淤泥条件下钻孔桩施工质量控制

1、淤泥条件下钻孔桩施工质量控制路桥公司京珠大道南项目部QCJ、组、小组概况及成员淤泥条件下钻孔桩施工控制 QC小组成立于2003年12月10日,小组活动时间为2003年12月10日起至2004年5月10日。小组成员均受过全面质量管理教育，受训时间分别为 4264小时小组成员基本情况详见下表：序号姓名性别年龄职称文化程度组内职务12345二、工程概况：我公司承建广州南沙开发区京珠大道南土建2标市政道路工程，其桥梁均为跨河桥梁，桩基类型均为端承桩，要求嵌入岩层深 度：微风化岩不少于0.5m,弱风化岩不少于1m。管内8#桥、13蜥的钻孔灌注桩共40根，平均桩长37.25m。， 其中水中桩18根，陆地桩

2、22根，两桥桩基所穿越地层的地质情况 基本一致。河水深度在4 6米。水流速度3m/s。陆上桩基穿越的地层主要有：1、素填土层（厚度为1到2.5m）;2、淤泥层（厚度为26到30m; 3、粗砂层（厚度为2到7m） ; 4、花 岗岩岩层；水中桩基穿越的地层主要有：1、淤泥层（厚度为19到 25m）、粗砂层（厚度为2到10m）、花岗岩岩层。（详见纵断面图和 地质柱状图）。由于桩基穿越的地层较为复杂，而且淤泥层流塑性较大，部分 还夹有粉细砂层，为施工带来了很大的困难。三、选题原因：在流塑性和层厚都较大的淤泥条件下进行钻孔桩施工，并且桩基 要穿越淤泥层、砂层进入岩层一定深度，这对于钻孔及灌注施工工艺 要

3、求都比较高。同时，桥梁跨越通航河道，水中桩一旦断桩将没有位置补打俗称 “二饼”或“三筒”，必须原位冲桩，社会影响和经济损失极大。因此，必须在施工过程中不断探索、总结经验，在做到保证成桩 质量的同时要摸索出一套既经济又有效的， 适应沿海软土地区钻孔桩 施工控制方法，为了进一步打开沿海地区巨大市场做好人才、 技术储 备。为此，选择了 “淤泥条件下钻孔施工质量控制”作为小组的课题。四、PDCAf环P、计戈I1、现状分析：(1)、钻孔灌注桩施工有三个控制要点：1、钻孔施工过程中保证成孔质量；2、在进行水下灌注施工过程中保证桩基成桩质量。3、成桩快，扩孔小，成本最低。(2)、由于桩基穿越地层较为复杂，同

4、一台钻机在淤泥层和岩层的钻 进施工工艺存在着较大区别，在钻孔施工机械、工艺选择及施工各项 控制指标方面需根据实际施工情况进行比选灵活掌握。(3)、在流塑性淤泥条件下进行钻孔施工其中一个关键指标是钻孔及 灌注时的泥浆比重，所以正确的选择及有效的控制好泥浆比重， 对于 维持护壁的稳定性，保证成孔和成桩质量都有巨大意义。另外，清孔质量对成桩质量尤为关键。(4)、在水下硅灌注工程中，由于淤泥层流塑性较大容易发生塌孔和 扩孔现象，所以要特别注意对导管的埋深及灌注的速度的控制。(5)由于桩基施工地点位于海潮影响区，潮涨潮退的水位变化对孔 桩施工的影响较大，必须保证孔内的水压能维持护壁的稳定。(6)施工作业

5、队为分包队伍，其内部管理要与项目经理部的要求保持一致很困难。2、影响钻孔灌注桩施工质量的因果分析图:材料造浆材料粘结性水下碎的质量机械设备人员试验设备责任心不够强施工经验不足1I钻孔机械的选型未按规范作业技术不熟练I钻机设备的管理施工员能力和现场组织能力差，II护筒埋设方法辅助造浆措施 地质情况不良f占进施工工艺一施工相互干扰水下硅灌注施工_有效的管理方法 _ 潮涨退潮影响-一天气条件影响清孔工艺环境方法(1)、影响钻孔灌注桩施工质量的因素分析及要因确认因素项目分 析评价人工人责任心、规范作业情况直接关系到工程质量要因无淤泥条件下孔桩施工经验直接关系到工程质量要因施工员现场处理问题及组织能力直

6、接关系到质量事故要因机施工机械的选择与配置其性能、功效对施工影响很大要因检测设备情况可根据施工需要配置非要因料造浆材料粘结性能差通过试验和实践调配 较好的泥浆要因水下碎的质里不口控可通过订购商品碎解决非要因法1、护筒埋设方案2、钻孔施工工23、水下碎灌注施工工24、质量检测指标5、现场管理混乱这五点是影响钻孔灌注桩施工 质量的最重要因素要因环1、地质状况直接影响到钻孔施工工艺 及成孔质量要因2、海潮影响影响成孔质量非要因(2)施工对策方案因素项目对策方案负责人处理时间人责任心不够强、未 有按规范施工实行岗位责任制，增强责任心； 制定奖惩办法，提高劳动积极 性；规范作业程序，加强安全质 量检查。

7、蔡劲松 陈建明全过程施工经验不足，组 织管理能力差培训人员，调配合格人员，领导 值班。蔡劲松 陈建明全过程机钻孔施工机械选 用根据现场情况，计划D=1.2m桩 基米用正循环钻机，D=1.5m桩基采时十字冲击钻机，择优选 用；加强维修保障。陈建明 陈岳林全过程料造浆材料粘结性 较差通过试验和现场实际施工情况 选用能满足施工需要的造浆材 料陈岳林 王玖林全过程水下碎选用实力较强，质量有保障的碎 厂家提供的商品碎，从合同上防 范风险，现场作好检验工作法1、护筒埋设方案2、钻孔施工1、通过施工实践确定护筒埋设 方案及深度2、根据选择机械的性能及特点， 制定科学的监控方案，配置专职 现场质检人员加强对施

8、工及成 孔质量的控制。引进先进技术， 加强投入，保证清孔质量。蔡劲松 陈建明 陈岳林全过程3、水下碎灌注施 工4、质里检测指标5、有效的现场指 挥体系3、根据现场测量数据控制导管 埋深及碎的灌注速度，做好原始 数据的记录为施工提供经验参数。4、加强对泥浆比重、含砂率及 对碎坍落度的抽检。5、加强管理，理顺职能，明确 责任，奖罚分明，统一指挥。陈岳林 王玖林 陈闯仁全过程环地质状况及时对地质状况进行取样记录， 确定进岩深度，分析各地层的钻 孔状况控制钻进速度。陈岳林 王玖林施工中海潮影响注意对焦门河水位的观测、和孔 内水位的观测，及时补足孔内泥 浆，保证水头压力D具体实施实施一：准备工作1、 本

9、工程于2003年11月开工。经理部组织有关技术人员、 现场管理人员进行相关知识的学习培训，熟悉有关工程措施及保证施工安全、施工质量的相关技术要求，及时收集有关淤泥条件下钻孔施工的有关信息，了解各种钻孔机械的性能及施工工艺。2003年底确定选用正循环钻机施工 D=1.2m陆上桩基，选用梅花形钻头冲击钻机施工D=1.5m陆上及水中桩基。2、 根据设计文件要求做好测量放线和施工前的复查工作，3、 建立健全的安全、质量保证体系，对桩基施工的个道工序建立安全、质量保障与监管制度，做到责权明确、责任到人。4、 充分做好施工前的钻机进场、物质材料供应及后勤保障等准备工作，合理规划、提高施工效率。实施二：水上

10、桩基施工平台方案比选调查水中桩基位置及周边的地质及水纹状况， 根据实际情况对水 中桩基施工提出了水中围堰及搭设水上平台两种施工方案，方案比 选：1) 水中围堰施工由于河床为流塑性极大的厚淤泥层，围堰属于重力结构在淤泥中会产生挤淤下沉及侧移现象，施 工极为困难，而且围堰及填土的方量较大不经济；采用 水上平台经计算搭设一个能承受一台 8吨冲击钻机施工 的工作平台只需8吨（8根20m长管彳全为D=500mm）钢 管桩及5.5吨工字钢、2吨梢钢，等可回收材料。较为经 济。2） 桩基施工所处流域位于海潮影响区，潮涨潮退水位差最大达2.5m,如采用围堰施工，围堰顶高必须比最高水位 高出0.5m以上才能满足

11、施工要求，而潮涨潮退造成的水 压不稳定对高围堰有极大的危害，不能保证施工平台的 安全；水上平台是利用钢管桩与淤泥的摩擦力提供支承 力不受潮涨潮退水压力的影响。3） 桩基施工后，根据河道部门的有关规定必须清理河道使之回复原状，如采用围堰则清理河道的土方量较大，而 拆除水上平台的工作量相对较少。结论：通过比选无论从施工、安全、经济等方面水上平台方案都 比水中围堰施工方案较优，因此，采用水上平台作为水中桩基的 施工平台。实施三：护筒埋设施工1) 2003年底拟定陆上桩的护筒埋设采用以下施工方案：桩位放样人工开挖护筒基坑安设2m钢护筒 （护筒高出原地面0.3m） 人工回填粘土并夯实。2、水上平台的护筒

12、埋设采用以下方案:平台位置放样 搭设水上平台（用 Dz-60Y型振动锤打入钢管桩，工字钢、梢钢搭设施工平台桩位放样10m（河中心为12m）钢护筒用Dz-60Y型振动锤振动下沉（护筒顶比最高水位高出1.0m）最高水位河床底水上平台示图j36#工字钢平而图联系槽钢IliiWji,耳11,川I”ii 截而图实施四：钻孔灌注桩施工工艺1、冲孔施工工艺流程:2) 冲孔施工：通过冲击重锤反复对孔底地层的冲击，把孔底土体、岩石击 碎后用捞渣桶把碎渣捞出，从而达到成孔效果；而由于实际淤泥层很 厚，进岩深度（2m到3m）较浅，碎渣较小可采用正循环方式，把泥 浆通过泥浆管从锤底注入，淤泥、砂及被击碎的石渣随泥浆上

13、浮，从 孔口流出到沉淀池，最后颗粒较大的沙土颗粒在沉淀池沉淀下来。冲击钻机施工示图3、施工控制：1）钻孔顺序安排：由于同一排桩的相邻间距比较近，采用跳打施工顺序可消除 顺序施工时因刚灌注完毕的混凝土对新钻孔壁产生侧压而导致孔 壁不稳定甚至塌孔等情况的发生。采用冲击钻施工时，要待邻近 桩基的硅达到一定强度时才能开始施工。2）造 浆：由于存在着很厚并具有流塑性的淤泥层，在钻孔和冲孔过程 中淤泥受到扰动孔壁极不稳定，而且桩基地理位置位于河涌，地 势较低而水位较高，水位也随海潮影响日水压差较大，所以泥浆 护壁效果的好坏成为影响钻孔施工的钻孔施工的一大要因。施工 初期，造浆材料采用粘性较大的粘土，泥浆比

14、重控制在1.35左右, 有局部塌孔现象，效果不是很理想。后来采用粘土和工业纯碱形 成人工泥浆，泥浆比重控制在 1.45左右，粘度为1920s,效果很好。泥浆比重用悬浮式专用的泥浆比重计测定，每2 小时测一次，根据测定数据对泥浆比重进行调整。3) 孔位的控制：在钻机钻孔工程中需对空位进行全过程的监控，以保证成孔桩位及倾斜度的合符规范要求。正循环回旋钻机主要是通过对钻盘水平度的测量控制倾斜度，通过十字护桩检查空位的水平位置；冲击钻是通过观察吊锤钢丝绳上下锤击时中心是否偏移来检验孔的倾斜度，通过十字护桩交叉点是否与吊锤钢丝绳中心重合检验空位的平行位置。如发现空位偏差或垂直度不符合规范要求立即采取重新

15、移机对位的纠正措施。4) 孔内水位的控制：为了稳定孔内水压必须采取措施保证孔内始终保持内外水压力。在水中桩基的施工过程中，在退潮低水位时，出现泥浆泄漏现象，俗称“反穿孔”现象，于是立即停止施工一边在沿护筒四周 9m 深度范围内采取静压注浆措施加固地层堵漏，然后向孔内加泥浆稳住水头。5) 钻孔速度的控制：为了保证成孔的质量在钻孔过程中应根据地层情况适当控制钻进速度，在淤泥层主要考虑保持孔壁的稳定性，在岩层主要考虑如何加快进岩速度。回旋钻机在淤泥层钻进时采取减减压钻进，减慢钻进速度，一般为控制0.5m/h,在砂层钻进时控制在0.8m/h, 在岩层中钻进的速度很慢，必须经常检查钻头的磨损情况及时更换

16、合金，必要时采取加压钻进措施以便加快钻进速度；冲击钻机的锤击次数在淤泥层控制在6 次 /分钟，避免提锤高度1m 为宜以免扰动土层，在砂层、 岩层控制在8 次 /分钟，钻锤提其高度为1m到 2m。7) 进行地质取样：在钻孔施工过程随时捞取渣样，每米不小于1 组，尤其在地层变化过渡段及进岩时要加密取样的频率，以确定进岩标高为终孔提供准确的数据(以进入弱风化岩1m,或微风化岩0.5m为终孔标准) ，并作详细记录和留样保存以供施工参考。8) 验 孔：当钻孔达到设计终孔的标高，使用验孔器对桩孔进行检验，检验主要有3 个指标：终孔标高、孔径、倾斜度。9) 一次清孔：清孔是钻孔桩施工保证成桩质量的重要环节，

17、尤其是端承桩：一方面通过清孔清除孔底沉渣使混凝土和基岩结合完好，提高桩底承载力；另一方面通过清孔把泥浆的含砂率降低到规范的要求的范围和降低泥浆比重以利于水下混凝土的灌注质量，同时，清孔时 孔内泥浆面控制在高于地下水位或河道水面1.5 2.0m 防止塌孔，并 尽量缩短清孔时间有利于保证孔壁的稳定性。一次清孔的主要目的是为了清除孔底沉渣和降低泥浆的含砂率，清孔时让钻头在孔底空钻并不断的向孔底注浆，使沉渣和泥浆混合在一起随泥浆排出孔外。由于砂层较厚的原因，泥浆里的含砂率较高最大达22%而规范要求要达到2%,泥浆比重下降对护壁效果构成 严重影响。我部根据实际清孔设计了一个“两池一孔”的循环系统：I-桩

18、孔k沉淀池 k拌浆池 IW沉淀池和拌浆池分开，在清孔阶段在沉淀池加清水加快颗粒'沉淀的速度，而在泵送池加工业纯碱粉状粘土增大被稀析的浆液的 浓度，加快清孔的速度。10)安放导管：在钢筋笼安装完毕后，立即组织人员下放导管。导管在用于 第一根桩前必须经过密闭试验，以保证在混凝土灌注过程中不漏 水。导管下放长度应根据实际孔深计算，一般要求导管悬空0.3到 0.4m为宜，导管接口必须紧密。11) 二次清孔：二次清孔是利用导管，把泥浆泵送到孔底，一方面是再次清 理孔底沉渣，另一方面在泥浆里加水把泥浆比重降低到一个比较 合理的水平。12) 水下混凝土灌注施工：根据地质取样显示在灌注初期，灌注地层为

19、岩层和砂层，其导管最大埋深宜控制在6m,在灌注层达到淤泥层后，应把导 管的混凝土最大埋深控制在4m,因为淤泥层的淤泥具有流塑性 和压缩性，如埋深加大，在导管口压力增大混凝土上升的难度加大，混凝土向淤泥里扩散造成扩孔。但在淤泥层灌注水下混凝土测混凝土面时要特别注意：应把测量深度加2m 才为混凝土的面的真实深度（导管长度-混凝土真实深度=导管混凝土埋深） ， 因为从灌注将要达到桩顶时观测，一般混凝土面以上一般有 1.5 到 2m 的淤泥覆盖层，所以灌注进入到淤泥层厚应加2m 的测量误差保险，以免造成提管过高造成断桩事故。在水下混凝土灌注过程中必须每灌注6 m3混凝土后用测锤测量混凝土面的上升高度，

20、并做好记录，绘制单桩柱状图，据此监测灌孔情况，根据记录数据进行拆管，拆管长度要与混凝土上升高度相一致。混凝土灌注顶标高应高出设计桩顶标高1.0m以上。实施五：淤泥条件下钻孔灌注桩扩孔分析本标段的桩基所处的地层均存在较厚的流塑性淤泥层，其平均厚度达24m,正是由于淤泥层的存在孔桩的混凝土的扩孔系数很大，从13#、 8#桥 5#、 6#墩台共14 根孔桩及2#墩 6 根水中桩的实际灌注统计数据显示：采用回旋钻施工D=1.2m 陆上孔桩共8根，护筒埋深2.5m,其平均灌注混凝土扩孔系数达1.35;采用冲击钻施工D=1.5m陆上孔桩共6根，护筒埋深2.5m,其平均扩孔系数为更高达1.46；采用冲击钻施

21、工D=1.5m 水中孔桩共6 根，护筒埋深10m,其平均扩孔系数为1.2;。根据灌注记录，绘出的深度与扩孔系数数曲线图如下：扩孔系数二一七门陆上桩基标高与扩孔系数关系折线图采用冲击钻一次成孔法施工,钢25!采用回旋钻一次成孔法施工,钢25!扩孔系数I二一5水中桩基标高与扩孔系数关系折线图 （采用冲击钻机/钢妒桶）首先，从D=1.2m陆上桩基（胡同埋深2.5m）的标高与扩孔系数关系 折线图中可以直观的看出：C区（标高为一15m到一35m）的扩孔率维 持在较低，B区（标高为0到15m）扩孔系数开始逐渐增大，到 C 区（标高为6到0m）扩孔系数大于2维持在较高水平；而D=1.5水 中深埋护筒桩基的标

22、高与扩孔系数关系折线图中可以直观的看出：A区（7到-2.4m）和C区（一18.3至U 35m）的扩孔系数维持在较低水 平，B区的扩孔系数偏大。结合地层分布情况和护筒埋设情况分析：1） C区：为岩层、粗砂层及深埋淤泥层，岩层、粗砂层除在钻孔 过程中发生扩孔外在灌注过程中基本不会产生扩孔现象，而深 层淤泥由于形成时间较长而且长期承受巨大的土压力已转变成 土质较好的淤泥质土比较稳定，因此扩孔系数很小。2） B 区； 一般只 0 到 15m 标高范围，由于其形成时间相对较短，淤泥仍具有流塑性，在钻孔时由于钻头对原状土体的扰动加上侧向土压力较大都容易造成孔壁流塑状淤泥随泥浆流失而形成扩孔现象，或是在灌注

23、成中混凝土比重较大与孔壁土压形成不均等的侧压，使混凝土向孔壁四周扩散造成扩孔。3） A区：D= 1.2m桩基由于位于陆上，护筒埋深一般为 2.5m,根据地质勘探报告和钻孔现场取样显示，4.5到-2m的标高范围 由于淤泥形成时间较短均为流塑性较大的淤泥层，其扩孔系数也相应的很大（平均为2.3） ；而D=1.5m 水中桩基由于采用了埋深达 10m 的钢护筒防护，护筒内不会产生扩孔现象，该段扩孔系数大于1的原因在于护筒的制作直径为1.65m大于孔桩设计直径。4） 扩孔方量（护筒长度为2.5m）统计数据显示：C区长度占总桩长 50%，扩孔方量占总扩孔方量的11%； B 区长度占总桩长35%， 扩孔方量

24、占总扩孔方量的37%； A 区长度占总桩长15%，扩孔方量占总扩孔方量的52%，因此扩孔的主要原因是为4 到-2 标高的6m 范围内的流塑性较大的淤泥层的存在。分析结论 ：从以上分析中不难得出以下结论：要解决淤泥层中桩基的扩孔问题，主要就是对浅层流塑性较大的淤泥采取加固护壁措施，最直接的办法是采用钢护筒打入一定深度，以减少在钻孔及灌注过程中所出现的扩孔情况。实施六：质量检测根据检测方案，本标段水中全部采用超声波检测，陆上桩 30% 采用超声波检测，70%采用动测，另钻芯检测不小于总桩数的 10%。实施七：环境保护1、对施工现场进行有效的围蔽工作， 减小施工对周边生活环境的影 响。2、为免施工泥

25、浆污染河道及周边环境，严格施工泥浆的存放及排放 管理：陆上钻孔泥浆统一暂存在现场规划的泥浆池内， 定期采用泥浆 运输车通过全过程的封闭式的运输，集中排放到环境部门认可的泥浆 排放场，防止环境污染；水上钻孔桩施工则通过相邻的预埋护筒作为 泥浆循环池，在钻孔施工施工期间租用一艘15T泥浆运输船专门负责 泥浆及捞渣的存放及运输，集中排放到环境部门认可的泥浆排放场。G检查本次活动，通过严格的过程控制和对施工中的数据整理分析等手 段，每完成一条桩，召开一次总结会议，采取小组成员全过程值班的 方法，初步摸索出在深厚流塑性淤泥层进行冲孔灌注桩施工的一些工 艺、配套方法和总结了一些供施工参考的施工控制参数，有

26、效的指导了现场的施工，达到了预期质量控制目标。A处理做好施工原始记录，累积集料，及时对原始资料进行汇总、分 析，总结经验，不断提高钻孔灌注桩施工技术水平。1、针对人员问题。我们在检查中发现，工人夜间施工存在空钻现象，捞渣不勤快，取样不规范。给我们提供的数据严重偏离实际情况，采取的措施是施工员 24 小时随机值班督促。检查中发现现场施工员组织不力。成桩及清孔与混凝土泵车及商品混凝土到场时间经常冲突，灌注时指挥不一，处理事情无定论。针对具体情况，由项目经理和总工联合值班，总结经验。带出两到三名合格施工员，以确保统一指挥，灵活处理突发事件。2、针对设备问题淤泥层和花岗岩层地质分别适用不同钻机，但在同

27、一孔中不可能采用两种工艺。因此，只有冲孔成桩才能保证入岩深度，故于第五条桩开始，一律改用冲击钻。至于淤泥层采用冲孔成孔，总结经验是低锤密进，提高泥浆浓度和粘度。为对付淤泥地层，冲孔泥浆浓度、粘度很大，加之穿越较厚沙层，含沙量奇高，桩径达1.5米，清孔十分困难。在进行第二次清孔时，我们采用双泵反循环清孔，即：在导管顶端加工两个接口，两台泥浆泵通过导管同时吸取孔底沉渣，达到快速、干净清孔的目的。3、针对工艺和方法护筒埋设标准。从保证工程质量角度，扩孔所多余的混凝土势必增加桩身负担，（我们一度向设计单位提出重新检算扩孔后桩身受力和桩底受力情况， 以达到要回扩孔混凝土数量的目的，但因无法准确描述桩身扩孔后形状而被忽视）因此， 增加护筒长度和减少混凝土扩孔系数有一个技术经济平衡点，建议不低于8 米。水中桩因受潮水影响，为避免反穿孔埋深不低于12 米。泥浆配比一般采用原浆护壁，为增加粘度和浓度，每孔加入三到四包水泥和100kg工业纯碱效果很好。钻进泥浆比重 1.41.45,因采用商品混凝土，清孔泥浆比重1.251.3,含沙量4%左右，即可顺利灌孔。设备操作必须采用8