旋挖钻钻孔混凝土灌注桩质量控制

庞淑梅

[摘 要]本文介绍了旋挖钻机钻孔的施工控制和灌注混凝土的质量控制，以及旋挖钻施工常见事故原因分析和防治措施。

[关键词]旋挖钻机 钻孔 混凝土灌注桩 质量控制

一、前言

XX高速公路W1、W2标段全长60公里。该工程桥梁全部采用钻孔灌注桩基础，含有直径1.2m，1.3m，1.5m，1.8m五种规格，总数940根桩，桩长在25-30米之间。本段桥梁的主要地质分层情况如下：0-18m为含粘土质粉砂层；18－20.5m为砂砾层；20.5－21.5m为卵石层；21.5－29.5m以下为砂砾层。因工程量大，工期短，选用效率高、施工操作简单的旋挖钻机进行桩基成孔作业，以满足工程进度要求。根据本工程的特点和工程量大小，我公司投入2台旋挖钻机 ，一台为中国三一公司生产SR250旋挖钻机、一台德国宝峨公司生产BG25C旋挖钻机。

二、成孔质量控制

旋挖钻成孔效率高，沉渣少，垂直度由旋挖钻机自动监测，但施工中如控制不好，也可能发生孔斜、孔弯、扩孔、缩孔现象，因此要重点做好钻机、护筒定位、泥浆质量控制、钻进速度控制和成孔保护监测工作。

（一）测量定位以及钻机对位精度控制

钻机定位要准确、水平、垂直、稳固，钻杆导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线在同一直线上。钻机就位后，在钻进过程中要防止位移和沉陷，必须保证钻机履带地基坚实稳固，避免施工平台被水或泥浆浸泡；履带要紧固，钻进中不得移动钻机。开钻前可将点位用护桩引到不容易遭到破坏地方，同时在两侧履带有明显标志处外侧地面设参考点，并测量其履带上标高，并在施工过程中经常观察其平面位置和水平位置的变化，一旦发生变化，应根据所引出的护桩重新调整钻头中心坐标。

采用极坐标法，使用电子全站仪和计算机，通过对施工放样的数据进行解析计算，经复核编汇成数据表格；在现场对每个桩位进行计算、定位，定出十字控制线。桩位放线按结构测量标准实施，定位精度为5mm；钻机对位精度控制在10mm以内。

（二）护筒埋置

护筒采用10mm的厚钢板制作，长2.5m和3m。埋置时，使护筒顶高出地下水位1.5-2m且高出地面0.3m，护筒中心与桩位中心的偏差不大于10mm。护筒就位后对护筒垂直度进行调整、加固。

（三）泥浆质量控制

钻斗钻成孔法需在泥浆保护下钻进，但钻头钻进时，每孔要多次上下往复作业，如果对护壁稳定液管理不善，就可能发生坍孔事故。由于钻斗钻成孔法不采用循环法施工，一旦泥浆中含有沉渣，直到钻孔终了，也不能排出孔外，全部留在孔底。若能很好地使用泥浆，能使孔底沉渣大大减少。恰当的泥浆性能对成孔至关重要。

根据工程特点，大直径及超长钻孔灌注桩对泥浆的要求较高，采用具有良好的物理性能、流变性能和稳定性能的泥浆，以满足最容易坍塌的土层孔壁稳定为主要条件确定泥浆的施工配合比。泥浆成分：

粘土：采用粘粒含量大于50%，塑性指标大于20，含砂量小于5%的粘土；掺量为水的8%。

CMC：使地基土表面形成薄膜，降低失水量，掺入量在0.1% 以下；

FCI分散剂：使钻渣颗粒聚集，加速沉淀，控制泥浆变质，掺量0.1-0.3%；

碳酸钠：增加PH值，提高泥浆胶体率和稳定性，降低失水量，掺量0.1%-0.4%。

泥浆护壁是利用泥浆和地下水之间压力差来控制水压力，以确保孔壁稳定，所以泥浆的相对密度起到保持孔壁稳定和压力差的关键作用，如果钻孔中的泥浆相对密度过小，则容易失去阻挡土体坍埸的作用。如果泥浆相对密度过大，则容易使泥浆泵产生堵塞，甚至使混凝土的浇筑产生困难，使成桩质量难以得到保证。

在钻进过程中及时向孔内补充泥浆，泥浆性能指标控制在：比重1.051.15，粘度18-20S，含砂率小于4%，泥浆面应高于地下水位1-1.5m以上，以维护孔壁稳定，同时保证文明施工，不使泥浆外溢。

（四）钻斗升降速度的控制

钻斗在孔内提升过程中泥浆在孔壁和钻斗之间流动，若升降速度过大，则泥浆流动将加大对孔壁的冲刷，并在钻斗底形成负压，容易造成孔壁坍塌，因此需要控制钻斗在空中的提升速度。钻速按以下控制：

桩径（mm）钻斗升降速度(m/s)空斗升降速度(m/s)

1200 ≤0.7 ≤0.8

1300 ≤0.6 ≤0.8

1500 ≤0.6 ≤0.8

（五）清孔

尽量缩短成孔到灌注混凝土的时间。首先做好成孔后各道工序的准备工作。其次加大孔扣钢筋笼连接的人员和设备的投入，必须保证两到三部电焊机同时施焊，缩短焊接时间。再次，加快下导管的速度，可以在下导管前将两到三节导管连接好，减少下导管时的连接次数。

成孔后若来不及灌注时，必须循环孔内泥浆，避免泥浆沉淀。循环泥浆还可以取到清孔的作用。

三、钢筋笼质量控制

钢筋笼整体制作，在骨架上端，根据骨架长度、直径大小，均匀设置吊环；在骨架主筋外侧绑扎控制保护层的混凝土方垫块。

混凝土从导管底口流布出来向上升起时，向下的冲击力转变为向上的顶托力，会使钢筋笼上浮。因此在灌注是应注意防止钢筋骨架被顶托上升：混凝土表面接近钢筋笼底部时，放慢混凝土灌注速度；混凝土表面接近钢筋骨架时，导管保持较大埋深，导管底口与钢筋骨架底端保持较大距离；混凝土表面进入钢筋骨架一定深度后，提升导管使导管底口高于钢筋骨架底端一定距离，但导管埋入混凝土面深度不得小于2m；混凝土表面进入钢筋骨架一定深度后，提升导管使导管埋入混凝土面深度不得小于2m；提拔导管时，始终保持导管位置位于孔中央，防止法兰盘挂钢筋笼。

四、灌注混凝土质量控制

（一）首批混凝土

用导管法灌注水下混凝土时，首批灌注的混凝土始终处于后灌各批混凝土之顶层，并与水或泥浆接触，成为后灌混凝土之隔水保护层，以保证后灌混凝土的质量。因此，要求首批混凝土从灌注开始至灌注完成，应始终保持必要的塑性和流动度，防止粘附于孔壁或钢筋笼上，或被后灌混凝土顶破。所以首批混凝土初凝时间不得早于灌注桩全部混凝土灌注完成的时间。首批混凝土数量应能满足导管初次埋置深度和填充导管底部间隙的需要。导管底离开孔底的间隙为0.2-0.4m，考虑孔底沉渣厚度，按0.4m计算。导管初次埋深大于1.0m。

灌注首批混凝土时应防止由于以下的原因引起导管进水：1、首批混凝土储量不足，不能把导管底口封住；混凝土下落时，导管提升过猛，底口距孔底间隙过大，使混凝土流出导管底口时流速过快，甚至全部流出导管；导管接头不严密。

首批混凝土灌注后导管进水时，应将混凝土拌合物用吸浆泵吸出，改正操作方法，重新灌注。在灌注混凝土面处于井孔水面以下不很深的情况下导管进水时，可采用底塞隔水，重新插入导管灌注混凝土。

（二）灌注混凝土

灌注混凝土时，应保持导管埋深不小于2m，不大于6m。埋深过浅，新灌注的混凝土可能顶破首批混凝土，冒到首批混凝土上面，将受到水洗的混凝土及其上面的泥浆沉淀裹入桩内，形成夹层、断桩；在灌注后期，首批混凝土表面的泥浆沉淀增厚，在探测混凝土表面高度不精确的情况下，容易造成导管提漏、进水，造成夹层、断桩。埋深过大，导管提升费劲，甚至造成埋管事故。

在灌注过程中，用不小于4kg的测锤经常测定已灌混凝土表面标高，据以决定导管埋深和是否需要提升导管。灌注将近结束时，用取样盒取样，鉴定良好混凝土面位置，达到设计标高后才可终灌。灌注的桩顶标高一般应比设计高出不小于0.5-1.0m，于基坑开挖后凿除。

五、旋挖钻施工常见故障、原因

（一）桩孔垂直度超差

桩孔垂直度超差的原因主要是：钻机安装水平倾斜、钻杆不竖直、钻斗底部的截齿或刃角磨损过大或遇到坚硬障碍物使钻斗滑移偏向引起的，因此在钻进时，要检查钻机、钻杆和钻斗，每钻进3-5回次后应调整一次水平、垂直仪器，使气泡居中；保持钻杆竖直；钻斗磨损严重时，及时修理或更换刃具。

（二）塌孔

钻进时，要仔细观察孔内水头，如有水面突然下降，并有大量气泡冒出，则可能孔壁坍塌。如护筒埋置不符合要求、泥浆水头不够、泥浆比重不符、钻速过大、钻进过快、放钢筋笼时碰撞孔壁、地面上有重物或振动都可能引起孔壁坍塌，因此要在施工时应注意护筒埋置、泥浆配置、钻进速度的控制，避免钢筋笼碰挂孔壁，孔的四周尽量不堆放重物，施工时尽量减少振动的影响。

（三）桩端沉渣过多

钻进结束后，应待泥浆充分沉淀后认真清除沉渣。在灌注混凝土前，要检测一定沉淀层厚度，如不符合要求，用泵吸或反循环方式进行处理。

如钻斗底盖闸板封闭不严，装在钻斗底的土砂漏出，可能使泥浆劣化，因此在钻进砂土地层时，必须使用合格的闸板。

如泥浆性能低，沉渣与混凝土的互换作用不好，导致桩端沉渣过多。泥浆的配置和监测必须规范进行。

（四）断桩

断桩的主要原因是灌注混凝土的时间失控，混凝土质量失控或泥浆与混凝土置换性不够好造成。因此，在灌注时，要控制混凝土的灌注时间，确保混凝土的质量，按规配置泥浆，防止断桩事故。

六、结束语

（一）旋挖钻成孔速度快，成孔后，应尽快灌注混凝土，防止孔壁浸泡时间过长而坍孔。

（二）旋挖成孔水下灌注混凝土桩工艺复杂，影响成孔和成桩质量的因素很多，如果出现断桩事故，较难处理，因此施工负责人要做好人员、材料、机械的组织安排，技术负责人做好技术交底，现场人员要加强责任心，按要求进行现场监测，做好施工记录，如有异常现场，要及时汇报施工负责人，及时采取措施处理。

参考文献

[1]公路桥涵施工技术规范，JTJ041-98

[2]蒋东元，旋挖成孔灌注桩施工技术，施工技术，2006，（6）