大學生創新與研究專案結項書
課題：鑽孔灌注樁的質量控制及事故處理
指導老師：李忠梅
專案負責人：劉方強
小組成員：秦曉鵬、李廣廣、馮超、曲偉龍
編號：2010145
前言鑽孔灌注樁具有低噪音、小震動、無擠土，對周圍環境及鄰近建築物影響小，能穿越各種複雜地層和形成較大的單樁承載力，適應各種地質條件和不同規模建築物等優點，在橋梁、房屋、水工建築物等工程中得到廣泛應用，已成為一種重要的樁型。隨著社會經濟發展的需要，鑽孔灌注樁的樁長和樁徑不斷加大，單樁承載力也越來越高，同時，也使單柱單樁的設計成為可能。對於長樁、大樁，其施工難度大，易發生質量事故。
而單柱單樁的設計，對樁的質量要求高，發生質量事故後，加固處理難度大，且費用較高。因此，有必要對鑽孔灌注樁的常見質量事故加以分析，找出質量事故發生的原因，研究相應對策，盡可能防止質量事故發生。
目錄一、 鑽孔灌注樁的基本知識4
二、 鑽孔灌注樁施工方法6
三、 鑽孔灌注樁的質量問題及常見預防措施……………9
四、 鑽孔灌注樁常見的事故處理………………………17
一、鑽孔灌注樁的基本知識
（一）鑽孔灌注樁的問世背景
鑽孔灌注樁在最早100多年前的2023年，因為工業的發展以及人口的增長，高層建築不斷增加，但是因為好多城市的地基條件比較差，不能直接承受由高層建築所傳來的壓力，地表以下存在著厚度很大的軟土或中等強度的黏土層，建造高層建築如仍沿用當時通用的摩擦樁，必然產生很大的沉降。於是工程師們借鑑了掘井技術發明了在人工挖孔中澆築鋼筋混凝土而成樁。於是在隨後的50年之後，即20世紀40年代初隨著大功率鑽孔機具的研製成功首先在美國問世，二戰後，世界各地特別是歐美發達國家經濟復甦與發展，時至今日，隨著科學技術的日新月異發展，鑽孔灌注樁在高層、超高層的建築物和重型構築物中被廣泛應用。
當然，在我國，鑽孔灌注樁設計及施工水平也得到了長足的發展。
（二）基本概念及分類
鑽孔灌注樁，是在現場採用大型鑽孔機械、鋼管擠土或人力挖掘等手段將地層鑽挖成預定孔徑和深度的孔後，並在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。
鑽孔灌注樁的分類按照樁徑的大小和成樁工藝的不同可以分成以下類別：
一、按樁徑大小分為：
1、小樁：由於樁徑小，施工機械、施工場地、施工方法較為簡單，多用於基礎加固和復合樁基礎中（如：樹根樁）；
2、中樁：成樁方法和施工工藝繁多，工業與民用建築物中大量使用，是目前使用最多的一類樁。
3、大樁：樁徑大且樁端不可擴大，單樁承載力高，近20年發展快，多用於重型建築物、構築物、港口碼頭、公路鐵路橋涵等工程。
二、按成樁工藝分：幹作業法鑽孔灌注樁；泥漿護壁法鑽孔灌注樁； 套管護壁法鑽孔灌注樁；
（三）鑽孔灌注樁的特點
1、施工時基本無噪音、無振動、無地面隆起或側移，因此對環境和周邊建築物危害小；
2、 大直徑鑽孔灌注樁直徑大、入土深；
3、 對於樁穿透的土層可以在空中作原位測試，以檢測土層的性質；
4、擴底鑽孔灌注樁能更好地發揮樁端承載力；
5、經常設計成一柱一樁，無需樁頂承臺，簡化了基礎結構形式；
6、鑽孔灌注樁通常布樁間距大，群樁效應小；
7、某些利用「擠擴支盤」鑽孔灌注樁可以有效減少樁徑和樁長，提高樁的承載力，減少沉降量；
8、可以穿越各種土層，更可以嵌入基岩，這是別的樁型很難做到的；
9、施工裝置簡單輕便，能在較低的淨空條件下設樁；
10、 鑽孔灌注樁在施工中，影響成樁質量的因素較多，質量不夠穩定，有時候會發生縮徑、樁身區域性夾泥等現象，樁側阻力和樁端阻力的發揮會隨著工藝而變化，且又在較大程度上受施工操作影響；
11、因為鑽孔灌注樁的承載力非常高，所以進行常規的靜載試驗一般難以測定其極限荷載，對於各種工藝條件下的樁受力，變形及破壞機理現在尚未完全被人們掌握。設計理論有待進一步完善。
二、鑽孔灌注樁施工方法
鑽孔灌注樁的施工，因其所選護壁形成的不同，有泥漿護壁方式法和全套管施工法兩種。
（一）泥漿護壁施工法
衝擊鑽孔，衝抓鑽孔和迴轉鑽削成孔等均可採用泥漿護壁施工法。該施工法的過程是：平整場地→泥漿製備→埋設護筒→鋪設工作平台→安裝鑽機並定位→鑽進成孔→清孔並檢查成孔質量→下放鋼筋籠→灌注水下混凝土→拔出護筒→檢查質量。
(1)施工準備
施工準備包括：選擇鑽機、鑽具、場地布置等。鑽機是鑽孔灌注樁施工的主要裝置，可根據地質情況和各種鑽孔機的應用條件來選擇。
(2)鑽孔機的安裝與定位
安裝鑽孔機的基礎如果不穩定，施工中易產生鑽孔機傾斜、樁傾斜和樁偏心等不良影響，因此要求安裝地基穩固。對地層較軟和有坡度的地基，可用推土機推平，在墊上鋼板或枕木加固。
為防止樁位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正確的安裝鑽孔機，對有鑽塔的鑽孔機，先利用鑽機的動力與附近的地籠配合，將鑽桿移動大致定位，再用千斤頂將機架頂起，準確定位，使起重滑輪、鑽頭或固定鑽桿的卡孔與護筒中心在一垂線上，以保證鑽機的垂直度。鑽機位置的偏差不大於2cm。對準樁位後，用枕木墊平鑽機橫樑，並在塔頂對稱於鑽機軸線上拉上纜風繩。
(3)埋設護筒
鑽孔成敗的關鍵是防止孔壁坍塌。當鑽孔較深時，在地下水位以下的孔壁土在靜水壓力下會向孔內坍塌、甚至發生流砂現象。鑽孔內若能保持壁地下水位高的水頭，增加孔內靜水壓力，能為孔壁、防止坍孔。
護筒除起到這個作用外，同時好有隔離地表水、保護孔口地面、固定樁孔位置和鑽頭導向作用等。
製作護筒的材料有木、鋼、鋼筋混凝土三種。護筒要求堅固耐用，不漏水，其內徑應比鑽孔直徑大（旋轉鑽約大20cm，潛水鑽、衝擊或衝抓錐約大40cm），每節長度約2~3m。一般常用鋼護筒。
(4)泥漿製備
鑽孔泥漿由水、粘土(膨潤土)和新增劑組成。具有浮懸鑽渣、冷卻鑽頭、潤滑鑽具，增大靜水壓力，並在孔壁形成泥皮，隔斷孔內外滲流，防止坍孔的作用。調製的鑽孔泥漿及經過迴圈淨化的泥漿，應根據鑽孔方法和地層情況來確定泥漿稠度，泥漿稠度應視地層變化或操作要求機動掌握，泥漿太稀，排渣能力小、護壁效果差；泥漿太稠會削弱鑽頭衝擊功能，降低鑽進速度。
(5)鑽孔
鑽孔是一道關鍵工序，在施工中必須嚴格按照操作要求進行，才能保證成孔質量，首先要注意開孔質量，為此必須對好中線及垂直度，並壓好護筒。在施工中要注意不斷新增泥漿和抽渣(衝擊式用)，還要隨時檢查成孔是否有偏斜現象。採用衝擊式或衝抓式鑽機施工時，附近土層因受到震動而影響鄰孔的穩固。
所以鑽好的孔應及時清孔，下放鋼筋籠和灌注水下混凝土。鑽孔的順序也應實事先規劃好，既要保證下乙個樁孔的施工不影響上乙個樁孔，又要使鑽機的移動距離不要過遠和相互干擾。
(6)清孔
鑽孔的深度、直徑、位置和孔形直接關係到成樁質量與樁身曲直。為此，除了鑽孔過程中密切觀測監督外，在鑽孔達到設計要求深度後，應對孔深、孔位、孔形、孔徑等進行檢查。在終孔檢查完全符合設計要求時，應立即進行孔底清理，避免隔時過長以致泥漿沉澱，引起鑽孔坍塌。
對於摩擦樁當孔壁容易坍塌時，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大於30cm；當孔壁不易坍塌時，不大於20cm。對於柱樁，要求在射水或射風前，沉渣厚度不大於5cm。清孔方法是使用的鑽機不同而靈活應用。
通常可採用正迴圈旋轉鑽機、反迴圈旋轉機真空吸泥機以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥機清孔，所需裝置不多，操作方便，清孔也較徹底，但在不穩定土層中應慎重使用。其原理就是用壓縮機產生的高壓空氣吹入吸泥機管道內將泥渣吹出。
(7)灌注水下混凝土
清完孔之後，就可將預製的鋼筋籠垂直吊放到孔內，定位後要加以固定，然後用導管灌注混凝土，灌注時混凝土不要中斷，否則易出現斷樁現象。
（二）全套管施工法
全套管施工法的施工順序。其一般的施工過程是：平場地、鋪設工作平台、安裝鑽機、壓套管、鑽進成孔、安放鋼筋籠、防導管、澆注混凝土、拉拔套管、檢查成樁質量。
全套管施工法的主要施工步驟除不需泥漿及清孔外，其它的與泥漿護壁法都類同。壓入套管的垂直度，取決於挖掘開始階段的5~6m深時的垂直度。因此應該隨使用水準儀及鉛垂校核其垂直度。
三、鑽孔灌注樁常見的質量問題及常見預防措施
1、地質勘探資料和設計檔案存在的問題
地質勘探主要存在勘探孔間距太大、孔深太淺、土工試驗數量不足、土工取樣和土工試驗不規範、樁周摩阻力和樁端阻力不准等問題。設計檔案主要存在對地質勘探資料沒有認真消化、樁型選擇不當、峻工地面標高不清等問題。因此，在樁基礎開始施工前，應針對這些問題對地質勘探資料和設計檔案進行認真審查。
另外，對樁基礎持力層厚度變化較大的場地，應適當加密地質勘探孔，必要時進行補充勘探，防止樁端落在較薄的持力層上而發生樁端沖切破壞。場地有較厚的回填層和軟土層時，設計者應認真校核樁基是否存在負摩擦現象。
2、鋼筋籠安裝質量問題
① 鋼筋籠安裝與設計標高不符
預防措施：鋼筋籠製作完成後，注意防止其扭曲變形，鋼筋籠入孔安裝時要保持垂直，砼保護層墊塊設定間距不宜過大，吊筋長度精確計算，並在安裝時反覆核對檢查。
②鋼筋籠的上浮
鋼筋籠上浮的預防措施：嚴格控制砼質量，坍落度控制在18±3cm，砼和易性要好。砼進入鋼筋籠後，砼上公升不宜過快，導管在砼內埋深不宜過大, 嚴格控制在10m以下，提公升導管時，不宜過快，防止導管鉤鋼筋籠，將其帶上等。
3、孔口高程及鑽孔深度的誤差
3.1孔口高程的誤差
孔口高程的誤差主要有兩方面，一是由於地質勘探完成後場地再次回填，計算孔口高程時疏忽引起的誤差。二是由於施工場地在施工過程中廢渣的堆積，地面不斷公升高，孔口高程發生變化造成的誤差。其對策是認真校核原始水準點和各孔口的絕對高程，每根樁開孔前複測一次樁位孔口高程。
3.2鑽孔深度的誤差
有些工程在場地回填平整前就進行工程地質勘探，地面高程較低，當工程地質勘探採用相對高程時，施工應把高程換算一致，避免出現鑽孔深度的誤差。另外，孔深測量應採用丈量鑽桿的方法，取鑽頭的2/3長度處作為孔底終孔介面，不宜採用測繩測定孔深。鑽孔的終孔標準應以樁端進入持力層深度為準，不宜以固定孔深的方式終孔。
因此，鑽孔到達樁端持力層後應及時取樣鑑定，確定鑽孔是否進入樁端持力層。
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