钻孔灌注桩施工桩底缺陷控制技术

随着公路的发展, 冲击钻成孔灌注桩作为桥涵基础形成一种常见的施工结构, 由于施工所需的设备构造简单、操作方便、受施工场地限制较小等优点, 在现阶段的施工中被广泛的采用。但在地下施工, 由于地质情况不明确和施工混凝土过程中受到时间、地质、工艺等原因在成孔灌注后, 桩基底部由于沉渣、沉积物过多、离析、堵管、灌注封底等原因一直存在或多或少的质量缺陷, 尤其目前在安装声测管条件下用超声波检测, 在灌注桩的底部普遍存在质量缺陷, 严重时候直接导致桩基检测成III类、四类桩, 给施工单位造成大量的质量事故和经济损失。本文着重从工程实践的角度, 对冲击钻孔灌注桩的成桩、混凝土浇注、封底作业、现场技术控制的关键进行介绍, 来控制钻孔灌注桩施工中产生的桩底缺陷这一质量通病。

1 形成桩底通病的原因分析

首先在这里我们要把钻孔施工后和混凝土灌注前的孔底沉淀物是否是沉渣区分过来。沉渣是钻孔过程中钻机切削和孔壁塌落的岩士, 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, 能导致桩基底部受力端承力不足;沉淤的控制主要是提高泥浆质量和减少空孔时间。

一般情况下形成桩基底部缺陷的主要原因有五个:

施工过程中由于桩底有过多沉淀物形成软弱隔层;

混凝土灌注的时候, 开始的混凝土料没有把桩底的沉淀物及沉渣冲起来造成桩基在成桩后形成桩底缺陷;

桩基底部的沉淀物在混凝土浇注的过程附到钢筋及检测管上太多, 造成桩基断面小;

混凝土灌注时封底未封住, 直接形成施工接缝;

混凝土严重离析, 桩基底部混凝土变成大量碎石。

2 关键工序控制措施

我们完全可以在施工工艺、灌注封底时找到解决的途径。通常在以下几个过程进行控制, 防止桩底产生缺陷。

2.1 钻孔

钻孔过程对桩底的影响应注意两个方面

(1) 在冲击钻孔时要对桩基深度加长5~10公分, 便于在下放钢筋笼后使桩端的钢筋笼与桩基底部有足够的空间, 减少钢筋结构对混凝土灌注封底过程减少底部沉淀物上涌及混凝土流动的阻力。

(2) 注意根据岩土情况调整钻机的钻头直径。这个过程是普遍在施工过程中容易被忽略的细节。

2.2 清孔

在清孔过程中特别注意控制孔内泥浆的稠度和砂率, 一般孔内泥浆平均相对密度在1.07~1.1之间, 过大清孔会导致塌孔和沉渣沉淀过快;泥浆过稠会导致泥浆和其他杂物在钢筋笼、检测管上沉积粘附, 对于超声波检测, 检测管上粘附沉积物对检测结果影响最大, 同时泥浆比重过大, 使得砼水下灌注阻力增大, 降低砼的流动辐射半径;对于砂率控制则数据越低越好, 一般砂率控制在1%以下。对于泥浆, 相对密度在1.1左右, 沉淀速度在0.15cm/h左右, 相对来说沉淀速度与泥浆比重成反比。

2.3 下混凝土导管

导管距离桩底太高, 一般会产生以下几种情况: (1) 、桩底沉渣和沉淀物不能被首斗砼完全冲破或对沉积物冲起的不彻底 (主要为冲击力过小) ; (2) 容易产生砼对导管埋深不够, 直接形成断桩; (3) 如果高度在1.0m以上时很容易产生桩底混凝土大量离析。

导管距离桩底太低, 最容易在首斗砼浇注过程产生堵管现象, 即使不堵管也减少首斗砼对桩底面的冲击面积, 会导致缺陷。

一般情况导管距离桩基底面最佳距离控制在30~60cm之间。对于桩径过大 (直径大于2.5米) 适当加大导管直径, 降低距离底面高度。

2.4 时间控制

从清孔检测到桩基砼灌注一般控制的时间为4.5~10h为最佳灌注时间, 此段时间一般正常沉淀量在5~20cm;如果此段时间较长, 砼灌注前量测一下孔底沉积物的厚度, 尤其是沉渣厚度, 然后要进行二次清孔。利用最短时间进行灌注砼, 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, 可基本上将孔底沉渣清除干净。

在经验上, 清孔质量控制住后, 沉积物的沉降速度与时间成正比。所以控制工序在最短时间内完成相应工作是控制质量缺陷主要因素之一。

2.5 混凝土料的质量控制

选用优质的水泥及优质骨料, 施工过程中加强混凝土的拌和管理, 控制好配合比, 塌落度控制在20mm~25mm之间最佳, 同时混凝土的和易性必须良好, 使混凝土料在灌注时入仓不离析堵管。

2.6 浇注工艺控制

施工中, 严格控制每步的施工质量, 同时加快工序间的衔接, 减少钻孔的停钻时间, 做好施工过程的详细记录, 在混凝土灌注的开始应计算好各部分的准确数据, 做好灌注前的准备工作。

对钢筋笼及探笼的质量控制:施工中钢筋笼绝对不能直接接触桩基底部, 对于悬空处理不佳状态下, 最好在钢筋笼底部加3~5个钢筋支腿 (根据钢筋笼的自重和桩径现场控制) 。

灌注时施工中应使用大体积砼冲击灌注法, 即每一斗灌注都是将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, 保证埋管深度至少在0.5米~1米之间。

在灌注前的大体积砼冲击灌注法是解决桩基底部缺陷的良好方法, 是避免桩底缺陷的关键。但施工中必须注意以下几点: (1) 做好排气技术, 防止形成气堵管, 使砼料灌不下去; (2) 要控制好砼的和易性及塌落度, 防止砼料离析, 避免发生出料困难, 导致导管堵塞。

3 结语

通过前面所述, 桩基底部缺陷 (沉渣、沉积物过多、离析、堵管、灌注封底等) 完全可以从作业原理, 现场质量控制及采取相应的技术措施进行解决, 但是由于钻孔灌注桩施工的不可见性, 我们还应从以下几个方面进行不断进行研究、改进和提高:

(l) 改进作业钻孔设备钻头的切削性能、泥浆的处理设备等及施工效率和检测有关的机具、仪器等。

(2) 应从施工方法着手进行预先控制, 改进、提高作业的施工工艺;过程中要做到严格检查, 提高和完善管理水平, 应以工序控制和事前控制为主把质量隐患消除在萌芽中。

(3) 对质量检测设备进行开发研究, 提高质量检测设备的准确性和可靠性, 如大小应变动测的适用范围、超声波检测的盲点等。

摘要：本文从施工质量控制的角度, 对钻孔灌注桩施工桩底缺陷从原因分析到施工控制, 结合笔者的施工经验对施工过程中能造成桩底缺陷的各方面进行阐述, 来解决冲击钻孔灌注桩的施工过程产生的桩底质量缺陷问题。

关键词：钻孔灌注桩,桩底施工,缺陷,控制,技术