浅谈旋挖钻机钻孔灌注桩施工工艺

摘要:文章从旋挖钻机施工特点入手,进而分析旋挖钻机钻孔灌注桩施工工艺,并进一步分析灌注施工中常见质量通病的处理方法,最后提出了施工质量检查验收规范。

关键词:旋挖钻机;钻孔灌注桩;质量检查验收

中图分类号:U445文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)28-0149-03

0前言

地基基础是建筑物的根本,质量的好坏直接关系到建筑物的安危。在土木建筑物中,钻孔灌注桩作为桩基础中常见的一种基础形式,其具有施工速度快、无振动、占地少、噪声小、承载力大、成本较低、无地面隆起、能适应各种地层需要等特点,广泛应用于房屋建筑、水工建筑和桥墩基础的施工。近年来,随着经济的高速发展,建筑物的规模趋向大型化,要求桩基础的承载力越来越大,灌注桩向着更大的直径和深度发展,同时对山区以岩层为对象的基础工程,特别是要求能满足卵石、孤石以及残存混凝土构件等地下障碍物为对象的基础工程增多。在这样的情况下,旋挖钻机以其机动性大、成孔质量高、适应地层能力强、独立作业性好、施工技术先进等优点被越来越多地应用于钻孔灌注桩施工。

1旋挖钻机施工特点

(1)施工技术先进。该钻机钻杆直径大,能同时承受拉压、剪切、扭转、弯曲等复合应力;配有微机电脑控制系统,能保证钻杆的竖直度和中心位置符合要求。

(2)施工简便。钻机自带动力和走行机构,在工地范围内,能自行行走和移动,能快速校准水平和桩位。钻架和钻杆组装拆卸方便。

(3)污染小,占地少。该钻机施工时成孔快、扩孔率小、噪音小、低震动、故障少、泥浆用量少,且不用泥浆排渣,挖出的泥沙也便于运走,对周围环境污染较小。

(4)适应地层能力强。该钻机对地层适应较广,既适应粘性粘土、淤泥质粘土层、砂性土,也适应强度不高的胶结砂岩层。

2旋挖钻机施工钻孔灌注桩的施工工艺

2.1工艺流程

2.2施工准备

(1)钻孔场地应平整坚实。

(2)施工测量放样。对桩位坐标点进行准确放样,放出桩基的十字线。旋挖钻机的钻头的钻尖准确对准桩中心十字线中心位置。

(3)制造、埋设(下沉)护筒。护筒内径应大于设计桩径20cm。为确保护筒埋置过程中孔壁不坍塌,埋设护筒采用“压埋法”,即根据桩位,用钻头(加大直径)开挖1m深后,放入护筒,在护筒顶设方木,用钻杆通过方木给护筒垂直加压,使护筒下沉至设计位置,当下压不能达到设计位置时,用钻头在护筒内开挖,边挖边压,必要时可往护筒内加泥浆,直到护筒埋设到设计位置稳固后为止。埋设时,护筒周围要采用粘土夯实紧密填封,护筒底口埋置在密实土层中,护筒上口高出地面0.3m以上。

(4)泥浆制备。由于旋挖钻机施工中,钻进速度较快,为防止坍孔,护壁泥浆的配置非常关键。施工时,一般采用优质膨胀土造浆,掺入纯碱作为分散剂,必要时加聚丙烯酰胺或纤维素。钻孔过程中根据地层、地下水位等具体情况,适当调整泥浆的配合比(见表1);要根据最差工程地质土层的需要量,添加膨润土,以防止最差层出现坍孔。

表1

地层 膨润土:水 粘度 比重 纯碱掺加量

土层 1:9 17S 1.03～1.08 0.5%

砂层 1:7 17～18S 1.05～1.15 1%

卵砾层 1:5 18～20S 1.10～1.20 2%

2.3施工

2.3.1钻进

(1)旋挖钻机:为方便钻头上下水的互通,防止由于钻头提升而在钻头下形成真空,造成地下水渗入钻孔内冲刷孔壁,钻头直径最好比桩径小4～5cm;为满足钻孔桩尺寸要求,可通过在钻头周围焊接齿板解决,两对称齿板的最大距离要在桩径的-1cm以内;钻机就位后,可采用仪器或垂球,对钻机的钻杆进行竖直度检测和调整,并在钻进过程中随时对钻杆竖直度检测。

(2)要根据地层情况,即时调整泥浆性能指标和水位高程;在地下水位较高时,要注意保证水头的高度。

(3)钻进速度:要根据地质情况进行调整,在粘土层内钻机的进尺可快些;在砂土层中,钻机的进尺要减慢,以防因钻斗升降速度过大而使钻斗上下面产生强烈的紊流活动(也有吸引力作用)引起坍孔。

(4)钻头在提出泥浆面时,注意护筒内泥浆面的高度,随着钻头的上提,要及时往护筒内注入泥浆,以保持泥浆面的水头压力。在钻头完全提出钻孔后,停止注入泥浆。

(5)及时用装载机运走井口的渣土,以免渣土堆积过多挤偏护筒和压塌井壁。

2.3.2检孔钻至设计标高后,要及时对钻孔进行检测。旋挖钻机检孔可用起吊设备将检孔器准确放入孔内进行量测。在将检孔器取出钻孔后,可再次检测孔深。

2.3.3终孔后清孔当钻孔深度达到设计要求经现场监理工程师确认后,进行清孔。一般,可采用筒式捞砂钻头,或是采用气举反循环方法。在清孔排渣时,必须注意保持孔内液面高度,防止塌孔;清孔完成后,应马上使用测锤测量钻孔深度,检查孔底沉渣厚度。当沉渣厚度不满足设计要求时须进行二次清孔,一般设计要求端承摩擦桩沉渣厚度不大于50mm,摩擦端承桩沉渣厚度按0mm控制。在清孔的过程中,须注意的是,不得用加深钻孔深度的方式代替清孔。

2.3.4钢筋笼及导管安装

(1)钢筋笼安装:两节钢筋笼间应顺直连接,不得有突弯。钢筋笼骨架向孔内放置时,应由吊车吊起,将其垂直、稳定放入孔内,避免碰坏孔壁,使孔壁坍塌,在砼浇筑时出现废桩事故。钢筋骨架的保护层,可采用水泥砂浆圆柱形垫块(按竖向每隔2m设一道,每道4～6个),中间用绑丝与钢筋系在一起。

(2)导管安装:安装前应进行密封检验,水压试验时的压力应不小于灌注混凝土时导管可能承受的最大压力的1.3倍。吊放导管时,应使位置居孔中,轴线顺直,稳步沉放,防止卡挂钢筋笼和碰撞孔壁。导管上口设漏斗和储料斗,下口距孔底30～50cm。

2.3.5灌注水下混凝土在灌注前,应先组织好人力、物力,保证混凝土连续灌注,每根桩力争在3小时内完成;应仔细检修灌注机械,并准备备用机械,如用外接电源时,应准备发电机一台,发生故障时立即调换。在灌注的过程中,为减少混凝土对孔壁的冲击,应保持匀速灌注;在灌注时,要及时用测绳测量砼面上升高度,计算和控制导管埋置深度(最大埋管不小于2.0m,最大埋管深度不宜大于6.0m),确定导管拆卸长度;应连续关注混凝土,不得中途停顿,混凝土坍落度宜控制在18～22cm之间,应掺加缓凝剂以推迟混凝土初凝时间;在灌注过程中,孔内泥浆从孔口溢出,应保持流通渠道畅通,防止泥浆乱流。在灌注即将结束时,为保证桩顶混凝土质量,应由质检员核对混凝土的灌注数量和桩顶灌注高度,应确保灌注高度高于设计桩顶0.5～1.0m时,方可提拔最后一节导管。导管提升时不能过猛,应缓慢匀速拔出,以防止导管被拉断,同时也防止将导管提离混凝土面,造成断桩事故。

2.3.6护筒起拔、导管及护筒冲洗当灌注完成后,应清理出护筒上的吊环,套上钢丝绳套,利用吊车缓缓提出护筒,防止落入大土块。导管拔出后,应及时用清水冲洗掉导管内壁上的混凝土及导管接头部位。护筒拔出后,应及时清除掉护筒内壁的混凝土和外壁的粘土。同时,在清洗过程中,应及时清除施工现场的泥浆和渣土,并运送到指定地方。

3灌注中常见质量通病的处理方法

3.1坍孔

坍孔的原因:泥浆密度不够或其他泥浆性能指标不符合规定,使孔壁未形成坚实的泥皮,护壁效果不佳;旋挖钻机设置在护筒上,由于振动使孔口坍塌,扩展成较大坍孔;清孔时未及时补水,使孔内水位低于地下水;吊入钢筋时碰撞孔壁,形成坍孔等。

处理:严格控制泥浆的配备,其比重一般控制在1.05～1.2,且加入的泥浆量应保证高于地下水位2m以上;在埋设护筒时,其下部应用粘土夯实,上部用麻袋或编织袋装粘土堆实至护筒顶,如发生孔口坍塌,应立即拆除护筒并回填钻孔,重新埋设护筒再钻;清孔时应指定专人补水,保证钻孔必要的水头高度。

3.2流砂、流动地下水

特征:孔内的水头不该下降而明显下降,或本应上升的水头不上升。这表明桩位处可能遇地下暗河或流砂层,孔内水及泥浆被水冲走,也有可能将混凝土中的水泥浆部分冲走,导致桩身混凝土强度降低,严重时呈蜂窝状或松散状,毫无强度。

处理:如遇暗河或流砂层,应适当加大泥浆比重(注意要在范围内,保证能灌注混凝土),掺加适量碎石,用旋转钻机冲击,反复掺加碎石,保持孔深不变,以达到护壁坚实;经常观察孔内水头变化,及时补充泥浆,保证孔内水头;可适当减小混凝土的塌落度,加入适量早强剂、减水剂或速凝剂,提高混凝土的早期强度;在灌注到地下暗河或柳砂层时,适当加快灌注速度,以堵住流水或流砂,减少灌注过程中对混凝土的扰动,以减少混凝土中水泥浆的流失。

4质量检查验收

4.1成孔质量检验

施工结束后,采用旋挖钻配备的专用仪表,测量钻孔的倾斜度,即直桩的倾斜度不大于1/100;孔的中心位置偏差:群桩不大于10cm、单排桩不大于5cm;孔径不得小于设计直径;孔深不小于设计规定;孔底沉淀厚度应小于0.3m或小于设计要求。

4.2成桩质量检验

根据水下混凝土灌注记录,检查灌注情况。检查预留试块的抗压强度,应不低于设计强度,每根桩不得少于3组。桩身混凝土质量检验以无破损法为主,检验桩数应依据设计要求,对于检验可疑的桩,应要求对桩全长钻芯取样对柱桩并应钻到桩底0.5m以下,以检验桩的混凝土质量。单桩垂直承载力检查,应按设计要求进行。

综上所述,旋挖钻机钻孔灌注桩施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保的优点。但由于它又是一个隐蔽工程,只有在施工过程中进行精心施工,配备先进的设备、选择合适的施工人员、严格把握每道工序质量,才能做到精益求精,方能保证钻孔灌注桩的质量。

参考文献

[1] 刘文龙.旋挖机钻孔灌注桩施工技术及控制[J].山西建筑,2009,(28).

[2] 赵希铸,倪顺年.浅析旋挖机钻孔灌注桩施工质量控制[J].黑龙江科技信息,2009,(10).