高速鐵路鉆孔樁質量控制措施
高速鐵路鉆孔樁質量控制措施
郭保同
摘 要：樁基質量決定了整個工程結構的穩(wěn)定性，本文介紹了鉆孔灌注樁施工過程中的質量控制要點，并詳細闡述了質量控制在施工全過程中的實際運用。
關鍵詞：鉆孔樁；質量；控制
前言
中國人口眾多、內陸深廣，解決大規(guī)模人口流動問題，最安全、最快捷、最經濟、最環(huán)保、最可靠的交通方式是高速鐵路。中國鐵路決定把發(fā)展客運高速作為實現(xiàn)現(xiàn)代化的一個主要方向。發(fā)展高速鐵路可以通過較長的產業(yè)鏈，對建材、鋼鐵、機械制造、電子信息等行業(yè)產生積極的拉動作用，對建設提高國家整體自主創(chuàng)新能力和建設創(chuàng)新型國家具有非常重要的意義。2008年8月1日，中國第一條具有完全自主知識產權、世界一流水平的高速鐵路——京津城際高鐵通車運營。京津城際鐵路的開通，只是拉開了中國高速鐵路建設和運營的序幕，在它的背后，是正在編織著的中國高速鐵路網，和正在實現(xiàn)的中國經濟的再一次跨越性發(fā)展。
隨著國家經濟的快速發(fā)展，全國鐵路基礎建設也作為拉動經濟發(fā)展的動力之一，高速鐵路建設正在迅猛發(fā)展。高速鐵路建設的一個重要指標就是線路平順性要好，即沉降量要小。在橋梁施工中，沉降量的發(fā)生主要取決于樁基質量的優(yōu)劣，因此，本文根據(jù)京津城際軌道交通工程永定新河特大橋的施工實例來說明如何控制鉆孔樁的施工質量。
京津城際軌道交通工程位于華北地區(qū)，連接北京、天津兩大直轄市，地處環(huán)渤海灣地區(qū)的中心地帶，該地區(qū)是全國經濟、技術最發(fā)達的地區(qū)之一。我分部管段內的永定新河特大橋里程為DK100+570-DK105+334.72,基礎均采用鉆孔樁基礎，共1340根，樁徑為1.0m、1.25m，樁長50m左右，最大達到53m，工程量大、標準高、工期緊、難度大、技術含量高。因此，在鉆孔樁施工過程中采取了以下質量控制措施以保證施工質量。
一、成孔質量控制措施
成孔是混凝土灌注樁施工中的一個重要部分，其質量控制得好壞，可直接發(fā)生塌孔、縮徑、樁孔偏斜及樁端達不到設計持力層要求等事故，將直接影響樁身質量和樁承載力下降。因此，在成孔的施工技術和施工質量控制方面應著重做好以下幾項工作。
（一）采取隔孔施工程序控制
鉆孔混凝土灌注樁先成孔，然后在孔內成樁，周圍土移向樁身土體對樁產生動壓力。尤其是在成樁初始，樁身混凝土的強度很低，且混凝土灌注樁的成孔是依靠泥漿來平衡的，故采取較適應的樁距對防止坍孔和縮徑是一項穩(wěn)妥的技術措施。
（二）樁位控制
1.施工中用全站儀測設樁位，使用水準儀控制護桶高程。
為了能夠控制好墩中心樁位和鉆孔樁中心，我們布置了平面導線控制網。每個墩至少有兩個導線點來控制，各個墩中心和鉆孔樁中心復核檢查無誤后，利用十字線或經緯儀輔助把墩中心樁用砼護好。保證鉆孔過程中線路中心樁位的穩(wěn)定。鉆孔樁的中心放好后，按井字形放線護樁，以備鉆完一個孔后移至另一孔前樁位丟失，恢復困難。這樣護樁，可以在不用經緯儀或全站儀的情況下快速恢復鉆孔樁中心。
2.鉆機就位對中保證
鉆孔樁中心、墩中心檢查無誤后，埋設護筒，鉆機就位。埋設護筒時，護筒中心與樁位中心一致，就位偏差不超過5cm。護筒埋設時要埋設牢固。軟泥或砂層應用水泥漿澆筑，防止鉆進過程下移或傾斜。
護筒埋設好后，鉆機就位。對位時，用3.5kg重的或稍輕的垂球懸掛在鉆機上，用“十字”交叉線對樁位，將交叉線的四點用紅油漆在護筒上作上標記，并按順序進行編號，便于記錄。
懸掛在鉆機上的垂球，對中交叉線的交點。對中合格后，量測并記錄四點到線路中心的距離和四個點的高程。復核交叉點到墩中心間的距離無誤后，經監(jiān)理檢查合格后方可開鉆。
（三）護桶埋設符合施工技術標準控制
護筒四周應夯實，頂端高出地面30cm，底部埋深2.0—2.5m，護筒應上下正直，護筒中心線平面偏差小于5cm。 現(xiàn)場施工中應用鋼尺全數(shù)檢查。
（四）泥漿比重的控制
泥漿指標，粘土層16”--17”砂層17”--19”含砂率不超過8%，膠體率應在90%以上，比重1.15—1.258左右。 現(xiàn)場檢測應使用泥漿比重儀檢測泥漿比重和含砂率。
（五）樁頂標高控制
在護筒定位后及時復核護筒的位置，嚴格控制護筒中心與樁位中心線偏差不大于50mm，并認真檢查回填土是否密實，以防鉆孔過程中發(fā)生漏漿的現(xiàn)象。
在施工過程中自然地坪的標高會發(fā)生一些變化，為準確地控制鉆孔深度，在樁架就位后及時復核底梁的水平和樁具的總長度并作好記錄，以便在成孔后根據(jù)鉆桿在鉆機上的留出長度來校驗成孔達到深度。
（六）成孔后孔底沉渣厚度控制
客運專線鐵路相關規(guī)范與相關設計規(guī)范提出了相當嚴格的沉降要求，所以鉆孔灌注樁的孔底沉渣一定要清除干凈。
現(xiàn)場施工中成孔后應立即用測繩測量成孔孔深，清孔達到設計要求，并在灌注混凝土前重新測量孔深。嚴禁采用超挖代替清孔。
（七）孔徑、孔深及孔型控制
使用檢孔器檢孔，要求檢孔器長度不小于4倍孔徑，直徑不小于孔徑。水準儀測量護桶頂標高，經計算的護桶頂與孔底間距，用測繩量測。
（八）鉆機成孔及清孔驗收控制
鉆機成孔后須檢驗成孔深度檢驗孔深時應根據(jù)鉆頭、鉆桿長度扣除機上余尺得出孔深并使用水文測繩校核。清孔（第一次不合格兩次清孔）的檢查項目應為孔底沉渣厚度、含砂率以及泥漿比重等參數(shù)。一次清孔提出鉆桿及鉆頭后使用JJC-1D型灌注樁孔徑檢測系統(tǒng)檢查孔徑。
1.鉆孔樁鉆孔允許偏差和檢驗方法
鉆孔樁鉆孔允許偏差和檢驗方法應符合表1.1的規(guī)定。
表一 鉆孔樁鉆孔允許偏差和檢驗方法
序號 檢測
項目 允許偏差 檢測方法及儀器
1 護筒 頂面
位置 50mm 使用水準儀檢查
傾斜度 1% 使用JJC-1D型灌注樁孔徑檢測系統(tǒng)檢查
2 傾斜度 1%
3 孔位
中心 50mm 使用全站儀檢查
檢驗數(shù)量：全部檢查。
2.泥漿指標檢測
用撈砂鉆頭將沉淀物清出孔位。要求沉碴厚度不大于20cm。在灌注水下混凝土前，用高壓風（高壓水）吹底翻渣，進一步減少樁底沉碴厚度，再使用JNC-1型沉渣測定儀檢測沉渣厚度。
泥漿檢測順序依次為：關閉泥漿泵一測泥漿比重（NB－1型泥漿比重計）一測含砂率（NA－1型泥漿含砂量測定器）一測粘度（1006型泥漿粘度計）一測沉渣厚度（JNC-1型沉渣測定儀），其比重一般應控制在1.05～1.2之間，粘度控制在17～20s，砂率控制在4%以內。
3.計量器具的檢查
鉆孔樁作業(yè)環(huán)境相對較差，作業(yè)班組又不注意對計量器具的保管，儀器的計量精度往往不夠穩(wěn)定。同時，有些作業(yè)班組為加快施工速度故意改變儀器的初始狀態(tài)。如增加泥漿比重計的配重，改變測繩的數(shù)標位置或在測繩中部打結等現(xiàn)象時有發(fā)生。因此檢查人員應先對儀器的完好性與準確性進行檢查。二、鋼筋籠制作和吊放質量控制措施
（一）鋼筋籠的尺寸及焊接質量控制
鋼筋籠制作前首先要檢查鋼材的質保資料，檢查合格后再按設計和施工規(guī)范要求驗收鋼筋的直徑、長度、規(guī)格、數(shù)量和制作質量。下鋼筋籠之前應檢查保護塊是否安放到位，核對鋼筋籠的長度。嚴格控制鋼筋的焊接質量。冬季施工時氣溫較低，焊接質量會受影響（鋼筋脆性增大），故應特別重視。
鋼筋籠主要檢測骨架直徑、主筋間距、加強筋間距、箍筋間距、與鋼筋骨架垂直度。鋼筋骨架垂直度用吊線尺量檢查，其余各項用尺量檢查。
鉆孔樁鋼筋骨架的允許偏差和檢驗方法應符合表1.2的規(guī)定。
表二鉆孔樁鋼筋骨架的允許偏差和檢驗方法
序號 項目 允許偏差 檢驗方法
1 鋼筋骨架在承臺底以下長度 ±100mm 尺量檢查
2 鋼筋骨架直徑 ±20mm
3 主鋼筋間距 ±0.5d 尺量檢查不少于5處
4 加強筋間距 ±20mm
5 箍筋間距或螺旋筋間距 ±20mm
6 鋼筋骨架垂直度 1% 吊線尺量檢查
注：d為鋼筋直徑，單位：mm
檢驗數(shù)量：全部檢查。
在驗收中還要特別注意鋼筋籠吊環(huán)長度能否使鋼筋準確地吊放在設計標高上，這是由于鋼筋吊籠放后是暫時固定在鉆架底梁上的，因此，吊環(huán)長度是根據(jù)底梁標高的變化而改變，所以應根據(jù)底梁標高逐根復核吊環(huán)長度，以確保鋼筋的埋入標高滿足設計要求。
（二）鋼筋籠吊裝控制
在鋼筋籠吊放過程中，應逐節(jié)驗收鋼筋籠的連接焊縫質量，對質量不符合規(guī)范要求的焊縫、焊口則要進行補焊。同時，要注意鋼筋籠能否順利下放，沉放時不能碰撞孔壁；當?shù)醴攀茏钑r，不能加壓強行下放，因為這將會造成坍孔、鋼筋籠變形等現(xiàn)象，應停止吊放并尋找原因，如因鋼筋籠沒有垂直吊放而造成的，應提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，則要求進行復鉆糾偏，并在重新驗收成孔質量后再吊放鋼筋籠。鋼筋籠接長時要加快焊接時間，盡可能縮短沉放時間。
鋼筋籠吊裝示意圖如下：
三、灌注水下混凝土質量控制措施
（一）原材料檢驗控制
為確保成樁質量，要嚴格檢查驗收進場原材料的質保書(水泥出廠合格證、化驗報告、砂石化驗報告)，如發(fā)現(xiàn)實樣與質保書不符，應立即取樣進行復查，對不合格的材料(如水泥、砂、石、水質)，嚴禁用于混凝土灌注樁。
（二）配合比控制
鉆孔灌注水下混凝土的施工主要是采用導管灌注，混凝土的離析現(xiàn)象還會存在，但良好的配合比可減少離析程度，因此，現(xiàn)場的配合比要隨水泥品種、砂、石料規(guī)格及含水率的變化進行調整，為使每根樁的配合比都能正確無誤，在混凝土攪拌前都要復核配合比并校驗計量的準確性，嚴格計量和測試管理，并及時填入原始記錄和制作試件。
（三）灌注過程質量控制
為防止發(fā)生斷樁、夾泥、堵管等現(xiàn)象，在混凝土灌注時應加強對混凝土攪拌時間和混凝土坍落度的控制。因為混凝土攪拌時間不足會直接影響混凝土的強度，混凝土坍落采用18cm—22cm，并隨時了解混凝土面的標高和導管的埋人深度。
導管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m—4m，不宜大于5m和小于1m，嚴禁把導管底端提出混凝土面。
在施工過程中，要控制好灌注工藝和操作，抽動導管使混凝土面上升的力度要適中，保證有程序的拔管和連續(xù)灌注，升降的幅度不能過大，如大幅度抽拔導管則容易造成混凝土體沖刷孔壁，導致孔壁下墜或坍落，樁身夾泥，這種現(xiàn)象尤其在砂層厚的地方比較容易發(fā)生。
在灌注過程中必須每灌注5m3左右測一次混凝土面上升的高度，確定每段樁體的充盈系數(shù)，《建筑施工操作規(guī)程》規(guī)定樁身混凝土的充盈系數(shù)必須大于l。同時要認真進行記錄，這對日后發(fā)現(xiàn)有問題的樁或評價樁的質量有很大作用。
（四）混凝土試塊制備控制
在施工現(xiàn)場應配備塌落度桶，以檢查每車混凝土的塌落度。施工中還應現(xiàn)場制作混凝土試塊，每根樁不少于2組試塊，做試塊采用的混凝土應隨即抽取，在拆膜后及時送養(yǎng)護室進行保養(yǎng)。
四、施工中易出現(xiàn)的問題及解決措施
（一）卡埋鉆具
發(fā)生的原因及預防措施：
較疏松的砂卵層或流砂層，孔壁易發(fā)生大面積塌方而造成埋鉆。在鉆此地層前，提前制定對策，如調整泥漿性能、埋設長護筒等。
粘泥層一次進尺太深孔壁易縮徑而造成卡鉆。所以，在這類地層鉆進要控制一次進尺量，一次鉆進深度不超過40cm。
鉆頭邊齒、側齒磨損嚴重而無法保證成孔直徑，鉆筒外壁與孔壁間無間隙，如鉆進過深，則易造成卡鉆。所以，鉆筒直徑一般比成孔直徑小6cm以上，邊齒、側齒加長，同時在使用過程中，鉆頭邊齒、側齒磨損后要及時修復。
因機械事故而使鉆頭在孔底停留時間過長，導致鉆頭筒壁四周沉渣太多或孔壁縮徑而造成卡埋鉆。因此，平時要注意鉆機本身的及時保養(yǎng)和維修，同時要調整好泥漿性能，使孔底在一定時間內無沉渣。
處理措施：
直接起吊法，即用吊車或液壓頂升機直接向上施力起吊。
鉆頭周圍疏通法，即用反循環(huán)或水下切割等方法，清理鉆筒四周沉渣，然后再起吊。高壓噴射法，即在原鉆孔兩側對稱打2個小孔(小孔中心距鉆頭邊緣0.5m左右)然后下入噴管對準被卡的鉆頭高壓噴射，直至兩孔噴穿，使原孔內沉渣落入小孔內，即可回轉提升被卡鉆頭。
護壁開挖法，即卡鉆位置不深時，用護筒、水泥等物品護壁，人工直接開挖清理沉渣。
（二）主卷揚機鋼繩拉斷
鉆進過程中如操作不當，易造成主卷揚機鋼繩拉斷。因此，鉆進過程中，要注意提升、下落鉆時卷揚機卷繩和出繩不可過猛或過松、不要互相壓咬，提鉆時要先釋放地層對鉆頭的包裹力或先用液壓系統(tǒng)起拔鉆具。如果鋼繩出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象及時更換，以免鋼繩拉斷而造成鉆具脫落事故。
（三）動力頭內套磨損、漏油
發(fā)生這一現(xiàn)象的原因除了鉆機設計上存在欠缺外，主要是超鉆機設計能力鉆進所致，所以要注意旋挖鉆機的設計施工能力，不要超負荷運行。
（四）塌孔
主要是因為鉆進過程中不使用泥漿，或使用很少的泥漿，護壁效果差所致。為防止鉆孔坍塌，鉆進過程中保持孔內水位適當高出地下水位，同時注意控制鉆斗的升降速度，避免壓力變動幅度過大。
（五）斷樁
斷樁一般常見于地面下1～3米不同較硬層交接處。其裂痕呈水平或略傾斜，一般都貫通整個截面，其主要原因有：樁距過小，鄰樁施打時土的擠壓所產生的水平橫向抵力和隆起拔力的影響；軟硬土層間傳遞水平力大小不同，對樁產生剪力；樁身砼終凝不久，強度弱，承受不了外力的影響。避免斷樁的措施有：
1.樁的中心距宜大于3.5倍樁徑；
2.考慮打樁順序及樁架行走路線時，應注意減少對新樁的影響；
3.采用跳打法或控制時間法以減少對鄰樁的影響。斷樁檢查，在2～3 米深度內可用木錘敲擊樁頭側面，同時用腳踏在樁頭上，如樁已斷，會感到浮振。
亦可用動測法，由波形曲線和頻波曲線圖形判斷樁的質量和完整程度。斷樁一經發(fā)現(xiàn)，應將斷樁段拔出，將孔清理干凈后，略增大面積或加上鐵箍聯(lián)接，再重新灌注砼補做樁身。
（六）縮頸
縮頸的樁又稱瓶頸樁。部分樁徑縮小，截面不符合要求。其原因有：在含水量大的粘性土中沉管時，土體受強烈擾動和擠壓產生很高的孔隙和壓力。樁管拔出后，這種壓力便作用到新灌注的砼樁上，使樁身發(fā)生不同程度的頸縮現(xiàn)象，拔管過快，砼量少或和易性差，使砼出管時擴散差等。施工中應經常測定砼落下情況，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，一般可用復打法處理。
五、結語
樁基工程是第一個也是最基本的子分部工程，它的質量優(yōu)劣決定了整個工程的質量等級高低，也是工程安全可靠的基本保證。因此，現(xiàn)場工程師應對鉆孔灌注樁的定位、孔深、孔徑、清孔、沉渣厚度、鋼筋籠規(guī)格、焊接質量、混凝土配比和混凝土充盈系數(shù)等進行嚴格把關，并做好詳細的原始記錄，對不符合質量標準的，及時加以處理，確保樁基工程的施工質量。
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