沿海城市防洪工程水下钻孔灌注桩的质量控制要点简析

□孔德谦 □靳永涛（河南科源水利建设工程检测有限公司）

1 工程概况及水文地质条件

瑞安市城市防洪三期工程位于浙江东南沿海飞云江北岸入海口，该工程采用高桩平台式全直桩基础，堤岸采用钢筋混凝土空箱式/重力式挡墙与抛石斜坡堤，如图1所示。工程项目等级为Ⅲ等，工程全长1945m，共分3个施工标段。根据各段地质条件不同挡土墙基础采用φ800、φ1000的钻孔灌注桩；外侧排架基础分别采用PHC管桩和φ800钻孔灌注桩。

图1 瑞安城市防洪堤结构断面示意图

本工程场地属滨海—河口及山前地貌类型，场地内地基除局部基岩出露较浅外，大部分区域海拔为-20.35～-32.45m，以浅分布软弱淤泥、软黏土为主，具有高含水量（含水率可达60%）、高压缩性、高孔隙比、高灵敏度、低抗剪强度及固结排水性能极差等特性，在波浪冲刷等作用下，易发生塌岸和基础失稳。

2 水下钻孔灌注桩施工控制重点环节

水下钻孔灌注桩施工工艺流程，如图2所示。其中有6个环节，尤为重要，施工时务必要注意。

2.1 水上钢平台搭设

图2 水下钻孔灌注桩施工工艺流程图

水下钻孔灌注桩施工绝大部分是水上作业，要求施工平台具有非常高的承载力及稳定性，因此水上搭设施工平台是灌注桩施工非常关键的一步。钢平台搭设材料为钢管、型钢、工字钢、槽钢等钢材，施工区域地质条件较为复杂，故要求钢平台工程具有专门的设计方案，并经安全审核后才可投入使用。另外，搭设完毕钻机就位后，钻孔初期应加强施工平台稳定性及沉降观测，若有异常应及时暂停施工，找出问题并排除。

2.2 桩身垂直度控制

为控制桩身垂直度，桩位中心与钻孔中心用垂线进行校准，转盘水平度用水平尺校正，钻机就位必须位置正确，平整稳固；钻机的下部要铺设枕木和滚筒，使其受力均匀且便于移动。此外，根据地质情况，所用冲击钻的钻头结构必须经过合理设计并精心加工，以使其切削面均衡受力；必要时，在钻头上部可加接导正器和加重器以保证钻头工作平稳，避免钻孔时在土层软硬换层处产生横向力而造成错位。钻孔过程中还须经常检查钻机平整度，将孔斜率控制在0.50%范围内。

2.3 钢护筒埋设控制

水下钻孔灌注桩施工不同于在陆地施工，护筒埋设是否稳妥直接影响钻进和成孔质量，护筒埋设若留有隐患，就可能会在施工进程中护筒底部产生穿孔、塌孔等问题而影响施工质量及进度。本工程地质条件十分复杂，现场施工过程中由于护筒埋设过浅而频频出现漏浆、穿孔现象，严重影响了施工进度。后经补勘查明在高程-8～-12.50m处出现了大面积夹砂层，最大厚度达2～3m，而在原来地质勘测报告上并未说明。之后施工单位增加了护筒埋设深度，尤其对于冲击钻钻孔，护筒埋设要穿透砂层以下2m，甚至最终坐落于岩层上。实践证明，护筒埋设深度增加后提高了成桩的质量，收到了较好的效果。

2.4 泥浆使用控制

本工程钻孔灌注桩要穿越较深的淤泥层，为了防止孔壁坍塌或缩颈，采用粘土或膨润土进行造浆。飞云江段的潮汐1天两涨两落，为典型的不正规半日潮，平均潮高4.50m，最大潮差达6.20m，水位变化频繁且潮差较大，钻孔内外的水头直接受其影响，随之变化。因此，施工时派专人测量水位，以便根据孔外水位变化，及时调整孔内泥浆液面高度，防止孔内外水头差过大。另外，钻机成孔过程中，回浆和出浆速度应尽量保持平衡，随时测量泥浆含砂率、比重及粘度。若泥浆性能不满足使用要求，须及时掺加外加剂，如优质泥浆、炭纤维素或纯碱等；泥浆如有漏出、损耗，要及时补充。按时测定泥浆性能，遇到地质发生变化还应增加测定次数，并及时调整泥浆指标和钻进参数。

2.5 成孔后清孔质量预控

钻孔灌注桩施工过程中，成孔后的清孔工作是一个十分重要的环节，清孔的质量好坏会直接影响上部结构的整体稳定性。本工程钻孔灌注桩的清孔工作分两次完成，第一次是进行正循环清渣，待孔深进入基础持力层并达到设计深度后进行；第二次是在导管下放后，先进行正循环清底，因本工程中嵌岩桩的有效长度（10～40m）悬殊较大，如仍达不到设计要求则采用外加空气负压清除孔底沉渣。清孔后用测绳检测孔底沉渣厚度，待满足要求后开始准备混凝土的浇灌。清孔完成至混凝土开始浇筑间的时间应尽量缩短以减少孔内沉渣的回淤。

2.6 水下混凝土浇灌控制

混凝土开始灌注前，必须用实际工程中采用的水泥和砂石骨料在试验室进行混凝土配合比试验，确保施工现场浇筑混凝土合格率为100%。混凝土制备时，可适量掺加外加剂，以提高混凝土的和易性。混凝土的初灌量应储备充足，以便开始浇筑时混凝土能够强有力地冲击至孔底，并将孔底淤积的少量沉渣排向孔侧。混凝土灌注时，须保持混凝土导管埋入混凝土2～4m，并随混凝土面的上升适时提升和拆除，避免导管脱离混凝土面导致桩体不连续。混凝土水下施工时必须连续进行，否则先浇混凝土一旦发生初凝，将会阻塞导管而导致堵管事故，影响灌注桩的质量。此外，混凝土浇筑应尽量避开涨潮时段。

3 钻孔灌注桩施工过程中常见问题及其原因和防治措施

3.1 灌注桩成孔不规则，掏渣筒下放困难

3.1.1 产生的主要原因

泥浆粘度太大导致冲击钻钻头转动阻力增加，钻头转动困难；冲击钻的钻头转向装置故障，钻头无法转向；冲击钻钻头冲程过小，转动时间不足。

3.1.2 防治措施

经常检查转向装置的灵活性；及时检测和调整泥浆的比重及粘度；低冲程与高冲程交替冲击，以修整孔形。

3.2 钻孔偏斜

3.2.1 产生的主要原因

冲击中遇大小不均的漂石、探头石，导致钻头受力不均；基岩面的产状太陡；钻机底座安置不水平或发生不均匀沉降；冲击孔不规则而导致钻头被卡住。

3.2.2 防治措施

发现探头石后，应回填碎石，先用低冲程冲实碎石，然后用高冲程猛击探头石，将其破碎后再继续钻进；遇到基岩时，先利用低冲程和高冲击频率，并充分转动钻头进行施工，待钻头进入基岩后再采用高冲程继续钻进；经常监测，及时调整；若孔不圆，而钻头向下有活动空间，可使钻头先向下活动并转动至孔径较大方向再提起钻头。

3.3 冲击钻钻头被卡，无法提起

3.3.1 产生的主要原因

冲击钻钻进过程中遇到大块探头石；较大碎石块散落在孔壁与钻头间；因孔外压力作用，孔径逐渐缩小；粘土钻进过程中泥浆的粘度太大且钻头冲程过高造成钻头被吸住；放绳过多，导致冲击钻钻头侧倾顶向孔壁。

3.3.2 防治措施

爆破拉钻：在爆破的瞬间会产生具有较大能量的冲击波，对钻头进行冲击使其产生震动以便使钻头松动，该方法的关键是明确钻头被卡位置和控制好炸药的药量；及时检修和焊补冲击钻的钻头；若钻孔的孔径已经变小，钻头的直径应控制得当，并反复冲刮孔径缩小处的孔壁使孔径扩大；使用打捞活套或打捞钩助提；向孔内泵送优质泥浆，将塌落物清除并置换孔内粘度过大的泥浆；用专门工具拔正侧倾钻头。

3.4 孔壁坍塌

3.4.1 产生的主要原因

掏渣筒或钻头倾倒碰撞孔壁；泥浆的比重过低，达不到护壁的效果；钻孔外部水位高于孔内的泥浆面；遇到松软砂层、软弱淤泥、流沙或破碎的底层，且钻进速度过快；因钢平台的强度和刚度不足，施工过程中冲击设备会发生震动，若震动过于强烈会导致孔位的偏移而造成塌孔。

3.4.2 防治措施

确定塌孔位置，回填粘土和砂的混合物至塌孔位置以上1～2m处，待回填土沉积密实，再重新钻孔；随时控制泥浆的比重，随土层地质的变化而变化；提高钻孔内的泥浆面，使其高于孔外地下水位；若塌孔严重，则须用泥膏或粘土固壁，待孔壁稳固后再重新低速钻进；加固钢平台。

3.5 钢筋笼上浮

3.5.1 产生的主要原因

经装料漏斗和导管送至孔底的混凝土会对钢筋笼产生浮托力而造成钢筋笼的上浮。

3.5.2 防治措施

第一，在钻孔上端孔口处，将钢筋笼骨架与四周的钢护筒焊接牢固；第二，混凝土浇筑过程中，当钻孔内的混凝土面升至将与钢筋笼接触时，要调整和控制导管的埋深及混凝土的浇筑速度，当钢筋骨架埋入混凝土1～2m时，要及时把导管提升到钢筋笼骨架的底端上方位置；第三，混凝土总的浇筑时间应尽量短，以防止后浇混凝土的流动性过小，从而减小混凝土对钢筋笼的浮托力。

4 结语

“九层之台，起于累土”，基础的重要性不言而喻，尤其是像本工程位于沿海地区不良地质的恶劣情况下，更要把好质量关。灌注桩的整个过程属于隐蔽工程，属于特殊施工过程，如果发生质量问题，会造成返工等多方面相当大的损失；施工时应该通过“防治结合”的方法来最大限度保证灌注桩的整体质量。以防为主，说到底关键的因素还是人，在灌注桩施工过程中每位参与人员，尤其是现场管理人员要充分重视每个施工环节并具有高度的质量意识，如此以来钻孔灌注桩的质量才可得到有力的保证。

[1]罗梅芳,宁忠东.钻孔灌注桩施工质量控制要点[J].中国西部科技,2009,6,08（17）.

[2]尹春燕.水下钻孔灌注桩施工工艺与质量控制的研究[D].2006.