钻孔灌注桩施工技术分析与应用

田成瑞

（山西长兴路桥工程有限公司，山西 长治 046000）

在公路工程桥梁基础中，钻孔灌注桩已被广泛应用，因为它具有施工简单、易操作、速度快、承载力大等优点。但在施工过程中工艺环节较多，如测量、机械操作、钢筋加工、砼拌制和灌注等多种工作，技术含量高、影响因素多，一环不慎，便会有质量事故发生，因而需要加强对施工准备、成孔、清孔、下钢筋笼、灌注水下砼等施工过程进行质量监控，采取各种有效预防措施，保证或提高钻孔灌注桩的成桩质量。

1 工艺流程及施工准备

1．1 工艺流程

施工前必须全面撑握钻孔灌注桩的施工工艺，因钻孔设备不同其施工工艺流程也不一样，现以冲击钻机成孔为例，其主要施工工艺流程为：场地平整→孔位测定→护筒埋设→钻机就位→开钻成孔→提钻→第一次清孔→检孔→钢筋笼吊放→下导管→第二次清孔→水下混凝土灌注→提拔导管→成桩。

1．2 主要准备工作

（1）认真编写施工组织设计。工程开工前，施工单位应提前向监理部报送施工组织设计（专项施工方案）进行审查，其中包含施工方法、主要技术指标及控制措施。经监理工程师审核后完善施工组织设计方案。

（2）认真把好测量定位关。测量定位是整项工作的关键，在思想上必须有足够重视，是关系到孔位的准确性，钻孔的垂直度及基准面的标高。施工单位在具体操作过程中，必须严格按三检制的要求层层落实，及时与监理方沟通，与监理方认真复核、验收相结合，严格控制偏差在设计或规范允许范围内。

（3）细心把护筒、钻机安装稳固、准确。护筒有固定桩位、钻孔导向、保护孔口和隔离孔内外表层水的作用。在制作过程中要求坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便和能重复使用等功能。一般采用带法兰的钢质护筒，由3mm～5mm厚钢板制作，在护筒外侧上、中、下部各焊一道加劲肋增加刚度，防止变形，形状可以做成整体或两半圆。埋置时应保证平面位置正确，偏差不得大于5 cm，且高出施工最高水位1．0m～2．0m；在水下埋设的护筒应沿着导向架借助自重、射水、震动或锤击等方法将护筒下沉至稳定深度。钻机是钻孔、吊放钢筋笼、灌注混凝土的支架，要安装稳定、安全。应能承受钻具和其它辅助设备的重量，并具有一定的刚度，在钻孔中或其它操作时，不易产生晃动，高度由钻具长度和钢筋骨架节长度决定，一般为8m～12m；底盘的长度应根据高度稳定性决定。主要受力构件的断面尺寸，由施工中出现的最大负荷计算决定，安全系数不宜小于3。在钻孔过程中，成孔中心必须对准桩位中心，钻机架必须保持平稳，不发生位移、倾斜和沉陷；安装就位时，详细测量后底座用枕木垫实塞紧，顶端用缆风绳固定平稳，并在钻孔过程中经常检查，以保证转盘面水平、钻机机架垂直，进而确保桩身的垂直度和孔径。

2 钻孔质量控制

首先应根据孔径和孔位所在的地质情况，选用钻机型号和性能，选择合适的钻锥。在钻孔过程中，应采取减压钻进，孔底承受的钻压不能超过钻杆、钻锥和压块重量之和的60%，以避免和减少斜孔、弯孔和扩孔现象。在成孔时应尽量避免孔底沉渣过多、孔壁坍塌、扩径和缩径等不良现象来影响桩基承载能力。其控制方法如下：

2．1 孔底沉渣控制

孔底沉渣是影响桩承载能力的重要因素，按规定，水下砼灌注摩擦桩桩底沉渣厚度应≤0．5D，但在实际施工过程中，常有桩底沉渣不能满足要求的现象发生，主要原因是泥浆性能不符合要求（主要指标是泥浆比重和黏度）。实际施工时，施工单位应根据当地的地下水位高低和地层稳定情况来确定泥浆的比重和黏度，切勿盲目设置。若泥浆设置过稀，则携渣能力不够；若泥浆设置过稠，则孔壁会形成一层厚厚的泥皮，降低了摩擦桩的承载力。第一次清孔时必须不断补充新鲜泥浆，将孔内含砂量大、性能差的泥浆置换出来；二次清孔时宜用泵吸及循环清孔（若采用正循环清孔，要排出岩渣和泥团，须加大泥浆比重和黏度，并且清孔的速度慢）。钻孔结束后，应对终孔进行验收，须严格检钻头或测绳长度的准确性，杜绝以超深来抵消孔底淤积。

2.2 孔壁坍塌控制

出现未知的不良地质情况、钢护筒未按规定埋设、泥浆黏度不够、护壁效果不佳、孔口周围排水不良或下放钢筋笼及升降机具时碰撞孔壁等，都能产生孔壁坍塌、堆钻、卡钻事故。为解决和避免此类现象：首先，必须熟悉工程地质报告，对钻孔的地质情况做到心中有底。其次，按规定埋设钢护筒，保证孔口排水良好；钢筋笼焊接牢固、成笼圆直，下放时必须保持顺直，防止偏斜。再次，出现特殊地层时采用优质冲洗液护壁，或用正循环钻进、反循环排渣来抑制不稳定段地层的坍塌。最后，在不稳定的地层中，不要过早换浆，可在下完钢筋笼后第二次清孔时替换高比重的泥浆，并及时灌注混凝土，减少沉渣时间，确保桩身质量。

2．3 扩径和缩径控制

扩径、缩径都是由于成孔直径不规则出现扩孔或缩孔及其他不良地质现象引起的。扩孔一般是钻头振动过大、偏位或孔壁坍塌造成的；缩径是由于钻头磨损过甚、焊接不及时或地层中有遇水膨胀的软土、黏土泥岩造成的。扩径会增加砼灌注量，缩径会减小桩的承载能力，故必须采取有力措施加以控制。为避免扩径现象：首先，应先检查钻机是否固定、平稳，采用减压钻进，防止钻头摆动或偏位，成孔过程中要徐徐钻进，以利形成良好的孔壁。其次，要始终保持适当的泥浆比重和足够的孔内水位，确保孔内泥浆对孔壁有足够的压力。为解决缩径现象，工作人员应及时详细了解地质资料，判别是否有遇水膨胀等不良土层。如有应采用失水率小于3mL／30min～5mL／30min的优质泥浆进行护壁，经常校正钻头直径，确保钻头直径比成孔直径小于20mm～25mm。

3 砼灌注质量控制

3．1 灌注前质量控制

（1）原材料控制。在工程中所采用的原材料质量必须进行严格控制，特别是黄砂要过筛去除各种杂质，细度模数符合规范要求；碎石要冲洗干净，级配符合设计要求。水泥要正规厂家生产，三证俱全。待黄砂、碎石、水泥符合试验要求后方可使用，拌制时须严格按试验单中配合比配制，决不能有一丝马虎。

（2）主要环节控制。对各项操作机械均需进行严格检查，包括：漏斗底口的隔水设施、翻斗车的性能、搅拌机的试运转、吸泥泵、清水泵、高压水管及备用发电机等各种处理故障的设备，以防万一。导管使用前应分清长短、分别编号，以利于计量埋深值，每次浇筑卸管后均应立即冲洗干净。按《规范》要求，首批混凝土的数量应满足导管初次埋置深度≥1．0m，因而须准确计量导管上口漏斗的斗容量。容量不够的，应及时采取措施加以调整，保证首灌混凝土的冲击力和排淤能力。开浇前还应测量孔底沉淀厚度，保证不大于规定值。如果超过规定值，应再次清孔。

3．2 灌注过程中的质量控制

（1）坍落度控制。混凝土的坍落度对成桩质量有直接影响，坍落度合理的混凝土应是拌和均匀、和易性好、内阻小、初凝时间长、润滑性好且有较好的触变性能，它可有效地保证混凝土灌注性、连续性和密实性，一般控制在18 cm～20 cm的范围内。根据经验，除首批混凝土数量满足埋深要求外，可适当增加一点水泥量及含砂量，以保证其和易性和流动性，使以后浇入的混凝土容易顶升；若首批混凝土的初凝时间早于灌注全部砼所需的时间，则首批混凝土中还得掺入缓凝剂，以保障质量。

（2）导管埋深控制。导管底端在混凝土面以下的深度是否合理关系到成桩的质量，必须予以严格控制，提升时须符合以下原则：①每次卸掉的导管长度应和浇入的混凝土上升高度相对应；②必须保证导管埋深在2m～6m范围内。这就要求我们每次下料后，都应准确测定混凝土面的上升高度，计算导管埋深，从而确定导管拆卸的节数并作好拆卸记录，防止导管拔出砼面而成断柱。

（3）钢筋笼上浮控制。在混凝土浇至钢筋笼位置时，应放慢混凝土浇筑速度，使导管有较大的埋深，待混凝土表面进入钢筋骨架一定深度后，再提升导管口控制在最小埋深，使导管口高于钢筋笼底骨架一定距离继续灌注，防止钢筋笼被顶托上升。

（4）桩顶质量控制。《规范》规定桩顶标高应预加0．5m～1．0m，需开挖基坑后凿除质量不高的一部分桩头，进而保证桩顶设计标高和桩身砼质量。在灌注桩施工中，要想保证桩头的质量，必须控制好最后一次灌注量，桩顶不得偏低，凿出浮浆高度后必须保证暴露的桩顶砼达到设计强度值。

4 常见故障及处理

4．1 桩基处理的原则及程序

（1）处理前应具备的条件：①事故性质和范围清楚；②目的要明确，应有预定处理方案；③参加的人意见基本一致，并确定处理方案；④设计人员认可签字。

（2）事故处理应满足的基本条件：①对事故处理方案要求安全可靠，经济合理，施工期短，方法可靠；②对未施工部分应提出预防和改进措施，防止事故的再次发生。

（3）事故应及时处理，防止留下隐患：①桩成孔后，应检查桩孔嵌入持力层深度，岩石强度，沉渣厚度，桩孔垂直度等数据必须符合设计要求，只要有一项不符合设计要求，就应及时分析解决，建设单位代表签字认可后，方能灌注混凝土、移动钻机，防止以后提出复查等要求而产生不必要的浪费。②基坑开挖前必须全面检查成桩记录和桩的测试资料，发现质量上有争议问题，

（4）应考虑事故处理对已完工程质量和后续工程方式的影响。如在事故处理中采取补桩时，会不会损坏混凝土强度还较低的邻近桩。

（5）选用最佳处理方案。桩基事故处理方法较多，但对方案要进行技术经济比较，选择安全可靠，经济合理和施工方便的方案。

4．2 桩基事故的常用处理方法

常用方法有接桩，补桩，补强，扩大承台（粱），改变施工方法，修改设计方案等。下面结合事故发生的原因分别介绍几种方法的应用情况。

（1）接桩法。当成桩后桩顶标高不足，常采用接桩法处理，方法有以下二种：①开挖接桩。挖出桩头，凿去混凝土浮浆及松散层，并凿出钢筋，整理与冲洗干净后用钢筋接长，再浇混凝土至设计标高。②嵌入式接桩。当成桩中出现混凝土停浇事故后，清除已浇混凝土有困难时，可采用此法。

（2）补桩法。桩基承台（梁）施工前补桩，如钻孔桩距过大，不能承受上部荷载时，可在桩与桩之间补桩。

（3）钻孔补强法。此法适应条件是基身混凝土严重蜂窝，离析，松散，强度不够及校长不足，桩底沉渣过厚等事故，常用高压注浆法来处理，但此法一般不宜采用。高压注浆补强。桩身混凝土局部有离析、蜂窝时，可用钻机钻到质量缺陷部位下一倍桩径处，进行清洗后高压注浆。桩长不足时，采用钻机钻至设计持力层标高；对桩长不足部分注浆加固。

（4）扩大承台（梁）法。①桩位偏差过大，原设计的承台（梁）断面宽满足不了规范要求，此时采用扩大承台（梁）来处理。②考虑桩上共同作用，当单桩承载力达不到设计要求，可用扩大承台（梁）并考虑桩与天然地基共同分组上部结构荷载的方法。需要注意的是在扩大承台（梁）断面宽度的同时，适当加大承台（梁）的配筋。

（5）改变施工方法。桩基事故有些是因为施工顺序错误或方式工艺不当所造成，处理时一方面对事故桩采取适当的补救措施；另一方面要改变错误的施工方法，以防止事故的发生。常用的方法有以下两种。①改变成桩施工顺序。如桩布置太密不便施工时，可采用间隔成桩法。②改变成桩方法。如成孔桩出现较大的地下水时，采用套管内成桩的方法。

在施工前，施工人员要认真学好专业基础知识，自觉实践，一丝不苟，认真总结，正确应用有关规范；熟悉地质资料、设计图纸、相关文件及各项技术要求，不断提高自身的业务素质和技术水平，抓好施工准备、成孔、清孔、水下砼灌注等各个环节的质量控制，采取各种有效的措施，保障灌注桩的成孔质量。