大连理工大学网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：钻孔灌注桩在施工中的质量控制
层 次： 专科起点本科
专 业： 土木工程(道桥方向)
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年9月6日
内容摘要
钻孔灌注桩对各种地质条件的适应性、施工简单、易操作且设备投入一般不是很大,因此在各类房屋及民用建筑中都得到了广泛的应用；但钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的,其施工过程无法观察,成桩后也不能进行开挖验收,所以又是最容易出现质量问题的一种基础形式,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。
本文结合当前的实际工程施工，具体介绍钻孔灌注桩在施工中的一些质量问题及预防措施，同时对施工中常见的质量问题：如卡管、钢筋笼上浮、断桩等作了具体的介绍，以期本文对实际的施工作业过程中有一定的用处。
关键词：钻孔灌注桩；质量控制；方法
目 录
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、和桥梁等工程中大量采用桩基础，桩基础已成为我国工程建设中重要的基础形式，在所有桩基础类型中，钻孔灌注桩的应用较为普遍。目前该桩在桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛应用，已成为一种重要的桩型。如何保证工程质量已成为首要问题。在施工过程中，施工技术人员只有了解钻孔灌注桩的基本工艺、施工方法、常见的质量事故、事故处理方法，才能做到事前控制、事中控制及事后控制。从而保证灌注桩的施工质量满足设计及安全使用需要。
本文通过钻孔灌注桩施工质量控制理论的阐述，讨论钻孔灌注桩的施工中的常见问题及防治措施。同时结合工程实例，根据工程项目的特点，首先简单介绍了研究背景与意义，及我国钻孔灌注桩质量控制的现状，由此可以看出研究的必要性。其次阐述施工质量控制的基本理论。分析钻孔灌注桩的施工工艺，现在存在的问题，重点提出了钻孔灌注桩施工质量控制的理论及方法。钻孔灌注桩施工质量控制对结构物的基础工程的施工质量的控制有一定的实际意义。
1 钻孔桩施工中的常见问题
目前，在沿海城市多数工程的基础均采用钻孔灌注桩，这是由于它对各种地质条件的适应性强并且在施工过程中容易操作所决定的。但是，由于它属于隐蔽工程，成桩后质量检查比较困难。再加上其施工工艺环节多，一环不慎，便会影响到整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响。施工中常见的问题一般有：
1.1 护筒冒水
护筒外壁冒水,导致护筒内水位下降，保证不同护筒的水头压力，会引起成孔塌陷，严重的会引起地基下沉、护筒倾斜和移位,造成钻孔偏斜,甚至无法施工。
1.2 孔壁塌陷
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,则表示有孔壁坍陷迹象。孔壁塌陷会导致成孔桩桩径不一，严重时会导致桩基的承载力受到极大的影响，甚至无法施工。
1.3 钻孔偏斜
在施工中出现钻孔偏斜，会导致钻机的钻杆不垂直，机架不稳，无法操作。成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯，无法保证成孔桩的垂直度，同时也会严重影响桩基的承载能力。
1.4 桩底沉渣过多
桩底沉渣过多，主要会导致桩基没有到达持力层，此时在桩顶施加荷载时，桩基会下没沉，特别是支承桩和嵌岩桩。桩底沉渣过多对桩基工程来说会影响桩基的承载能力，严重时会出现上部结构的安全事故。
2 问题出现的原因及防治措施
2.1 护筒冒水造成原因及处理措施
2.1.1护筒冒水造成原因
埋设护筒的周围土夯填不密实；护筒埋设时垂直度没有达到规范要求，护筒顶面不平整；护筒本身质量太差，造成护筒漏水后，出现护筒周边冒水；钻头起落时碰撞护筒，导致护筒周边不实而冒水。
2.1.2 处理措施
在埋筒时，坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯，并按照规范要求制作和埋设护筒，护筒顶面应高出原地面20~30cm，在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持1.0～1.5m的水头高度。钻头起落时，应防止碰撞护筒。发现护筒冒水时，应立即停止钻孔，用粘土在四周填实加固，若护筒严重下沉或移位时，则应重新安装护筒。
2.2 孔壁塌陷造成原因及处理措施
2.2.1孔壁塌陷造成原因
孔壁坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。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也会引起孔壁坍陷。
2.2.2处理措施
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。搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。成孔后，待灌时间一般不应大于3小时，并控制混凝土的灌注时间，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。
2.3 钻孔偏斜造成原因及处理措施
2.3.1钻孔偏斜造成原因
钻机安装就位稳定性差，作业时钻机安装不稳或钻杆弯曲所致；地面软弱或软硬不均匀；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。
2.3.2处理措施
先将场地夯实平整，轨道枕木宜均匀着地；安装钻机时要求转盘中心与钻架上起吊滑轮在同一轴线，钻杆位置偏差不大于20cm.在不均匀地层中钻孔时，采用自重大、钻杆刚度大的钻机。进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，钻速要打慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。钻孔偏斜时，可提起钻头，上下反复扫钻几次，以便削去硬土，如纠正无效，应于孔中局部回填粘土至偏孔处0.5m以上，重新钻进。
2.4 桩底沉渣过多造成原因及处理措施
2.4.1造成原因
检查不够认真，清孔不干净或未进行二次清孔；泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起；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；清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。
2.4.2处理措施
成孔后，钻头提高孔底10-20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30分钟。将孔底残留的沉渣清理干净，清孔后还须将换浆，将孔内含砂量大、泥浆性能差、容易在孔底沉淀的砂浆换成性能好、并能确保在换浆完毕到砼灌这段时间内，孔底不产生或少产生沉淀物的泥浆，待有关单位验槽合格后方能下钢筋笼钢筋笼吊放时，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。下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，直至孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求。开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为30～40mm，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下1.0m以上，以利用混凝土的巨大冲击力溅除孔底沉渣，达到清除孔底沉渣的目的。
3 灌注过程中出现的质量问题及预防措施
3.1 卡管
3.1.1造成原因
初灌时，隔水栓堵管；混凝土和易性、流动性差造成离析；混凝土中粗骨料粒径过大；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；导管进水造成混凝土离析等。
3.1.2 处理措施
使用的隔水栓直径应与导管内径相配，同时具有良好的隔水性能，保证顺利排出。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。水下混凝土必须具备良好的和易性，配合比应通过实验室确定，坍落度宜为18～22cm，粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4，且应小于40mm.为改善混凝土的和易性和缓凝，水下混凝土宜掺外加剂。应确保导管连接部位的密封性，导管使用前应试拼装、试压，试水压力为0.6～1.0MPa，以避免导管进水。在混凝土浇筑过程中，混凝土应缓缓倒入漏斗的导管，避免在导管内形成高压气塞。在施工过程中，应时刻监控机械设备，确保机械运转正常，避免机械事故的发生。
3.2 钢筋笼上浮
3.2.1 造成原因
混凝土初凝和终凝时间太短，使孔内 混凝土过早结块，当混凝土面上升至钢筋骨架底时，结块的混凝土托起钢筋骨架；
清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，混凝土灌注过程中砂粒回沉在混凝土面上，形成较密实的砂层，并随孔内混凝土逐渐升高，当砂层上升至钢筋骨架底部时托起钢筋骨架；
混凝土灌注至钢筋骨架底部时，灌注速度太快，造成钢筋骨架上浮。
3.2.2 处理措施
钢筋笼初始位置应定位准确，并与孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度，缩短灌注时间，或掺外加剂，防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小，混凝土接近笼时，控制导管埋深在1.5～2.0m.灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2～3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2～4m，不宜大于5m和小于1m，严禁把导管提出混凝土面。当发生钢筋笼上浮时，应立即停止灌注混凝土，并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消失。
3.3 首灌混凝土方量不足
3.3.1 造成原因
由于计算不准确及导管长度没有量准，导致桩底能浆现象，
3.3.2 处理措施
首批砼数量必须经过认真计算，首批砼数量计算（钻孔桩所需首批砼数量应能满足导管初次埋置深度1.0m以上的需要[5]）可按下式计算（如图所示）
图2.10.2.3、首批砼数量计算示意图
V≥（πd2/4）h1+（πD2/4）Hc
Hc＝h2+h3
式中：V——首批砼所需数量，m3；
d——导管内径，d =0.26m；
D——井孔直径，D；
Hc——首批砼在孔内的高度，Hc =1.4m；
h2——导管初次埋置深度，m；取h2=1.0m；
h3——导管底端至钻孔孔底距离，取h3=0.4m；
h1——井孔砼面高度达到Hc时，导管内砼柱的高度， h1＝γwHw/γc
其中：Hw——孔内砼面以上水或泥浆深度，取孔深加上0.3m（岸上）或1m（水中）减去Hc=1.4m。
γw——孔内水或泥浆容重，设浇筑时泥浆比重1.1，γw = 11KN/ m3；
γc——砼的容重，取24KN/ m3；各桩孔的孔深、浇筑时泥浆比重等都不尽一样，应根据现场实测计算。
首批砼灌注对于水下灌注桩来说至关重要，因而漏斗的大小必须充分考虑首批砼数量后制作。首批砼灌注时，漏斗下端口须设球栓，以钻机吊住，砼装满漏斗后，钻机提起球栓，砼立即沉入孔底，排开泥浆及沉渣，迅速埋住导管下口，完成首批砼灌注。灌注水下砼时要紧凑、连续进行，导管提升过程中，下管口在砼内的埋深控制在2～6m。水下砼灌注过程中由专人经常测量孔内砼高度，及时调整导管埋深，并填写水下砼灌注记录。孔内砼灌注至孔顶标高后（要求比设计桩顶标高高出1m），必须确认砼表面泥浆已经完全排出后方可终止灌注。
3.4 断桩
3.4.1 造成原因
原因：①混凝土塌落度太小，骨料太大，运输距离过长，混凝土和易性差，致使导管堵塞，疏通堵管再浇筑混凝土时，中间就会形成夹泥层。②计算导管埋深时出错，或盲目提升导管，使导管脱离混凝土面，再浇筑混凝土时，中间出现夹泥层。③钢筋笼将导管卡住，强力拔管时，使泥浆进入混凝土中。④灌注时间过长，而上部混凝土已接近初凝，形成硬壳，而且随时间增长，泥浆中残渣将不断沉淀，从而加厚了积聚在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注极为困难，造成堵管与导管拔不上来，引发断桩事故。⑤导管接头处渗漏，泥浆进入管内，混入混凝土中。⑥混凝土供应中断，不能连续浇筑，中断时间长，造成堵管事故。⑦没有备用的发电机与拌和机械，造成混凝土接种供应不连续。
3.4.2 处理措施
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：由于导管底端距孔底过远，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；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；由于在浇注混凝土时，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；浇注混凝土时，没有从导管内灌入，而采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，产生混凝土离析造成凝固后不密实坚硬，个别孔段出现疏松、空洞的现象。防治措施：成孔后，必须认真清孔，一般是采用冲洗液清孔，冲孔时间应根据孔内沉渣情况而定，冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣超过规范规定。灌注混凝土前认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次混凝土灌注量。混凝土浇注过程中，应随时控制混凝土面的标高和导管的埋深，提升导管要准确可靠，并严格遵守操作规程。严格确定混凝土的配合比，混凝土应有良好的和易性和流动性，坍落度损失应满足灌注要求。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。灌注混凝土应从导管内灌入，要求灌注过程连续、快速，准备灌注的混凝土要足量，在灌注混凝土过程中应避免停电、停水。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。
4 工程实例分析
浙江省某高速跨线立交桥工程，桥梁全长782.4m，共计26跨，桥梁下部结构有240根Ф1.2m的钻孔灌注桩。项目部自己钻机施工队伍进就进行了安全技术交底，在会议上项目部工重点介绍了钻孔灌注桩在施工中可能发生的一系列施工问题，如护筒冒水、孔壁塌陷、钻孔偏斜、孔底沉渣控制、可能的钢筋笼上浮以及可能发生断桩的技术教育，同时也进行了各项可能的风险分析。要求施工作业队伍严重按照规范及设计图纸施工，在该施工中桩基的施工质量基本上得到了控制。
4.1 钻孔灌注桩施工方案
4.1.1 施工准备
在各台后附近，各选一合适位置建立施工场地，内容包括：拌和场、材料堆放等及其他库房及泥浆池，布设施工测量放样标桩等。
4.1.2 护筒埋设
所有钻孔桩护筒均采用钢护筒。对陆上桩而言，钢护筒的埋置深度控制在1m左右。其顶端应高出地下水位1.0～2.0M,还应高出地面0.3M,护筒底部回填30m左右的粘土并夯实，同时对护筒周壁也用粘土夯填实。护筒露出地面高约50cm，并在护筒顶部刻划出桩中心的十字线标记，以便检孔和钻机对中检核用。对水中桩而言，护筒用千斤顶并利用平台桩或钻机进行反压下沉，要求护筒入河床体内1.5m以上。在深水河床为软土,淤泥,砂土处护筒底埋置深度应不少于3.0M,当软土淤泥层较厚时,应尽可能深入到不透水层粘性土内1.0~1.5M,或卵石层内0.5~1.0M。同时护筒顶面应露出施工时期的常水位1m左右。如遇雨水而使河水上涨，外露的1m高度无法抵抗水位上涨或内压不够时，可再加接钢护筒，以保证孔内水头压力。护筒中心竖直线应与桩中心线重合，一般平面允许误差为50mm，在钻孔排渣、提钻头或因故停钻时，应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度和粘度。竖直倾斜不大于1%，干处可实测定位；水域可依靠导向架定位。水中钢护筒的连接，尽量采用插销式连接，以便钢护筒尽可能地加收。 不管是陆地上或水上，其钢护筒直径应比桩径大20～40cm为宜。
4.1.3 水中钻孔桩平台及栈桥的搭设
水中钻孔桩平台及栈桥的搭设，承重桩采用圆木桩，平台桩及整个平台的布置，既要满足施工荷载之需，又要满足钻孔施工工艺之需。平台和栈桥的受力要求，最低限度必须满足钻机自重2倍的荷载要求。
4.1.4 泥浆的拌制和排放
根据本投标人对工程类似地质条件下已有的施工经历，对本合同的钻孔桩而言，由于桩基地质处于淤泥层中，对泥浆的要求较高。为确保工程质量，本投标人将十分重视这一施工环节的控制，对造浆材料的选择和泥浆指标的控制严格按规范规定进行，采用膨润土悬浮泥浆或合格的粘土悬浮泥浆作为钻孔泥浆，胶泥用清水彻底拌和成悬浮体，使在灌注混凝土及至施工完成钻孔壁保持稳定。如遇基岩等地质时，为增强普通泥浆的护壁功能，可适当掺入化学浆糊或纯碱等，以提高泥浆比重、粘度及悬浮能力，确保钻进作业的顺利进行和成孔质量。钻孔泥浆应始终高出孔外或地下水位1.0-1.5m。
泥浆造浆池及弃渣(浆)池的设置，利用桥台侧租用临时用地挖坑筑堤来解决，使泥浆循环使用，不够时还将在钻孔附近借土筑池，但最终必须保证泥浆不外溢而污染河道、农田等。对水中桩的泥浆，采用泥浆泵抽排的方式来解决水下混凝土灌注时的排浆问题，钻进作业对水中和陆地可分别采用正、反循环方式来解决这一问题。对于废弃的泥浆严禁排入河道、农田、需在附近租用池塘或农田，在沉淀后用车进行外运。
地面或最低冲刷线以下部分，护筒应灌注混凝土后拨除。
4.1.5 钻孔作业
首先进行地基加固，保证钻孔设备的稳定和钻孔位准确，钻机就位后，将上钻头，使钻头对准桩位中心，并调整钻盘水平度和钻杆垂直度至标准，钻进时应边钻边补泥浆，保证孔内水头，并做好钻孔作业的原始记录。钻孔连续进行、不得中断，如用抓斗开挖，应注意提升抓斗时，下面不致产生真空。
当钻至设计标高时，应及时通知工程师到场验孔。用测绳测量孔深用检孔器检查孔径及其垂直度，当这些均符合要求及沉淀厚度在允许范围之内时，可进入下道工序的作业。如遇岩石较坚硬，用回旋钻无法钻进时，可改用冲击钻进行冲击成孔施工。
清孔采用换浆法为主，也可采用空压机吹吸法进行，具体施工时将根据现场
