建筑基础钻孔灌注桩施工的质量控制

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摘要: 钻孔灌注桩在各类土木工程中广泛应用，具有抗震性好、承载力大、施工噪音小、可以解决特殊地基沉载力等诸多优点。目前在国内建筑基础工程领域中钻孔灌注桩基础已占据了重要地位，但灌注桩地下施工不可预计因素多，工程质量较难控制，桩基施工既有机械操作，又有钢筋加工、混凝土拌制和灌注等多种工作，工序种类繁多，影响因素多，水下混凝土施工要求严格，稍有不慎，就可能出现孔底沉泥、缩颈、夹渣、断桩等，可能造成质量事故，因此，施工中必须严格监管质量。介绍了钻孔灌注桩在住宅楼基础处理中的应用。就施工中存在的质量问题及采取的控制措施进行了探讨。

关键词: 钻孔灌注桩; 建筑地基; 质量控制

0 工程概况

某住宅楼主楼6层, 建筑面积约17 000 m2, 共设计钻孔灌注桩344根, 其中 600 mm 桩10根, 500mm桩203根,400 mm 桩131根, 设计有效桩长16. 5 m, 单桩极限承载力分别为3 643 kN、2 870 kN和2 760 kN, 钢筋笼为通长配筋, 采用C 30混凝土。在施工工程桩前, 先施工6根试桩进行高应变测试, 其中3根桩后压浆采用纯水泥浆, 3根桩采用掺加矿渣微粉的水泥浆。试桩在工程桩内。

1 钻孔灌注桩的作用机理

钻孔灌注桩后压浆是指在成桩过程中, 在桩底或桩侧预埋压浆管道, 待桩身混凝土达到一定强度后, 通过压浆管道, 采用高压注浆泵注入特殊配方的水泥浆液(或其他化学浆液) , 使桩底沉碴及桩周土间的泥皮隐患得以大幅度减少, 使桩端阻力及桩侧阻力得到相应的提高, 从而提高钻孔灌注桩的单桩承载力。由于提高了承载力, 可以大幅度节省工程材料, 降低工程造价, 同时又可提高灌注桩的桩身质量, 因此, 这项技术具有良好的应用前景。

1. 1 桩底压浆提高单桩承载力的机理

桩底注浆的作用机理是在桩端压注水泥浆液,浆液首先渗透到最疏松的桩端沉碴间隙中, 与沉碴相结合形成水泥凝结块, 能消除孔底沉碴的不良影响。水泥浆液进一步向桩端持力层中渗透, 在桩端形成”梨形体”(扩大头), “梨形体”随着压浆的进行不断增大, 这样势必对桩端持力层起压密作用。另外, 还提高了桩端的承压面积, 提高了钻孔灌注桩的桩端承载力。当注浆压力升高、注浆量不断增加时, 浆液会沿桩侧逆流, 冲填间隙, 使得钻孔灌注桩类似于嵌岩桩。

1. 2 桩侧压浆提高单桩承载力的机理

桩侧压浆可以破坏和消除泥皮, 充填桩侧的间隙, 提高桩侧与周围土体间的粘结力, 从而提高桩侧摩阻力。当浆液压力很大时, 浆液可渗透到土体中,与桩侧土体结合, 相当于扩大了桩径, 因而也能提高单桩承载力。

1. 3 后压浆技术对不同地基土的作用后压浆技术对桩底桩侧土体总体上可归纳为4个作用: 改善泥皮和沉碴性状的作用、渗透作用、挤密作用和扩孔作用。

2 钻孔灌注桩施工技术工艺

2. 1 主要工艺流程

钻孔灌注桩的主要工艺流程为: 成孔清孔吊放钢筋笼和安装注浆管填碎石 灌注桩身混凝土混凝土养护14 d开塞、配制浆液初注正常注浆%两根管交替注浆%记录注浆参数。

2. 2 主要施工技术

(1)压浆管采用直径3 cm 普通铁管。在压浆管底端400mm 长度内用防水胶布包好孔眼, 以防泥浆和水泥浆进入管内。压浆管顶部略高出地面,管口用丝堵封死, 防止掉入杂物。

(2)灌注桩成桩14 d 后, 开始桩端压浆。先使用清水开塞, 开塞时压力一般在2. 0～2.2MPa, 待压浆管畅通后, 压力稳定在1. 5MPa时, 再压入水泥矿粉混合浆, 压浆时注浆泵的有效工作压力为1.0～1.5MPa, 注浆量控制在30L/min。两根管交替压浆, 一根管压浆时, 要将另一根管顶部用丝堵封死,以防从管内冒浆。

(3)该工程压浆主要以控制水泥矿粉拌合物用量为主。按设计要求, 水灰比为0.55, 水泥和矿粉拌合物按计算量全部压入桩端, 则这根桩压浆结束。

(4)成孔时要保证钻孔的垂直度, 使压浆管能顺利地放下, 以免压浆管漏浆。

(5)注浆管的连接必须牢固, 与钢筋必须绑扎稳固, 下笼时应注水检查, 确保注浆管封闭完好。下笼时严禁强力冲撞, 应轻提慢放, 避免损伤注浆管。

(6)经常检修压浆泵及搅拌系统, 确保其运行良好, 对所使用的水泥浆用3mm×3 mm滤筛过滤。

(7)控制好压浆压力和压浆量, 若压浆压力增大而压浆量没有增加, 说明压浆管堵塞。对出现压浆管堵塞的桩, 应在桩侧钻孔补埋压浆管进行注浆。

(8)为保证浆液质量, 水泥和水要计量投料, 保证水灰比的准确。严禁使用受潮、过期的水泥。

(9)对注浆量、注浆压力、注浆时间及异常情况及时记录, 发现问题及时分析处理。如吸浆量低, 可适当增大压力, 扩展通道; 如果吸浆量很大而压力不高, 则应降低水灰比或改用砂浆。

2. 3 施工注意事项

(1)压浆管要高出地面0.5 m以上, 在施工时用堵头堵严, 防止灰浆进入堵塞管路。压浆管底端一定要入孔底0.4～ 0.5m, 否则会被混凝土封死,致使无法开环压浆。

(2)在整个压浆过程中, 浆液是以充填、渗透挤压等方式压入桩端土体中, 当注浆量一定时, 其压力应规律性地控制在某一范围内, 不可任意加大压浆压力, 以免地基土产生破坏作用。

(3)当个别桩端压浆管被堵时, 则增加其周围桩的压浆量以保证质量。但增加量不可太大, 防止周围桩孔底钻进困难。

(4)在搅拌水泥浆时, 因矿粉颗粒较细, 不容易搅拌, 要先将矿粉倒入已计量的水中(水灰比为0.55) , 搅拌均匀后再倒入水泥, 否则很容易造成搅拌机底部矿粉沉淀, 堵塞出浆口。

3 钻孔灌注桩施工的质量控制措施

3. 1 孔深与沉碴

在钻孔灌注桩施工中, 应特别注意孔深与沉碴的控制, 尤其是对于端承桩, 终孔时要检测1 次孔深, 灌注混凝土前测1次孔深, 以确定孔底沉碴厚度, 不能仅以设计孔深来确定孔底沉碴厚度, 防止”多打少报”。孔深一般采用测绳测量, 应注意测绳的遇水收缩问题, 使用前要先在水中浸泡一段时间,然后用钢尺校正后使用, 终孔时最好测量钻杆长度来确定孔深, 并与测绳测量孔深对比。测孔深的测绳要专用, 使用中还应经常用钢尺校正, 以确保孔底沉碴厚度不超标。

3.2 保护层设置

在水下灌注混凝土时, 主筋的混凝土保护层厚度一般为50mm, 允许偏差±20 mm。应注意的是,有的设计要求将钢筋弯制成”耳朵”形焊在主筋外侧来保证主筋保护层的厚度, 由于#耳朵∃形钢筋很容易挤入孔壁, 造成保护层厚度偏小甚至露筋。在施工中, 我们用水泥和砂子制成轮形保护块, 直径100mm, 厚度70 mm, 中间穿上钢筋焊在两根主筋外侧, 数量视笼径、笼长以及分段情况而定, 这相当于给钢筋笼安上了轮子, 使钢筋笼吊放入孔时比较顺利, 且不易挤入孔壁, 使用效果良好。

3.3 清孔换浆

在水下灌注混凝土前, 要进行二次清孔换浆, 清孔时, 要上下、左右、前后来回活动导管, 把孔底四周都清除干净, 不要只清除孔底中心部位。若在泥浆不符合要求, 相对密度、黏度过大的情况下灌注混凝土, 有时会造成导管内混凝土不易下落, 不得不提动导管, 使得导管底部距离孔底过大, 若混凝土下落不畅, 离开导管底部一定距离后, 稠泥浆就会托住混凝土使其落不到孔底, 造成埋浆, 致使桩长变短; 即使

混凝土能落到孔底, 混凝土质量也不会太好。如果在提动导管前已落下一部分混凝土后不再下落, 不得不提动导管,这时很容易提出混凝土面形成一层夹泥, 造成断桩。因此, 清孔时不仅要注意孔底沉碴厚度, 还必须注意泥浆的性能。

3.4 坍落度与水

水下灌注混凝土对坍落度的要求较高, 控制较严格, 一般在180～220 mm 之间。搅拌时应注意控制用水量, 若用水量少, 坍落度达不到要求, 流动性差, 不易灌注。若用水量偏大, 一方面改变了水灰比,降低了混凝土强度等级, 桩身强度达不到要求; 另一方面, 在灌注过程中很容易发生混凝土离析, 若在导管中就会卡管, 严重时不得不拔管, 造成断桩事故。因此, 搅拌混凝土一定要注意控制适当的用水量。

3. 5 导管埋深与钢筋上浮

在灌注过程中, 导管埋深宜为2～6 m, 施工人员一般能注意到保持最小的导管埋深, 而对于最大导管埋深却很容易忽略, 混凝土只要能灌注下去, 施工者就不停地上料灌注, 埋管深度甚至达十几米, 这时不仅容易导致灌注的桩身混凝土质量不好, 而且还容易出现一些问题。所以, 一定要注意控制好导管埋深, 对于不是全笼的桩孔, 混凝土面上升到钢筋笼底部时, 要适当放慢灌注速度, 并尽快拔起导管,使导管底部出口高出钢筋笼底端一定距离, 避免钢筋笼上浮。

3.6 导管的提拉

在灌注过程中, 当混凝土下落不畅时要上下活动提拉导管, 起拔导管时要避免提拉速度过快、幅度过大, 否则可能会埋进空气, 造成桩身局部混凝土疏松, 出现蜂窝、空洞等, 特别是灌注至桩顶部时, 如果灌注时间过长、混凝土搅拌质量不好等, 都会造成混凝土流动性变差。上下活动提拉导管时, 管外混凝土面上升, 与管内混凝土面高差到一定程度时, 管外混凝土面不再上升, 若放下导管速度过快、幅度过大, 而管内混凝土流动性又差, 有时会造成管外混凝土面高于管内混凝土面, 提拉拔出导管后, 管外流动性差的混凝土坍落相对慢, 水泥砂浆、泥浆、沉碴混杂迅速进入拔出导管后形成的空间, 与混凝土、空气混合, 造成桩身中部粗骨料少、杂质多, 埋进的空气不易逸出, 混凝土疏松、强度低, 特别严重时即形成所谓的空心桩。所以, 灌注时要控制好混凝土搅拌质量, 连续灌注, 尽量缩短灌注时间, 导管一定不能提拉速度过快、幅度过大, 灌注至桩顶部时, 慢起慢落数次后, 再慢慢提出混凝土面, 以避免发生桩顶部中心混凝土质量低劣的现象。

4 结束语

钻孔灌注桩后压浆技术是一项较好的建筑桩基施工技术, 对高层建筑、桥梁以及要求大吨位承载力的基础设施有着十分积极的意义, 由于它克服了钻孔灌注桩自身的先天不足, 使桩底、桩侧土体得到加固, 从而大幅度提高了桩的承载力。由于单桩承载力的提高, 可减少桩数、桩径、桩长、缩短工期、节省投资, 有着显著的经济效益和社会效益, 因而受到桩基工程界的普遍欢迎。

参考文献:

[1]任荣.钻孔灌注桩施工质量控制[J].西部探矿工程,2009,21(1)

[2]陆金荣.浅谈钻孔灌注桩施工中的质量控制[J].西部探矿工程, 2005,17(9)

[3]高大钊, 赵春风, 徐斌. 桩基础的设计方法与施工技术[M ].北京:机械工业出版社,2002.