1、冲击成孔灌注桩施工质量控制毕业论文湖 南 农 业 大 学成人高等教育本科毕业论文(设计)冲击成孔灌注桩施工质量控制学生姓名：李精强学 号:10537201904070年级专业：2019级土木工程指导老师及职称：学 院：湖南农业大学继续教育学院湖南长沙提交日期：2021年3月15日湖南农业大学成人高等教育本科生毕业论文（设计）诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计）是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明
2、并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日 冲击成孔灌注桩施工质量控制学 生：李精强指导老师：（湖南农业大学继续教育学院，长沙 410128）摘 要：江苏省镇江某大型企业研发大楼滨临长江，场地地基以长江漫滩冲-淤积软土沉积为主，地基基础设计采用800mm泥浆护壁成孔灌注桩，桩端持力层为坚硬、强度高的中-微风化花岗岩。 在现场施工过程中， 由于GPS-20型钻机出现了钻进效率明显下降的情况， 为加快施工进度， 换用 CZ-6D型冲击钻机。 根据该项工程要求， 介绍了CZ-6D型冲击钻机在定位放线、桩机就位、冲击成孔和清孔等冲击成孔施工过程中所
3、采取的措施，并对其质量控制要点进行了重点说明。 结果发现，采用冲击成孔灌注桩，大大提高了施工效率，工程质量达到了设计要求。 该工程的成功经验，对同类型地质条件下的桩基工程设计及施工具有指导意义。 关键词：灌注桩；冲击成孔；施工工艺；质量控制 1 前言 随着城市建设的快速发展， 城市建筑向高、大、深领域拓展， 原有的钻孔灌注桩施工工艺已不能满足不同地质条件下的设计要求。 多数高层建筑桩基的设计将基岩中微风化层做为钻孔灌注桩的持力层， 并要求桩端进入持力层不小于 2倍桩径。 钻孔灌注桩无论采用合金或牙轮钻头， 钻入中微风化高强度岩层的难度较大， 故采用新型冲击成孔灌注桩对于提高基岩冲击成孔效率具有
4、巨大的促进作用。 冲击成孔灌注桩成孔工艺与钻孔灌注桩有所不同，施工中任何一个环节出现问题，都将直接影响整个工程进度、质量和安全，甚至给建设单位造成重大经济损失和不良社会影响。 因此， 着重抓好施工过程中的工艺环节质量控制， 将灌注桩质量隐患消除在成桩之前。 现结合工程实践经验， 介绍冲击成孔灌注桩施工工艺及质量控制要点。 2 工程概况江苏省镇江某重点企业拟在润州开发区长江之滨建高科技研发大楼。 建筑物地上十一层， 地下一层，框剪结构，占地面积35m90m，最大柱距约10m，1 2层层高 5.4m 大跨度， 总建筑面积约 2.5 万 ，建筑总高度46.5m。1.1 场地工程地质条件建筑场地滨临长
5、江，位于长江大堤南侧，原为菜地，局部有水塘分布，现已填土整平，地势平坦，地面高程在 5.40m左右。 地貌单元属长江漫滩相沉积，地基除素填土外，分布有长江冲积形成的粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉细砂等， 中-高压缩性， 下伏基岩为燕山期花岗岩，坚硬，强度高，埋深在40m左右根据勘察报告， 依据岩土层沉积时代、成因、物理力学性质等可将场地内岩土层自 上至下， 划分为8层：素填土层。 粉质粘土为主夹较多碎砖石块，混少量粉砂， 为新近堆填（小于 5a）， 厚 3.2 4.6m。粉质粘土。 灰黄色，软塑，夹薄层粉砂，高压缩性，fak=100kPa， 层厚 0.7 1.6m。 淤泥质粉质粘土。灰色，流塑，
6、具薄层理夹粉砂，高压缩性，fak=75kPa，层厚5.3 6.7m。 粉质粘土夹粉砂。 灰色， 软塑，层 理发 育 夹 粉 砂 ， 高 压 塑 性 ， fak=110kPa， 层 厚13.6 14.8m。 粉质粘土与粉砂互层。 灰色， 软塑， 层理发育互层状，中高压塑性，fak=135kPa，层厚4.9 8.6m。 含碎石粉细砂夹粉质粘土。 灰黄-灰绿色，含砾石和碎石，分布不均，下部以粉细砂为主，中低压缩性， fak=170kPa， 层厚 3.5 8.0m。 强风化花岗岩。 灰绿色，密实，呈风化砾砂状，夹小碎石，fak=350kPa， 层厚3.0 5.3m。 中风化花岗岩。 灰绿-灰黄色， 坚
7、硬， 裂隙发育， 岩心呈短柱状， 长1050cm， 锤 击 声 脆 。 钻 探 时 钻 进 速 度 较 慢 ， fak=600kPa， 饱和单轴抗压强度为 42.6MPa， 最大揭露厚度6.5m。场地 层为含水层，为孔隙性潜水，属弱透水层。 第、层强、为微承压水裂隙水。 该区地下水主要受大气降水补给，埋深0.48 0.6m，随季节性和长江水位影响变化大。 场地中的水、土对砼有微腐蚀性，对砼中的钢筋有微弱腐蚀性。从工程地质条件分析， 该建筑场地属长江漫滩冲淤积软土沉积为主， 具有低强度高压塑性之特点， 各地基土层虽发育稳定， 分布均匀， 但不能满足建筑物对地基变形、强度和抗震要求，故不宜采用天然
8、地基，建议采用桩基础进行建筑基础设计。1.2 建筑基础设计建筑主体工程为框架-剪力墙结构体系， 地基基础设计采用800mm 泥浆护壁成孔灌注桩 288根，灌注桩充盈系数不小于1.1。 单桩竖向抗压极限承载力标准值为7400kN， 并通过现场试验确定。 桩端持力层以勘察报告层中风化花岗岩作为持力层。 桩身入土深度的控制以设计桩长为主， 但同时需满足桩端进入持力层不小于2.0d的要求。 桩身砼等级为 C40， 粗骨料最大粒径 30mm， 灌注桩抗渗等级不低于S8。 孔底沉渣必须设法清除， 在浇筑砼前沉渣厚度不得大于 100mm的要求。 桩基施工结束随机抽取总桩数不小于 1%且不少于 3 根桩进行单
9、桩抗压静载试验， 工程桩抽取30%进行低应变检测桩身质量，柱下三桩或三桩以下承台不少于1 根。2 冲击成孔灌注桩施工工艺根据建筑基础设计要求， 建设单位进场一台GPS-20型钻孔灌注桩设备，钻头采用合金齿状锥形钻头，钻进上部土层施工正常，当孔深达到 38m左右时， 钻进效率明显下降， 分析进入层强风化花岗岩， 后改用牙轮合金钻头钻进 24h进尺也不到 1m，根本不能满足进入层中风化花岗岩桩端持力层2倍桩径设计要求和建设单位的工期要求。 建设、监理、施工单位依据地质条件和施工经验，建议使用能够冲击基岩成孔的冲击成孔灌注桩施工工艺。冲击成孔与传统的钻入式成孔工艺有所不同，主要利用冲击钻机钢丝绳吊起
10、钻具的冲击动能对岩土体的破坏而成孔的。 因此冲击成孔的施工过程稍有不慎， 均可能对灌注成桩质量造成不可挽回的影响。本工程采用 CZ-6D型冲击钻机， 钻具为空心钻头， 质量5 500kg。 可根据孔径不同选择冲击重锤或增加焊接。 钻孔深度 60 300m， 冲击次数 36 42次/min，匹配动力 75kW。2.1 定位放线钻机进场前，必须平整场地，保证有坚硬壳层支承机械设备。 专业测量人员依据测量基准点， 用全站仪测放桩位， 并固定做好标记。 监理工程师要认真复核桩位坐标和标高，并签字确认保证桩位准确。2.2 桩位就位桩机移位前应挖埋好护筒， 护筒直径应大于设计桩径的 20cm， 埋设应高于
11、地面0.2 0.3m， 以利于泥浆抽出消除泥沙，埋深应大于杂填土厚度，以免孔壁坍塌影响成桩质量。 护筒定位后应二次复测桩位，护筒中心线应与桩位中心线重合，桩机移位对准桩位， 桩机前缘、冲击锤中心、桩位中心应在同一垂线上，并保证桩机底座和桩台前缘桅杆支撑的稳定。2.3 冲击成孔根据场地不同土层条件，可预先制备泥浆，如较厚砂层、砾石层等。 该场地上部为厚层软弱粘性土为主，可用清水冲击造浆，泥浆护壁成孔。 钻进中软土层每钻进1.0 1.5m， 硬粘土层每钻进0.8 1.2m，须用泥浆筒抽出泥浆一次， 必要时应提出钻具扒除钻头泥皮， 以免影响钻进速度。 在上部松散土层和砂砾层， 保持泥浆密度1.35
12、1.45g/cm 3 ， 成孔时保持泥浆密度在 1.2 1.4g/cm3 ， 以形成良好的护壁泥皮， 保持孔壁稳定。 冲击过程中应经常提出钻具随时校正孔位偏差，发现问题及时纠偏，确保成孔垂直度。 在冲击成孔过程中， 应根据不同岩土层地质条件对钻机施工班组进行技术交底和指导， 要特别注意穿越砂层、砂砾层、强风化层时可能出现的重复破碎，钻头容易磨损等导致孔径不规则或超径，孔内失水， 钻具包泥的问题， 应及时调整泥浆性能， 降低泥浆失水量。 在钻进中-微风化岩层时， 因受风化程度不一，软硬不均，岩面起伏大，岩层倾角变化大，岩石坚硬、破碎、裂隙发育，极易造成孔斜或卡锤头、掉锤头等事故。 因此在冲击成孔
13、时， 应密切注意成孔质量，针对不同的岩土层，选择钻进冲程和调节泥浆性能。 砂粘土层冲击时低垂密击， 进入基岩强-微风化岩时， 应高锤慢击碎岩， 确保冲击成孔质量， 防止钻进过程中孔内发生事故而无法清孔影响成桩。2.4 清孔钻孔灌注桩清孔是通过钻杆、钻头空转、把孔底岩石碎屑随泥浆清出， 达到清理孔底沉渣作用。 而冲击钻机冲击成孔至基岩设计标高后， 提出钻具将泥浆泵头伸至孔底，利用大流量的泥浆泵冲洗孔，泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣， 使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮的沉渣随着泥浆循环流动被带出桩孔，最终将桩孔内的沉渣清理干净，这也是泥浆的护壁、清孔、排
14、渣的作用。 大口径灌注桩可利用气举反循环清孔，冲击基岩成孔会产生大量的岩石屑、砂粒， 应经常测试泥浆指标， 一般粘度测定应在 1820s， 含砂率应不大于 6%， 泥浆密度尤为重要， 应大于等于1.3g/cm3 左右，一般清孔时间控制在2h左右，确保孔底沉渣厚度满足规范要求。下入钢筋笼和导管与钻孔灌注桩施工工艺基本一致， 但要特别注意下入钢筋笼及导管时对孔壁的影响， 可能产生孔壁坍塌， 导致沉渣过厚现象， 必须要进行二次清孔， 自 导管内放入泥浆泵头或利用导管冲洗孔底，二次清孔可适当减小泥浆密度，以便清理消弱孔壁泥皮。 实测桩底沉渣厚度小于 50mm，并观察孔口返浆中具少许悬浮砂砾沉渣时， 应
15、立即进行砼灌注成桩。3 质量控制要点3.1 施工单位资质、人员、机械设备要求桩基施工是一种集测量、地质、钻探、钢筋制作、砼浇筑等多工种配合的专业性较强的施工工艺， 应持有建设主管部门颁发的专项桩基施工资质， 现多数建筑企业具有地基与基础施工增项资质， 是否能够承接大型桩基施工工程， 值得商榷。 因此建设单位或总承包单位在桩基工程专项发包时， 一定要选择具备桩基工程专项施工资质的专业队伍。 监理项目部在桩基施工开工前，应审查桩基施工单位资质、安全生产许可证、类似工程施工业绩等情况，并审核质量、安全保证体系是否完善、桩基施工的专项施工方案、管理人员的资格证书、专业特殊工种持证上岗等。 桩基施工机械
16、设备须满足基础设计要求， 符合不同地质施工成孔条件，具有成熟钻探经验，技术可行、经济可靠、质量保障的钻探设备， 才能根本上保证桩基施工质量，也是质量控制前提。3.2 施工准备工作质量控制定位放线须有专业测量资格人员操作， 测量设备须在校核有效期内， 并作为测量放线成果资料报验的依据。 要求施工单位开钻前应编制桩位图， 排好每台桩机施工行进路线图， 以保证桩机能够正常施工，避免桩机相互影响，破坏成桩质量。 因冲击成孔会造成一定的土体震动和对周围土体的侧压力，尤其在砼浇筑的初始，桩身砼强度低，近距离施工可能会对周边土体和桩身砼产生一定的影响， 因此应考虑成桩时间和施工距离，采取跳打方式，保证成桩质
17、量。 每根桩位坐标、地面及护筒埋入标高，有效桩长等须经监理复核无误后， 施工单位上报开孔单经建设、监理单位同意后方可开孔。3.3 冲击成孔质量控制在冲击钻机就位后， 首先要保证冲击钻机的稳固，在冲击成孔过程中，强大的冲击动能可能引起机械设备移位，导致斜孔和桩基偏位，以致钢筋笼和导管无法沉放。 由于该场地地面较弱， 为了保证成孔垂直度， 场地回填50cm建筑垃圾碾压整平， 并采取扩大桩机支撑面积使桩机在冲击过程中稳定， 并经常提出钻具校核桩锤中心与桩位中心在同一垂线上，确保成桩垂直度。 为了有效的防止塌孔、缩径及桩孔偏差， 除了根据不同地质岩土条件及时调整泥浆指标参数外，还应对班组进行技术交底，
18、随时调整冲击速度和频率。 在冲击过程中要经常复核钻头直径， 因坚硬砂砾、岩土层对冲击锤磨损较大， 每孔必测钻头直径， 允许偏差一般为设计桩径的-2cm， 如发现其磨损超过10mm， 就要及时调换或焊补钻锤，确保桩径满足设计要求。单桩竖向极限承载力是设计部门依据勘察报告中各土层侧阻力(qsik)和持力层桩端阻力(qpk)理论计算值，设计桩长以进入持力岩层深度为准，所以岩层面标高的制定最为重要， 关系到单桩承载力能否满足设计要求。 在该桩基工程施工过程中， 冲击钻孔至持力层基岩面（层中风化花岗岩）时， 由建设单位委托勘察部门派人做岩性鉴定， 依据现场泥浆中岩屑样本封样与勘察报告的岩层面推测对比、分
19、析、判断， 最终确定岩层标高， 根据设计进入持力岩层深度， 确定最终孔深。 而勘察剖面线是以勘察点为依据以点代面划定， 实际工程中， 可能出现偏差，所以每根桩有效桩长的确定， 应以勘察剖面线采用内插法绘制持力层岩面等高线图推算和岩层样本鉴定共同确定， 确保有效桩长和进入持力岩层深度满足设计要求，是保证设计单桩承载力的前提，也是成孔质量控制重点。3.4 灌注成桩质量控制灌注桩施工是水下隐蔽工程项目 ， 任何一个环节出现问题都可能造成不可挽回的工程质量缺陷。冲击成孔灌注桩施工最大难点就是孔底沉渣不能彻底清除干净，直接影响单桩竖向承载力发挥，所以调整泥浆性能指标，加大冲孔时间，同时观察孔口返浆沉渣，
20、并实测沉渣厚度要满足设计及规范要求，是冲击成孔灌注桩成桩质量控制之重点。持力岩层起伏变化，嵌岩桩有效桩长不一，冲击成孔后应按孔深不同，计算全钢筋笼总长，制作安装钢筋笼应符合设计及规范要求。 导管安装前必须进行密闭检查， 下入导管底端离孔底 0.3 0.5m， 首次料斗砼量应满足孔底埋管深度一般大于2m以上，采用商品砼应连续浇筑。 抽测砼坍落度宜为 1820cm， 随时了解砼面标高和导管埋入深度， 导管在砼的埋置深度一般宜保持在2 4m，不宜大于6m和小于 1m， 严禁把导管底端拔出砼面， 造成断桩。 在浇筑过程中，要控制好灌注工艺和操作规程，抽动导管使砼面上升的力度要适中， 保证有序的拔管和连
21、续灌注， 以免造成孔壁下坠或坍落， 桩身夹泥， 尤其在淤泥质土和砂层中更应重视。 可根据桩径计算砼灌入量和上升高度与实测值对比， 确保每段桩充盈系数大于等于1.1， 满足设计及规范要求， 对于综合评价桩身质量具有重大作用。 砼面接近设计桩顶标高，应四个方位探测砼上升面，防止因浮浆造成未灌满或半边上升过快的误差，产生烂桩头现象，确保桩头砼质量，也是桩身质量控制之重点。4 结束语本工程采用冲击成孔灌注桩， 基本保障每台桩机每天成桩一根，大大提高了施工效率，满足合同工期45d完成桩基施工的要求。按照设计要求， 桩基工程开工前对三根试桩进行了单桩竖向极限承载力静载荷试验， 试验结果均满足设计要求。 桩
22、基工程结束后，抽测总桩数1%的三根桩进行抗压静载荷试验， 单桩竖向承载力满足设计要求。 随机抽测 30%工程桩进行了低应变检测桩身质量， 共计121 根， 全部为 类桩。 另按江苏省桩基检测标准要求800mm 大口 径的灌注桩， 采用预埋探测管进行不少于 10%的桩身声波透射检测， 共29 根， 均为 类桩。 基坑开挖后， 经建设、监理、土建单位对桩位偏差进行了复核，只有三根桩偏差超出规范要求， 后经设计部门出具变更文件进行处理，该桩基工程质保资料齐全，顺利通过质监部门验收。 目前该建筑已封顶， 经具有沉降观测资质单位测出沉降数据均在规范范围之内。 本工程冲击成孔灌注桩的施工工艺及质量控制的成
23、功经验， 对于建设、监理、施工单位同类型桩基施工管理具有重要的技术指导作用。参考文献：1 建设部综合勘察研究设计院.GB 50021-2001 岩土工程勘察规范S.北京：中国建筑工业出版社，2009.2 中国建筑科学研究院.JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范S.北京：中国建筑工业出版社，2008.3 上海市建设和管理委员会.GB 50202-2002 建筑地基基础施工质量验收规范S.北京：中国计划出版社，2002.4 吴占奎.吹填土地区钻孔灌注桩施工质量控制浅析J.中国煤炭地质，2009，21（Z1）.5 王英坡， 王庆学，朱其富.复杂地质条件下桩基础施工难点分析J.中国煤炭地质，201
24、3，25(8).6 刘景辉， 谭效林， 路庆海， 等.空气潜孔锤钻进是提高钻进效率的有效途径J.中国煤炭地质，2009，21(3).7 贾志耀， 周兢.青海木里煤田永久冻土地层钻探技术研究J.中国煤炭地质，2013，25(10).8 张永勤,孙建华,贾志耀，等，中国陆地永久冻土带天然气水合物钻探技术研究与应用J.探矿工程，2009，36（S1）.9 许俊良,任红.天然气水合物钻探取样技术现状与研究J.探矿工程,2012，39（11）.10 赵宝军,马秀春.东北某盆地天然气水合物钻探施工实践J.探矿工程 ,2013，40（8）.11 于磊,郭威， 等.漠河冻土地区天然气水合物钻探施工技术J.探矿工程 ,2011，38（6）.12 张红红.聚合物泥浆防塌机理的试验研究J.探矿工程,2007， 34（1）.13 李刚， 张广忠， 王玉娇.高原冻土区三维地震勘探技术J.中国煤炭地质，2010，22(8).致 谢本论文是在老师的悉心指导和热情关怀下完成的。
