浅谈混凝土灌注桩施工控制及技术

李卫明

摘 要： 钻孔灌注桩属于隐蔽工程，作为现代建筑工程中常用的基础形式；但是由于钻孔灌注桩的施工大部分是在水下环境中进行与完成的，施工过程容易出现质量事故，且施工过程无法直接观察获得质量情况，必须重视施工过程监控；施工中任何一个环节出现问题将直接影响到整个桩的质量，甚至造成严重的质量事故。

关键词： 钻孔灌注桩；控制技术

1、引言

由于灌注桩一般属于隐蔽工程，不容易保证其质量，且内部质量无法观察，若成桩后进行开挖验收，因费用和工期所限都不现实。因此，在施工中把它当作一项关键性工程看待，加强施工过程管理，把握和分析施工过程中可能会发生的问题，必须从施工过程中的每一道工序抓起，严格控制、严把质量关，将一切不良隐患消除在成桩之前，以过程控制来保证施工质量。

2、混凝土灌注桩施工控制技术

水下混凝土灌注桩工程的施工通常采用导管法进行施工。是在泥浆护壁的桩孔中，混凝土拌和物在一定的落差压力作用下，通过密封连接的导管进入到初期灌注的混凝土下面，顶托着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆逐步上升，形成连续密实的混凝土桩身。导管法施工技术要求非常严格，为使水下混凝土灌注桩施工质量得以保证，必须要从施工设备、成孔质量、护壁泥浆、钢筋笼制作安装、混凝土配制、灌注工艺等几方面加以控制，才能保证灌注桩的施工质量。

2.1.施工设备的控制

砼灌注桩要求施工不能间断，这就对施工设备质量提出了严格要求，混凝土灌注所需施工设备、机具要求配套并且性能完好。这是保证灌注水下混凝土质量的前提。施工现场备用发电机数量充足，要保证工地的备用发电机性能良好，足以应付施工过程中可能发生的电网断电情况，这样可以防止灌注时间延误，避免造成断桩事故。 注意混凝土拌和机类型的选择，宜选用大容量拌和机，在数量上可以保证混凝土的连续灌注。对混凝土拌和机在每次使用前都应进行认真的检查维修。导管是灌注水下混凝土的重要工具，其直径大小要根据灌注强度要求进行选择。要求导管应具备足够的强度和刚度、且密封性良好，管壁光滑、导管平直，无穿孔裂纹，导管接口处应有弹性垫圈密封。如果导管接头密封不严，焊缝破裂，水从接头或焊缝中浸入会引起事故，因此施工之前必须要进行水密、承压和接头抗拉试验。 储料斗、漏斗、溜槽以及其他有关灌注机具使用前都应进行检查，以保证施工安全和施工质量。 同时，储料斗的大小要满足首次封底混凝土存储数量的要求。

2.2.成孔质量的控制

2.2.1.隔孔施工程序。

钻孔灌注桩是先成孔，然后在孔内成桩。成孔阶段是依靠泥浆来平衡的，且在进行钻孔灌注桩施工时会使周围的土体松动。故采取较适应的桩距以防止塌孔和缩颈。

2.2.2.孔的垂直度。

钻孔灌注桩的垂直度是保证基础承载力和围护结构稳定性、建筑尺寸准确性的重要一环。产生斜孔或弯曲状孔的原因主要是：

1）. 钻机安装就位稳定性差，钻机作业时振动或钻杆弯曲所致；

2）. 地面软弱或软硬不均匀时；

3）. 土层呈斜状分布或土层中夹有大的孤石或其他硬物等情形。

对于这些情况，施工前必须认真做好准备，首先将场地夯实平整，轨道枕木宜均匀着地；在不均匀地层中钻孔时，采用自重大和钻杆刚度大的钻机。进入不均硬层、斜状岩层和碰到孤石时，钻速要减慢。另外安装导正装置也是防止孔斜的一种办法。

2.2.3.确保成孔深度。

钻孔的深度是否达到设计要求，往往也影响灌注桩的承载力。在施工过程中要在场地附近设好水准点，并且每间隔一段时间进行校核，确保水准点的精度在规范误差范围以内，护筒埋设好后及时进行测量，并做好记录，与图纸的设计高程对应计算出准确的孔深。

2.2.4.确保清孔质量。

清孔则是利用泥浆在流动时所具有的動能冲击桩孔底部的沉渣，使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔，最终将桩孔内的沉渣清干净。灌注桩成孔至设计标高，应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，，直到孔口返浆比重持续小于1. 10～1. 20 ，测得孔底沉渣厚度小于50 mm，即抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管。清孔后和灌注水下混凝土前应检测孔底的沉渣厚度。不符合要求时应重新清孔直至沉渣厚度符合要求为止。 2.3.泥浆护壁的控制

从泥浆在混凝土钻孔桩施工中的护壁和清孔作用可以看出，泥浆的制备和清孔是确保钻孔灌注桩质量的关键环节。根据钻孔灌注桩所处的不同地质条件。在钻孔灌注桩施工过程中必须严格进行工艺控制，选用高塑性粘土或膨润土拌制泥浆，并根据施工机械、工艺及穿越土层的条件进行配合比设计。

2.3.1泥浆护壁成孔时，宜采用孔口护筒，护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒内径大于钻头直径100mm。护筒的埋设深度：在黏性土中不宜小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m，其高度尚应满足孔内泥浆面高度的要求；采用旋挖钻机施工时护筒的埋设深度不宜小于2.5m。受水位涨落影响或水下施工的钻孔灌注桩，护筒应加高加深，必要时应打入不透水层。

2.3.2.除能自行造浆的黏性土层外，均应制备泥浆。泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土。泥浆应按照设计配合比拌制，制备泥浆的性能指标应符合设计要求。

2.3.3.泥浆护壁应符合下列规定：

1）、正、反循环钻机施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上；旋挖钻机施工期间护筒内的泥浆面宜高出地下水位3.0m以上；

2）、在清孔过程中，应使用经沉淀处理或新制备的优质泥浆置换孔内未达标的泥浆；

3）、在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取投掷黏土土块、加大泥浆相对密度等维持孔壁稳定的措施。endprint

2.4.钢筋笼制作安装的控制

混凝土灌注桩的钢筋笼制作场地应平整、坚硬。钢筋笼制作时宜采用对中支架，钢筋笼整体吊装时应采取有效措施防止钢筋笼变形。

2.4.1钢筋笼制作质量。

钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料，然后进行取样试验，合格后方可进行钢筋笼制作施工。同时，还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，由于吊环长度随底梁标高的变化而改变，所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度，以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。

2.4.2钢筋笼吊放。

在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼连接焊缝的质量，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。在下放时应对准孔位中心，一般采用正反旋转缓慢的逐步下沉。

2.5.混凝土原材料及配合比的控制

水下混凝土的强度等级、耐久性、工作性能和所用原材料应符合设计要求和相应规范的规定。为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料质保书（水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告），如发现试样与质保书不符，应立即取样进行复查，选用原材料要重点注意以下几点：

2.5.1.水泥一般选用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，初凝时间宜不早于3h，宜选用标号在42.5的水泥。所选的水泥品种应通过初凝时间和抗压强度试验。要注意水泥的用量要达到规范规定的标准。

2.5.2粗骨料宜选用坚硬的卵砾石和碎石，应优先采用符合要求的卵石。骨料最大粒径不应大于导管直径的1/6～1/8和钢筋最小净距的1/4，同时粒径在40mm以内。粗骨料的级配应保证混凝土具有良好的和易性。细骨料宜采用级配良好的中、粗砂。混凝土的含砂率一般为40%～50%，水灰比宜采用0.5～0.6。

2.5.3.为提高和易性，混凝土中宜掺入外加剂，水下混凝土常用的外加剂有减水劑、缓凝剂和早强剂等，掺入外加剂前，必须经过试验，以确定外加剂的使用种类、掺入量和掺入程序。

总之，混凝土的配合比必须与导管灌注水下混凝土相适应。合适的配合比应使混凝土具有足够的可塑性和粘聚性，易于在导管中流动而又不易离析，水下混凝土施工级配比设计提高一级，坍落度为18 cm～22 cm ，扩展度为34 cm～38 cm。而且一般来说，当水下混凝土的强度高时，其耐久性也好。因而要从水泥标号的选择、水泥及水的用量比例、骨料的种类和性质及掺用外加剂等几个方面考虑来保证混凝土质量。配合比应经试验室试配。混凝土搅拌时间要适宜，要搅拌均匀，如混凝土搅拌和输送过程中，出现不均匀或离析泌水现象，流动性差时，要严禁使用。

2.6.灌注施工工艺的控制

灌注水下混凝土是混凝土桩施工的重要工序，是灌注桩质量控制中最重要的一个环节。水下浇筑混凝土是用混凝土从孔底开始灌注，将孔内泥浆置换出来，成为混凝土桩，浇筑过程中，应及时掌握孔内混凝土面上升的高度及导管插入深度，测定每个混凝土面位置应取两个以上的测点，测绳受拉伸、湿度等因素影响，所标长度变化较大，须经常校正。浇筑混凝土必须连续进行，否则先浇灌进去的混凝土达到初凝，将阻止后浇灌的混凝土从导管中流出。施工中，混凝土浇筑速度应尽可能地快一些，终止浇筑混凝土前，须确定混凝土面的真实高度，以见到混凝土中的粗骨料为准。

在灌注混凝土过程中，应重点注意以下几点：

2.6.1钢筋笼和钻孔的中心要对应，定位要准确。如果是不放到孔底的钢筋笼，要特别注意吊环、吊钩的强度及牢固性。钢筋笼吊放时要保持轴线顺直，位置居中，严禁碰撞孔壁，以免产生坍孔。钢筋笼安放到位后应立即安设导管。

2.6.2注意首批混凝土量必须满足导管埋深1.0m以上的需要，所以漏斗和储料斗及漏斗和输送泵的混凝土储存数量要充足。首次灌注混凝土时，应有足够的混凝土储备量。首批混凝土入孔后，水下混凝土应连续浇注，且边灌注混凝土边提升导管，使导管埋深控制在2—6m范围内，严禁导管提出混凝土面，以防造成导管堵塞或断桩。根据导管内混凝土压力与管外水压力平衡的原则，导管内混凝土必须保持的最小高度为：Hd=RwHw/Rc。而管中混凝土的体积就应为 Vd=πd2？Hd/4（d为导管直径）。首批混凝土若埋深不足，混凝土下灌后不能埋没导管底口，会导致泥水从导管底口进入。如果出现这种导管入水现象应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌合物用空气吸泥机或抓斗机清出，然后重新下导管灌注。

2.6.3首批混凝土灌注正常后，必须连续进行，不得中断。否则先灌入的混凝土达到初凝，将阻止后灌入的混凝土从导管中流出，造成断桩。同时在灌注过程中，应经常用测锤探测混凝土面的上升高度，并适时提升、逐级拆卸导管，保持导管的合理埋深。要注意正确控制导管埋深，埋管深度一般应控制在2到6m，同时应注意灌注速度。由于灌注桩不能象上部结构施工那样逐层振捣，而且存在一定的混凝土灌入阻力，在灌注混凝土时必须克服很大的灌入阻力以保证混凝土桩身的质量，所以最好采用大体积混凝土冲击灌注法。每一斗灌注要将2 m3～3 m3 混凝土在大斗中积蓄够量，出料口直接插入导管，然后打开活门一次连续冲击下去。其优点是：功能大、冲击力强。在巨大的冲力作用下，混凝土的向上顶升力和侧向挤压力就有了保证，桩的摩阻力和桩身混凝土密实性都可得到保证；首斗混凝土灌注冲击力大，沉渣、沉淤被溅开，桩端与持力层能较好地结合，确保端承力的发挥。灌注时间短，桩身段骨料分布均匀，桩身段强度能得到保证。

2.6.4.为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌0.5～1.0m高度，待桩顶混凝土强度达到设计强度70%时，将其凿除。在灌注将近结束时，如出现混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，将部分沉淀土掏出，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段长导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。

2.6.5.对灌注过程中从孔内溢出的泥浆，应引流至适当地点处理，以防止环境污染。

3、结束语：

混凝土灌注桩是一种常见的基础形式，在实际中有着广泛的应用，因此加强钻孔灌注桩的施工质量，对有效控制工程质量及工程造价，有着很重要的现实意义。

钻孔灌注桩的整个施工过程属隐蔽工程项目，质量检查比较困难，影响灌注桩施工质量的因素很多，如地质因素、成孔质量、泥浆护壁、钢筋笼的制作安装、混凝土的配制、灌注工艺等。若稍有不慎或措施不严，就会在灌注中发生质量事故，给国家财产造成重大损失。因此，水下混凝土灌注桩质量的提高，需要各个环节共同协作来保证。对桩基各个施工环节要充分重视并精心组织、精心施工，掌握施工过程实际情况与施工记录，认真做好成孔记录与灌注记录，分析记录中出现的机械故障及孔内异常情况、事故等，并进行推断，及时消除隐患。只有这样，混凝土灌注桩的质量控制才能得到保证，才能确保整个工程的质量。

参考文献

[1]《公路桥涵施工技术规范》人民交通出版社 2011年08月.

[2]《公路工程质量检验评定标准》人民交通出版社 2005年01月.

[3]《桩基工程手册》 人民交通出版社 2008年07月 .endprint