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1、钻孔灌注桩的施工及监理 提要 本文从施工及监理的角度，较为详尽的阐述了钻孔灌注桩的施工技术及质量监理的要点，并对现 阶段设计中存在的问题提出了个人意见。关键词 钻孔灌注桩 监理 施工 设计 探讨一引言近几年，随着大批高层建筑及高等级公路的建设，作为基础承力普遍采用的一种形式钻孔灌注桩， 在现阶段的施工中得到了广泛应用。但在施工过程中因工艺落后、地下施工，情况不明确等原因仍存在较 多问题，本文着重从工程实践及监理的角度，对钻孔灌注桩的主要问题进行探讨。二施工监理与工程管理按照国家现行有关规范施工并不存在什么困难，然而施工质量却常常达不到要求，如施工单位在施工中 能对最薄弱的环节予以关注，予以加强
2、，就能收到事半功倍的效果。下面对钻孔灌注桩施工中影响承载力 及的施工监理的要点作一剖析。(一)施工监理要点1. 孔的垂直度钻孔灌注桩的垂直度是保证承载能力的重要一环，目前绝大多数的施工现场不检查垂直度，有的单位没 有检查设备或根本不知道如何检测，有的单位则因测孔斜费时费力不愿多此一举。斜率超标，桩的受力状 态被改变，桩头偏位，影响上部结构质量，严重影响钢筋笼的安置；在砂土类地层中孔壁极易塌孔，沉渣 不宜清除。为避免钻孔倾斜，在钻机就位和钻孔过程中，要随时注意校核钻杆的垂直度，发现倾斜及时纠正。对于 地基不均匀、土层呈斜状分布和土层中夹有大的孤石或其它硬物的情形，施工前必须作好准备。在不均匀 地
3、层中钻孔时，钻机自重大、钻杆刚度大较为有利。进入不均匀硬层、斜状岩层和碰到孤石时，钻速要打 慢档。处理大孤石和坚硬岩石，采用自重大的复合式牙轮钻或换用冲击钻都是有效的方法。 导正装置经 工程实践表明，也是防止孔斜的简单有效的方法。终孔后再发现孔斜纠正起来费时费力，且修孔常使桩的 充盈系数增大，最大达 1.6 以上。2.孔深在恶性工程事故的桩基工程中，孔深不到位的例子很多，对于孔深的量测应是监理工作的重点，实际操作 中应注意的问题有：(1) 测量有误达不到设计深度。一般施工队常用的测绳一经水泡就会出现收缩现象，有的收缩量可达Icm/ Im左右，测50m的孔就会产生0.5m左右的误差。更大的测量误
4、差是由于测绳易断引起的，断了以后不 知道的人仍以断处为起点继续使用，往往可差数米。采用细钢丝测绳要当心数标松动错位。彻底避免误测 的办法是在施工现场或附近地面上设置长度标记作为准绳，每次终孔一定把测绳拿去核实。(2) 钻孔入岩深度达不到设计要求，更多的是由于地层分布不均匀，如岩层分布成倾斜状或起伏变化剧烈导 致判断失误。因此入岩深度的控制应引起设计、施工和质检部门的共同重视。入岩深度的控制因钻孔工艺 不同而有所区别。反循环工艺和冲击钻成孔的桩，可采用岩样鉴别法。此外，还需注意每个桩的入岩和终 孔的岩样最好留样备案，直至工程使用正常，沉降稳定。正循环工艺成孔的桩由于取不到完整岩样确定嵌 岩深度很
5、困难。较可靠的办法是认真分析钻探资料，根据各钻孔土层分布情况综合评判场地地质概况，然 后做出岩层分布的等高线图，按等高线图确定成孔深度。因本法有一定的随机性，应适当加大安全系数， 有时尚需适当补充钻探孔，在某些缺少钻孔的控制区域，也可用钻机换取芯钻头直接取岩芯判定。正循环 工艺采用的方法难度大。3.孔径在湖、塘、沟、谷与河漫滩地段新近沉积的粘性土和粉士中钻孔容易出现缩孔现象。尤其要重视液性指数 IL 0.75呈软塑状态和流塑状态的粘性土而在IL1.0呈流塑状态的淤泥质软土层成孔缩孔现象更不可避 免。与孔径有关的质量问题有：由于孔径小于规范要求，桩的截面缩小，承载能力降低，实际上降低了桩的安全系
6、数。(2) 软弱土层一般都在地层上部，缩颈现象也发生在此段，而桩的内力也是上段大，容易造成桩身抗压强度 不够而破坏。(3) 由于孔径达不到要求，导致钢筋笼无保护层，桩的抗压弯能力削弱或丧失。防治的主要措施是加强对孔 径的检测与控制，提高泥浆质量，增大泥浆比重和粘性及稠度。钻头直径应适当加大，也可采用处理孔斜 的导正器法，在导正器上焊一定数量的合金刀片，在钻进或起钻的过程中起扫孔作用。此外在易于产生缩 孔的土层中施工，减少空孔时间也是非常重要和有效的措施。4. 泥浆在钻孔灌注桩的施工中，无论对于成孔质量还是最终对桩的承载能力的发挥，泥浆质量都是相当重要的 因素。目前桩基施工队伍绝大多数缺乏对泥浆
7、质量和泥浆管理的重视，泥浆质量差，其后果是：(1) 形成不了护壁泥膜或形成的泥皮粘附力差，易于脱落，导致孔壁稳定性差，在砂性土地层易于塌壁，在 流塑状粘土层则易于缩孔。(2) 泥浆稠度大、比重大，含砂率高，形成的泥皮质量差、厚度大，大大降低桩的侧摩阻力。(3) 稠浆在钢筋笼钢筋上沉积粘附，导数钢筋与砼握裹力降低。泥浆比重过大，使得砼水下灌注阻力增大， 降低砼的流动半径，使砼骨料大部分堆积在桩芯部位，而钢筋笼外几乎无骨料，不仅桩身质量不好而且桩 的侧摩阻力也难以发挥。有的工程计算承载力为14000kN以上，而静载试验不到5000kN就破坏，其中 就有泥浆的影响。在空气中坍落度为21cm、扩散直径
8、为38cm的砼，在水中坍落度下降为16.5cm、扩 散直径为30.5cm，而在比重为1.2的泥浆中，坍落度则为14cm，扩散直径只有27cm。因此，对泥浆 质量的管理决不是个小问题，监理一定要严格要求施工单位按规范要求严格控制。5. 沉渣与沉淤 一般把沉渣与沉淤混为一谈，凡是孔底的沉积物统称沉渣，实际上是有区别的。沉渣是钻孔过程中钻机切 削和孔壁塌落的岩士，主要是砂、砾石和碎岩硝等，而沉淤则是比重大、稠度大的劣质泥浆由于空孔时间 过长沉淀而成的流塑状混合物，沉淤的厚度往往大于沉渣，沉渣与沉淤均在桩底形成软弱隔层，能导致端 承力丧失殆尽。沉淤的控制主要是提高泥浆质量和减少空孔时间。沉渣的清除采用
9、反循环成孔工艺能达到 较好的效果速度能达到23m/s是正循环的40倍以上，故携渣能力强。为此，可采用正循环成孔，气 举反循环清孔的工艺。此法现场只需增加一台 6m3 的空压机即可，费用不大，简便易行，效果良好。采 用该法，关键是控制好孔内泥浆面的落降，落降快、落差大则易塌孔，因此补浆要跟上，而且抽渣时间要 短。实践证明，应用得当，桩的承载力能大幅度提高。无论采用反循环还是正循环成孔工艺，都应重视砼灌注前的清孔。灌注前抽吸二分钟左右，一方面抽出一 定的沉渣，另一方面泥浆的抽吸作用导致一部分沉渣、沉淤上浮，而且短时间内不会沉淀。 此时灌注砼， 砼坠落的巨大冲击力还能溅除最后残余的部分沉渣与沉淤，可
10、基本上将孔底沉渣清除干净。6.砼灌注砼灌注是最后一道也是最关键的一道工序。首先必须严格按设计强度配制砼。许多施工单位都是现场搅拌 砼，其常见问题是：1)砂石的含泥量偏大；2)配料的计量不准确；3)水泥保管不善受潮。水下砼灌注由于阻力大不易流畅灌入，于是施工单位常随意加大水灰比，增大塌落度便于砼灌注，结果砼 的强度等级严重降低。质检和设计人员应加强现场质量监理，决不能轻易相信试块的试验结果。在保证砼质量合格的前提下，导管法水下灌注砼质量难以控制的主要原因是：1)不能象上部结构施工那样 逐层振捣；2)由于导管埋在泥浆和砼中，砼的灌入阻力是相当大的， 灌入阻力可按下式估算：R=n(D2 d2)(l1
11、 rw+12 rh)/4 (I)式中，D为桩直径；d为导管直径；rww为泥浆重度；rh为砼重度；要克服很大的灌入阻力保证砼桩身质量，必须有相当大的冲击力，冲击力越大，完成每一斗砼灌注的时间 越短，砼桩身越均匀。由于砼是由水泥、砂、石子配制的混合料，不同材料、不同粒径则摩擦系数不一样， 因此仅靠静力平衡产生的超压力缓慢流淌，则易造成砼粗骨料在桩芯堆积，随半径增大而递减。桩身不匀， 则影响桩的抗压强度。目前最常见的水下砼灌注法的缺点是：(1) 在向大斗投料过程中，砼的绝大多数势能在撞击大斗壁的碰撞中损耗掉，砼料落人导管中不连续，形 不成较大的冲击能量，使砼没有足够的力量向四周挤压、扩散，桩的摩阻力
12、严重降低。此外，还容易使桩 身不均匀。(2) 砼料绝大多数要经过反弹再落入导管，容易造成砼离析和堵管。(3) 吊臂上下移动速度慢，产生不了大的加速度，因此砼料的下落没有足够的超压，造成砼料在导管附近 堆积成钟形断面。 由于不能将隔浆层水平顶升，在钟形断面塌落时容易裹入泥浆，造成夹泥芯。(4) 由于导管上下移动次数过于频繁，使得泥浆不断沿导管壁渗入砼中，影响桩身砼质量。鉴于以上缺点，监理应倡导施工单位使用大体积砼冲击灌注法，如桩的初斗砼灌注一样，每一斗灌注都是 将2 至3 方砼在大斗中积蓄够量，出料口直接插入导管，然后打开活门一次连续冲击下去，其优点是：(l) 功能大，冲击力强。物体的冲击能量与
13、质量和速度有关，在速度相同的情况下就取决于质量。根据动 量原理可得自由落体的平均冲力公式如下：F=mg(2h/gt2)0.5+1 (2)式中，m为落体质量；t为作用时间；h为落体高度；g为重力加速度。假设大斗方量为2.5m3；,砼容重为22KN/m3 则m约为5.5t，假设h = 30m,t=1.0s，由式(2)求得F=1872.679kN。平均冲力是砼自重的34倍，与前面根据式计算的砼灌入阻力相比大6倍。实 际瞬时冲力的峰值比平均冲力高达一倍以上。在巨大冲力的作用下，砼的向上顶升力和侧向挤压力就有了 保证，桩的摩阻力和桩身砼密实性都得以提高。(2) 首斗砼灌注冲力大，沉渣、沉淤被溅开，桩端与
14、持力层能较好地结合，确保了端承力的发挥。(3) 灌注时间短，桩身段骨料分布均匀，桩身段强度能得到保证。但用大体积砼冲击灌入法应注意以下几 个问题：(1) 必须注意排气技术，防止形成气堵，使砼料灌不下去。大斗出料口与导 管不可用螺扣联接成一体，会形成气堵。应改为插入式联接方式，大斗出料口外径比导管内径小2至3cm。另外，还要在出料管活门的 下方焊上比导管外径大23cm的法兰盘。(2) 砼料最好通过网筛(网眼 810cm 左右)进入料斗，防止夹杂大直径块石、水泥块等造成卡管。(3) 砼和易性要好，如砼离析，则容易在料斗下部和出料口处形成堆积，导致出料困难，同时也容易堵塞 导管.(4) 砼灌注时，吊
15、车司机的配合也至关重要。当打开活门砼料下落时，必须随砼料的下落不断向上提动导 管，提动量要小，注意掌握时机。实践证明，有经验的吊车司机对缩短砼的灌注时间，防止卡管、堵管事 故，起相当大的作用。(5) 当砼灌注到桩顶部位时，为了保持足够的冲力，必须注意导管要留有一定的长度，一般为10m左右， 灌注时及时上拨，保证高度产生冲力，使桩头部分的砼质量不至降低。此外，不可忽视大斗和导管的保养 内壁光滑可大大减小摩擦阻力，同时也减少堵管的发生率。当施工单位机械化程度低时，现场搅拌砼可采用卧式大斗，在地面装满料，再用吊车吊起与导管连接进行 灌注。在保证上述砼材料质量合格的前提下，如每一斗砼灌注下去孔口返浆激
16、如泉涌，则灌注质量一定好 如孔口返浆弱如渗流，甚至反复升降导管不见泥浆返流，则灌注质量必定欠佳。(二)工程管理 钻孔灌注桩质量控制按地面作业和隐蔽作业两部分划分。隐蔽作业的质量控制关键是检测的准确性和检测 与施工作业配合的适时性。可编制由成桩过程的不同时段表示的动态控制表，无论对进度还是质量的动态 控制都十分有效。必须指出的是：在市场经济的冲击下，施工中各种弄虚作假、偷工减料现象造成工程隐患时有发生，这应 引起监理的高度重视。三技术问题（一）嵌岩深度1.岩石力学性状在确定嵌岩深度之前，应对岩石的力学性状有所了解，尤其是抗压强度。微风化软质岩如粘土岩，其饱和 单轴极限抗压强度一般在 1012MPa 之间， 当于 C15C20 砼。硬质岩如微风化砂岩，其饱和单轴极 限抗压强度一般在5060Mpa之间。高于C
