水下钻孔灌注桩的施工技术及质量控制

冯忠伟 杨世新

钢筋混凝土灌注桩的水下施工,其技术性强、施工难度大,施工时要严格按照技术标准、施工规范进行施工,建立质量管理体系,抓好施工过程中每一个环节的质量,施工技术人员要随时对钻杆的垂直度、磨损度及成孔的深度、混凝土浇筑的深度进行测量、检查核定,力争将质量隐患消除在成桩之前。因此,要求施工单位在施工前认真熟悉图纸及施工技术规范、操作规程,核查勘探部门地质报告和有关灌注桩施工方面的资料;在施工中对发生的一些质量问题进行原因分析,并制定相应处理方案,做好施工记录,以便有效地对桩基的质量加以控制。

1 钻孔的质量控制

1.1 钻孔的施工程序

钻孔前应先确定场地标高,场地标高一般为承台梁的上标高,并已经过夯实或碾压,首先要认真复核各桩位的轴线,并根据其轴线在桩的四周钉木橛,测出木橛标高便于施工控制;其次是根据桩的深度、孔径选择合适的钻孔机械。钻孔机械的安装一定要平稳、牢固且不得倾斜,桩位之间钻孔顺序按规定施工,并制定合理的施工工序。钻机就位后开始钻孔,当钻孔深度达到5 m左右时,应埋设不小于1 m的护筒,避免孔口下坍。泥浆制备是钻孔灌注桩的一项主要工序,泥浆制备的土质要选用高塑性黏土或膨润土。在成桩初始,灌注桩的孔是依靠泥浆来平衡孔壁土体的压力,故旋挖取土成孔中,静态泥浆作为成孔过程的稳定液,主要作用是护壁、避免坍孔,因此,根据不同的土质,要控制好泥浆的密度,一般在1.1～1.5之间。

1.2 钻孔的垂直度

确保钻孔的垂直度是保证钢筋混凝土水下灌注桩顺利施工的一个重要条件,垂直度达不到要求,钢筋笼和浇筑混凝土用的导管将无法顺利沉放。保证垂直度的主要措施:首先必须保证架体安装平稳,采取扩大架体的支承面来保证桩机稳固,钻机安装就位后必须使架身垂直,发现其不垂直应及时采取措施进行调整,在成孔后钢筋笼沉放之前一定要对孔径、孔斜做超声波测试。

1.3 钻孔的位置、标高、深度

灌注桩钻孔的护筒定位后,施工技术人员应及时复核护筒的位置,护筒埋设要正确和稳定,护筒与孔壁之间要用黏土填实,护筒中心线与桩孔中心线的偏差不得大于50 mm。护筒位置埋设是否准确是保证成孔位置的首要条件,因此,要求施管人员一定严格把关,确保整个桩的孔体不发生位移,同时要认真检查孔四周的回填土是否密实,以防在钻孔过程中发生漏浆现象。钻孔施工过程中自然地坪的标高会发生变化,为准确地控制好钻孔的深度,钻机就位后及时复核架体底梁的水平精度及桩具的总长度,做好施工记录,便于钻孔时根据钻杆的留出长度来核对孔体的深度。

成孔起钻后,施管人员应用专用测绳测量其孔深,如果测深与钻杆的深度偏差较大不符合设计要求时,就要重新下钻并进行清孔,直至孔体的深度及孔底沉渣厚度符合要求为止。

为有效防止坍孔、缩颈及桩孔偏斜等现象,除复核钻具长度外,还应随时检查钻杆在钻孔过程中钻进不同硬度的土质层时,杆件是否发生弯曲、变形,如造成钻杆不垂直,成孔后易发生偏斜、缩颈,起钻时易发生坍孔;同时还应及时检查架体的稳定性,如果因钻孔外力作用致使架体不稳定,应及时采取措施进行加固,钻机钻进速度要匀速,提钻速度也要匀速平稳,并经常复核钻头的直径,发现其磨损过大(超过10 mm)应及时更换钻头。

1.4 钢筋笼制作和吊放

钢筋笼制作前首先要检验其钢材的质量是否合格,钢筋的直径、级别、规格、下料长度等是否符合设计要求及施工规范要求,检查合格后再进行制作。钢筋笼制作的要点是钢筋笼吊环焊接的质量及焊接长度和位置,位置准确、长度合适的吊环能够使钢筋笼准确地吊放在设计标高上,钢筋笼吊放是临时固定在钻机底梁上的,因此需要根据底梁的标高逐根复核吊环长度、位置,使钢筋笼的埋入标高满足设计要求。钢筋笼制作、吊放过程中,要防止笼体变形,逐节验收钢筋笼能否顺利下放,沉放时不能碰撞孔壁,当钢筋笼吊放受阻时,不得施加外力强行沉放,否则会造成坍孔及钢筋笼变形等现象,应究其原因,如因钢筋笼吊偏、笼体不垂直、吊放受阻应重新垂直吊放,如果是钻孔偏斜而造成的受阻则应进行复钻纠偏,并复核钻孔垂直度后重新沉放,待钢筋笼沉放完毕,及时定位加固,防止笼体上浮。

1.5 泥浆的制备及二次清孔

泥浆制备时,要选择高塑性黏土或膨润土土质,在施工中必须严格控制土质的粘度、含砂率(＞6%)、胶体率(≥90%)等指标,同时把握好拌制泥浆的配合比,拌制泥浆必须利用钻孔机械施工时穿插进行,并随时注意检查泥浆的密度是否达到规范要求。

钻孔灌注桩清孔的原理是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣,使沉渣的岩粒、砂粒处于悬浮状态,再利用泥浆胶体的粘结力使处于悬浮的沉渣随着泥浆的循环流动被逐步带出桩孔,最终使桩孔内沉渣厚度达到要求。钻孔灌注桩的第一次清孔是待孔体达到设计要求时利用钻杆转动并在孔内注水原位进行清孔,当孔口的泛浆比重达标并测得孔底沉渣厚度小于50 mm时第一次清孔完成,清孔完成后应及时吊放钢筋笼和沉放混凝土导管,导管的连接方式宜采用法兰盘连接并加密封胶圈,在沉放前一定要检查其连接是否牢固、密实,确保在混凝土浇筑过程中不漏气、不漏浆。在吊放钢筋笼过程中,使处于悬浮状态的遗留沉渣再次沉到孔底,致使沉渣过厚不能被混凝土的冲击力翻起而成为永久性沉渣,影响桩基工程质量,故在混凝土浇筑前,必须利用混凝土导管注水进行第二次清孔,当孔口比重及沉渣厚度符合要求后,应立即进行混凝土的浇筑工作。

2 混凝土浇筑的质量控制

1)钻孔灌注桩混凝土浇筑的质量控制,首先要把握好原材料的进场检查,认真核查原材料的质量保证资料是否与实物相符,并对其进行试验取样,不合格的材料严禁使用。2)严格按试验室的混凝土配比并经技术负责人调整为现场施工配合比进行施工,因为灌注桩的混凝土浇筑主要是利用导管在水下进行施工的,混凝土易发生离析现象,良好的配合比可减少混凝土的离析程度,所以,要求施工技术人员认真核查配合比的准确性,并校验计量的准确性,加强计量和测试的管理,确保配合比正确无误,并做好施工原始记录及混凝土的取样工作。3)钻孔灌注桩的混凝土浇筑能否顺利施工关键是看首批混凝土能否成功浇筑。首批混凝土浇筑量是按灌注桩操作规程计算得出,必须确保首批混凝土埋入导管的深度不小于800 mm。为有效防止断桩、夹层及导管拔不出的现象发生,混凝土的坍落度一般控制在180 mm～200 mm为宜,同时施工人员应随时测量混凝土面上升的标高和混凝土导管埋入的深度;浇筑过程中导管在混凝土内的埋深一般在2 m～4 m,不宜大于5 m和小于1 m,当导管埋深大于5 m时,应及时提升和拆除导管,严禁将导管底端提出混凝土面,抽动导管使混凝土面上升的力度适中,不得大幅度抽拔导管造成混凝土体冲刷孔壁而导致孔壁下坠或坍落,从而使桩体出现夹层的质量隐患,尤其是在砂层厚的部位施工更应引起重视。同时强调混凝土浇筑必须连续进行,中途不得停歇,混凝土浇筑完毕,待达到一定强度后,一定要按照规范要求剔凿桩头至设计标高,确保整个桩体混凝土强度符合设计要求。

3 结语

钻孔水下灌注桩的施工属于建筑行业一个特殊的施工工艺,施工难度大,技术性强,整个施工过程又属隐蔽工程,施工中影响灌注桩施工质量的因素很多,要保证灌注桩的施工质量,最重要的一点就是在施工中对发现的问题及时进行分析,有效针对不同的情况,因地制宜制定相应的措施,以确保施工中每一个环节的顺利进行,避免施工质量事故的发生。

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