钻孔灌注桩施工中容易出现的问题及处理方法

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  【摘 要】钻孔灌注桩可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的土层对地基进行加固处理,其对承载力的适应范围广,在基加固工程中得到广泛地应用。但由于钻孔灌注桩的施工环节较多,技术要求高,工艺较复杂, 施工中容易产生断桩等施工通病。因而对其施工过程每一环节都必须要严格控制,尽量避免发生事故及减少事故造成的损失,以利于工程的顺利进展。本文结合所学理论和参与的工程施工实践,对钻孔灌注桩施工过程中容易遇到的一些问题,分为两部分进行分析。首先,分析了钻孔过程中的护筒冒水、坍孔、缩颈、钻孔偏斜、桩底沉渣量过多这些问题产生的原因,总结出了一些处理方法。其次,针对水下混凝土灌注过程中出现的卡管、钢筋笼上浮和断桩这几个弊病,阐明了发生问题的原因,并给出了处理方法。最后,概述了钻孔灌注桩目前的新技术,展望了未来的发展 ,希望通过大家的努力,,将钻孔灌注桩的新技术及新工艺不断的完善起来。
  【关键词】钻孔灌注桩;问题;处理方法
  1.钻孔过程中容易出现的问题及处理方法
  1.1护筒冒水
  护筒的主要作用是防止孔壁坍塌,为钻孔成功奠定基础。除此之外,它还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向等作用。一旦护筒冒水,极易引发塌孔,也会造成护筒倾斜、位移及周围地面下沉,后续工作将无法进行。所以必须究其原因,找到处理方法。
  第一,要选择坚固耐用的护筒。
  第二,护筒的埋设要深浅得宜,四周土要分层夯实,土质量一般选择含水量适当的粘土。
  第三,钻头起落时,容易碰撞护筒,造成漏水。因此钻孔时钻头必须对好中线及垂直度,并压好护筒。
  第四,钻孔中遇有透水性强或地下水流动的地层,也容易导致护筒冒水。遇此情况,可增加护筒沉埋深度,采取加大泥浆比重,倒入粘土慢速转动,用冲击法钻孔时,还可填入片石、碎卵石土,反复冲击增强护壁。
  总之,为防止护筒冒水,我们必须做到事前准备充足,事中及时发现问题及时处理,事后总结经验,将事故发生率减小到最低,降低工程成本。
  1.2塌孔、埋钻
  钻孔是一道关键工序, 塌孔、埋钻是最容易出现的事故。一般在钻进过程中,如发现排出的泥浆中不断出现气泡,或泥浆突然漏失,则表示有孔壁坍陷的迹象。为处理好孔壁坍塌、埋钻的问题,要做到以下几点:
  第一, 做好泥浆制备工作。
  第二,土质松散、护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高以及钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长都会会引起孔壁坍陷。因此,在松散易坍的土层中,要适当埋深护筒,用粘土密实填封护筒四周,使用优质的泥浆,提高泥浆的比重和粘度,保持护筒内泥浆水位高于地下水位。
  第三,当遇到小溶洞或裂缝时,可能发生孔内泥浆均匀缓慢下降的现象。这时,可采用在泥浆中加适量水泥,增大泥浆比重及其护壁效果。
  1.3缩颈
  缩颈,即孔小于设计孔径,是钻孔灌注桩最常见的质量问题,解决缩颈问题要针对其产生的原因,找到正确的处理方法。
  第一,缩颈的主要原因是由于桩周土体在桩体浇注过程中产生的膨胀造成。针对这种情况,应采用优质泥浆,降低失水量。
  第二,当软土层受地下水影响和周边车辆振动时,也容易发生缩颈。这时,可在软塑土地层采用失水率小的优质泥浆护壁,降低失水量。
  第三,因钻锤磨损原因造成的缩颈,应及时焊补钻锤,或在其外侧焊接一定数量的合金刀片,在钻进或起钻时起到扫孔作用。
  1.4成孔偏斜
  成孔偏斜是指成孔壁桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。其造成原因和处理方法主要有:
  第一, 施工现场地面软弱或软硬不均匀,在支架上钻孔时,支架的承载力不足,发生不均匀沉降,导致钻杆不垂直,造成成孔偏斜。为避免事故发生,场地必须夯实平整,轨道及枕木宜均匀着地,支架的承载力应满足要求,在发生不均匀沉降时,必须随时调整。
  第二,未做好钻机安装工作,是造成成孔偏斜的隐患。因此要求安装地基稳固。钻机就位时,应使转盘,底座水平,使天轮的轮缘、钻杆的卡盘和护筒的中心在同一垂直线上,并在钻进过程中防止位移,在不均匀地层中钻孔时,采用自重大、钻杆刚度大的钻机。
  第三,遇到土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形。钻速要加慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。
  1.5桩底沉渣量过多
  对摩擦桩来说,由于其受力机理是通过桩表面和周围土壤之间的磨擦力或依附力,逐渐把荷载从桩顶传递到周围的土体中,如果在设计中端部反力不大,端部的沉渣量对桩承载力亦影响不大;而对于承载桩来说,如果沉渣量过大,势必造成桩受荷时发生大量沉降,同样使桩的承载力失效,因此钻孔灌注桩的沉渣量检查是施工控制中的一项关键工作。其造成原因和处理方法有以下几点:
  第一,检查不够认真,清孔不干净或未进行二次清孔,是造成桩底沉渣量过多的首要原因。
  清孔的主要目的是清除孔底沉渣,而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。灌注桩成孔至设计标高,应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔,直到孔口返浆比重持续小于1.10-1.20,测得孔底沉渣厚度小于50mm,即抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管。由于孔内原土泥浆在吊放钢筋笼和沉放导管这段时间内使处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔底部而成为永久性沉渣,从而影响桩基工程的质量。因此,必须在混凝土灌注前利用导管进行第二次清孔。
  第二,泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起,从而造成桩底沉渣量过多。这就要求在成孔后,钻头提高孔底10cm-20cm,保持慢速空转,维持循环清孔时间不少于30分钟。采用性能较好的泥浆,控制泥浆的比重和粘度,不要用清水进行置换。
  第三,钢筋笼吊放过程中,未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底,造成桩底沉渣。因此,在鋼筋笼吊放时,要使钢筋笼的中心与桩中心保持一致,避免碰撞孔壁。可采用钢筋笼冷压接头工艺加快对接钢筋笼速度,减少空孔时间,从而减少沉渣。   2.水下混凝土灌注施工问题及处理方法
  2.1卡管
  卡管是水中灌注混凝土过程中,无法继续进行的现象。卡管的造成原因和解决方法有:
  第一,为防止初灌时的堵管,要选择合适的隔水栓。
  第二,混凝土和易性、流动性造成离析即混凝土中粗骨料粒径过大。从而导致卡管。因此,在混凝土灌注时,应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。
  第三,各种机械故障引起混凝土浇筑不连续,在导管中停留时间过长而卡管。这种问题是可以避免的,这就要求施工前要检查机械设备,定期保养。
  2.2钢筋笼上浮
  在钻孔灌注桩施工过程中,由于钢筋笼在桩孔内处于悬挂状态,浇灌水下混凝土时,经常会发生钢筋笼上浮,从而引起桩身配筋发生改变,影响成桩质量。因而,提出能够解决钢筋笼上浮的具体方法,在钻孔灌注桩施工中显得尤为重要。
  第一,必须避免钢筋笼制作质量不合格。
  第二,当混凝土灌注至钢筋笼下,若此时提升导管,导管底端距离钢筋笼仅有1m左右的距离时,由于浇注的混凝土自导管流出后冲击力较大,推动了钢筋笼上浮。因此,应加快混凝土灌注速度,缩短灌注时间,或掺外加剂,防止混凝土顶层进行钢筋笼时流动性变小。
  第三,由于混凝土灌注过程钢筋笼且导管埋深较大时,其上层混凝土因浇注时间较长,已接近初凝表面形成硬壳,混凝土与钢筋笼有一定握裹力,如果此时导管底部未及时提到钢筋笼底部以上,混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升,同时也带动钢筋笼上移。因此,当发现钢筋笼开始上浮时,应立即停止浇注,并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高,提升导管后再进行浇注,上浮现象即可消除。
  2.3断桩
  由于混凝土凝固后不连续,中间被冲洗液等疏松体及泥土填充形成间断桩。造成原因及处理方法如下:
  第一,施工中若发生导管底端距孔底过远,则混凝土被冲洗液稀释,使水灰比增大,造成混凝土不凝固,形成混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土填充。 为避免质量事故的发生,桩孔钻成后,必须认真清孔。
  第二,有时受地下水活动的影响或导管密封不良,冲洗液浸入混凝土水灰比增大,形成桩身中段出现混凝土不凝体。 在地下水活动较大的地段,事先要用套管或水泥进行处理,止水成功后方可灌注混凝土。帮扎水泥隔水塞的铁丝,应根据首次混凝土灌入量的多少而定,严防断裂。确保导管的密封性,导管的拆卸长度应根据导管内外混凝土的上升高度而定,切勿起拔过多。
  第三,在浇注混凝土时,由于导管提升和起拔过多,露出混凝土面,或因停电、待料等原因造成夹渣,出现桩身中岩渣沉积成层,将混凝土桩上下分开的现象。 施工中应明确规定,混凝土浇注过程中,一旦开始浇筑工序,一定要连续完成改作业,确保在混凝土初凝时间内连续浇注,在灌注混凝土过程中应避免停电、停水。
  以上是钻孔灌注桩施工中常遇到的问题及相应解决措施,对现场施工确保整体工程施工质量达到优良,有一定的参考价值。
  3.钻孔灌注桩目前的工艺、技术和未来的发展
  钻孔灌注桩的整个施工过程虽然属于隐蔽工程项目,但目前它已经形成成熟的工艺流程、完备的规范、规程。钻孔灌注桩的施工过程为:测量定位→埋设护筒→泥浆池挖设→钻孔→钢筋笼制安→清孔→浇灌混凝土→成品保护。其施工技术也比较成熟。我想未来应在其技术改进、检测和建立信息化辅助系统上加大力度。
  3.1技术改进
  3.1.1“筒式取芯钻头”是一个新的技改项目
  它是在保证钻孔孔径、垂直度的前提下,利用钻头的快速旋转将原搅拌桩桩体整体或部分切割并将其取出,而残留孔内的碎块将在下一回次钻进过程中通过旋转挤压使其进入孔壁内,从而成孔。
  3.1.2提高钻孔灌注桩承载力的新技术──孔底压密注
  钻孔灌注桩桩底虚土,沉渣的影响,使该种桩的单桩承载力降低。采用桩底压力注浆工艺,使桩底座土与桩底周围地基土经压力注浆后,形成一个结构新的加固体.充分发挥地基的承载力,以而使极端承载力大幅度提高.达到了提高单位桩承载力的目的。
  3.2建立信息化辅助系统
  在工程建设中,计算机技术正在广泛地使用。目前已经研制出《钻孔灌注桩施工辅助管理系统》,这对于建设工程实现施工过程的信息化、加强施工质量预控、提高施工管理水平具有现实意义。
  总之,随着科学技术的不断提高,建筑新技术及新工艺也不断发现并完善起来。相当多的科研人员及业内人士非常重视钻孔灌注桩的发展,作为对付水下施工的一把利剑,注意收集有关地质资料及学习各种复杂的基础施工经验是必不可少的。在沿海地带有许多地区采用箱形基础和筏形基础来代替桩基,在使用这种基础类型必须考虑到地下潜水及承压的分布情况和土层之间的变化,尤其是对当地地质历史的深入了解,而且利用现代高技术的电子实验及检测设备(例如电阻感应片)来观察土体在被开挖后的变化是极度为重要的。可见钻孔灌注桩未来一定能建立一整套科学系统,彻底克服弊病,实现跨越性的发展,这需大家不懈的努力,我们拭目以待。
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