钻孔灌注桩施工及质量控制

陈奕俊

摘要：本文介绍了杭州周浦老年公寓钻孔灌注桩施工方法和施工过程中经常出现的质量问题及采取的防治措施。

关键词：灌注桩；方法；原因；防治

Abstract: This paper introduces the recurring quality problems in the the Hangzhou Zhoupu elderly apartment bored pile construction methods and construction process and to take preventive measures.

Keywords: pile; method; reason; prevention

中图分类号：O213.1文献标识码：A 文章编号：

根据杭州周浦老年公寓钻孔灌注桩基础施工过程中的经验及参考有关施工技术规范，对钻孔灌注施工方法和施工过程中经常出现的问题及采取的防治措施谈谈自己的看法。

一、 工程概况

周浦老年公寓位于杭州之江旅游渡假区双铺镇，临近钱塘江，总建筑面积38936m2，由9幢5-7层现浇框架结构组成，基础形式有桩基础和筏板基础，其中桩基础又有预制静压管桩、钻孔灌注桩两类。设计钻孔灌注桩桩径0.7m、0.8m两种，单桩竖向承载力特征值分别为1100KN、1500KN，有效桩长8～17m，混凝土设计强度为C25，桩基要求以中等风化砂岩为持力层。

二、钻孔灌注桩施工方法

根据本工程岩土工程地质勘察报告，采用钻进能力、排渣能力极强的反循环施工工艺。

施工程序及要求：

桩定位→设置护筒→反循环钻机就位→钻挖→第一次处理孔底沉渣→移出钻头→测定孔壁→沉放钢筋笼→插入导管→第二次处理孔底沉渣→水下灌注混凝土→拔出导管→拔出护筒。

钻头吸水断面应开敞、规整，减少流阻，以防砖块、砾石等堆挤堵塞；钻头体吸口端距钻头底端高度不应大于250mm；钻头体吸水口直径应略小于钻杆内径。

在填土层和卵砾层中钻挖时，碎砖、填石或卵砾石的尺寸不得大于钻杆内径的4/5，否则易堵塞钻头水口或管路，影响正常循环。

1护筒埋设：

反循环施工法是在静水压力下进行钻挖作业的，故护筒的埋设是反循环施工作业中的关键。

护筒的直径根据不同桩径定，护筒深为1000。要充分保证护筒不漏水。

确保孔壁的任何部分的静水压力在0.02Mpa以上，护筒内的水位要高出自然地下水位2米以上。

2钻进成孔操作要点：

①起动砂石泵，待反循环正常后。才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底。开始钻进时，应先轻压慢转,初始钻压5-6KN，待钻头正常工作后，逐渐加大转速，调整压力至11-15KN，并使钻头吸口不产生堵水,注意保持机上钻杆垂直。

②钻进时应认真仔细观察进尺和砂石泵排水出渣的情况；排量减少或出水中含钻渣量较多时，应控制钻进速度，防止因循环液化比重大太而中断反循环。

③钻进参数应根据地层，桩径、砂石泵的合理排量和钻机的经济钻速等加以选择和调整，以免引起由于地层转换而产生的孔斜和缩径。

④在卵砾石地层中钻进时，为防止钻渣过多，卵砾石堵塞管路，可采用间断钻进、间断回转的方法来控制钻进速度。

⑤加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底80-100mm，维持冲洗液循环1-2min，以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净，然后停泵加接钻杆。

⑥钻杆必须垂直,发现弯曲应随时更换,连接应拧紧上牢，防止螺栓、螺母、拧卸工具等掉入孔内。

⑦钻进时如孔内出现坍孔、涌砂等异常情况，应立即将钻具提离孔底，控制泵量，保持冲洗液循环，吸除坍落物和涌砂；同时向孔内输送性能符合要求的泥浆，保持水头压力以抑制继续涌砂和坍孔，恢复钻进后，泵排量不宜过大，以防吸坍孔壁。

⑧钻进达到设计孔深，各方面参数均达到要求后，停钻终孔，但仍要维持冲洗液正常循环，清洗吸除孔底沉渣直到返出冲洗液的钻渣含量小于4%为止。起钻时应注意操作轻稳，防止钻头拖刮孔壁，并向孔内补入适量冲洗液，稳定孔内水头高度。

⑨坚持制作锋利钻头，集中精力，谨慎操作，发现孔斜缩径、塌孔及护筒四周冒浆等情况，应立即停钻，待处理后再继续钻进。

⑩保持一定的泥浆比重：在粘土和粉土层中钻挖时泥浆比重取1.02-1.04。在砂和砂砾等容易坍孔的土层中挖掘时，必须使泥浆比重保持在1.05-1.08。进入卵石层由于时间较长，且不易造浆，为防止缩径及塌孔，适当加大泥浆比重在1.15-1.3。

3清孔：

①清孔要求

清孔过程中应观测孔底沉渣厚度和冲洗液含渣量，当冲洗液含渣量小于4%，孔底沉渣厚度符合设计要求时即查停止清孔，本工程卵石层厚度较大，应保持孔内水头高度，防止发生坍孔事故。

②第一次沉渣处理

在终孔时停止钻具回转，将钻头提离孔底50-80cm，维持冲洗液的循环，并向孔中注入含砂量小于4%的新泥浆或清水，令钻头在原地空转10分钟左右，直至达到清孔要求为止。

③第二次沉渣处理

在灌注混凝土之前进行第二次沉渣处理，采用普通导管的空气升液排渣法，方式是将头部带有1米多长管子的气管插入到导管之内，管子的底部插入水下至少10米，气管至导管底部的最小距离为2米左右。压缩空气从气管底部喷出，降低孔内水位，必须不断地向孔内补充清水。用测绳再次测量沉渣厚度，符合要求后开始浇捣混凝土。

4钢筋笼的制作与安放：

本工程设计钢筋笼制作要求详见各单体桩基图，钢筋笼保护层用50厚钢筋环，为方便起吊和保证骨架垂直，采用分段制作，每节按9米定尺长度制作，孔口电弧单面焊接，主筋同一截面内接头不得多于50%。

5导管法浇捣水下混凝土

水泥选用425#普通水泥，粗骨料选用20—40mm坚硬碎石，并具有良好级配；细骨料选用级配合理、质地坚硬、洁净的中、粗砂。控制水灰比不大于0.6，塌落度18-20cm，采用泵送。

各原材料根据单桩用量保持2根的数量随用随进。

1)导管选择

导管选用φ219无缝钢管，采用丝扣连接，橡胶密封圈密封，严防漏水。最下端导管口设外围加固，用预制砼做搁水塞。

2)准备工作

导管吊放入孔时，应将橡胶圈或胶皮垫安放周整、严密，确保密封良好。导管在桩孔内的位置应保持居中，防止跑管，撞坏钢筋笼并损坏导管。

导管底部距孔底（或孔底沉渣面）高度，以能放出隔水塞及首批混凝土为度，一般为300-500mm。

导管全部入孔后，计算导管柱总长和导管底部位置，并再次测定孔底沉渣厚度，若超过规定，应再次清孔。

3)施工顺序

放钢筋笼→安设导管→（隔水塞）与导管内水面紧贴→灌注首批混凝土→连续不断灌注直至桩顶→拔出护筒。

①灌注首批混凝土

在灌首批混凝土之前最好先配制0.1-0.3立方米水泥砂浆放入隔水塞以上的导管和漏斗中，然后再放入混凝土，确认初灌量备足后，即可剪断铁丝，借助混凝土重量排除导管内的水，使隔水塞留在孔底，灌入首批混凝土。

灌注首批混凝土时，导管埋入混凝土内的深度不小于1.0米。

②连续灌注混凝土

首批混凝土灌注正常后，应连续不断灌注混凝土，严禁中途停工。在灌注过程中，应经常用测锤探测混凝土面的上升高度，并适时提升、逐级拆卸导管，保持导管的合理埋深。探测次数不应少于所使用的导管节数，并应在每次起升导管前，探测一次管内外混凝土面高度。遇特别情况（局部严重超径、缩径、漏失层位和灌注量特别大的桩孔等）应增加探测次数，同时观察返水情况，以正确分析和判定孔内的情况。

③导管埋深

在水下灌注混凝土时，应根据实际情况严格控制导管的最小埋深，以保证桩身混凝土的连续均匀，不使其可能裹入混凝土上面的浮浆皮和土块等，防止出现断桩现象。对导管的最大埋深，则以能使管内混凝土顺畅流出。最下端一节导管的长度为4米。

灌注接近桩顶部位时，为确保桩顶混凝土质量、漏斗及导管的高度应严格按前述规定执行。

④混凝土灌注时间

混凝土灌注的上升速度不得小于2m/h。灌注时间必须控制在埋入导管中的混凝土不丧失流动性的时间内。

⑤桩顶的灌注标高及桩顶处理

桩顶的灌注标高应比设计标高增加0.5-0.8米，以便清除桩顶部的浮浆渣层。

桩顶灌注完毕后，应即探测桩顶面的实际标高。用带有标尺的钢杆和装有可开闭的活门钢盒组成的取样器探测取样，判断桩顶的混凝土面。

三、钻孔灌注桩施工过程中经常出现的问题及防治措施

1 成孔偏斜

造成原因：施工场地不平整，不坚实，在支架上钻孔时，支架的承载力不足，发生不均匀沉降，导致钻杆不垂直;钻机部件磨损，接头松动，钻杆弯曲;钻头晃动偏离轴线，扩孔较大;遇有地下障碍物，把钻头挤向一侧。

防治措施：钻机就位时，应使转盘，底座水平，使天轮的轮缘、钻杆的卡盘和护筒的中心在同一垂直线上，并在钻进过程中防止位移；场地平整坚实，支架的承载力应满足要求，在发生不均匀沉降时，必须随时调整；偏斜过大时，应回填粘土，待沉积密实后再钻。

2 缩孔

造成原因：软土层受地下水位影响和周边车辆振动；塑性土膨胀，造成缩孔；钻锤磨损过甚，焊补不及时。

防治措施：成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间，孔壁形成泥皮，孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀；及时焊补钻锤，并在软塑土地层采用失水率小的优质泥浆护壁；采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。

3 桩底沉渣量过大

造成原因：检查不认真、方法不正确；清孔时间不够造成清孔不干净或没有进行二次清孔。

防治措施：认真检查，采用正确的测绳与测锤；一次清孔后，不符合要求，要采取措施：改善泥浆性能，延长清孔时间，在下完钢筋笼后，再检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，应进行二次清孔，直至沉渣量符合规范要求。

4 钢筋笼上浮

造成原因：砼在进入钢筋笼底部时浇筑速度太快；钢筋笼未采取固定措施。

防治措施：浇筑砼前，应将钢筋笼固定在孔位护筒上；当砼上升到接近钢筋笼下端时，应放慢浇筑速度，以免钢筋笼顶被托而上浮，当钢筋笼被埋入砼中有一定深度大，再提升导管，减少导管埋入深度，使导管下端高出钢筋笼下端相当距离时再按正常速度浇筑；当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇注，并准确计算导管埋深和已浇砼标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消除。

5 断桩

造成原因：砼塌落度太小、骨料太大、运输距离过长、砼和易性差，致使导管堵塞，疏通堵管再浇筑砼时中间就会形成夹泥层；计算导管埋深时出错或盲目提升导管，使导管脱离砼面，再浇筑砼时中间出现夹泥层；钢筋笼将导管卡住，强力拔管时使泥浆进入砼中；灌注时间过长，而上部砼已接近初凝，形成硬壳，而且随时间增长，泥浆中残渣将不断沉淀，从而加厚了积聚在砼表面的沉淀物，造成砼灌注极为困难，造成堵管与导管拔不上来，引发断桩事故；导管接头处渗漏，泥浆进入管内混入砼中。

防治措施：砼配合比应严格按照有关水下砼的规范配置，并经常测试坍落度，防止导管堵塞；尽可能提高砼浇注速度：开始浇砼时尽量积累大量砼，产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力，快速连续浇注，使砼和泥浆一直保持流动状态，可防导管堵塞；严禁不经测算盲目提拔导管，防止导管脱离砼面；钢筋笼主筋接头要焊平，以免提升导管时，法兰卡住钢筋笼；浇筑砼应使用经过检漏和耐压试验的导管。

补救措施：断桩处理方法与地质条件、设计工况以及工期、成本有直接关系。具体分为以下几种:

（1） 与设计沟通在设计工况允许的情况下，移桩或做成板凳桩。

（2）原位复桩原断桩以上部位用黏土夹片石回填，经沉实后，用冲击钻在原桩位重新成孔。在冲击成孔过程中，由冲抓配合抓出混凝土残渣，用打捞强磁铁清除钢筋碎屑。该方法工期长，成本高。且注意在混凝土稍具强度即进行，否则成孔难度加大。

（3）接桩受水文地质条件影响，接桩方法不一。主要有沉护筒方法、沉井方法和钻芯接桩法。无论哪种方法都需人员下到断桩处进行人工处理接茬，所以对水文地质和下沉护壁要求较高。

（4）采用高压旋喷技术配合接桩该方法成本较高，并且必须进行100% 的承载力检测。一般在跨江、跨海大桥的超长、超大桩基中应用。

参考文献:

［1］王伯意、上官兴主编，中国钻孔灌注桩新发展［M］．北京；中国建材出版社1999．

［2］JGJ94—94建筑桩基技术规范［S］．

［3］黄强．桩基工程若干热点技术问题［M］北京：中国建材工业出版社，1996．

［4］席永慧主编 土力学与基础工程 ［M］上海： 同济大学出版社2006.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。