高速铁路钻孔桩质量控制措施

高速铁路钻孔桩质量控制措施
郭保同
摘 要：桩基质量决定了整个工程结构的稳定性，本文介绍了钻孔灌注桩施工过程中的质量控制要点，并详细阐述了质量控制在施工全过程中的实际运用。
关键词：钻孔桩；质量；控制

前言
中国人口众多、内陆深广，解决大规模人口流动问题，最安全、最快捷、最经济、最环保、最可靠的交通方式是高速铁路。中国铁路决定把发展客运高速作为实现现代化的一个主要方向。发展高速铁路可以通过较长的产业链，对建材、钢铁、机械制造、电子信息等行业产生积极的拉动作用，对建设提高国家整体自主创新能力和建设创新型国家具有非常重要的意义。2008年8月1日，中国第一条具有完全自主知识产权、世界一流水平的高速铁路——京津城际高铁通车运营。京津城际铁路的开通，只是拉开了中国高速铁路建设和运营的序幕，在它的背后，是正在编织着的中国高速铁路网，和正在实现的中国经济的再一次跨越性发展。
随着国家经济的快速发展，全国铁路基础建设也作为拉动经济发展的动力之一，高速铁路建设正在迅猛发展。高速铁路建设的一个重要指标就是线路平顺性要好，即沉降量要小。在桥梁施工中，沉降量的发生主要取决于桩基质量的优劣，因此，本文根据京津城际轨道交通工程永定新河特大桥的施工实例来说明如何控制钻孔桩的施工质量。
京津城际轨道交通工程位于华北地区，连接北京、天津两大直辖市，地处环渤海湾地区的中心地带，该地区是全国经济、技术最发达的地区之一。我分部管段内的永定新河特大桥里程为DK100+570-DK105+334.72,基础均采用钻孔桩基础，共1340根，桩径为1.0m、1.25m，桩长50m左右，最大达到53m，工程量大、标准高、工期紧、难度大、技术含量高。因此，在钻孔桩施工过程中采取了以下质量控制措施以保证施工质量。
一、成孔质量控制措施
成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，其质量控制得好坏，可直接发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等事故，将直接影响桩身质量和桩承载力下降。因此，在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作。
（一）采取隔孔施工程序控制
钻孔混凝土灌注桩先成孔，然后在孔内成桩，周围土移向桩身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。
（二）桩位控制
1.施工中用全站仪测设桩位，使用水准仪控制护桶高程。
为了能够控制好墩中心桩位和钻孔桩中心，我们布置了平面导线控制网。每个墩至少有两个导线点来控制，各个墩中心和钻孔桩中心复核检查无误后，利用十字线或经纬仪辅助把墩中心桩用砼护好。保证钻孔过程中线路中心桩位的稳定。钻孔桩的中心放好后，按井字形放线护桩，以备钻完一个孔后移至另一孔前桩位丢失，恢复困难。这样护桩，可以在不用经纬仪或全站仪的情况下快速恢复钻孔桩中心。
2.钻机就位对中保证
钻孔桩中心、墩中心检查无误后，埋设护筒，钻机就位。埋设护筒时，护筒中心与桩位中心一致，就位偏差不超过5cm。护筒埋设时要埋设牢固。软泥或砂层应用水泥浆浇筑，防止钻进过程下移或倾斜。
护筒埋设好后，钻机就位。对位时，用3.5kg重的或稍轻的垂球悬挂在钻机上，用“十字”交叉线对桩位，将交叉线的四点用红油漆在护筒上作上标记，并按顺序进行编号，便于记录。
悬挂在钻机上的垂球，对中交叉线的交点。对中合格后，量测并记录四点到线路中心的距离和四个点的高程。复核交叉点到墩中心间的距离无误后，经监理检查合格后方可开钻。
（三）护桶埋设符合施工技术标准控制
护筒四周应夯实，顶端高出地面30cm，底部埋深2.0—2.5m，护筒应上下正直，护筒中心线平面偏差小于5cm。 现场施工中应用钢尺全数检查。
（四）泥浆比重的控制
泥浆指标，粘土层16”--17”砂层17”--19”含砂率不超过8%，胶体率应在90%以上，比重1.15—1.258左右。 现场检测应使用泥浆比重仪检测泥浆比重和含砂率。
（五）桩顶标高控制
在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。
在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。
（六）成孔后孔底沉渣厚度控制
客运专线铁路相关规范与相关设计规范提出了相当严格的沉降要求，所以钻孔灌注桩的孔底沉渣一定要清除干净。
现场施工中成孔后应立即用测绳测量成孔孔深，清孔达到设计要求，并在灌注混凝土前重新测量孔深。严禁采用超挖代替清孔。
（七）孔径、孔深及孔型控制
使用检孔器检孔，要求检孔器长度不小于4倍孔径，直径不小于孔径。水准仪测量护桶顶标高，经计算的护桶顶与孔底间距，用测绳量测。
（八）钻机成孔及清孔验收控制
钻机成孔后须检验成孔深度检验孔深时应根据钻头、钻杆长度扣除机上余尺得出孔深并使用水文测绳校核。清孔（第一次不合格两次清孔）的检查项目应为孔底沉渣厚度、含砂率以及泥浆比重等参数。一次清孔提出钻杆及钻头后使用JJC-1D型灌注桩孔径检测系统检查孔径。
1.钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法
钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法应符合表1.1的规定。
表一 钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法
序号 检测
项目 允许偏差 检测方法及仪器
1 护筒 顶面
位置 50mm 使用水准仪检查
倾斜度 1% 使用JJC-1D型灌注桩孔径检测系统检查
2 倾斜度 1%
3 孔位
中心 50mm 使用全站仪检查
检验数量：全部检查。
2.泥浆指标检测
用捞砂钻头将沉淀物清出孔位。要求沉碴厚度不大于20cm。在灌注水下混凝土前，用高压风（高压水）吹底翻渣，进一步减少桩底沉碴厚度，再使用JNC-1型沉渣测定仪检测沉渣厚度。
泥浆检测顺序依次为：关闭泥浆泵一测泥浆比重（NB－1型泥浆比重计）一测含砂率（NA－1型泥浆含砂量测定器）一测粘度（1006型泥浆粘度计）一测沉渣厚度（JNC-1型沉渣测定仪），其比重一般应控制在1.05～1.2之间，粘度控制在17～20s，砂率控制在4%以内。
3.计量器具的检查
钻孔桩作业环境相对较差，作业班组又不注意对计量器具的保管，仪器的计量精度往往不够稳定。同时，有些作业班组为加快施工速度故意改变仪器的初始状态。如增加泥浆比重计的配重，改变测绳的数标位置或在测绳中部打结等现象时有发生。因此检查人员应先对仪器的完好性与准确性进行检查。二、钢筋笼制作和吊放质量控制措施
（一）钢筋笼的尺寸及焊接质量控制
钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料，检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。下钢筋笼之前应检查保护块是否安放到位，核对钢筋笼的长度。严格控制钢筋的焊接质量。冬季施工时气温较低，焊接质量会受影响（钢筋脆性增大），故应特别重视。
钢筋笼主要检测骨架直径、主筋间距、加强筋间距、箍筋间距、与钢筋骨架垂直度。钢筋骨架垂直度用吊线尺量检查，其余各项用尺量检查。
钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法应符合表1.2的规定。
表二钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法
序号 项目 允许偏差 检验方法
1 钢筋骨架在承台底以下长度 ±100mm 尺量检查
2 钢筋骨架直径 ±20mm
3 主钢筋间距 ±0.5d 尺量检查不少于5处
4 加强筋间距 ±20mm
5 箍筋间距或螺旋筋间距 ±20mm
6 钢筋骨架垂直度 1% 吊线尺量检查
注：d为钢筋直径，单位：mm
检验数量：全部检查。
在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，这是由于钢筋吊笼放后是暂时固定在钻架底梁上的，因此，吊环长度是根据底梁标高的变化而改变，所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度，以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。
（二）钢筋笼吊装控制
在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因，如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。
钢筋笼吊装示意图如下：
 

三、灌注水下混凝土质量控制措施
（一）原材料检验控制
为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告)，如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料(如水泥、砂、石、水质)，严禁用于混凝土灌注桩。
（二）配合比控制
钻孔灌注水下混凝土的施工主要是采用导管灌注，混凝土的离析现象还会存在，但良好的配合比可减少离析程度，因此，现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整，为使每根桩的配合比都能正确无误，在混凝土搅拌前都要复核配合比并校验计量的准确性，严格计量和测试管理，并及时填入原始记录和制作试件。
（三）灌注过程质量控制
为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，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。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落采用18cm—22cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。
导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，严禁把导管底端提出混凝土面。
在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。
在灌注过程中必须每灌注5m3左右测一次混凝土面上升的高度，确定每段桩体的充盈系数，《建筑施工操作规程》规定桩身混凝土的充盈系数必须大于l。同时要认真进行记录，这对日后发现有问题的桩或评价桩的质量有很大作用。
（四）混凝土试块制备控制
在施工现场应配备塌落度桶，以检查每车混凝土的塌落度。施工中还应现场制作混凝土试块，每根桩不少于2组试块，做试块采用的混凝土应随即抽取，在拆膜后及时送养护室进行保养。
四、施工中易出现的问题及解决措施
（一）卡埋钻具
发生的原因及预防措施：
较疏松的砂卵层或流砂层，孔壁易发生大面积塌方而造成埋钻。在钻此地层前，提前制定对策，如调整泥浆性能、埋设长护筒等。
粘泥层一次进尺太深孔壁易缩径而造成卡钻。所以，在这类地层钻进要控制一次进尺量，一次钻进深度不超过40cm。
钻头边齿、侧齿磨损严重而无法保证成孔直径，钻筒外壁与孔壁间无间隙，如钻进过深，则易造成卡钻。所以，钻筒直径一般比成孔直径小6cm以上，边齿、侧齿加长，同时在使用过程中，钻头边齿、侧齿磨损后要及时修复。
因机械事故而使钻头在孔底停留时间过长，导致钻头筒壁四周沉渣太多或孔壁缩径而造成卡埋钻。因此，平时要注意钻机本身的及时保养和维修，同时要调整好泥浆性能，使孔底在一定时间内无沉渣。
处理措施：
直接起吊法，即用吊车或液压顶升机直接向上施力起吊。
钻头周围疏通法，即用反循环或水下切割等方法，清理钻筒四周沉渣，然后再起吊。高压喷射法，即在原钻孔两侧对称打2个小孔(小孔中心距钻头边缘0.5m左右)然后下入喷管对准被卡的钻头高压喷射，直至两孔喷穿，使原孔内沉渣落入小孔内，即可回转提升被卡钻头。
护壁开挖法，即卡钻位置不深时，用护筒、水泥等物品护壁，人工直接开挖清理沉渣。
（二）主卷扬机钢绳拉断
钻进过程中如操作不当，易造成主卷扬机钢绳拉断。因此，钻进过程中，要注意提升、下落钻时卷扬机卷绳和出绳不可过猛或过松、不要互相压咬，提钻时要先释放地层对钻头的包裹力或先用液压系统起拔钻具。如果钢绳出现拉毛现象及时更换，以免钢绳拉断而造成钻具脱落事故。
（三）动力头内套磨损、漏油
发生这一现象的原因除了钻机设计上存在欠缺外，主要是超钻机设计能力钻进所致，所以要注意旋挖钻机的设计施工能力，不要超负荷运行。
（四）塌孔
主要是因为钻进过程中不使用泥浆，或使用很少的泥浆，护壁效果差所致。为防止钻孔坍塌，钻进过程中保持孔内水位适当高出地下水位，同时注意控制钻斗的升降速度，避免压力变动幅度过大。
（五）断桩
断桩一般常见于地面下1～3米不同较硬层交接处。其裂痕呈水平或略倾斜，一般都贯通整个截面，其主要原因有：桩距过小，邻桩施打时土的挤压所产生的水平横向抵力和隆起拔力的影响；软硬土层间传递水平力大小不同，对桩产生剪力；桩身砼终凝不久，强度弱，承受不了外力的影响。避免断桩的措施有：
1.桩的中心距宜大于3.5倍桩径；
2.考虑打桩顺序及桩架行走路线时，应注意减少对新桩的影响；
3.采用跳打法或控制时间法以减少对邻桩的影响。断桩检查，在2～3 米深度内可用木锤敲击桩头侧面，同时用脚踏在桩头上，如桩已断，会感到浮振。
亦可用动测法，由波形曲线和频波曲线图形判断桩的质量和完整程度。断桩一经发现，应将断桩段拔出，将孔清理干净后，略增大面积或加上铁箍联接，再重新灌注砼补做桩身。
（六）缩颈
缩颈的桩又称瓶颈桩。部分桩径缩小，截面不符合要求。其原因有：在含水量大的粘性土中沉管时，土体受强烈扰动和挤压产生很高的孔隙和压力。桩管拔出后，这种压力便作用到新灌注的砼桩上，使桩身发生不同程度的颈缩现象，拔管过快，砼量少或和易性差，使砼出管时扩散差等。施工中应经常测定砼落下情况，发现问题及时纠正，一般可用复打法处理。
五、结语
桩基工程是第一个也是最基本的子分部工程，它的质量优劣决定了整个工程的质量等级高低，也是工程安全可靠的基本保证。因此，现场工程师应对钻孔灌注桩的定位、孔深、孔径、清孔、沉渣厚度、钢筋笼规格、焊接质量、混凝土配比和混凝土充盈系数等进行严格把关，并做好详细的原始记录，对不符合质量标准的，及时加以处理，确保桩基工程的施工质量。
参考文献：
[1] 朱高明. 国内外无砟轨道的研究与应用综述[J]. 铁道工程学报, 2008, (07) .
[2] 赵淑成. 高速铁路轨道设计特征[J]. 中国勘察设计, 2006, (07) .
[3] 李世珷. 世界高速铁路技术发展的动向[J]. 郑铁科技通讯, 2006, (02) .

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