钻孔混凝土灌注桩的基桩设计与施工研究

王竹芳

（安徽省地质实验研究所(国土资源部合肥矿产资源监督检测中心)，安徽 合肥 230000）

大量的工程建设实践表明[1]，基础工程施工时，科学应用钻孔混凝土灌注桩技术，具有施工快速、噪音低、污染轻微、质量优良等优势特征。但灌注桩在施工期间，在人员、工程地质条件与工艺技术水平等多种因素的作用下，施工期间可能出现沉渣过厚、断桩、塌孔等多种质量问题，影响工程进度，增加造价成本。故而，明确钻孔混凝土灌注桩基桩的设计与施工要点，具有很大现实意义，基于此本文对相关设计与施工方法做出较详细探究。

1 工程概况

某某广场三期工程在建设期间，基础拟采用机械钻孔混凝土灌注桩，桩端持力层为场地第⑧层（中风化闪长岩），采用机械钻孔混凝土灌注法施工，桩基施工前，为给设计提供承载力参数，场地静载试验桩总数为4根。工程地质类型有：杂填土（层厚：0.20～ 5.50Qml）、粉质粘土（0.80～ 3.30Q4al）、淤泥质粉质粘土（0.70～8.30Q4al）、粉质粘土（0.70～ 8.30Q4al）。现拟定采用机械钻孔混凝土灌注桩施工，桩身直径为700mm，进入桩端持力层＞1.0m，混凝土强度C40。场地试验桩号为SZH1、SZH2、SZH3、SZH4，预估特征值分别为5650kN、5650kN、5675kN、5675kN，经试验检测，该工程场地条件下机械钻孔混凝土灌注桩（指试验桩型：桩长21.20m～25.50m，桩径700mm，桩端持力层为中风化闪长岩）的单桩竖向抗压承载力特征值为4105kN，未达到设计预期要求。后经多方研究分析，主要原因是在灌注桩施工过程中，混凝土灌注不及时，沉渣未清理干净，导致静载试验后期桩顶沉降过大。

2 本次静载试验单桩竖向抗压极限承载力的取值原则

根据沉降随荷载变化的特征确定：对于陡降型Q～S曲线，取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。

根据沉降随时间变化的特征确定：取S～lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级荷载。

某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h未达到相对稳定标准时，取前一级荷载。

对于缓变型Q～S曲线可根据沉降量确定，宜取S=40mm对应的荷载值；当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量；对于直径大于或等于800mm的桩，可取S=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。

当按照上述四款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时，桩的竖向抗压承载力应取最大试验荷载值。

例如图1为 SZH2单桩竖向抗压静载试验Q～S、S～lgt曲线。从编号SZH2试验桩的单桩竖向抗压静载试验Q～S曲线可以看出，当荷载加至9040kN后，桩顶沉降量为28.58mm，该级荷载作用下的桩顶沉降量为2.98mm，当荷载最大加至10170kN后，桩顶最大沉降量为42.72mm，该级荷载作用下的桩顶沉降量为14.14mm；从卸载回弹情况看，完全卸载后桩顶残余沉降为24.94mm，最大回弹量为17.78mm，回弹率为41.62%。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2014)规范第4.4.2条，该试验桩的单桩竖向抗压极限承载力应取末前级试验荷载值9040kN。

图1 SZH2单桩竖向抗压静载试验Q～S曲线示意图

3 钻孔混凝土灌注桩的基桩施工方法要点

3.1 钻孔

在灌注桩施工钻孔工序结束后，应精确测量钻孔深度，需保证钻孔深度略大于施工设计的孔深来控制，这主要是因为钻机设备钻孔工序结束后，在成孔的最下端，一般通常会存有比设计要求的孔径小一段结构（约为30㎝），故而钻机钻孔工序中一定要保证其比施工设计孔洞要深20～40㎝，进而满足工程设计要求的孔洞规格。钻孔施工结束后，应对成孔尺寸、深度及孔壁结构完整性等指标全面检查，保证其均和工程设计相符后，快速进入到清孔工序，以防间隔时间过长造成孔底沉淀物增多，一方面会延长清孔作业时间，另一方面清孔作业时间若延长，也会增加塌孔事件发生的风险。在钻孔过程中，需加强对钻机速度的控制，在孔深4.0m的范畴中，钻入速度应＜2m/h，在后续钻进过程中速度应≤3m/h。在覆盖层始终要维持减压钻进，且需保证钻入速度和泥浆排放量之间的适宜性[2]。本工程地下水位埋深2～3m，泥浆压力＞水压力，即满足施工规范要求。

3.2 清孔

清孔为混凝土灌注桩施工期间的关键一环，其目的是清除成孔孔底的沉渣，以保证钻孔符合相关规范与工程设计要求。但多数施工单位在基桩建设期间，未能予以清孔作业一定重视，甚至认为钻孔结束后若能及时开展混凝土灌注工序，漏斗灌注混凝土时，若首次封底顺利通常不会形成较严重问题，且部分施工单位为减缩工期，而采取减缩冲孔时间的方法，以上操作行为均是未重视清孔在基桩施工期间意义的表现，若直接开展混凝土灌注工序，则很可能导致灌注桩桩底承载性能不断降低，进而影响基桩施工质量。在清孔工序结束后，应及时灌注混凝土，以防等待时间过长，造成长孔底有新沉渣形成，需再次清孔，增加基桩施工时间。在对地基孔洞清理时，施工人员要对孔底沉渣厚度进行严格把关，使其＜5.0cm[3]。此外，清孔过程中应维持钻孔内泥浆面高于地下水位1.5～2.0m，以防出现塌孔事故。

3.3 混凝土浇筑[4]

在基桩施工期间，在每罐混凝土灌注工序完成后，均需及时进行测量已浇筑混凝土顶面的标高与导管在已浇筑混凝土中敷设的深度，以精确把控导管应拔升的长度并实现对塌孔情况的科学预测。在混凝土中，导管的敷设深度通常是2～3m，以促进混凝土浇筑作业的有序开展，针对拔出后的导管，应及时冲洗，以防出现锈蚀而影响使用寿命。混凝土灌注期间需尽量保证混凝土浇筑作业的连续性、快速性，若施工期间混凝土浇筑中断时间＞30min，则建议要上下活动导管，以保证混凝土流动性的优良性，而降低导管拔升过程的难度。加强对孔底与导管间距离的控制，通常约为40 cm，敷设深度在2～6 cm取值为宜。加强对基桩混凝土浇筑时间的管理，通常≤4～5h。

4 结语

本文结合具体工程案例，对钻孔混凝土灌注桩基桩的承载力取值与施工要点进行较详细探究，认为在具体施工作业期间，应全面考虑周边环境、水文土质等各个因素，加强对桩基施工各个参数的调控，以全面提升桩基的承载力与稳定性。实践表明，加强钻孔混凝土灌注桩的基桩施工方法和施工工艺的过程控制的研究，有利于提升工程桩基施工的质量，为工程后续施工创造较优良的条件。