水下混凝土钻孔灌注桩施工质量控制研究

刘亚涛

摘 要：钻孔灌注桩目前在公路桥梁和城市建设中应用极为普遍，也非常具有施工优势。地下水较为丰富、地质坚硬且复杂的地段都会优先采用机械钻孔桩工艺进行桩基施工。钻孔灌注桩属于隐蔽工程，成桩过程比较复杂，施工难度较大，施工过程中容易出现各种问题，施工期间应进行严格管控，才能有效地保证桩基施工质量。因此，本文主要分析了钻孔灌注桩的施工工艺、施工要点、常见问题及处理措施。

关键词：钻孔灌注桩;钻孔;清孔;钢筋笼;水下混凝土

中图分类号：U445.54文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）08-0103-03

Research on Construction Quality Control of Underwater Concrete Bored Piles

LIU Yatao

（Gezhouba Group Test and Inspection Co.， Ltd.，Yichang Hubei 443000）

Abstract： Bored piles are currently widely used in highway bridges and urban construction， and they also have construction advantages. Where groundwater is rich， and the geology is hard and complex， mechanical pile drilling is preferred for pile foundation construction. Bored cast-in-situ piles are hidden projects， the pile forming process is relatively complicated， and the construction is difficult， and various problems are prone to occur during the construction process， strict management and control should be performed during construction to effectively ensure the quality of pile foundation construction. Therefore， this paper mainly analyzed the construction technology， construction points， common problems and treatment measures of bored piles.

Keywords： bored cast-in-situ pile;drilling;clearing hole;reinforced cage;underwater concrete

随着我国公路事业的飞速发展，桥梁桩基工程的重要性日益凸显。因适应性强，钻孔灌注桩应用越来越普遍，施工质量尤为关键，水下钻孔灌注桩成桩质量不易控制，施工过程中应从各个环节进行管控，加强施工质量控制，保证钻孔灌注桩的施工质量。

1 施工工艺及施工要点

1.1 钻孔施工

灌注桩钻孔施工前，先将需要施工的桩位进行测量放样，同时对前后左右的桩位进行方向性大致放样。放样完成后，对施工场地进行认真规划、开挖、平整，规划时要充分考虑到钻机如何摆放、泥浆池位置、沉渣池位置、下钢筋笼吊机位置、灌注混凝土道路等[1]。

桩位中心点用全站仪精准测量，核对桩位的纵横向间距后，用十字的方式选择最佳位置进行护桩定位，护桩必须打入土里且牢固无松动，同时避免碰撞导致产生位移。护桩设置完成后，开挖对护筒进行埋设，护筒应超出原地面30 cm，周边需要用土夹石对其夯实平整，避免护筒下沉或坍塌造成二次埋设。护筒施工完成后，进行二次精准测量，再摆放机架，调整钻头中心点与测量放好的中心点重合，机架的四个受力点必须稳定、无晃动、摇摆、下沉现象，保证钻孔倾斜度符合设计及施工规范要求。

钻孔开始时，适当控制钻进速度，机架受力后，要再次复核校正钻头中心线，待钻进超出护筒底1 m左右且土质稳定后，按照正常速度钻进。钻进过程中应每1～2 h检测一次泥浆指标，必要时进行调整。每钻进2～3 m，对孔径、孔深、垂直度进行检查，并注意土层的变化，留取渣样，及时核对设计图纸地质资料。

1.2 成孔、清孔施工

钻到孔底设计高程后，对孔深、孔径、倾斜度技术指标进行检查，并进行第一次清孔。清孔时保持水头高度为1.5～2 m，同时控制好泥浆指标，避免因泥浆相对密度下降导致塌孔事故，不得以加深钻孔深度的方式來加快清孔进度。提前准备好探笼，当清孔泥浆比重达到1.2左右时进行最终验收，合格后进行钢筋笼施工。

1.3 钢筋笼施工

钢筋笼必须严格按照设计图纸进行加工，制作好的钢筋笼应具有一定的刚性，保证在运输、吊装过程中不致产生变形。制作好的钢筋笼检查验收合格后方可使用。

按照设计图纸对声测管进行布置和安装。声测管是为检测桩基质量是否合格而布置的，在声测管安装过程中，一定要用液压钳将接头处压牢固，并用胶布多缠绕几圈，防止泥浆进入和接头脱落。应每间隔2 m左右将声测管用铁丝固定到钢筋主筋上，防止上浮、脱落、移位、变形等造成无法正确检测。

下放钢筋笼期间，当吊点与孔内泥浆快接触时，应停止下放。先抽清水将所有声测管灌满，再用声测管管盖将其盖严实，并用铁丝捆绑牢固，防止在浇筑过程中泥浆进入管内。声测管施工完成后，对钢筋笼进行精确定位。采用护桩的十字交叉点，移动钢筋笼使其中心点与护桩的十字交叉点重合[2]。再将钢筋笼四个方向用短钢筋焊接牢固支撑到护筒内壁，使其钢筋笼吊装到位后位置不发生改变。桩基施工平台应仔细计算开挖至桩基钢筋笼的设计顶高程，精确定位，减小桩基偏位概率，提高施工质量。

钢筋笼吊装完成后，立即进行导管安装并二次清孔，待孔底沉渣厚度、含砂率及泥浆比重满足后即可进行水下混凝土灌注。导管安装时，导管内壁和法兰表面须清理干净，接头处应放置密封圈，保证密封性。导管安装位置在孔的中间，轴线顺直，安装时稳步沉放，避免钢筋骨架卡挂和碰撞孔壁，导管接头必须敲打严实，防止脱落。根据孔深，提前计算导管用量，下口离孔底25～40 cm即可，上口根据实地情况自行调整。

1.4 水下混凝土灌注

灌注水下混凝土是钻孔桩施工最重要的环节。准备浇筑之前，对孔底沉渣、泥浆比重和含砂率进行测定。如沉渣厚度超厚，采用喷射法向孔底喷射混凝土，使其沉渣悬浮后立即灌注。灌注水下混凝土的坍落度要保持在18～22 cm，使浇筑过程更加顺畅。卸料时，设专门人员指挥倒车，防止撞击导致事故发生。当浇筑料斗装满后打开料斗阀门，混凝土冲击塑料球至孔底，受泥浆浮力作用，上浮后取出，同时混凝土罐车尽快放料，保证冲底良好。

第一车浇筑完成后，立即测量孔内混凝土上升高度，计算底管埋置深度。灌注应连续进行，中途严禁停工。施工现场要备有发电机机组，联系好应急搅拌站，保障混凝土连续灌注。

灌注混凝土时及时进行混凝土塌落度检测，检查混凝土拌合物的和易性，出现异常时及时调整施工配合比，以保证混凝土拌合物质量，防止混凝土堵管、卡管;根据施工进度，准确计算出导管埋置深度，及时测量孔内混凝土面高度，正确进行导管的提升和拆除，避免导管离开混凝土面形成断桩，导管提升时保持轴线垂直和位置居中，逐步提升。

混凝土灌注结束时，导管内混凝土高度减小，压力降低，导管外的泥浆比重增大，混凝土顶升困难，可采取加水稀释泥浆和人工掏浆的方式，保证混凝土灌注正常顺利完成。

如钢筋笼在灌注过程中上浮，应采取提拔导管、快拔慢插的方式处理。在保证导管埋深的情况下，快速提升导管，使钢筋笼在受到混凝土瞬间自重力的作用下沉到预定位置，然后缓慢插入。

2 施工常见问题及处理措施

2.1 漏浆、塌孔事故

漏浆主要是钻进期间遇到溶洞、岩层裂隙而造成的。钻进时发现排出的泥浆中不断产生气泡或者泥浆突然漏掉，说明发生了孔壁塌陷，遇到溶洞和裂隙。如发现孔口有水泡，返浆渣量明显增加，钻机负荷明显增加，进尺困难或者没有进尺，却不及时处理，会造成钻头被埋或者整体塌陷而成为废孔，引发安全事故，增加二次钻进的施工难度。

造成塌孔的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护筒四周未用黏土紧密填封，护筒内水位不高，钻进速度较快，空钻时间较长，成孔后长时间未浇筑或浇筑时间过长。

在松散易塌陷的地质上施工，降低原地面高程至设计桩顶，应适当埋深护筒，用黏土回填护筒四周并夯实至护筒顶以下30 cm处，取优质泥土，提高泥浆的比重及黏度，并保持护筒内泥浆水位高于地下水位。在钻进过程中，如果遇到孔内泥浆缓慢下降，说明遇到小溶洞或裂隙，可在孔内泥浆中加入适量水泥来加大泥浆比重继续施工;如果遇到泥浆快速下降，说明遇到较大的溶洞和裂隙，应立即填入黏土或土夹石继续钻进，避免处理不及时造成塌孔;如果多次回填仍然大量漏浆，判明漏浆位置后，利用导管灌注几立方米低标号混凝土进行封堵，待凝固后再继续钻进。发现塌孔后，应立即判断塌孔位置并分析原因，一般采取回填黏土及土夹石的方式进行处理，回填高度需要超出塌孔位置2 m。如果塌孔已造成护筒及机架下沉，需要全部回填后重新埋设护筒和安装机架进行二次施工。如果在清孔或钢筋笼吊入过程中塌孔，应立即停止清孔，使用钻孔机具搅拌泥浆护壁进行二次清孔，将塌陷的泥土清理干净后再进入下一道工序施工。

2.2 孔底沉渣

终孔后孔深测绳读数错误、泥浆指标不满足、清孔方法不正确均可造成孔底沉渣。测量孔深时，要确保探测到孔底并准确读数，采用泥浆泵换浆法进行清孔，清孔时及时检查泥浆比重和沉渣厚度。

钢筋笼吊装完成后，应立即测量孔底沉淀物厚度，立即安装导管进行二次清孔。清孔过程中，要经常前后左右摇晃导管，探测孔底，直至达到浇筑条件。

2.3 钢筋笼上浮

造成钢筋笼上浮的主要原因为：一是混凝土灌注速度较快，导管埋深太多，混凝土顶升带动钢筋笼上浮;二是混凝土灌注时间过长，表面已经初凝，与钢筋笼具有包裹力，再次灌注时混凝土顶升造成浮笼。

在灌注混凝土的过程中，初始灌注导管埋深太大，易造成浮笼。每车混凝土灌注完成后，要认真计算测量混凝土上升高度和导管埋置深度，导管埋深4 m左右即可，如超出此范围，应拆除多余埋深导管，防止浮笼，保证混凝土供应的连续性。如因特殊情况混凝土供应不及时，在保证导管埋深的情况下，要经常上下活动导管，防止初凝较快影响灌注质量。

2.4 灌注造成断桩

灌注封底时导管管口未达孔底，混凝土被泥浆稀释，无法良好凝固，填充桩体形成断桩。封底时，导管底部与孔底的距離保持在25～40 cm，快速封底。同时，对首批混凝土进行精确计算，浇筑完成后至少对导管埋深1 m。如桩径较大，现场至少等到2车混凝土到达现场后再浇筑。

混凝土坍落度小、离析或石料粒径过大等问题造成断桩。应保证水下混凝土具有良好的和易性，坍落度应控制在18～22 cm，对粒径进行严格控制，并在料斗顶部设置筛漏装置，防止混凝土中夹杂大石块，造成导管卡管无法疏通而导致断桩。

导管埋深计算错误，拔管时脱离混凝土表面或者埋管太浅，泥浆进入导致断桩。每灌完一车后，认真计算混凝土上升高度和导管埋置深度，埋置深度应控制在4 m左右，埋深大于6 m后应及时拆管，同时埋深不能小于2 m。

导管接头处未接好，密封不牢，泥浆进入管内与混凝土形成夹层形造成断桩。导管接头要将所有杂物清理干净，密封圈安装正确。丝牙公母正确对接，并用力敲紧。

导管埋置较深，混凝土浇筑缓慢，使得导管无法提出或脱落造成断桩。灌桩之前，施工现场应保证道路通畅，提前准备发电机组和其他应急机械设备等。同时，要提前准备好备用搅拌站，保证混凝土灌注的连续性。导管最大埋深为6 m，如果大于6 m，需要拆除后再进行灌注。

3 声测管堵管造成无法正常桩检

声测管自身可能存在质量缺陷，如有洞或破裂。在采购声测管的过程中，要对质量进行严格把关，同时要出具出厂合格证和质检报告。到达施工现场后，分批分次取样送检，检测合格后方可使用。在使用安装过程中，质检员、施工员要严格把控，发现沙眼、裂缝、变形等可能导致堵管的因素则立即更换，绝不能有侥幸心理。

在施工过程中，接头未用液压钳压实，也未将声测管绑定在主筋上，造成脱落断开，超声波探头不能通过无法进行检测。声测管接头要采用液压钳压实，直至压不动，压完后进行人工测试。接头压好后，采用胶布将接头处多缠绕几圈，防止渗漏。同时，采用铁丝将声测管接头与钢筋笼主筋捆绑牢固，每根声测管至少捆绑3个点，防止脱落和移位。

在运输及吊装过程中，声测管可能会出现变形。在运输过程中，钢筋笼下方应设置硬性骨架，保证其不变形。在吊装过程中，吊车应采用大小钩同时起吊，如钢筋笼一次吊装太长，应采取其他设备辅助，同时吊点应设置合理，防止吊装期间出现变形、弯曲，导致声测管接头断开而造成堵管。

钢筋笼吊入后未灌水，管口没有用管盖进行绑扎封严。浇筑过程中，泥浆溢出，将管盖推脱后进入泥浆或混凝土，造成堵塞。吊装钢筋笼到护筒孔口时，应采用清水将声测管灌满，同时采用管盖将管口密封严实，并用铁丝捆绑牢固，防止灌注过程中泥浆溢出的浮力将管盖推出，导致堵管。

施工完成后未采取保护措施，管盖脱落进入杂物，在进行桩顶开挖时，有大量泥土进入管内，造成堵塞，或泥浆进入后经长时间沉淀，管底淤泥太多。施工完成后，应对声测管加强保护，检查管口是否密封严实，并设置明显标注。在开挖过程中，如看不到桩位，应测量找出桩位位置，规划好开挖范围，再进行开挖。大量土石方取出后，剩余樁顶上的泥土应采取人工清理，防止开挖过程中破坏声测管进入泥土。如管底有淤泥，可将25PE管插入孔底搅拌，采用高压水冲洗，直至管内溢出清水。如管内有泥土、小石子，可采用高压风吹出。

桩基检测之前，应提前对声测管水位高度、有无堵管、管深度是否与桩长一致等进行检查。如国声测管无法疏通，则采取钻孔取芯的方式进行检测。

4 结语

机械成孔水下灌注桩应用非常广泛，技术成熟，但技术含量很高，整个施工过程牵涉的环节很多。桩基质量是桥梁主体结构稳定的重要保障，在施工过程中，要从事前、事中、事后进行综合管控，保证施工质量，确保公路桥梁工程的整体质量。

参考文献：

[1]交通运输部.公路桥涵施工技术规范：JTG/TF 50—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]交通运输部.公路工程质量检验评定标准：JTGF 80—2017[S].北京：人民交通出版社，2017.