钻孔灌柱桩在砾卵石层中的施工探讨

马文忠

摘 要：钻孔灌注桩是目前常用的一种桩基技术，适用范围广，单桩承载力高，属于非挤土桩，对周边环境影响小；但在砾卵石土层中经常会遇到钻进困难、坍孔、卡钻、钻孔倾斜等问题，造成质量事故，在建筑工程和市政桥梁工程钻孔灌注桩的施工中，我们通过一定的技术措施，如改进钻进工艺、调整钻头加压，优化泥浆配比，合理选取清孔工艺等，有效地解决了成孔困难、质量难于保证的难题。现总结成文，供同行遇到类似情况施工时参考。

关键词：钻孔灌注桩； 成孔； 泥浆； 护壁； 清孔； 砾卵石层

在浙北德清地区，由于地质变化较大，高层建筑和市政路桥工程中，一般采用钻孔灌注桩作为基础承载上部荷载。钻孔灌注桩由于单桩承载力高，施工噪音相对较低、振动也较小，对周边环境影响容易控制，加上工程造价适中等优点，而被广泛采用。钻孔灌注桩在填土、淤泥质土、粉土、粘土、砂土及风化岩土中成孔效果较好，施工相对比较容易，质量也易用控制；但在砾卵石土层中经常会遇到钻进困难、坍孔、卡钻、钻孔倾斜等问题，在遇到该类情况时，如不按实际情况采取相应的有效措施，将会严重影响工程质量及进度。下面我们用一个工程实例的处理经验，说明改进施工工艺的具体做法。

1.工程慨况：

2014年9月德清县狮山安置小区西南两侧空地区域拟建造商住楼，总建筑面积41138㎡，共6个单体围绕安置小区呈L形布置。商住楼拟建工程为4-5层，框架结构，南侧为长虹街、西侧为云岫路，与东侧2003年已建的安置小区房屋最近距离为12m。商住楼原桩基工程采用沉管灌注桩，根据场地及周围实际情况，为避免对周围建筑及管道的影响，原桩基由设计改为钻孔灌注桩，桩径800mm和1000mm，设计桩长19～25m。岩土工程勘察报告显示，部分单体位于河道填土区域，土层自上而下分布： 3～5m为杂填土和矿渣，15m左右的淤泥或淤泥质粘土，20m左右以下为砾卵石层，砾卵石层中砾石粒径3-15mm，卵石粒径20-40mm，局部分布瓢石，层面起伏较大。该工程桩端持力层为5层砾卵石夹中砂土，桩端进入持力层为3d，单桩竖向承载力特征值分别为900kN和1200kN。

2.桩基工程重点与难点

该桩基工程的重点和难点在于一是砾卵石层钻进中的技术问题，包括：防止漏浆，防止砾卵石层坍孔，防止钻头磨损严重、埋钻，提高砾卵石层钻进效率及清孔质量的控制。二是成孔后的清孔问题，如孔底沉渣厚度大于规范要求，则影响桩基承载力，这几个问题直接关系到桩基工程的质量和整个工程项目的进度。

3.成孔问题及采取的措施

3.1 成孔前，首先要进行探障和清障，对杂填土和矿渣回填土中粒径较大的块石等障碍物清除，埋设护筒，防止钻孔过程的砖、石掉入孔中。

3.2 由于砾卵石层是地质长期沉积形成，粒径相差较大。桩成孔过程中经观察，钻头进入砾卵石层时，产生下述情况，①钻机机体颤动剧烈；②钻进速度缓慢（一般不大于30cm/h）；③钻头磨削砾卵石声响很大；④当砾卵石粒径大于钻杆内径时，大粒径砾卵石难于排出，出渣困难，积少成多砾卵石又增加钻头的阻力，极易造成卡钻和埋钻现象；⑤钻机振动大钻进缓慢，长时间扰动、清孔，均易造成坍孔。针对以上实际问题，经勘察、设计、施工、监理等多方讨论决定调整施工工艺，改普通钻头为齿牙轮钻，且施加相应的压力（增加50%的压重），增加了钻头的切割能力以加快了钻进速度，将砾卵石碾碎后用钻杆排除；对粒径较大的砾卵石使用冲抓锥处理，在钻机底盘上设置网筛，利用网筛将大卵石从钻头顶部带出。

3.3 砾卵石层中钻进时，泥浆的性能对钻进效率影响较大，若钻渣不能及时返出孔底，会导致钻头在孔底重复破碎钻渣。根据该工程实际情况，泥浆密度粘度的控制十分重要，如果粘度低，无法保护孔壁，密度低也难以携带砂、砾卵石；粘度过高则又易形成较厚的泥皮，将影响桩的承载力。经过在试桩过程中多次进行对比试验，综合考虑分析最终确定泥浆密度控制在1.2～1.26t/m3，粘度控制在25～30s之间，当泥浆的含砂率>4.5%时进行补浆，利用黏土进行调浆。为使砾卵石及时随泥浆排出，不沉积于孔底，也为清孔打好基础，在泥浆中掺加1kg/m3的水泥。经实践，孔内较大粒径砾卵石多数随泥浆的循环面排出孔外，提高钻进速度。由于加入了水泥成分，使孔壁附近的砾卵石层被固结成具有一定强度的护壁，促进不透水膜在孔壁形成，增强泥膜韧性，取得良好的护壁效果。

4.合理选取清孔工艺

孔底沉渣值的多少对于钻孔灌注桩的承载力有着至关重要的影响。规范GB50202-2012规定钻孔灌注桩孔底最大沉渣厚度允许值为：端承桩≦50mm；摩擦桩≦150mm。因该工程在砾卵石层中成孔难度高，为防止坍孔和加快钻进速度，加大了泥浆比密度，孔壁形成了一定厚度的泥皮；孔内还有少量的未随泥浆循环面排出的大粒径砾卵石；同时当钻孔结束、提杆，放钢筋笼，直至灌注混凝土这段过程中，泥浆中的砂、砾卵石将迅速沉淀为沉渣。因此，应快速清除孔底的砾卵石、沉渣，保证成桩质量。

针对该工程大部分桩长较短，且为摩擦端承桩，因而清孔主要采用常规的换浆正循坏方式。因成孔时泥浆比重大，成孔后如何把握清孔时间及泥浆的置换是控制清孔质量的关键。若清孔时间太短，不易彻底清理沉渣，此时开始换浆会导致孔底沉渣厚度大于规范要求，影响桩基承载力。一般情况下清孔时间长，换浆时间短。对厚度大于5mm的泥皮，先用刷子冲刷孔壁，终了进行清孔，把沉渣、泥皮清出再进行微量的换浆工作，泥浆密度调整至1.05～1.15t/m3，粘度控制在18～22s之间，含砂率<4%，即可终止换浆。对厚度小于5mm的泥皮，可长时间清孔，按以上方法微量换浆。对残留在孔中的砾卵石及稳定性差的孔壁采用泥浆循坏配合掏渣筒。将带有张合叶片的钢管杆插入孔底，使砾卵石、沉渣落到张开叶片上，然后以适当的速度提升钢管，并通过钢管的孔用泵注入密度小的泥浆（1.05～1.15t/m3）进行微量换浆。清孔时，用泵注浆保证压力不少于地下水的压力，使孔周围的地下水不会因孔中压力不够而渗入孔中，而破坏孔壁泥浆及砂砾卵石土的稳定。

5.成桩质量的控制

5.1 钢筋笼的制作，安放和定位

钢筋笼分段制作，主筋与设置的架立筋焊接牢固，提高钢筋笼刚度，按规格分别堆放；运输时防止变形，钢筋笼连接时要保证电焊质量保证（电焊长度、焊缝宽度），钢筋笼安放完毕，及时定位固定，防止钢筋笼下沉或浇注混凝土时上浮。

5.2 混凝土的灌注

混凝土首灌量对桩基质量十分关键：①首灌混凝土的冲击力和排淤能力直接影响桩尖的嵌岩质量；②首灌量还须保证导管下口埋入混凝土的深度不少于1m，不发生断桩、夹渣现象，目前均采用商品砼，坍落度一般在180左右，在提导管、拆导管时，不应过高、过多，同样须保证导管埋入混凝土中深度。

6.工程实际效果

6.1 成桩时间： 砾卵石层中成孔，通过改进钻头和提高泥浆指标后，总成孔时间由原来耗时20h缩短至10h，比预期成孔时间明显减少。

6.2 成孔质量：经成孔检测，提高泥浆密度和泥浆粘度指标后，随机选择3-20#，5-40#，6-50#桩时间进行12h孔壁稳定检测，检测结果表明孔径、孔壁稳定性等各项指标均符合设计要求。

6.3 成桩质量：桩基工程完成后，按规范JGJ106-2014要求对全数的基桩进行桩身完整性检测（小应变）和每个单体3个基桩的静载荷试验检测，检测结果全部工程桩均为I类桩。2015年12月房屋建成后，竣工验收时进行的沉降观测表明，房屋最大沉降量为8mm，相邻柱间沉降差为0.05%。均满足规范及设计要求。

7.结语

混凝土钻孔灌注桩在砾卵石层中的施工具有一定难度，施工过程中的质量控制尤其重要，因此应在结合工程地质实际情况，对工程桩施工的难点、重点进行分析，抓住关键点，制定相适应的施工方案，选择合理的施工工艺，准备必要的材料及工具，重视施工管理，严格控制钻孔灌注桩施工的每个环节，工程质量是能得到保证的。