钻孔灌注桩基础施工质量控制和处理措施

广东冠粤路桥有限公司，广东 广州 511450

钻孔灌注桩适用于大多数较为复杂的地质情况的施工，但是无法直接观察其施工过程，成桩后也不能开挖验收，因此钻孔灌注桩是易出现质量问题的基础形式之一。

钻孔灌注桩技术优势虽然比较多，但是因地质情况较为复杂，也会经常出现技术问题，比如孔壁坍塌、桩基缩径、钢筋笼上浮、断桩、桩身混凝土质量差等问题，因此在实际施工过程中要严格按照相关流程严把质量关，确保施工的顺利完成。

1 钻孔灌注桩施工

1.1 施工工艺流程

机械平台搭设→施工放样→架设钻机设备、打入护筒→成孔→清孔底沉渣→检验孔深→钢筋笼安装就位→冲渣清孔→导管安装→混凝土浇筑→质量检验。

1.2 施工机械和方法的选择

根据钻渣取出方法的不同，钻孔具体可分为螺旋钻孔、正反循环回转钻孔、潜水钻机钻孔、冲抓钻孔、旋挖钻机钻孔以及钢丝绳式冲击钻孔。冲击钻成孔灌注桩适用于黄土、黏性土或粉质黏土和人工杂填土层，特别适合在有孤石的砂砾石层、漂石层、硬土层、岩层中使用。

泥浆是冲击钻成孔的关键点之一，钻孔泥浆具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具、增大静水压力、在孔壁形成泥皮、隔断孔内外渗流、防止塌孔的作用。泥浆含沙量一定要小，且泥浆的稠度要适宜，稠度太高则钻孔速度慢，太低则容易塌孔。

1.3 测量放样方法的选择

测量需要设置三角闭合测量控制网，按照施工规范的相关要求，需要对每个测量点进行复核测量，采用坐标放样对桩基进行定位放样，并且设置明显的控制点，以便随时进行复核。

1.4 桩基护筒的埋设

按照实际地质情况需要对桩基上部埋设钢护筒，以保证桩口孔壁的稳定，通常钢护筒每节段长2m，对于有流沙或上部地质情况较差的需要加长护筒，护筒外侧刃角每隔2m架设1道钢板箍进行加强。

2 钻孔桩质量控制

文章以云浮罗定至茂名信宜（粤桂界）高速公路TJ14标（K111+620～K122+600）围垌大桥9#摩擦桩桩基为例。该桩基所处位置地势较为平坦，地面高程起伏变化较小，为了加快施工进度，保证施工作业质量，此项目选用冲击钻机进行成孔作业。该桩基地质分布如图1所示。

图1 围垌大桥9号摩擦桩桩基地质情况示意图（单位：m）

2.1 桩基桩位放样

利用布设的测量控制网对桩基的中心进行放样，定位护筒位置并进行打设，护筒打设完毕后对桩位进行检查复核，以保证桩位精确。

2.2 桩孔泥浆制备

根据桩的钻孔土样报告和实际地质情况可知，该桩基上层主要是粉质黏土和全风化花岗岩，在桩基钻进过程中每半小时测定一下泥浆比例，根据现场实际捞渣情况及时调整泥浆比重。此次泥浆指标要求如下：泥浆相对密度为1.10～1.35，泥浆稠度为18～24Pa·s，泥浆胶体率不小于95%，含砂率不大于4%，pH值大于6.5。

2.3 施工过程中成孔问题及应对措施

（1）护筒出现位移或倾斜，护筒下沉并冒水，造成孔位偏斜甚至影响施工。①原因：土体软弱，承载力差，护筒周边土体密实度不够，护筒埋设后水位压力差导致护筒受力不均匀。②应对措施：护筒坑底和四周换填黏土夯实，在护筒周边适当高度设置泄水孔保证内外水位压力平衡；开始钻进宜慢不宜快，因为护筒刃脚周围土层密实需要反复冲击挤压密实。

（2）桩孔的孔壁在成孔过程中或成孔以后部分桩体由于夹层等原因出现塌孔现象，泥浆有气泡冒出或护筒泥浆水位突然下降，很有可能出现了塌孔。①原因：出现此问题大多是由于泥浆配比不合适或地质情况不好，有夹层；护筒埋设不到位，筒内水位不高就会在钻机提钻后水位下降导致孔内上部塌孔，钻机钻头在提升较快时也会引起灌注桩塌孔；成孔后，对钻孔进行检测时停留时间过长或在钢筋笼下放过程中对桩孔壁的扰动都可能造成塌孔。②应对措施：土质松散时要将土体压实，改进泥浆的比重和稠度；加长护筒伸入土质较坚硬的土层；在钢筋笼制作过程中，要保证钢筋笼外观平整，防止钢筋笼变形等情况的发生；吊装时钢筋笼垂直进入孔内，尽可能避免对孔壁形成冲击碰撞；从成孔到灌注应控制在相应规范允许的时间范围之内。

（3）桩孔在成桩过程中部分截面孔径缩径。①原因：泥浆的比重和稠度较小，使周边土吸水量增加引起膨胀，孔壁边部土体疏松，或由于临近桩基施工引起桩孔内土层扰动产生缩径。②应对措施：泥浆应严格按照要求配制，控制好泥浆的比重和稠度，降低泥浆的失水率；当桩间距小于相应规范允许的最小间距时，需间隔1～2根桩基进行跳打，并严禁相邻桩基同时进行施工。

（4）桩孔出现倾斜或弯曲现象，垂直度不满足相关要求。①原因：桩基作业场地不平整或钻机在钻进过程中机架不稳导致产生晃动，打孔过程中锤不能稳定落下，造成桩孔护筒的偏斜和孔位偏斜，再加上地层孤石或地下障碍物的影响，使钻孔的垂直度不满足要求。②应对措施：钻机施工前需对场地进行平整压实，以保证作业机械在作业过程中安装稳固；冲孔作业过程中每2～3m观察孔位的变化，若钻孔较深且孔位偏差较大，需要回填后重新冲击成孔。

（5）孔底残留的泥沙层过厚。①原因：泥浆配比不满足孔壁稳定的稠度要求，清孔不彻底、清孔后静置时间太长等，都是导致桩基浇筑沉渣太厚的原因。②应对措施：严格按照要求进行泥浆配制；桩基成孔完成后，需对孔底沉渣进行置换，其中抽浆法清孔较为彻底，不能用加深钻孔深度的方式代替清孔；尽可能在成孔后快速浇筑桩体。

2.4 桩基础的质量控制

（1）钢筋笼上浮。①原因：混凝土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。②应对措施：浇筑混凝土前，应将钢筋笼固定在孔位护筒上，当混凝土上升到接近钢筋笼下端时，应放慢浇筑速度，减小混凝土面上升的动能作用，以免钢筋笼被顶托而上浮；当钢筋笼被埋入混疑土中有一定深度时，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有一定距离时再按正常速度浇筑，通常情况下，可防止钢筋笼上浮。

（2）断桩。①原因：混凝土坍落度太小，骨料太大，运输距离过长，混凝土和易性差，使导管堵塞，疏通堵管再浇筑混凝土时，中间就会形成夹泥层；计算导管埋管深度时出错，或盲目提升导管，使导管脱离混凝土面，再浇筑混凝土时，中间就会形成夹泥层；钢筋笼将导管卡住，强力拔管时使泥浆混入混凝土中；导管接头处渗漏，泥浆迸入管内，混入混凝土中；混凝土供应中断，不能连续浇筑，中断时间过长，造成堵管事故。②应对措施：混凝土配合比应严格按照有关规范进行设计，并经常测试坍落度，防止导管堵塞；严禁不经测算盲目提拔导管，防止导管脱离混凝土面；钢筋笼主筋接头要焊平，以免提升导管时法兰挂住钢筋笼；浇筑混凝土应使用经过检漏和耐压试验的导管；浇筑混凝土前应保证混凝土搅拌机能正常运转，必要时应有1台备用搅拌机作应急之用。③处理方法：当导管堵塞而混凝土尚未初凝时，可吊起导管，再吊起一节钢轨或其他重物在导管内冲击，把堵管的混凝土冲散或迅速提出导管，用高压水冲掉堵管混凝土后，重新放入导管浇筑混凝土；当导管被钢筋笼挂住时，如果钢筋笼埋入混凝土中不深，可提起钢筋笼，转动导管，使导管脱离。

（3）桩身混凝土质量差。①原因：浇灌混凝土时未边灌边振捣，使桩身混凝土不密实；浇灌混凝土时或上部放钢筋笼时，孔壁土塌落在混凝土中，造成桩身夹泥；混凝土配合比坍落度掌握不严，下料高度过大，混凝土产生离析，造成桩身级配和强度不均匀。②应对措施：浇灌混凝土时应边灌边振捣；浇灌混凝土或上部放钢筋笼时，注意不要碰撞土壁，造成土体塌落；严格控制混凝土的配合比和坍落度，浇灌混凝土时设置串筒下料，防止混凝土产生离析现象。

3 工程计算分析

3.1 桩基计算理论

（1）桩基设计基本要求：桩基需要有足够的承载力来承担上部荷载，并且桩基的位移、挠度、沉降都需要满足变形要求，以保证桥梁整体结构的稳定。

（2）施工结合设计过程控制：桩基的设计荷载一般包含桥梁的永久荷载、可变荷载及偶然荷载。在设计计算过程中通常按照承载力的荷载组合和沉降荷载组合两种方式进行计算，如果桩基部位土层是较为松散不密实土，计算时按照桩体负摩阻力进行考虑。根据地质勘察土样结果绘制相应桩基在不同深度对应的土样性质，然后根据土样的相关参数计算桩基对应的摩擦力。在施工过程中通常会出现实际地质情况与设计出现偏差的情况，需要根据现场实际情况及时对桩基做相应的调整。

3.2 桩基荷载基本理论

桩基荷载在横向力、轴向力、力矩作用下产生位移，桩体主要受力是竖向荷载引起的桩侧土摩阻力和桩底应力，桩侧土的横向应力σzx指深度为Z处的横向应力，σzx取决于桩体刚度、土体性质、桩体截面性质、桩间距及荷载等因素。桩基岩土受力基础变化曲线如图2所示。

图2 岩土抗力及基础受力变化

桩基成孔后地面会受局部冲刷，上部摩阻力会受到影响，桩基轴向受力随深度增加而变化，以下为摩擦桩摩阻力分布计算。当桩体为打入桩时，桩体摩阻力呈现三角形受力分布；当采用钻孔桩时假定为均匀分布状态，并假定为纯摩擦桩。

式中：Se为桩身弹性压缩变形，m；p为上部荷载，kN；EA为桩体抗压强度，kN；ε为桩体不同深度的摩擦系数，端承桩一般取1.0，桩体为打入摩擦桩时取1/3，钻孔摩擦桩时取1/2；l0为地面或冲刷线以上桩长；l为地面或冲刷线以下桩长。

轴向刚度系数分布如图3所示。

图3 轴向刚度系数分布图

4 结论

在桥梁桩基础施工中，冲击钻孔灌注桩使用较多，现场施工人员要严格按照施工程序进行桩基施工质量的控制，并密切关注经常出现的灌注桩问题，制订好施工预案。

（1）文章对冲击钻孔灌注桩的施工过程进行了阐述，并对冲击钻孔灌注桩施工质量控制因素进行了系统分析，根据现场实际施工过程，逐一分析可能出现的各种质量问题，并提出了对应的处置方案，以供冲击钻孔灌注桩施工参考。

（2）文章对桩的受力进行了分析，根据桩体的受力理论和计算方法研究，总结出了施工的桩体实际受力和应力分布状态，利用最常用的摩擦桩受力理论对桩受力分布及参数选取方法进行了说明，得出钻孔灌注桩摩擦系数取1/2，预制摩擦桩的摩擦系数取1/3。