浅析钻孔灌注桩施工工艺及常见质量缺陷

朱伟忠

摘 要： 钻孔灌注桩是目前高速公路、铁路桥梁基础普遍采用的结构形式。由于钻孔灌注桩基础涉及地形、地质、有无水、埋置深浅及桩的承载形式、截面面积和桩数量多少、排列布置等一系列问题，涉及面广， 千变万化。本文以某公路桥梁钻孔灌注桩为例， 从钻孔灌注桩施工工艺、桩基质量检测、缺陷桩处理等方面进行了探讨。

關键词： 钻孔灌注桩， 施工工艺， 缺陷处理

1 施工工艺流程

1. 1 场地准备

钻机场地应符合几个要求， 以避免钻机倾斜、倾倒： 1） 场地为旱地时， 应清除杂物， 换除软土， 整平夯实； 2） 场地为陡坡时， 可用枕木、型钢等搭设工作平台； 3） 场地为浅水时， 宜采用筑岛法施工， 一般可采用砂袋围堰； 4） 场地为深水或淤泥层较厚时， 可搭设工作平台。

1. 2 护筒埋设和泥浆制备

护筒的作用有： 固定桩位、保护孔口、引导钻头方向、保持孔内水位和泥浆高出地下水位或施工水位一定高度， 形成孔内向孔壁的静水压力以维护孔壁免于坍塌。

1） 护筒一般用厚约3 mm～ 6 mm 的钢板制作， 护筒内径一般应大于桩径15 cm～ 20 cm， 当护筒长度为2 m～ 6 m 时， 应大于桩径20 cm～ 40 cm， 深水处的护筒内径应比桩径大40 cm。

2） 护筒顶端高程应高出地下水位或孔外水位于1. 5 m ～2. 0 m， 当护筒处于旱地时， 其顶端应高出地下水位1. 5 m ～2. 0 m， 还应高出地面0. 3 m。

3） 护筒底端埋置深度， 在旱地或浅水处， 对于粘性土应埋1. 0 m～ 1. 5 m； 对于砂土， 应将护筒周围0. 5 m～ 1. 0 m 范围内的土挖除， 夯填粘性土至护筒底0. 5 m 以下， 其埋置深度不得小于1. 5 m； 在深水河床的软土、淤泥、砂土处， 护筒底埋置深度应不小于3. 0 m， 当软土、淤泥层较厚时， 应尽可能深入到不透水层粘性土内1. 0 m～ 1. 5 m， 或卵石层0. 5 m～ 1. 0 m。

1. 3 钻孔

1） 钻机安装就位后， 底座和顶部应平稳， 在钻进和运行过程中不应产生位移或沉陷。回转钻机顶部的吊滑轮、转盘中心和桩孔中心三者应在同一铅垂线上。2） 钻孔作业应分班连续进行； 应经常注意土层变化， 在土层变化处应捞取渣样， 判明土层， 并及时记录， 以便与地质剖面图核对。3） 具有导向装置的钻机开钻时，应慢速推进， 待导向部位全部钻进土层后， 方可全速钻进。4） 正循环钻机开孔时， 应先启动泥浆泵和转盘， 待泥浆进入钻孔一定数量后， 方可开始钻进。5） 因故停钻时， 应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度及粘度， 以防坍孔。

1. 4 钻孔时的故障及处理

1） 坍孔： 在钻孔过程中， 如发现排出的泥浆中不断冒出气泡，有时护筒内的水位突然下降， 这都是坍孔的迹象。其原因为土质松散、泥浆护壁不好、护筒水位不高等造成。遇到坍孔， 应仔细分析， 查明原因和位置， 然后进行处理。坍孔不严重时， 可回填至坍孔位置以上， 并采取改善泥浆性能、加高水头、埋深护筒等措施继续钻进。坍孔严重时， 应立即将钻孔全部用砂或小砾石夹粘土回填， 暂停一段时间后， 查明坍孔原因， 采取相应措施重新钻孔。

2） 缩孔： 是钻锥磨损严重、焊补不及时或因地层中有遇水膨胀的软土、粘土泥岩造成的， 前者应及时焊补钻锥， 后者应采用失水率小的优质泥浆护壁。已发生缩孔时， 宜在该处用钻锥上下反复扫孔以扩大孔径。

3） 钻孔漏浆： 如护筒内水头不能保持， 宜采取将护筒周围回填土筑实、增加护筒沉埋深度、适当减小水头高度或采取加稠泥浆、倒入粘土慢速转动等措施。

1. 6 灌注水下混凝土

1） 在灌注水下混凝土前， 应将桩的钢筋骨架整体放入孔内，并在骨架顶面采取有效方法进行固定， 防止混凝土灌注过程中钢筋骨架上升。钢筋骨架上应事先安设控制钢筋骨架与孔壁净距的混凝土垫块， 这些垫块应可靠地以等距离绑在钢筋骨架周径上， 其沿桩长的间距不超过4 m。钢筋骨架底面高程允许偏差为±5 cm。

2） 水下混凝土的灌注。a. 灌注混凝土前应检测孔底泥浆沉淀厚度， 如不符合要求应再次清孔。b. 混凝土拌合物运至灌注地点时， 应检查其均匀性和坍落度， 如不符合要求应进行第二次拌和， 二次拌和仍达不到要求， 不得使用。c. 灌注混凝土时， 混凝土的温度不应低于5 e 。当气温低于0 e 时， 灌注混凝土应采取保温措施。d. 灌注首批混凝土应注意： 导管下口至孔底的距离应有25 cm～ 40 cm； 导管埋入混凝土中的深度不得小于1 m。所以首批混凝土的数量应根据孔径计算。e. 在灌注过程中， 应经常探测井孔内混凝土面位置， 及时调整导管埋深， 导管的埋深一般不应小于2 m 或大于6 m； 当灌注速度快， 有足够起重能力时， 可适当加大埋深。f. 灌注的桩顶标高应高出设计标高0. 5 m～ 1. 0 m， 以保证质量。

2 桩基质量检测

桩基质量检测采用超声波透射法， 其基本原理是由超声波检测仪中的压电式换能器（ 发射探头） 发射一系列周期性超声脉冲，脉冲穿过被检测的桩体， 被另一个压电式换能器（ 接收探头） 所接收， 超声检测仪显示出超声脉冲穿过被测桩体时的各种物理量，如传播时间、能量损失等。由于声波穿过不同介质时各种物理量均不相同， 因此可根据这些物理量的变化判断桩体混凝土的情况及内部缺陷的性质、大小和位置。为了把发射探头和接收探头伸到桩体内部， 在灌注混凝土之前， 应预埋几根管道， 一般情况下，桩径大于2 m 的预埋4 根， 桩径大于1 m 的预埋3 根， 桩径小于1 m 的预埋2 根。

3 缺陷桩处理

1） 缺陷部位较浅的桩基可以采用钢护筒支护， 凿除缺陷部位以上桩体， 重新灌注混凝土的方法进行处理。当地质条件不良或地下水位较高时， 可用旋喷钻机旋喷封底后进行开挖凿除工作。

2） 缺陷部位较深的桩基可以采用压密注浆方法进行处治， 其步骤为：

a. 据超声波检测资料， 用金钢石双管单动钻具在桩体取芯钻孔（ 孔径76 mm） ， 准确找到缺陷部位。

b. 洗孔： 把水管伸入孔底， 管底制成喷嘴状， 通过高压水将夹泥沉渣泛出孔口， 直到回水清净为止。洗孔压力一般为5 MPa～ 10 MPa。

4 结语

钻孔灌注桩施工， 必须由有经验的施工人员组织， 在施工前必须掌握钻孔地区的地质和水文情况， 并根据地层情况、施工环境、生产要素配备等情况制定合理的施工方案， 否则难以保证工程质量。另外， 在施工中必须严格控制泥浆性能和混凝土的和易性， 尤其是混凝土的初凝时间受气温影响很大， 施工中必须注意调整。

参考文献：

[1] 叶晓平，谢生华，杜金雷.钻孔灌注桩的施工技术与质量控制[ J] .山西建筑， 2007， 33（ 4） .

[2] 董秀华.钻孔灌注桩施工的质量控制[ J] .山西建筑， 2007， 33（ 5）.