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毕业论文
论文题目: 钻孔灌注桩
系部名称:专业:班级:学号:姓名:指导教师:
2014年月日
目录
摘要 1
1
钻孔灌注桩概述 2
2
2
3
钻孔灌注桩施工 4
钻孔灌注桩施工准备工作 4
钻孔灌注桩施工工艺 5
5
6
6
钻孔灌注桩施工质量控制点 7
泥浆的制备 7
清孔 8
钢筋笼制作 9
水下混凝土的浇注 9
钻孔灌注桩质量事故的原因和预防 10
10
10
11
孔斜及预防措施 11
缩颈、扩径及预防措施 11
12
12
结论 13
参考文献 14
附件………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15
*占孔灌注桩施丄质量控制研究
摘要:钻孔灌注桩作为高架桥的基础,其质量控制在高架桥的施工质量控制中起着至关重要的作用。本文结合镇江市312国道谷阳南互通的具体施工情况,浅谈一下钻孔灌注桩的施工工艺及质量控制。
镇江市312国道改线段工程自老312国道谢岗村南侧,终于312国道与通江路交叉处。、,,分为摩擦桩、嵌岩桩,以中风化安山岩、粉砂岩为持力层,、,。关键词:钻孔灌注桩;施工工艺;质量控制点;事故预防
引言
随着我国工程建设事业的蓬勃发展,在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口等工程中大量采用桩基础,桩基已成为工程中重要的基础形式,在所有桩基类型中,灌注桩应用最为普遍,其中尤以钻孔灌注桩为主。钻孔灌注桩具有低噪音、小震动、无挤土,对周围环境及邻近建筑影响小,能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力,适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点。这种施工方法,可以变水下作业为水上施工,从而大大简化施工,缩短工期,降低工程造价,而且所需设备简单,操作方便。随着经济发展和技术进步,钻孔灌注桩的桩长和桩径不断加大,单桩承载力也越来越高,同时,也使单柱单桩的设计成为现实。由于钻孔灌注桩的施工大部分无法观察,成桩后也不能进行开挖验收,尤其对于长桩、大桩,其施工难度大,易发生质量事故。而单柱单桩的设计,对桩的质量要求高,发生质量事故后,加固处理难度大,而且费用较高。如果施工中的任何一个环节出现问题,都将直接影响整个工程的质量和进度,甚至给投资者造成巨大经济损失和不良社会影响。
因此,桩基如何施工是决定基础工程质量的关键阶段,要提高桩基工程的质量,就必须狠抓施工阶段的质量控制。研究桩基施工过程中的质量控制方法和要点,作到事前预防为主、事后处理为辅,具有实际的意义。
钻孔灌注桩施工具有三大特性:复杂性、连续性、隐蔽性。
首先,在场地条件复杂的情况下,由于岩土的非均质性,遇到的工程问题多种多样,给钻孔灌注桩的施工带来各种各样的难度,有时会严重影响工程质量和进度。其次,钻孔灌注桩施工过程中的各个工序都紧紧相扣,联系密切,具有极强的时效性,对发现的的质量隐患要立即进行整改,对合格的工序必须立即进行下一道工序的施工。最后,钻孔灌注桩属于隐蔽工程,质量问题不易察觉,前期工程质量对后期影响很大,如果不能及时地发现质量问题并给予解决,事后进行补救一般很困难。
钻孔灌注桩施工的质量和上述特性是息息相关的,所以,从施工角度出发,应着手解决两方面的问题。
一方面,在实际施工过程中,施工单位往往只是按部就班的放线、钻孔、灌注混凝土,而缺乏对钻孔灌注桩施工工艺的了解和质量控制点的把握。能不能从施工实际出发,结合施工工艺特点、规范规程要求,找出其质量控制点,从而指导施工操作。另一方面,钻孔灌注桩施工常常会发生一些质量事故,施工单位如对常见质量事故缺乏充分认识和重视,事故出现以后又没有相应的措施进行补救,就会使得施工质量离设计要求偏差过大,找出钻孔灌注桩常见的质量事故有哪些,产生的原因何在,如何事前预防至关重要[1]。
钻孔灌注桩概述
钻孔灌注桩的发展历史
20世纪40年代,随着大功率钻孔机具的产生,钻孔灌注桩技术在美国问世。随着二战后世界经济的复苏与发展,高层、超高层建筑的不断兴建,它们绝大多数都选择了钻孔灌注桩。尤其是70年代以后,钻孔灌注桩技术在世界范围内出现了蓬勃发展的局面。
1963年中国钻孔灌注桩在河南省诞生。这年冬在河南安阳冯宿桥的两座桥台中首先采用了钻孔灌注桩基础,当时钻孔使用的是水利部门打井用的大锅锥,孔径一般60〜70cm,用人力推磨方式钻孔,方法虽然比较原始,但钻孔质量仍可得到保证,使用效果很好。接着在河南省竹竿河和白河两座大桥扩大应用,国内一些其他省市也相继推广。1965年4月交通部在河南召开钻孔桩技术鉴定会,认为它是一项重大技术革新,决定在全国推广。
这种简易机具的钻孔桩,解决了桥梁水下深基础的施工问题,而且把水下作业改为水上进行,和原来的沉井基础等形式对比,其技术经济优越性十分突出,因而很快被全国公路科技人员所认识和接受,成为公路桥梁下部基础的首选形式,城建、铁路、水利等系统的桥梁工程也相继采用。
1965年交通部在河南举行鉴定会之后,随即以交通部公路科学研究所为首,河南、吉林、湖南、陕西、四川等省参加,组成专题研究组,并动员全国公路桥梁系统大协作,对钻孔桩的施工工艺、设计方法进行全面系统的研究。专题研究组收集了全国105根桩径最大达140cm,桩长最大达47m的试桩资料进行分析整理,除了施工工艺外,最重要的是提出了钻孔灌注桩的设计方法。
这项研究工作相当艰巨而又十分细致,具有很高的学术水平,所得成果被纳入1975年我国交通部颁布的《公路桥涵设计技术规范》(试行)和1985年新颁《公路桥涵地基与基础础设计规范》(JTJ024-85)中。此后,钻孔灌注桩就有了符合我国具体条件和成桩方法的规范化设计方法,对指导生产和促进灌注桩的发展都起到积极的作用[2]。
钻孔灌注桩的发展动向
目前,钻孔灌注桩施工技术正在迅猛发展,下述的一些动向值得我们关注:
(1)桩的尺寸向长、大方向发展
基于高层、超高层建筑物承载力的需要,桩径越来越大,桩长越来越长。例如,郑州某工程反循环钻孔灌注桩直径为1000〜1100mm,;南京长江二桥主塔墩基础反循环钻孔灌注桩直径3000mm,深度150m。
(2) 向攻克桩成孔难点方向发展
以日本为例,成立了由64家基础工程公司组成的岩层削孔技术协会,研究开发出20余种大直径岩层削孔工法,其中长螺旋钻进成孔3种、回转钻进成孔法5种、冲击钻进成孔法7种以及全套管回转掘削法9种。国内也有不少单位成功的研究开发出岩层钻进成孔法及大三石层(大卵砾石层、大抛石层和大孤石层)钻进成孔法。
(3) 向低公害工法桩方向发展泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩在地下水位高的软土地区虽然被广泛的应用,但由于泥浆
的使用导致施工现场不文明,泥浆排除(成为二次公害)的困难,成为施工者头痛之事。因此钻斗钻成孔灌注桩,因其干取土作业加之所使用的稳定液由专用的仓罐贮存,现场较为文明,在日本建筑业界此类桩型已成为泥浆护壁灌注桩的主力桩型,国内此类桩型的采用亦日趋增多。
贝诺特灌注桩由于环保效果好(噪音低、振动小、无泥浆污染及排放)、施工现场文明,在海内外广泛应用,我国香港地区此类桩型的市场份额约占45%,昆明、温州及北京地区10余个工程已成功地采用此类桩型[3]。
(4) 向扩孔桩方向发展
北京地区普通直径钻孔扩底灌注桩(〜、〜)的静载实验结果表明,与相同桩身直径的直孔桩相比,〜,〜。大直径钻(挖)孔扩底桩具有承载力高,成孔后出土量少、成台面积小等显著优点,在国内外得到广泛应用。我国的钻孔扩底桩种类有20种以上,日本的大直径钻扩桩工法近30种。
扩孔的成型工艺除钻扩外,还有爆扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、冲扩、注扩、挤扩和挖扩等种类。
(5) 向异型桩方向发展为了提高单桩承载力(桩侧阻力和桩端阻力)国内外大量发展异型桩。广义的说,异
型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩。挤扩多分支承力盘桩是由桩身、分支、分承力盘和桩根等部分组成的纵横断面均异化的异型桩,其单位桩体积的极限荷载为相应的直孔桩的2倍以上[4]。
(6) 向组和式工艺桩方向发展由于承载力的要求、环境保护的要求及工程地质与水文地质条件的限制等,采用单一
工艺的桩型往往满足不了工程要求,实践中经常出现组和式工艺桩。例如,钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔两个工艺;桩端压力注浆桩有成孔成桩与成孔后向桩端地层注浆两个工艺;预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打(或压入)等工艺。
(7) 向多种桩身材料方向发展桩身材料种类亦出现多样化趋势,如普通混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土及微膨
胀混凝土等[5]。
钻孔灌注桩的特点
钻孔灌注桩与其它桩型相比较有如下技术特点:
(1) 钻孔灌注桩属于非挤土桩,施工过程中产生的噪声低、振动轻,没有地面隆起或侧移,也没有浓烟排放,因而对环境影响小,对周围建筑物及地下管线危害很小,是城区建筑的常用类型。
(2) 可根据土层分布情况灵活选取桩长,容易适应持力层面高低不平的变化。
(3) 可根据建筑物的荷载分布与土层情况采用不同桩径,对于承受横向荷载的桩可设计成有利于提高承载力的异形桩,还可设计成变截面桩,即在受弯矩较大的上部采用较大的截面。
(4) 可穿过各种软、硬夹层,将桩端置于坚实土层或嵌入基岩,还可扩大桩底以充分发挥桩身强度和持力层承载力。
(5) 单桩承载力高,视地质条件、桩身尺寸、混凝土强度等级不同,一般可达数千至数万千牛,因此可设计成一柱一桩,无需桩顶承台,简化了基础结构。
(6) 桩身刚度大,既能承受较大的竖向荷载外,也能承受较大的横向荷载,增强建筑物的抗震能力,并能有效地充当坡地抗滑桩、堤岸支护桩以及地铁和建筑物基坑开挖的支护桩,还可在基坑开挖后继续作为地下室的承重墙等永久性结构使用。
(7) 钻孔灌注桩通常布桩间距大,群桩效应小,设计中无需为此进行繁琐的计算,对桩的沉降估算也比较简便。
(8) 桩身配筋可根据荷载大小与性质及荷载沿深度的传递特征以及土层的变化配置,省去预制桩制作、运输、起吊、打入等工序,其配筋率远低于预制桩,造价低。
(9) 施工设备比较简单、轻便。
(10) 施工工艺多种多样而且日新月异。由于各国工程技术人员为了控制成桩质量、提高工作效率、保证施工安全,针对不同的地质条件和环境条件,研制了各种施工机具,形成了各具特色的施工工艺。
(11) 工程技术人员可用桩孔排出的土,对桩所穿越土层的性质进行鉴别验证。
(12) 钻孔灌注桩施工的现场作业太多,影响施工质量的人为因素较多,质量不够稳定。有时会发生缩颈、断桩、桩身局部夹泥、桩身混凝土离析、桩顶混凝土强度不足等质量事故。桩侧阻力和桩端阻力的发挥常随施工工艺变化而变化,且又在较大程度上受施工操作影响。
(13) 由于钻孔灌注桩承载力高,进行常规静载荷试验难以测定其极限荷载,因此对在各种施工工艺条件下形成的桩,其受力、变形和破坏机理至今还未完全研究清楚[6]。
钻孔灌注桩施工
钻孔灌注桩施工准备工作
施工中因准备不充分而导致质量问题的情况并不少见,比如材料供应不足、设备陈旧不能正常工作、岗位职责不清等都会影响灌注桩的正常施工,甚至可能造成质量事故。为使钻孔灌注桩施工能顺利进行,必须做好施工前的准备工作[7]。
(1)钻孔灌注桩施工应具备下列资料:①建筑物场地工程地质材料和必要的水文地质资料;②桩基工程施工图(包括同一单位工程中所有的桩基础)及图纸会审纪要;③建筑场地和邻近区域内的地下管线(管道、电缆)、地下构筑物危、房精、密仪器车间等的调查资料;④主要施工机械及其配套设备的技术性能资料;⑤基础工程的施工组织设计或施工方案;⑥水泥、砂、石、钢筋等原材料及其制品的质检报告;⑦相关荷载、施工工艺的试验参考资料。
(2) 施工组织设计应结合工程特点,有针对性地制定相应质量管理措施,主要包括下列内容:①施工平面图应标明桩位、编号、施工顺序、水电线路和临时设施的位置;采用泥浆护壁成孔时,应标明泥浆制备设施及其循环系统;②确定成孔机械、配套设备以及合理施工工艺的有关资料,泥浆护壁灌注桩必须有泥浆处理措施;③施工作业计划和劳动力组织计划;④机械设备、备(配)件、工具(包括质量检查工具)、材料供应计划;⑤桩基施工时,对安全、劳动保护、防火、防雨、防台风、爆破作业、文物和环境保护等方面应按有关规定执行;⑥保证工程质量、安全生产和季节性(冬、雨季)施工的技术措施。
(3) 成桩机械必须经鉴定合格,不合格机械不得使用。
(4) 施工前应组织图纸会审,会审纪要连同施工图等作为施工依据并列入工程档案。
(5) 桩基施工用的临时设施,如供水、供电、道路、排水、临设房屋等,必须在开工前准备就绪,施工场地应进行平整处理,以保证施工机械正常作业。
(6) 基桩轴线的控制点和水准基点应设在不受施工影响的地方。开工前,经复核后应妥善保护,施工中应经常复测[8]。
钻孔灌注桩施工工艺
钻孔灌注桩施工工艺主要有反循环钻孔施工工艺、正循环钻孔施工工艺、螺旋钻孔施工工艺、旋挖钻孔施工工艺等。下面从工艺特点和操作要点两个方面来介绍这四种钻孔灌注桩施工工艺。
反循环钻孔施工工艺(附件)
(1) 工艺特点通过泵吸、射流抽吸、充气送入压缩空气,使钻杆内腔形成负压或充气液柱产生压差,
使经过钻杆与孔壁间的环状空间流向孔底的泥浆,携带钻头切削下来的钻屑,由钻杆内腔高速返回地面泥浆池。由于泥浆上返速度快,排渣能力强,对孔壁的冲刷作用小,在孔壁上形成的泥皮相对较薄,成孔质量好。
(2) 操作要点
启动砂石泵,待反循环正常后,才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底;开始钻进时,应先轻压慢转;待钻头正常工作后,逐渐加大转速,调整压力,并使钻头吸口不产生堵水。
钻进时应认真仔细观察进尺和砂石泵排水出渣的情况;排量减少或出水中含钻渣量较多时,应控制给进速度,防止因循环液比重太大而中断反循环。
钻进参数应根据地层、桩径、砂石泵的合理排量和钻机的经济钻速等加以选择和调整。
在沙砾石、砂卵石、卵砾石地层中钻进时,为防止钻渣过多,卵砾石堵塞管路,可
采用间断钻进、间断回转的方法来控制钻进速度。
加接钻杆时,应先停止钻进,将钻具提离孔底80〜100mm,维持冲洗液循环1〜2min,以清洗孔底并将管道内的钻渣排净,然后停泵加接钻杆。
钻杆连接应拧紧上牢,防止螺栓、螺母、工具等掉入孔内。
钻进时如孔内出现塌孔、涌砂等异常情况,应立即将钻具提离孔底,控制泵量,保持冲洗液循环,吸除塌落物和涌砂;同时向孔内输送性能符合要求的泥浆,保持水头压力以抵制继续涌砂和塌孔,恢复钻进后,泵排量不宜过大以防吸塌孔壁。
合理埋设孔口护筒,护筒上口高出地下水位的高度,应按水头高度设置要求控制,护筒底口及外侧应用粘土夯实,不渗不漏不跨。
钻进至设计孔深位置停钻后,将钻头提离孔底100〜150mm,继续维持泥浆循环,必要时,可低速回转钻头,同时向孔内送入干净泥浆或清水,如此反循环清孔15〜20min左右,是返出孔内的泥浆含砂量达到规定要求为止。
正循环钻孔施工工艺(附件)
(1)工艺特点
泥浆经钻杆内腔流向孔底,将钻头切削破碎下来的钻渣岩屑,经钻杆与孔壁的环状空间,携带至地面;设备简单轻便,适应狭小场地作业,操作简易,配套器具少,工程费用较低,但对桩孔直径较大(),桩孔深度较深(一般大于80m),及容易塌孔的地层,正循环钻孔施工工艺表现出钻进效率低,排渣能力差,孔底沉渣多,孔壁泥皮厚等缺点;对含有卵砾石的地层,正循环钻孔施工工艺不适合。
(2)操作要点
合理选择钻头和调配泥浆性能。
钻具入孔后,应先进行泥浆循环,然后慢下至孔底,轻压满转数分钟后,逐步增大转速钻压,进入正常钻进。
孔内如遇有较大卵石、漂石或其它障碍物,引起钻具跳动、蹩车(泵)钻孔偏斜时,要及时控制钻进速度,降低转速,加大泵量,来回清扫。必要时,要对孔内障碍物专门打捞清除,或增加导向装置,以防孔斜。
基岩钻进应合理设计桩孔结构和钻孔工艺。采用多种钻孔工艺钻孔时,必须在更换另一种钻孔工艺之前,清洗孔底,修正孔形,以满足新的钻孔工艺要求。
钻进粘性土层,宜选用导流排渣性能好、切削***锐利、不易产生糊钻的尖锥形钻头和低粘度、低重度泥浆;钻进砂性土层的钻头,除具有良好的导流排渣能力外,还应使钻头底部呈层锥(锅)形,***呈梳齿状排列,使用高粘度、中等重度的泥浆。
加接钻杆时,应先将钻具提离孔底,待泥浆循环3〜5min后,再拆卸加接钻杆。
清孔时应经常移动排渣管(出水管)在孔底的位置,以便使孔底边缘处沉渣吸出。
下好钢筋笼后,应进行二次清孔,确保孔底沉渣符合规范要求。
旋挖钻孔施工工艺(附件)
1)工艺特点
钻孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边,镶焊切削***,在伸缩钻杆旋转驱动下,旋转切削挖掘土层,同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内,钻斗装满后提出孔外卸土,如此循环形成桩孔。旋挖钻孔施工工艺具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、无泥浆循环等优点。缺点是在粘性较大的粘土、淤泥土层中施工,回转阻力大,钻进效率低,容易糊钻。该施工工艺适用于填土、硬土、粉土、砂性土、砂卵砾石层、软至中硬基岩等地层,桩孔沉渣少,孔壁泥皮薄,桩侧摩阻力发挥更好。
(2)操作要点
根据地层正确选择钻斗类型结构,软土层选择楔形齿、小切削角、小刃角、齿宽稍大;硬土层则选用较大切削角、较窄的弯曲齿套;粘土层的齿间距宜大些,以免糊钻。
孔口护筒应高出地面20〜30cm,保持泥浆液面高度,以形成足够的泥浆柱压力,并随时向孔内补充泥浆。
套管跟管钻进时,套管底口要保持与钻斗旋挖深度相适应,使跟管顺利,钻斗也不会超挖。
钻进硬层,回次进尺深度太小,斗内钻渣太少时,可换用小直径筒形齿状钻斗,先钻一小孔,然后再用钻斗扩孔钻进;也可换用短螺旋钻进,然后再下钻斗捞渣。
钻进砂砾石层,为保护孔壁稳定,可事先向孔内投入适量粘土球;下入孔内的钻斗,其底盘进渣口必须装闭合阀板,以防提钻时砂砾石从底部漏落孔内[9。]
钻孔灌注桩施工质量控制点
质量控制点是在施工过程中为了保证工程质量而确定的重点控制对象、关键部位或薄弱环节。设置质量控制点是保证施工质量达到预定要求的必要前提。
在钻孔灌注桩施工中,通过事前对施工过程进行分析,明确其中的关键部位和薄弱环节,确定重点控制对象,将其设置为质量控制点,根据控制对象的不同确定将要采取的预控对策,并在施工过程中严格执行,同时严格按照规范和规程施工,以实现钻孔灌注桩施工质量的主动控制。
钻孔灌注桩施工质量控制点的选择原则是:在施工过程中的关键部位、薄弱环节、隐蔽工程以及质量不稳定工序设置质量控制点。而是否设置为质量控制点,主要是看它对质量特性的影响程度、危害大小以及它的质量保证的难度大小。为避免出现质量通病,保证工程符合国家规范、规程的质量要求,经反复研究确定钻孔灌注桩的施工质量控制点如下:泥浆的制备、清孔、钢筋笼制作、水下混凝土的浇注。
泥浆的制备(附件)
除能自行造浆的土层外,均应制备泥浆。泥浆制备应选用高塑性粘土或膨润土。拌制泥浆应根据施工机械、工艺及穿越土层进行配合比设计。膨润土泥浆可按表2的性能指标制备。
表2制备泥浆的性能指标
项次项目
性能指标
检验方法
1
比重
〜
泥浆比重计
2
粘度
10〜25s
50000/70000漏斗法
3
含沙率
V6%
4
胶体率
>95%
量杯法
5
失水量
V30ml/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
静切力计
8
稳定性
9
PH值
7〜9
PH试纸
,在受水位涨落影响时,;在清孔过程中,应不断置换泥浆,直至浇注水下混凝土;浇注混凝土前,;含砂率<8%,粘度W28s;在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施[8]。
(附件)
桩孔钻至设计标高后,孔内一部分泥渣沉淀,一部分呈悬浮状态,另一部分附着在孔壁上。同时随间歇时间的增加,后两部分泥渣还会继续沉淀,从而使孔底积成一层沉渣,降低桩的承载能力。所以在灌注桩身混凝土前,必须将其清除,这项工作称清孔。
现行规范规定,沉渣的容许厚度为:摩擦桩<30cm;柱桩<10cm。清孔的方法应根据钻孔方法、设计对清孔的要求、机具设备和孔壁土质情况而定,常用的方法有抽渣法、吸泥法、换浆法。
抽渣法用抽渣筒掏除孔底沉渣,清孔时应边抽边加水,保持一定的水头高度。抽渣后,用一根水管插到孔底注水,使水流从孔口溢出。在溢水过程中,孔内的泥浆密度逐渐降低,达到所要求的标准后停止。此法适用于冲抓、冲击成孔的各类土质的摩擦桩,抽渣后孔内泥浆相对密度应<。当桩长较大,下钢筋笼时间较长时,应在下完钢筋笼后,再检查沉渣量,如沉渣量超过规范要求,应进行二次清孔,清孔完成后立即灌注水下混凝土。