

　　在一般的中低层建筑中, 由于基础的单桩承载力要求不高,因此采用的钻孔灌注桩的孔径较小。当承载力要求为400KN～ 600KN 时, 钻孔灌注桩的桩径一般在400mm～ 500mm 就能满足要求, 而这类桩基属于小孔径钻孔灌注桩。在江门市某居民区工程施工中, 我们共完成Á 450mm、桩长19. 5m 的钻孔灌注桩2863 根, 工程质量均达到规范和设计要求。现将施工情况阐述如下:

1　施工机械选择

　　小孔径钻孔灌注桩孔径较小, 深度不大, 钻孔工作量小。为此必须根据地质情况, 选择体积小, 移动方便、生产效率高的钻机。天津小关远洋住宅小区的桩基为5 450mm、桩长19. 5m、淤泥质地层, 为此我们选择了KQ - 800 型潜水钻机。

　　KQ - 800 型潜水钻机主要由潜水电钻、齿轮减速器、密封装、钻杆、钻头等组成, 见图1 所示。这种钻机的特点是动力、减速机构与钻头紧紧相连在一起, 共同潜入水下作业, 钻孔效率高。而且钻杆不需要旋转、除了可减小钻杆的截面外, 还可以大大避免因钻杆折断面发生的工程事故。

　　潜水电钻构造如图2 所示, 具有体积小、重量轻、机器结构轻便简单、移动灵活、成孔速度快等特点, 因此在小孔径钻孔灌注桩施工中更多采用。

2　钻孔灌注桩施工工艺流程

3　钻孔灌注桩施工

3. 1　施工准备

　　施工准备包括编制施工组织设计, 场地平整, 测量放线, 挖泥浆池、沉淀池、排浆沟, 接通水源、电源, 安装水泵设备以及施工所需的材料、设备。

3. 2　钻机安设

　　应确定钻机移位路线和方法, 安装钻机及灌注架轨道, 安装桩架及灌注架等。

 

图1　潜水钻机示意图

1. 钻头; 2. 潜水电钻; 3. 电缆; 4. 护筒; 5. 水管; 6. 滚轮

(支点) ; 7. 钻杆; 8. 电缆盘; 9. 0. 5t 卷扬机; 10. 1t 卷扬

机; 11. 电流电压表; 12. 起动开关

3. 3　潜水钻机钻孔

3. 3. 1　排渣方式

　　潜水钻机成孔排泥(渣) 有正循环和反循环两种方式, 一般采用正循环方式, 见图2 所示。正循环施工法,是利用泥浆泵使泥浆通过钻杆、钻头而压入孔底, 携带钻渣, 再从孔底经过钻杆与孔壁之间的环形空间回流至地面的循环方式。

3. 3. 2　泥浆

　　泥浆的制配有自行造浆和制备泥浆两种。对于软土地基, 可采用自行造浆, 即用清水和孔中钻头切削下来的土颗粒混成泥浆, 形成自造泥浆护壁。由于软土地基的桩孔容易缩径, 因此, 必须将泥浆的比重控制在1. 1t/m3～ 1. 2 t/m3。采用膨润土泥浆时, 也应控制好泥浆的性能指标。无论是自造泥浆还是配制泥浆, 必须满足表1 的要求。

3. 3. 3　钻孔

 

淀池; 6—潜水泥浆泵

　　为了保证钻孔位置及成孔的垂直度, 钻机就位后必须对钻机进行检查, 钻盘中心应与钻架上吊滑轮在同一垂直线上, 钻头与桩位中心对中, 而且钻架必须保证水平, 钻杆必须垂直。

表1　软土地基钻孔灌注桩泥浆性能指标

项次 项目 性能指标 检验方法

1 比重 1. 1～ 1. 2 泥浆密度计

3 含砂量 < 4% 含砂仪

4 胶体率 > 98% 100mL 量杯法

5 失水量 < 30mL/30min 失水量仪

6 泥皮厚度 1～ 3mm/30min 失水量仪

7 静切力 1min20～ 30mg/ cm2

10min50～ 100mg/cm2

静切力测量仪

8 稳定性 ≤0. 02/cm3 500mL量筒或稳定计

9 pH 值 7～ 9 pH 试纸

　　由于软土地区地基较软, 钻孔过程中要严格控制钻进速度, 每分钟钻进速度不宜大于0. 5m。如钻进速度高、泥浆比重大、钻进过快, 切削出的泥块块大, 未成浆, 对钻机产生较大阻力, 有可能使电机超负荷而损坏, 或使钻杆折断等, 并且由于钻进过快而容易引起缩径。钻进过程中要控制好泥浆比重及泥浆供应量, 避免泥浆比重轻而坍孔, 也要避免泥浆比重过大、排渣不及时而造成埋钻。钻进过程中要加强检查, 发现偏移及时纠正, 发现摇晃、跳动或钻进困难时, 可能遇到硬层或一边软一边硬土层, 要放慢进尺, 待穿过硬层后再正常钻进, 直到达到设计标高。

3. 4　清孔

　　当钻机达到设计深度后应停止钻进, 此时稍提钻杆, 使钻头距孔底10cm～ 20cm 处空钻, 并保持泥浆循环。将密度为1. 05～ 1. 10 的不含杂质的泥浆或清水压入钻杆, 把钻孔内悬浮较多钻渣的泥浆换出孔外。由于小孔径钻孔灌注桩的钻孔及砼灌注量相对较小, 因此施工速度较快, 所以采用一次清孔, 使孔底沉渣≤300mm , 泥浆比重小于1. 25, 含砂量≤6% , 粘度≤28S,达到要求后及时安放钢筋笼, 灌注水下混凝土。

3. 5　钢筋笼

　　小孔径钻孔灌注桩的钢筋一般不太长, 因此按设计长度一次预制成型, 在清孔完成后, 及时将钢筋笼放入成孔。安放钢筋笼时, 由于孔道较小, 所以必须对准孔位, 垂直缓慢放入孔内, 避免碰撞孔壁。为了保证钢筋笼的位置及保护层的厚度, 必须在钢筋笼的周围主筋上每隔50cm 绑扎混凝土垫块。钢筋笼放入孔内, 要采取措施将钢筋笼固定, 以保证灌注混凝土后钢筋位置准确, 也防止钢筋笼落入孔底。

3. 6　水下混凝土灌注

3. 6. 1　砼的要求

　　水下混凝土在灌注过程中, 由于受水及泥沙杂质的影响, 强度受到不同程度的损失, 尤其在膨润土泥浆中浇筑的混凝土, 强度更会降低。其次水下混凝土在施工过程中无法进行振捣, 因而混凝土的密实性和均匀性比较差, 强度必然会低于陆上浇筑的混凝土。因此,在水下混凝土配合比设计中, 必须提高一个强度等级,也就是混凝土的配制强度比设计混凝土强度提高5M Pa。因为小孔径钻孔灌注桩在混凝土灌注时, 也是用导管灌注, 而导管与孔壁之间的间隙比大孔径混凝土小得多。因此, 对混凝土的和易性, 扩散度要求更高,施工时必须加入外加剂, 以改善混凝土性能达到灌注要求。小孔径灌注桩的混凝土要求: 施工坍落度为18cm～ 22cm , 扩散度不应小于8cm。

3. 6. 2　混凝土灌注的主要机具

　　水下混凝土灌注的主要机具包括: 混凝土灌注架、导管、漏斗、隔水栓等。

　　混凝土灌注架: 见图3 所示, 混凝土的灌注架底部带有轮子可以在轨道上行走。

　　导管: 用无缝钢管制作, 直径应为200mm , 连接宜用双螺纹方扣快速接头。如果用法兰连接, 为避免提升时导管挂住钢筋笼, 必须放置防护三角形加劲板或设置锥形法兰护罩。

　　漏斗: 用4～ 6mm 钢板制作, 与导管配套, 要求不漏浆、不挂浆, 漏泄顺畅、彻底。

　　隔水栓: 由于小孔径混凝土在浇筑时, 导管与孔壁间隙较小, 而且有钢筋笼存在, 所以无法浮出, 因此不宜用球胆法而采用隔水栓法。如图4。隔水栓采用C20混凝土预制成圆柱形, 内径比导管小20mm , 高度比直径大50mm , 采用4mm 厚的橡胶圈密封。

3. 6. 3　混凝土灌注

　　由于小孔径钻孔灌注桩导管与孔壁之间的间隙比大孔径钻孔灌注桩小得多, 水下混凝土的灌注难度大,因此混凝土的灌注是小孔径钻孔灌注桩的重点, 应特

别注意。

由于小孔径钻孔灌注桩采用球胆隔水法施工, 球胆难以上浮。因此必须预制隔水栓。为了使隔水栓顺利排出, 导管的底部至孔底距离控制在50mm～ 60mm。

　　在浇注混凝土时, 首先将隔水栓贴紧水面, 然后安放漏斗, 下放混凝土。第一次浇筑混凝土时, 必须使进料斗、贮料斗内备有足够的混凝土, 使导管第一次浇注埋入混凝土深度大到2m 以上。如果计算埋深不足2m ,继续浇注混凝土。由于孔径较小, 所需的混凝土量不大, 因此灌注过程中必须记录混凝土的灌入量, 以确定导管埋深。导管埋深不宜过大, 一般在2m～ 4m , 并要及时提升导管。在提升导管过程中, 在30cm 振幅内颠管,这样才能使混凝土顺利流出上翻。

　　当灌注接近桩顶标高时, 应控制最后一次灌入量,测量桩顶标高, 使桩顶高出设计标高0. 5m～ 0. 8m , 保证凿除桩头泛浆后达到设计标高及设计混凝土强度

4　质量控制

4. 1　施工机械控制

　　钻机及混凝土灌注架的轨道尽量平直。开钻前必须检查钻机是否平稳。用垫木垫水平、稳固, 以保证钻机垂直度。灌注架应保持平稳, 以保证导管及钢筋笼垂直, 避免导管挂笼及钢筋笼安放时碰撞孔壁。

4. 2　桩位控制

　　桩位放线必须准确, 而且施工过程中对控制桩应进行保护。开钻时必须对桩位进行复核, 安放的护筒无偏差。施工过程中, 随时验证桩点位置, 了解桩点高程,保证施工桩的深度, 桩顶标高及钢筋笼的下放位置, 对桩进行编号, 对各种施工数据按桩号进行交底。

4. 3　成孔质量控制

4. 3. 1　由于小孔径钻孔灌注桩一般桩比较密, 桩间距较小, 而且桩的施工周期比较短, 所以在钻孔时, 必须跳打, 即根据桩距情况, 隔1～ 2 根桩钻孔, 以防止后施工桩对已成桩影响。

4. 3. 2　软土地基小孔径钻孔灌注桩施工中应特别注意泥浆的比重, 定期测量泥浆, 并做好记录。

4. 3. 3　软土地基的小孔径钻孔灌注桩, 注意扩孔情况, 选择合适的钻头, 对钻头的大小进行调整, 以保证钻孔的直径满足设计要求。

4. 3. 4　成孔后必须对孔径、孔深、垂直度、沉渣厚度、地质变化情况做好记录。

4. 4　钢筋笼质量控制

4. 4. 1　钢筋的种类、规格、型号必须符合设计要求。

4. 4. 2　钢筋应调直, 主筋的间距、螺旋箍筋的位置、数量符合要求, 不能漏焊。

4. 4. 3　钢筋笼的存放、搬运、吊装过程不能变形, 存放场地要平, 堆码高度不能太大, 一般堆放2～ 3 层为宜。为防止变形, 除设加劲箍筋外, 在钢筋笼内每2m 装一个可拆卸的十字形临时加劲架, 在钢筋笼安放时再拆除。

4. 4. 4　钢筋笼安放入孔要对准孔位, 垂直缓慢放入孔内, 避免碰撞孔壁。为保证钢筋笼位置及保护层厚度,每隔50cm 设置保护层垫块, 钢筋笼入孔后必须检查标高, 位置准确及时固定。

4. 5　混凝土质量控制

4. 5. 1　混凝土的原材料符合国家规范要求, 强度等级注意增加5M Pa。

4. 5. 2　混凝土的外加剂符合要求, 以改善混凝土的性能、坍落度和和易性等满足小孔径的灌注要求。

4. 5. 3　混凝土灌注用的导管比大孔径的要小, 一般选择φ200, 所以特别注意导管的连接, 防止挂笼。

4. 5. 4　检查成孔质量合格后, 应尽快灌注混凝土, 以防止塌孔和缩径。

4. 5. 5　混凝土灌注过程中要注意颠管, 以增加混凝土的上浮力, 使混凝土顺利出管, 并且注意导管埋深。混凝土要连续灌注, 防止断桩。

4. 5. 6　对混凝土的灌注量要做好记录, 软土地区充盈系数一般为1. 2～ 1. 3。

4. 5. 7　混凝土灌注过程中, 注意做好混凝土试块, 并按标准养护, 试压。

5　质量检查与检测

　　混凝土钻孔灌注桩除了按照《建筑工程质量评定标准》GBJ 301- 86 进行检查评定外, 还应对桩的完整性及承载力进行检测。

　　桩的完整性检测采用低应变动力测桩法进行检测。根据桩的动测波形来判断桩是否完整, 是否有缩径及断桩情况, 以及测试桩的长度, 根据波速可以判定桩身混凝土质量。

　　桩的承载力检测, 对于小孔径桩的承载力, 应用高应变动力测桩法检测, 这种方法简单、用时短, 根据要求提前做好高应变试桩接桩头工作, 桩头的混凝土标号要尽量高, 以防止试桩过程中桩头损坏而无法检测。

　　为了掌握桩身混凝土的实际强度, 凿除桩头后还应对桩身的混凝土用回弹法进行测定, 为以后施工留下参考记录。

6　结束语

　　对于软土地区小孔径钻孔灌注桩的施工, 必须特别重视钻进速度、泥浆比重及混凝土的灌注, 才能保证桩的质量。对于桩基评定, 在验标中没有提到桩的完整性及承载力, 建议评定时加以补充。对于水下混凝土试件的强度评定, 建议按照GBJ 107- 87 标准增加强度修正值。