滨海软土地区钻孔灌注桩成施工工艺及质量控制研究

□文/王子杰 蔡志杰 方 凯

钻孔灌注桩是通过现场机械钻孔等手段在地基中形成圆孔并在内侧放置钢筋笼，用混凝土浇筑而形成的桩体。随着科学技术的发展，灌注桩在我国广泛应用于工业与民用建筑。天津滨海新区某建筑采用钻孔灌注桩，持力层在淤泥质粉质黏土及淤泥质土等不利土层并且水位较高，因此提高灌注桩的一次成孔率，从而保证灌注桩的成桩质量显得至关重要。

1 工程概况

滨海新区肿瘤医院项目位于天津市滨海新区黄港地区的医疗卫生设施建设用地范围，其医疗综合楼、附属用房设计为钻孔灌注桩，总桩数2 298 根，桩径600 mm，桩长为27、40 m。

2 工程特点

与以往的大多数项目相比，本工程具有地下水位高、持力层处于淤泥质粉质黏土及淤泥质土等不利土层，工期紧、桩数量大、桩位密集、质量要求高的特点。

3 试成桩方案

提高灌注桩的一次成孔率，确保灌注桩的成桩质量进行试成桩。

3.1 土层分段成孔划分及分析

3.1.1 土层分段

为了更好地分析每种土层对工程桩成桩质量的影响。根据现场土层分布情况，将土层分成5个区段，逐层进行研究。见图1。

图1 土质分段

1）第一区段主要为素土层、粉质黏土、粉土，土层分段厚度4.5 m。

2）第二区段为淤泥质黏土，土层分段厚度6.3 m。

3）第三区段为粉土、粉质黏土，土层分段厚度13.8 m。

4）第四区段为黏土、粉质黏土，土层分段厚度11.9 m。

5）第五区段为粉砂，桩端进入土层厚度为7.31 m。

3.1.2 发现问题

1）地表深度5～12 m存在淤泥质粉质黏土及淤泥质土等不利土层。钻孔灌注桩桩身穿越淤泥质软土时，有可能出现孔壁坍塌及缩径现象。

2）地表深度17.5～25.3 m 存在粉土。钻孔灌注桩桩身穿越厚层粉土、粉砂时，因钻进速度慢，钻孔施工时间长，易产生塌孔等不良现象。

3）部分长桩端部位于最不利土层——砂层，钻孔过程中易塌孔，造成沉渣过厚。故正式施工前为了确保工程桩成孔质量进行试钻孔，以便采集相关数据[1]。

3.2 现场试成孔

在不影响工程桩施工的前提下，选择桩径600 mm、桩长40 m的工程桩进行试成孔。

3.2.1 准备

泥浆主要采用原土造浆，控制含砂率＜8%，稠度为20 s。

3.2.2 流程

1）分段试成孔。桩机钻头直径580 mm，将初始注入泥浆密度调配至1.30 kg/m3并在桩机钻进过程中始终保持该比例。在每个分段土层钻孔完成后将钻头提出，进行成孔质量检测，收集桩径、进尺速度和泥浆各项指标。

2）一次性试成孔。在分段试成孔试验完成后，将得到的数据汇总分析，对存在的问题制定针对性措施，再进行一次性试成孔。成孔后对桩孔质量进行检测，完成后将桩孔静置2 h 重新进行成孔质量检测，对得出的数据进行分析是否满足设计及施工要求，若不满足则需重新调整成孔方案，再次进行成孔试验。

3.2.3 试成孔数据分析

1）首次试成孔。虽未发现塌孔，但存在桩孔缩径现象。针对缩径问题，采取以下措施：在第一分段土层每钻进25～35 cm，就提钻进行一次复钻，在进入第二、三、四、五分段含砂较高的土层时，每钻进20 cm左右，就进行一次复钻，起到一个扩孔的作用。采取垂直吊打，避免采用钻头自重进行下钻，可有效保护孔壁，确保桩身垂直度。同时对泥浆比也进行重点控制。

2）第二次试成孔。根据首次试成孔试验结果调整成孔方案，在成孔过程中始终保持1.3 kg/m3的泥浆密度并采用垂直吊打、随打随复钻的方式进行施工。考虑一次清孔、提钻、钻机移位及桩机就位等步骤，一个桩孔成孔时间在3.5 h左右。为确保成孔质量，需控制每台桩机每天施工工作量6～7 根桩，进尺速度在0.25～0.41 m/min，可保证成孔后静置2 h 的孔径符合设计要求。

4 施工部署

为确保工期及桩机施工的有序进行，安排10 台70 型潜水钻机。每台桩机先进行各自区段内的支护桩施工，主要是让桩机操作工熟悉现场施工作业指导书的要求及报验程序；待桩机操作符合作业指导书要求后再进行工程桩试桩的施工；试桩完成后，进行其施工区段内支护桩周边的工程桩施工，中部支护桩及工程桩同时进行，以保证外圈帽梁及中部支护系统能按时施工；待以上工作全部完成后进行其余工程桩施工。

5 过程控制

5.1 样板制作

根据样板引路原则，施工前先进行样板制作。

5.2 定位放线

首先计算出各工程桩位的坐标点；通过测绘院提供的三个控制点进行各桩位定位，桩位点插入短钢筋棍定点并在点位上作标识。

每个点位在桩机就位前，采用全站仪复核，使用不同的控制点进行，避免一个点出现误差并重复使用。

5.3 护筒埋设

桩机定位验收合格后，在钻头上安装5 cm 宽的扩孔器，保证扩孔直径700 mm，对准桩位后进行钻孔，扩孔完成后进行护筒的埋设，一般护筒埋深400 mm，外露200 mm。护筒中心与桩位中心偏差≯50 mm，护筒保持垂直，周围用黏土回填夯实。扩孔完成后将扩孔器摘除，进行成孔施工。

5.4 桩位高程控制

在现场内均布4 个标高控制点，通过桩顶标高及现场地坪标高计算出吊筋长度，将钢筋笼安放在护筒上，考虑护筒沉降及吊筋的伸长，所以将吊筋长度减少100 mm（规范允许桩顶标高偏差为+50 mm）。

5.5 成孔施工

5.5.1 桩机垂直度检测

钻机就位时钻头定位偏差≤10 mm 并用磁力铅坠检测钻机钻杆的垂直度，通过调节桩架来调节钻杆垂直度，确保下钻时钻杆与水平面垂直。底座水平，钻杆垂直，钻进时随机用水平尺检测钻杆的垂直度，保证垂直度偏差≯1%，遇到地表土层松软的情况，在钻机底座下铺垫铁板。

5.5.2 成孔

钻进作业时，采用垂直吊打，保证随打随复钻，通过钻头的反复钻打，保证孔径。通过试成孔所得数据，钻进速度控制在0.25～0.41 m/min 内并保证钻机钻进过程中注入泥浆密度在1.3 kg/m3左右。

5.5.3 清孔

一次清孔前将泥浆密度由1.3 kg/m3调至1.25 kg/m3进行换浆清孔，清孔时间约20 min，过程中泥浆池根据经验适当加清水，直至换浆至密度为1.25 kg/m3停止。

成孔后检测孔径、孔深，如果未达到深度，进行复钻[2]。使用平板测绳和普通测绳相结合检测沉渣厚度，保证沉渣厚度≤100 mm。

5.6 钢筋笼安装下放

1）钢筋笼吊放时采用双吊筋进行起吊，对准孔位，吊直扶稳，慢慢下沉，避免碰撞孔壁，若受阻不得强行下入。钢筋笼全部入孔后，用吊筋吊正固定并设置压笼管控制钢筋笼上浮[3]。

2）竖向主筋采取搭接焊，单面焊缝长10d（d 为钢筋直径）；主筋焊接后煨弯，确保主筋同心。

5.7 二次清孔

下放完钢筋笼及导管后进行二次清孔，将泥浆池泥浆密度逐步下调，使孔内泥浆密度达到1.2 kg/m3以下并检测孔底沉渣厚度≯100 mm。

5.8 混凝土浇筑

1）每根桩在灌注混凝土前检验混凝土坍落度及保水性,确保坍落度（180±20）mm，保水性指标为无外露石子。

2）混凝土初灌量必须保证初灌后导管埋入混凝土以下深度不少于0.8 m。实际初灌量≮1.0 m3。混凝土初灌前在导管中放入球胆。

3）灌注混凝土过程中导管应始终埋于混凝土中，一般埋深2～6 m 为宜，灌注时窜动导管，幅度控制在0.5～1.0 m。拆管前计算（或实测）混凝土上升高度，每次拆卸导管总长度≯6 m,保证拆管后导管在混凝土中的埋深≮1.5 m。导管长度一般为3、1.5 m，使用1.5 m 的导管是为了满足导管埋深及灌注混凝土操作高度的要求。

4）混凝土必须连续灌注，中途不得无故停止，单桩浇筑时间不宜超过3 h。

5）混凝土灌注接近桩顶时，用比吊筋长的钢筋探测混凝土液面高度，确保最低混凝土面高于有效桩顶0.5 m；同时增加导管攒动频率，确保桩顶混凝土密实度并在浇筑完成后、拆除导管，用长钢筋对桩顶标高进行最终检测，确保浇筑标高高于桩顶标高≤500 mm。

6）每根工程桩留置一组≤50 m3的试块。

6 成品保护

桩基施工时，进行跳打作业，间隔3.5d（d 为桩径），有效避免对上邻近工程桩的扰动，保证其质量。

混凝土灌注完成后立即割除吊筋，防止桩机或挖掘机意外刮蹭，对刚浇筑完成的混凝土灌注桩造成影响。

7 结语

通过试成孔等技术质量措施的实施，施工过程中进行成孔质量检测581根，占总桩数的26%，经抽样检测孔径、孔深、成渣厚度和垂直度偏差均满足设计及规范要求。低应变检测1 476 根，Ⅰ类桩1 454 根，占检测桩数的98.5%，Ⅱ类桩22根，占检测桩数的1.5%，达到了提高钻孔灌注桩成桩质量的目的。□■