嵌岩钻孔灌注桩成孔阶段施工质量控制与管理

周林

一、概述：

钻孔灌注桩是通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，然后放入钢筋笼，灌注混凝土而成。由于钻孔灌注桩能够在各种地质条件下施工，单桩承载力高，直径和桩长可变，沉降量小，被广泛用于高层建筑及桥梁码头等建设工程中。

对于超高层建筑、岩层较浅且承载力要求较高的建筑，较多采用嵌岩钻孔灌注桩。嵌岩钻孔灌注桩单桩承载力较高，抗震性能较好。但是施工工艺复杂且难度大，并且影响灌注桩承载力的因素较多。如机型的选择、入岩的判定、钻孔及清孔环节的施工、钢筋笼的绑扎、混凝土的灌注、二次注浆、施工人员和监理人员的责任意识等都会影响灌注桩的质量及单桩承载力的大小。笔者通过某工程实践，参与了嵌岩钻孔灌注桩的整个施工过程管理，对工程施工过程中存在的问题进行了分析和总结，现对嵌岩钻孔灌注桩关键阶段成孔阶段的施工质量控制与管理提出了意见和建议。

二、 工程概况

1、工程设计概况

本工程主体采用框架结构，主楼区域桩基形式为钻孔灌注桩，共计848根，灌注桩直径为600mm。由于持力层标高起伏较大，桩长根据现场情况定，桩端进入中分化层不小于1米。本工程钻孔灌注桩的桩端持力层为（7）层中风化粉砂质泥岩、砂岩、砾岩层，该层极限段阻力标准值4000kpa。为减少桩底沉渣的不利影响，提高单桩承载力，本工程灌注桩采用后注浆施工工艺。

2、 工程地质状况

场地地面以下50米以内土层主要有杂填土、粘性土、不同风化程度的砾岩和砂岩及泥岩组成。岩石层包含强风化和中风化岩层，从勘探情况看，强风化已穿透，中风化未穿透。强风化层主要成分是粉砂质泥岩和砂岩全风化的残积土，局部含有大块漂石，颜色为砖红色、紫红色，厚度为1.8米—8.7米。中风化层主要成分是石英、岩屑和白云母，岩石强度总体尚可工程特性好，颜色为会红、灰白色。地面高程在1.93～11.04m之间（85国家高程基准，以下同），相对高差9.11m。地表起伏较大，该范围地层主要物理力学性质指标如下表1所示：

三、 成孔阶段施工控制

1、钻机及钻头的选择

选择合适的机型和钻头必须充分考虑项目的特点和要求，才能合理选用。本项目特点：项目工期紧，并且项目所属区域比较空旷；钻孔灌注桩的设计要求：穿透强分化岩层并入中风化岩层1.5m-3m。

根据本工程的地质条件及项目的特殊要求，适合本项目的钻机类型有CZ-8A型冲击钻机和GPS20型工程钻机，通过实际成桩对比发现，冲击钻机的成孔效率优于GPS20型钻机，要在100个日历天完成如此大量的灌注桩施工，难度非常大，经研究决定采用CZ-8A型冲击钻机成孔。冲击钻头重为2.8-3.1吨，钻头直径60cm。

2、 钻孔过程中的质量控制

2.1钻孔前施工准备阶段

（1）、确定施工顺序：场地平整、桩位放线、开挖泥浆池、埋设护筒、钻机就位，孔位校正、冲击成孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣、清孔换浆、终孔验收。

（2）、 钻孔前，在孔口设置圆形高2m，厚8mm的钢护筒。护筒内径比钻头直径大200mm，深1.4m，埋设宜穿过上部填土层，以保护孔口和防止塌孔。护筒埋好后，四周土应压实，位置应反复校正。冲孔机就位后，冲击钻应对准护筒中心，偏差不大于±20mm。

2.2入岩判定

常见问题：由于本项目地质情况复杂，所以岩石的强分化层和中分化层之间界面难以判断，施工过程中对入中分化岩层没有明显的判别方法。图纸也没有对每根桩设计固定的桩长，对入持力层的嵌岩深度判定有一定的难度。

判定方法：通过参建各方在现场对第一根入岩桩的施工进行分析、总结，主要可以通过地质勘探报告、钻机速率变化、岩石碎片进行综合判定。

（1）、根据地质勘探报告的地质情况进行判断

从地勘报告可以知道，整个场地的地质情况是有杂填土、粘性土、不同风化程度的砾岩和砂岩及泥岩组成，岩石层包含强风化和中风化岩层。地勘报告的断面地质情况均可以反映各层的深度及厚度。但是在实际情况看，地勘只能相对有限的反映地质情况，因为地勘的点位间距都在25-30米左右，而设计桩位柱网间距为7mx9m和9mx9m，且地质情况复杂。所以须结合地勘报告中各层深度和厚度，可以初步判定入强分化和中风化的深度。

（2）、根据钻机的钻速速率进行判断

钻机钻头在进入土层时，运行较为正常，运行速率较快且较为均匀，钻头速率在1-2m/小时。当钻头接触强分化岩石时，钻速速率将会出现明显变化，并伴有轻微声响，严重时会停止。钻头在强分化层施工时，钻头速率比较缓慢，在50cm/小时左右，当钻头速率再次出现变化，速率在30cm/小时之内时，可以基本判断进入了中分化层。

（3）、根据打捞的碎片判断

从孔底返至地表的石屑直接反映持力層性状，应及时采集石屑，在强分化层时，钻出的石屑相对较大，直径一般都在4-10cm甚至更大。当石屑直径都在1cm左右并且硬度较高时，可以基本判断进入中风化层。

2.3入岩钻孔施工阶段

冲击钻头开始冲击成孔时宜低锤密击，并及时加快水与粘土泥浆护壁，使孔壁挤压密实，直至孔深达护筒下3～4m后，才加快速度，加大冲程，转入正常连续冲击。冲击时应随时测定和控制泥浆密度，并定时补浆。过程中应派专人及时清理泥浆池沉积物，保证不淤塞。泥浆泵也要有专人看管，防止泥浆泵被杂物填塞而不工作不供浆。在钻孔过程中，在土层时施工人员每1-2m做一次检查，进入岩层后每半小时做一次检查，对孔的垂直度、深度情况做好记录，如发现偏斜或者遇地质特殊情况应立即停止钻进，采取措施进行纠偏。对于变层处和易于发生偏斜的部位，应采用低锤轻击、间断冲击的办法穿过，以保持孔形良好。遇到强分化层时，由于钻出的石屑直径较大，要及时将孔内残渣排出孔外，以免孔内残渣太多，出现埋钻现象。

3、 清孔阶段

清孔的目的是清除孔底的沉渣，孔底沉渣是影响灌注桩承载力的因素之一。钻孔到达设计深度后，测量检查孔深和孔径，与原设计核对无误后，进行清孔。清孔过程中要控制泥浆的密度，防止塌孔。施工时一定要保证清孔时间和清孔质量，将孔底淤泥、沉渣清除干净。

四、对各参建单位质量行为管理

1、施工过程中影响质量的行为：

1.1、由于项目工期短，设计周期紧张，设计师对设计图纸深度不够，施工技术人员对图纸理解不够透彻，与专业设计师的沟通不畅。

1.2、施工工期紧张的原因，在施工过程中，整体运行的桩机数量较多，桩机运行基本是在24小时运转，而且在过程中需要工人在现场按规定时间进行测量并记录。对现场工人培训及技术交底不够或者不全面，对工人的工作时间配置不合理，会导致现场资料虚假，质量控制标准不一。

1.3、勘探报告反映出岩石的各分化层并不是水平的，中分化的深度深浅不一，判断入岩难度大，参建各方配合不好，对桩入岩深度有较大影响。

1.4、项目建筑面积大，桩基数量多，投入运转的桩机的数量多，工期紧，24小时施工，所以对现场监理人员的要求较高。监理人员数量配置不够、人员不到位、监督及检查力度不够，会对影响整个桩基施工质量。

2、对各参建单位的要求：

2.1、施工单位现场人员应认真负责，主要专业工种操作人員要有上岗证、根据现场施工情况对施工班组和人员合理配置，保证每台桩机能够顺利运转。

2.2、施工单位技术员应提前做好施工组织设计并对一些特殊的施工工艺做好施工方案，现场施工人员应熟悉图纸，发现问题及时与各方进行沟通。对各桩机班组人员及时进行交底，保证按图施工，按既定的施工方案执行。

2.3、监理单位现场人员应认真负责，监理单位根据现场施工情况对监理人员合理配置，保证施工时监督检查及时、到位，对重点部位、关键工序实施旁站监理。

2.4、监理单位的监理规划、监理实施细则（关键部位和工序的确定及措施）做到及时并有针对性，现场监理人员严格执行制定的相关规定。

2.5、设计单位应认真仔细设计图纸，对交付现场图纸及时进行交底，对现场人员发现图纸矛盾和不符的情况及时进行解决。

2.6、建设、勘探、设计、监理、施工单位应保持沟通顺畅，及时发现并及时解决问题。对现场施工的特殊情况，各单位均需积极配合，合力解决。

五、结束语

因本区域属于低山残丘地区，岩层较浅，场地起伏较大。该区域内高层建筑桩基形式通常采用嵌岩钻孔灌注桩，采用冲击钻孔施工技术。本地区工程技术人员普遍对嵌岩钻孔灌注桩施工工艺较为陌生。通过在本项目的整个施工过程管理，总结了嵌岩钻孔灌注桩的质量控制与管理。只有严格遵守上述控制措施，才能在较短的工期内，安全高效的完成施工任务。

参考文献：

[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）

[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）