大直径钻孔灌注桩施工技术研究及试验分析

岳良

【摘要】文章通过桩位放线、钻机定位、钢筋笼的制作、混凝土的灌注等9个方面对大直径钻孔灌注桩的施工过程进行详细阐述，结合桩基荷载试验的观测，分析试桩抗压、抗拔极限承载力的确定方法。试验分别对两根试桩进行测试，得到其实际承载力符合设计要求，为类似大直径桩基的施工与试验提供参照。

【關键词】钻孔灌注桩；施工方法；桩基承载力；试验分析

引言

桩基是一种广泛应用的结构基础形式，具有承载力高、沉降量小而且较均匀的特点。随着现代工程建设规模的扩大，工程上部结构尺寸也不断增大，对桩基的承载力提出了更高的要求，桩基向着大直径、深长、扩底等方向发展。

桩基的承载力影响因素较多，桩土相互作用十分复杂，因此桩基一直是工程研究领域中的热点和难点[1-2]。近年来，大直径钻孔灌注桩在工程中得到广泛应用，本工程为某轨道交通换乘站，桩基础皆采用钻孔灌注桩。下文主要阐述大直径钻孔灌注桩施工技术方法及荷载试验结果分析。

1、试桩概况

根据国家相关规范规定及设计要求，进行2根桩基静载荷试验，以验证其极限承载力是否达到设计要求。各土层物理力学性质指标见表1。

表1 各土层物理力学性质指标

层号

名称

含水量

土重度

孔隙比

液限

塑限

塑性指数

液性指数

w

γ

e

WL

WP

IP

IL

%

kN/m3

-

%

%

-

-

①-1

杂填土

28.7

19.70

0.777

37.0

19.7

17.3

0.99

①-2

素填土

27.7

19.30

0.800

29.4

17.1

12.2

0.87

②-1b3～2

粉质黏土

25.5

19.80

0.729

29.9

17.5

12.4

0.65

②-3b4～3

粉质黏土

36.3

18.40

0.990

35.1

20.4

14.8

0.99

②-3c3

粉土

31.1

18.90

0.873

29.4

23.6

5.9

0.93

②-3d4～3

粉砂、细砂

29.0

19.30

0.798

-

-

-

-

②-5b4～3

粉质黏土

34.8

18.40

0.993

33.2

19.6

13.7

1.10

②-5d2～1

粉砂、细砂

25.7

19.40

0.744

-

-

-

-

③-2b2

粉质黏土

23.5

20.30

0.655

28.0

16.4

11.5

0.65

③-2c2

粉土

23.3

20.00

0.665

31.1

22.5

8.6

-

依据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）的规定以及相关参数[3]，大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算： （1）式中：为桩侧第层土极限侧阻力标准值；为桩的极限端阻力标准值；为大直径桩侧阻尺寸效应系数；为大直径桩端阻尺寸效应系数；为桩身周长，取。

基桩的抗拔极限承载力可按下式计算： （2）

式中：为基桩抗拔极限承载力标准值；为桩身周长；为桩侧表面第层土的抗压极限侧阻力标准值；为抗拔系数，取值为1。试桩详细参数见表2。

表2 试桩参数

试桩编号

类型

桩径

（mm）

桩长

（m）

承载力特征值

（kN）

预估加载值（kN）

GC-3

抗拔

1200

25

5423

2×10846

JC-21

抗压

1000

7.5

2356

2×2450

2、试桩施工技术

下面就本工程钻孔灌注桩施工过程中几个关键步骤做技术说明：

1. 放桩位线

根据图纸提供的桩位中心，做好保护及复核，桩位中心点处做出三角标志，打好十字控制桩并及时保护处理[4]。

2. 埋设护筒

HPE液压垂直插入机就位，根据桩位十字线，使HPE液压垂直插入机的定位器中心与桩位中心对齐，控制护筒中心位置。护筒采用20mm钢板制作，上部做一到两个溢浆孔，

3. 钻机定位

钻机定位时，必须保证钻机稳定性。钻机在完成定位、水平和垂直度调整后，由现场操作人员对本台机器的各项设置参数进行锁定，使机器达到最佳工作状态，从而有效地保证下一步成孔作业的施工质量。

4. 钻机成孔

护筒埋设完毕后，用泥浆泵向孔内注入稳定液，钻机利用钻斗自重以及液压旋转筒式钻头加压进行原始土的挖掘，反复循环钻至设计深度，注意在钻机钻进过程中要不断加注稳定液，成孔作业结束后，测量孔深、孔径是否达到设计要求[5]。

5.一次清孔

一次清孔主要是粗略清理的过程，清孔时将铲斗放至孔底，通过铲斗旋转钻进渣土达到清孔目的。

6. 钢筋笼的制作

钢筋笼整体制作，材料采用HRB400热扎钢筋，主筋与主筋制作中可采用搭接焊或机械接头，主筋应调直、除锈、下料准确，并应符合设计及施工规范要求，搭接焊或机械接头应先进行试焊送验，合格后方可使用。

本工程钻孔灌注桩主筋与箍筋均采用电焊连接，主筋与螺旋筋全部采用点焊，定位筋用环型模制作，焊接必须牢固[6]。钢筋笼焊接选用502焊条，焊距宽度不少于0.8d，厚度不少于0.3d，钢筋焊接过程中应及时清除焊渣。

钢筋笼制作允许偏差应符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）[7]的相关规定，制作成型的钢筋笼，要分组堆放在平整的场地上，不得变形。超声波管的制作必须焊接牢固、密封，不得漏浆。

7. 钢筋笼的安装

钢筋笼的安装必须符合设计和施工规范要求，在吊放时钢筋笼需整体吊装，严防碰撞，不得变形[8]。考虑钢筋笼自重，起重高度在27m以上，吊车选择不少于100吨（100吨主臂长度33m，作业半径18m，起重量为28吨），在吊放钢筋笼时，选用150吨单机双勾抬吊，共分4个吊点，以150吨履带吊主钩为主吊，主吊点位置距上端在6m处，副鉤起吊3个点，该3点采用滑润组，见图1。 图1 钢筋笼吊装示意图

8. 导管安装及二次清孔

导管应在下放钢筋笼后尽快安装，期间需严格控制桩孔底部沉渣厚度。导管使用前必须经过压水试验，本工程采用Φ300mm导管，接头用螺纹连接方式并加O型密封圈 ，严防导管漏气漏水。为防止导管下放过程中卡挂钢筋笼，其吊放位置应居中，吊放过程稳步沉放，导管距孔底300mm～500mm。

第二次清孔采用气举反循环清孔技术，该方法的使用缩短了清孔时间，且清孔较彻底。清孔中应注意补浆充足和保持孔内稳定液液面稳定，清孔后稳定液比重应小于1.15，返稳定液比重小于1.20，含砂率小于4%，孔底沉渣应小于20mm。在满足以上各控制指标后，才可以进行下道工序。

9. 混凝土的灌注

清孔结束后须在30分钟内灌注混凝土，否则必须重新清孔。混凝土灌注中应使用隔水板及隔水球，在灌注前首先把隔水球放入导管内，再在混凝土料斗内放入隔水板，待料斗放满混凝土后快速打开隔水板，使混凝土顺着隔水球往导管内下落。混凝土灌注时，要慢并且平稳的提升导管，防止其与钢筋笼发生碰撞[9-10]。另外为保证桩头混凝土质量，最后一次混凝土浇灌量宜控制在设计桩顶标高以上约1.0m。灌入过程中，应认真做好灌注原始记录，并及时分析整理。

3、试验过程

3.1 测试规程

本工程荷载箱埋设在试桩底部，加载采用慢速维持荷载法，测试按中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）[11]和《基桩自平衡法静载试验技术规程》（DGJ32/TJ77-2009）[12]进行，桩身强度达到设计要求并不应少于15天方可进行试验，每级加载为预估加载值的1/10，第一级按两倍分级荷载加载，卸载分5级进行。

3.2 位移观测

每级加载后在第1h内分别于5、15、30、45、60min各测读一次，以后每隔30min测读一次。电子位移传感器连接到电脑，绘制Q-S曲线。每级加载每一小时的向上、向下位移量均不大于0.1mm，并连续出现2次时即可认为稳定。卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。每级荷载卸载后，应隔15min测读一次，读两次后，隔半小时再读一次，即可卸下一级荷载。卸载到零后，隔3～4小时再测读一次。

3.3 终止加载条件

1、位移量大于或等于40mm，本级荷载的位移量大于或等于前一级荷载的位移量的5倍时，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为极限荷载。

2、总位移量大于或等于40mm，本级荷载加上后24h未达稳定，加载即可终止。取此终止时荷载小一级的荷载为极限荷载。

3、总位移量小于40mm，但荷载已达到压力箱极限或位移达到荷载箱行程，加载即可终止，取此最大加载值荷载为极限荷载。

4、试验结果分析

根据试桩的加载极限值，可按下式确定试桩i的极限承载力：Qui= Qusi

式中：Qui为试桩i的单桩承载力极限值，单位为千牛（kN）；Qusi为试桩i上段桩的最终加载值，单位为千牛（kN）。

对试桩GC-3、JC-21的试验工作，GC-3加载至最大加载值（第十级2×10850kN）停止加载开始卸载，Qus取10850 kN；JC-21加载至最大加载值（第十级2×2450kN）停止加载开始卸载，Qus和Qux取2450 kN。

每级荷载在维持过程中的变化幅度不超过分级荷载的±10%。测试过程天气晴，所检桩周围10m范围内无较大震动，现场情况符合测试条件。由现场实测数据绘制的Q-s曲线（见图2、图3）。

图2 试桩GC-3 （Q-s）曲线转换图

图3 试桩JC-21 （Q-s） 曲线转换图

根据中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）[11]综合分析，各桩极限承载力如下表所示：

表3 试桩自平衡规程分析结果

试桩编号

上段桩实测极限承载力Qus（kN）

下段桩实测极限承载力Qux（kN）

上段桩长度（m）

单桩竖向抗压极限承载力

Qu（kN）

GC-3

10850

-

25

Qu =10850

JC-21

2450

2450

7.5

Qu =4756

5、结语

试验结果显示2根试桩的单桩竖向抗压、抗拔承载力为均满足设计要求。本文通过试桩施工详细步骤的介紹，自平衡法荷载试验的实施以及试验结果的处理分析，表明本工程选取的试桩施工及试验方法在类似大直径灌注桩中的可行性，该法具有进一步分析研究的实际意义。

参考文献

[1] 张可文. 地基与基础工程施工新技术：典型案例与分析[M] . 北京：机械工业出版社，2011.

[2] 汤捷. 大直径灌注桩施工技术的现状及发展研究[D]. 中国地质大学， 2005.

[3] JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S]

[4] 陆继军， 王治军. 水利施工中钻孔灌注桩技术应用中的质量问题及控制[J]. 中国水运月刊， 2011， 11（3）.

[5] 王平， 赵永生， 赵政. 旋挖钻机选型及其在成孔施工中存在问题的探讨[J]. 探矿工程：岩土钻掘工程， 2001， （4）：18-20.

[6] 任国忠. 钻孔灌注桩钢筋笼的制作与安装[J]. 青海交通科技， 2008， （5）.

[7] GB50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S]

[8] 赵继光. 大直径超长桩钢筋笼的制作安装方法[J]. 建筑施工， 2004， 27（9）：27-28.

[9] 邹芳嘉. 对钻孔灌注桩施工中若干问题的分析及处理[J]. 中国科技信息， 2007， （14）：42-42.

[10] 齐淑珍， 贾继国， 张亚力. 浅谈混凝土钻孔灌注桩工艺流程[J]. 水利科技与经济， 2005， 11（7）：445-445.

[11] JGJ 106-2003，建筑基桩检测技术规范[S]

[12] DGJ32/TJ77-2009，基桩自平衡法静载试验技术规程[S]