桥梁钻孔灌注桩的施工质量控制

吴胜婕

摘要：钻孔灌注桩是桩基础中常见的一种形式，广泛应用于房屋建筑、桥墩基础的施工，其具有施工速度快、噪声小、承载力大等优点。但钻孔灌注桩施工环节较多，容易出现桩位偏差过大、孔底沉渣偏多、埋管、钢筋保护层不足、桩体砼离析、断桩、桩烂心等质量问题。这些质量问题往往使成桩难以满足设计要求，且补救困难，因而严格控制钻孔灌注桩的施工质量是整个施工过程中的一个重要环节。

关键词：桥梁钻孔灌注桩；施工质量控制

中图分类号：TU71文献标识码：A

工程案例

某工程基本情况：主引桥1座，全长567.194m，共分5跨；匝道桥4座，总长1517.769m。据钻探勘察报告，桥梁施工场地土层自上而下依次为杂填土，粘土，淤泥质粘土，淤泥质粉质粘土，粉质粘土，含粘性土粉砂，粉质粘土，粘土，粉质粘土，细砂，粉质粘土，中砂，粉质粘土，粘土，粉砂。工程所采用桩基础主要为直径φ1200mm的钻孔灌注桩，平均设计桩长为60m，混凝土的设计强度为C25。

2、钻孔灌注桩施工过程前的质量控制

在准确放样的前提下埋设护筒，埋设护筒的方法和要求，《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-89）（以下简称《规范》）已作出了较详细的规定。如果钻孔是在陆地上进行的，则一般采用挖坑法，比较简单易行；如果钻孔在水上进行，则护筒埋设采用锤击打入的方法，比较快捷稳妥，前提条件是均要在护筒上口作好桩中心标记，以便钻机对中。钻孔对中过程中，比较易忽视的就是钻机底座的水平问题，这在一般成套设备中因为有液压调整装置，问题不大，只要注意就行了；而在自制的钻孔设备中，由于没有水平调整装置，再加上有时在水上搭设平台，平台本身即与水平面不平行，致使钻杆夹具无法保持水平，引起钻杆的不垂直，从而影响灌注桩的垂直性。尽管此时钻头中心与护筒所标设的桩中心重合，而实则桩位已偏斜。因此在对位及钻孔过程中，均应观测调整钻机的水平和垂直度。

在该工程主引桥钻孔灌注桩施工中的某桩，出现了护筒外壁冒水，引起地基下沉，护筒倾斜和移位，造成了钻孔偏斜。通过检查，发现原因是埋设护筒时周围的土体不够密实，护筒水位差太大所致，经过及时调整，才使工程得以顺利进行。造成护筒壁冒水的主要原因有这几种：埋设护筒的周围土体不够密实，或护筒水位差太大，或钻头起落时碰撞。 其防治措施有：在埋筒时应选用最佳含水量的粘土分层夯实，在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持1.01.5米的水头高度，钻头起落时，应防止碰撞护筒，发现护筒冒水时，应立即停止钻孔，用粘土在四周填实加固，若护筒严重下沉或移位时，则应重新安装护筒。3、灌注桩施工中的质量控制及防治

3.1成孔后孔底沉渣量的控制

该工程某号灌注桩施工完成后，桩设计承载力为2000kN，实施荷载试验时，当外荷载加至1400kN，桩就出现大量沉降，经施工人员多方面证实是因为桩端沉渣量过多，导致该桩失效，亦影响其它桩的评定。孔底沉渣是影响桩承载能力的重要因素，有关规范规定，水下灌注桩桩底沉渣厚度对端承桩不得超过100mm、磨擦桩为300mm，但在施工过程中，常有不少灌注桩的桩底沉渣仍满足不了此要求，其原因，主要是由于泥浆性能不符合要求，影响钻孔灌注桩成桩质量的泥浆的性能指标主要是比重和粘度，若泥浆过稀，则携渣能力不够，若泥浆过稠，则孔壁会形成一层厚厚的泥皮，无形之中减少了桩径。泥浆的比重、粘度应根据地下水位高低和地层稳定情况等进行确定，如地下水位较高，容易坍塌，泥浆比重、粘度可大些，但不宜过大，比重以1.1～1.2、粘度为18～25s为宜。钻孔结束后，监理人员应要求施工单位在进行一次清孔的同时必须不断地补充新鲜泥浆，将孔内含砂量大、性能差的泥浆置换出来；二次清孔时宜采用泵吸反循环清孔，若采用正循环清孔，要排出岩渣和泥团，须加大泥浆比重和粘度，且清孔的速度要慢。钻孔完毕后监理人员必须对终孔进行验收，根据钻杆和钻头或测绳的总长度和上部剩余长度检查终孔深度；要严格检测钻杆和钻头或测绳长度的准确性，杜绝以超深来抵消孔底淤积。

由于清孔时利用大功率的泥浆泵翻腾底部沉渣形成上升力，并利用泥浆的浮力将沉渣排出。因此检查沉渣厚度前须关闭泥浆泵切断排渣动力，并等待510min使底部较大颗粒的沉渣沉积，再使用测锤检测沉渣厚度。由于使用原土造浆，泥浆的胶体率相对较差，会在较短时间内使泥浆悬浮颗粒沉淀增大沉渣厚度。应在清孔结束30分钟之内灌注混凝土，否则应重新检测沉渣厚度，不符合要求的须重新清孔排渣。建议泥浆检测顺序依次为：关闭泥浆泵－测泥浆比重－测含砂率－测粘度－测沉渣厚度。

3.2孔壁坍塌控制

3.2.1、泥浆护壁技术

冲击钻孔，冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工技术。

该施工技术的过程是：场地平整→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒→检查质量。

泥浆护壁是钻孔灌注桩施工技术关键之一。泥浆护壁的好坏直接关系到钻孔灌注桩的质量。泥浆护壁按土层的性质可以用原土造浆，即钻孔时直接注人清水使之与原位的粘土混合成护壁泥浆，也可用人工制备的泥浆。在砂层、砂夹层等易塌孔的土层中钻孔，应当用人工制备的特殊泥浆。在该工程某小桥的钻孔灌注桩施工过程中，大量的粘土从桩底排出来，经质检人员检测后，与清水混合成护壁泥浆，这样一来，既经济，又可就地取材，大大加快了工程的进度。泥浆的作用是护壁、携砂、冷却钻头和润滑，其中护壁和携砂是主要的。注入干净泥浆的比重应控制在1.1g/cm3左右，泥浆稠度过大会影响钻进速度，而泥浆过稀则不利于护壁和排渣。排出泥浆的比重应控制在1.21.4 g/cm3左右；当穿过砂夹卵石层或容易塌孔的土层时排出泥浆的比重可增大至1.31.5 g/cm3。泥浆除控制比重外，还应定期测定它的粘度。在不同的土层中钻孔，泥浆粘度要求是不同的，在混有砂土的淤泥层中，合适的泥浆粘度为2023s；在砂土中为2345s；在沙砾层中大于45s。

3.2.2、孔壁坍塌控制

孔壁坍塌一般是因预先未料到的复杂的不良地质情况、钢护筒未按规定埋设、泥浆粘度不够、护壁效果不佳、孔口周围排水不良或下钢筋笼及升降机具时碰撞孔壁等因素造成的，易造成埋、卡钻事故，应高度重视并采取相应措施予以解决。监理人员首先应认真审阅场地工程地质勘察报告，对地层情况做到心中有数；其次必须严格要求施工单位按规定埋设钢护筒，保证孔口排水良好，下设钢筋笼及升降机具要防止偏斜；再者，在特殊地层钻进应要求采用优质冲洗液护壁，同时也可采用正循环钻进、反循环排渣的作法来抑制不稳定段地层的坍塌；最后，在不稳定地层中，换浆不要过早，可在下完钢筋笼后进行二次清孔时替换掉高比重泥浆后，要督促施工单位及时灌注混凝土，减少沉渣时间，以保证桩身质量。

3.3、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它不良地质现象引起的，扩孔一般是由钻头振动过大、偏位或孔壁坍塌造成的，缩孔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、粘土泥岩造成的。缩径会减少桩的竖向承载力，而扩径会增加成本，必须采取有力措施予以控制。为避免扩径的出现，监理人员应检查钻机是否固定、平稳，要求减压钻进，防止钻头摆动或偏位，在成孔过程中还应要求徐徐钻进，以便形成良好的孔壁，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，成孔尤其是清孔后应督促施工单位尽快灌注水下混凝土，尽可能减少孔壁在小比重泥浆中的浸泡时间；为避免缩径的出现，钻孔前监理人员应详细了解地质资料，判别有无遇水膨胀等不良地质条件的土层，如有应要求施工单位应采用失水率＜3～5 ml／30 min的优质泥浆进行护壁，经常对钻头的直径进行校正，钻头直径一般比所需成孔直径小20～25 mm为宜。

3.4、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质量，必须予以严格控制。监理人员应要求施工单位在开浇时，料斗必须储足一次下料能保证导管埋入混凝土达1.0m以上的混凝土初灌量，以免因导管下口未被埋入混凝土内造成管内反混浆现象，导致开浇失败；在浇注过程中，要经常探测混凝土面实际标高、计算混凝土面上升高度、导管下口与混凝土面相对位置，及时拆卸导管，保持导管合理埋深，严禁将导管拨出混凝土面，导管埋深一般应控制在1～6 m，过大或过小都会在不同外界条件下出现不同形式的质量问题，直接影响灌注桩的质量。

3.5、钢筋笼上浮控制

钢筋笼的尺寸及焊接质量。下钢筋笼之前应检查保护块是否安放到位，核对每节钢筋笼的长度。严格控制钢筋的焊接质量。冬季施工时气温较低，焊接质量会受影响(钢筋脆性增大)，故应特别重视。

在灌注混凝土前，钢筋笼自重与悬吊力形成平衡状态，在混凝土灌注过程中，由于下列原因引起钢筋笼上浮：①钢筋笼在孔口固定不牢固或提升导管用力过猛，将钢筋笼钩挂；②混凝土面到达钢筋笼底面时，导管埋深过浅，灌注量过大或混凝土面超过钢筋笼底一定高度时，导管埋深过大；③混凝土质量差，对于易离析、坍落度损失大的混凝土，都易使钢筋笼上浮，解决的办法是操作要正确、确保混凝土质量及加快混凝土灌注。另外，监理人员还应要求施工单位做好如下控制措施：①在钢筋笼上加压重物，并在上端加焊4根较粗钢筋（20以上）固定在钢护筒顶部施工平台上；②用细钢筋在钢筋笼上加焊防浮倒刺；③当混凝土上升至钢筋笼底部附近时，小步提升导管以保持较小的埋管深度（≥1．5 m），并稍稍减缓混凝土的灌注速度。

3.6、桩头质量控制

有关规范规定当凿除桩顶浮浆层后，应保证设计的桩顶标高及桩身混凝土质量。在钻孔灌注桩施工中，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混凝土达到设计强度值，这就要求灌注混凝土的高度要超过桩顶标高。在实际施工中，超灌量控制不当是经常存在的问题，超灌量过大，造成浪费，超灌量不足，桩质量不能得到满足。另外，在开挖桩头检测时发现，由于桩顶混凝土与孔内泥浆有直接接触，里面有时会裹有泥砂和浮浆等杂质，对桩头质量产生极大影响。监理人员必须重视影响桩头质量的因素，要求施工单位采取如下控制措施：①严格成孔工艺，清孔彻底，采用正确的水下混凝土灌注工艺，使钻渣、泥皮被顶起至桩顶，在桩头形成较厚的浮浆层；②施工中应测准混凝土上升面标高；③应确定合理的超灌量，根据浮浆层厚度及桩顶标高附近的工程地质情况，宜取0．5～1．0 m的超灌高度；④清孔泥浆要满足要求，灌注混凝土前，要进行孔底泥浆取样，孔底50 cm范围内的泥浆比重≤1．25、粘度≤28 s；⑤在混凝土灌注过程中，尽量少上下活动导管，导管埋深要在1～6 m范围。

4、结论

钻孔灌注桩的整个施工过程属隐蔽工程项目，而且在桥梁工程中其质量的控制非常关键。钻孔灌注桩的整个施工过程属隐蔽工程项目，而且在桥梁工程中其质量的控制非常关键。在组织钻孔灌注桩施工的关键几个工作是施工方法确定、施工机械的选型、施工现场的布置、钻孔、清孔和灌注水下混凝土。因此，应随时做好各项技术指标和技术参数的检测工作，及时发现各个环节可能出现的质量问题，根据不同情况及时采取相应的防治措施，有效的控制施工过程前后的一些通病，只有这样，灌注桩的施工质量才能得到有效的控制。

参考文献：

[1]桩基工程手册［M］.[2]桩基工程技术［M］.[3]公路工程质量检验评定标准（JTJ.071）.[4]公路桥梁钻孔桩（下册）.[5]公路桥涵施工技术规范（JTJ041）.[6]浅谈钻孔灌注桩的施工监理[J].[7]浅谈桩基础施工质量管理[J].