旋挖钻孔灌注桩质量控制与应用

郭顺艺

（厦门翰林苑建设工程有限公司，福建 厦门 361000）

1 旋挖钻孔施工原理

旋挖钻孔成桩工艺是通过设备带动不同型号的桶式钻头旋转，破坏土体或岩石并通过旋转将其装入桶内，钻杆提升的同时将土或岩石碎块带出孔外。循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计孔底标高。

2 旋挖钻孔优势

采用旋挖钻孔工艺具备以下优点：①成孔速度快，与传统成桩工艺相比，自带履带式设备使其移机快，一次出土量大、效率高、成桩快，可以有效保证工期。②成桩质量稳定，通过设备控制钻杆的垂直度，能较好地避免偏桩；通过控制钻杆的长度能精准地控制桩长；通过驾驶室内电子设备的辅助，能对钻孔进行精准定位。③适应性强，多种多样的桶式钻头可以适应各种土质及岩石；机械本身性能决定其可以较好地靠近复杂地形的边桩位置。④沉渣少，经过二次清孔后，可以保证桩底沉渣满足相关要求。⑤对环境影响小，由于桶式钻头可将孔内各种土层的土较完整地取出，不会对环境造成严重污染。⑥自动化程度高，整套设备仅需一人操控。

3 施工过程及控制点

3.1 桩位放样

按图纸要求放出桩中心轴线，并在每根桩周打上定位桩或十字线。根据放好的桩位规划好桩机行走路线，行走路线不宜过于靠近桩位，避免扰动桩孔造成塌孔。如果行走路线土层较软，应考虑铺设干土或碎渣。根据地勘情况规划好桩位跳打根数及顺序，并根据试打情况进行调整。在行走路线上以20～30 m的间距布置泥浆制备池并考虑淤泥处理场地或其他处理方式。根据行走路线规划出带状出土堆放处或采用推土机配合形成堆土点，出土位置应距孔口6 m以上，以确保孔壁的稳定性。

3.2 埋设护筒

护筒内径应比图纸设计桩径大20～40 cm。根据定位控制桩将护筒埋设到桩位上。泥浆护壁施工考虑浆液高度要求，应将护筒埋设在地下水位面1 m以上。护筒四周应均匀采用黏性土进行回填压实、横木加固等方法，保证护筒的牢固及存水性能。在护筒口拉十字线并借助工具复核护筒的垂直度及定位的准确性，确保护筒中心与图纸桩位偏差不大于5 cm。

3.3 泥浆制备

泥浆制备时优先选择高塑性黏土或膨胀土，此类土在静止时短时间内部不易沉底且能保持悬浮状态，能保证浆液的浓度，保持孔内压力；经过循环，此类泥浆裹挟砂子或碎小石块经过二级沉淀池后能较快沉淀，便于后续泥浆的处理。如今市面上已有专门用于泥浆制备时替代泥土的材料，可以更好地进行造浆。泥浆制备是有效预防塌孔的方法，因此应认真对待泥浆开挖前的工作。

3.4 桩身钻进

钻头钻进前应进行试挖，试挖时根据不同土层调整钻速及钻进、提升速度，累积各土层的经验参数，以保证孔体稳定，避免出现成孔缺陷。同时，根据土层情况调整浆液浓度，必要时可在浆液中加入烧碱。当遇到地质较坚硬时宜更换相应的钻头，避免影响设备的耐用性及成桩效率。因钻机自带垂直度显示设备，施工人员随时关注钻进垂直度以便较好地控制桩孔垂直度偏差。此外，施工人员应随时注意桩孔液面情况，如发现液面突然上升或液面出现大量气泡，应停止钻进并查明原因。

3.5 达到标高及清孔

根据图纸要求钻至指定标高或指定土层深度时，由监理与施工方根据钻杆深度或出土样品确认孔深是否达到设计要求。如持力层为中风化、微风化等岩体，应及时更换相应钻头，避免影响设备的耐用性及成桩质量。待监理确认孔深满足图纸设计要求后，应更换清孔钻头，在孔底标高慢速转动，将孔底残渣带出，达到清孔目的。

3.6 钢筋笼制作

钢筋笼制作时钢筋连接应采用机械连接。主筋下料时应采用线切或月牙切头设备进行下料，避免钢筋接头出现斜截面切口影响连接质量。

采用直螺纹套筒连接时安装质量应符合下列要求：①安装接头时可用管钳、扳手拧紧，在保证钢筋切口平整情况下应使两对接钢筋在套筒中间位置紧密连接。标准型接头安装后的外露螺纹不宜超过2p[1]。②安装后应用扭力扳手校核拧紧扭矩，拧紧扭矩值应符合《钢筋机械连接技术规程》。③钢筋笼应焊接适当加劲箍及内三角撑，以加强钢筋笼的整体性，便于装运。钢筋笼应通过计算合理设置2～4个吊点，如果吊点位置及数量计算不准确，钢筋笼在吊装过程中容易产生较大挠曲变形，导致焊缝开裂，严重时将使钢筋笼散架，无法起吊。因此，吊点位置的确定是吊装过程的一个关键步骤，吊装时应根据钢筋笼长度采用多吊点形式，避免吊装时钢筋笼变形。

3.7 二次清孔

钢筋笼吊装过程中对孔壁造成一定扰动的情况可以避免，导致残渣沉积在孔底。在钢筋笼上安装定位环及定位轮是减少钢筋笼对孔壁扰动及保证钢筋保护层厚度的有效方法。钢筋笼安装完成后需要用潜水泵将调好浓度的浆液输送至孔底，通过浆液循环带出孔底沉渣。当循环流出的浆液浓度、比重、含砂率满足《建筑桩基技术规范》要求时，视为二次清孔完成。在第二次清孔过程中，需要分析泥浆指标测量工作，记录泥浆密度的变化情况，及时对清孔后的泥浆沉渣情况进行分析，排除泥浆二次沉降现象的出现[2]。

3.8 导管安装

根据《建筑桩基技术规范》要求，水下混凝土浇筑应采用导管输送。导管使用前应检查管内壁是否光滑，是否有混凝土凝固块，导管是否平直，接头是否牢固、密封。导管直径宜为20～25 cm，避免浇筑过程中混凝土下落过快，形成混凝土离析。底部最后一节导管距离孔底宜为30～50 cm，利用封闭的导管作为混凝土输送通道，使混凝土浇筑时不会被水稀释，并可将孔底沉渣进一步从孔底挤出最终形成浮渣。导管宜根据混凝土浇筑速度，不断拔出。混凝土灌注过程中导管应始终埋入混凝土内，宜为2～6 m，导管应勤提勤拆[3]。导管埋深太深容易造成压力过大堵管，埋深太浅则容易使浮渣与新下混凝土混合，造成桩身混凝土缺陷。

3.9 水下混凝土灌注

混凝土浇筑前应规划好浇筑混凝土总量，浇筑时应连续浇筑，中途不得停止，如遇故障，应如实填写故障记录表。每根桩的混凝土总浇筑时间应以首盘混凝土初凝时间控制，即浇筑完成时间在首盘混凝土初凝时间内。

在混凝土浇筑过程中，应采用工具探测混凝土面的上升高度及速度，并适时提升和逐级拆卸导管，保持导管在混凝土中2～4 m深度。探测次数一般须大于导管的节数，并在每次提升导管前探测管内外混凝土高度。如遇特殊情况（局部严重缩径、超径、漏失层位和灌注量突然增大的桩孔等）应加大探测次数，同时观察水位情况，以正确分析和判定孔内情况。

因混凝土通过导管底部浇筑时会将孔底沉渣及浇筑过程中的浮浆挤到混凝土浇筑面，在桩顶形成质量不合格的浮渣层。因此，桩顶的混凝土在浇筑时应比设计标高高出0.8～1 m的超灌量，待桩身混凝土达到强度后进行截桩去除。

混凝土浇筑过程中发现导管内混凝土含有大量气泡时，宜采用溜槽、漏斗和导管连接，降低混凝土进入导管的速度，避免大量气泡形成高压破坏导管密封性。

4 旋挖钻孔应急预案

由于地质情况多种多样，旋挖钻孔过程中难以避免地会出现各种情况，在施工前应认真研究地质情况，提前考虑钻孔过程中可能出现的问题并制订相应的应急处理方案。

4.1 塌孔处理

当地质出现砂层、淤泥层、回填土层等情况，在钻孔过程中特别容易出现塌孔现象。处理方法如下：①小规模塌孔：当出现轻微塌孔时应及时停止钻进，选择塑性较好的黏性土对孔位进行回填，填至塌孔标高以上，利用钻机反向转动向下压实黏性土；待回填完成并压实后即可重新向下钻进，可配合降低钻机转速、提高浆液浓度等办法，必要时可往孔内倒入适量水泥提高浆液浓度。②严重塌孔：当出现较厚砂层或含水率较高的淤泥层时，采用回填黏性土会反复出现塌孔现象。若塌孔位置埋深较浅，可使用长护筒进行施工。如塌孔位置埋深较深可向孔内回填低标号素混凝土或高标号砂浆，分层回填时用钻桶反向重复转动，挤压混凝土，使混凝土渗进孔壁内。回填标高以高出砂质、软弱土层为准。静待24 h后更换岩石钻桶重新钻进。

当地质出现砂层、淤泥层、回填土层等情况，无论是否出现塌孔，均应降低钻头转速，降低钻进及提升速度，减小扰动并避免因为提升过快造成负压；加大浆液浓度，提高孔内压强，避免塌孔。若上述方法均没有效果，则宜采用加长护筒或跟管钻进的办法维护孔壁稳定[4]。

4.2 缩孔处理

缩孔处理方法如下：①轻微缩径：当遇到可塑性较好的软（弱）土层，出现程度较轻的缩径时，可以放慢转速，多次扫孔，或参照轻微塌孔处理方法来解决。②一般缩径：当遇到可塑性较差的土层或软弱土层较厚时可以多次扫孔，直到形成空腔不再出现缩径现象后再参照轻微塌孔处理方法。③严重缩径：当遇到可塑性极差的土层，多次扫孔无法形成空腔时，可向孔内回填低标号素混凝土或高标号砂浆，分层回填时用钻桶反向重复转动，挤压混凝土，使混凝土渗进孔壁内。回填标高以高出软弱土层为准。静待24 h后更换岩石钻桶重新钻进或采用长护筒解决。

4.3 串孔处理

当遇到砂层或可塑性极差土层且桩芯距离较小，开孔时未跳打或与相邻已成孔桩位在软弱土层标高处形成相连通道。此时，应及时回填黏性土或低标号混凝土并反复反转钻头进行挤压，直到不再出现串孔现象。重新开孔后应对相邻桩位进行清孔。加大跳打间距是有效应对串孔的方法，开挖前应根据地质情况，提前规划好跳打桩数，必要时分批次进行浇筑及开挖。

5 灌注事故的预防及处理

5.1 导管进水

混凝土浇筑过程中发现导管口出现大量水时，应认真分析导管进水原因。

浇筑首批混凝土时导管口出现大量水的原因：首批混凝土不足，混凝土无法覆盖导管底部。应及时采用充足混凝土进行冲底；混凝土输送未连贯，使部分水进入导管。此时应确保混凝土输送的连续性。当导管底距离孔底超过50 cm，此时应采用充足混凝土进行冲底。

浇筑过程中导管口出现大量水的原因是导管接口不严实，出现漏水现象。此时重新检测导管的密封性，避免导管拔管速度过快或拔出混凝土面。

5.2 塌孔

混凝土浇筑过程中，孔口突然水位上升伴随护筒出现大量气泡时，可能出现塌孔现象。

混凝土浇筑过程中出现塌孔原因：①孔内浆液浓度降低，导致孔内压力下降。②孔口周边存在堆载重物，使孔壁造成较大向内压力。③导管对孔壁造成较大扰动。

预防及处理措施：①保持泥浆池内泥浆质量，提高护壁效果[5]。②检查并移除堆载重物。③直上直下，不摇晃导管。

如多跟桩孔均出现塌孔现象，应协同设计、监理人员讨论是否应进行浇灌。

5.3 钢筋笼上升

混凝土浇筑过程出现钢筋笼上升情况，常见原因：①混凝土浇筑面接近钢筋笼底部时浇筑速度过快，顶升钢筋笼。②导管提升时，导管接口挂住钢筋笼。③混凝土坍落度太小、和易性差或凝结时间过快。

处理办法：将钢筋笼吊筋固定到桩上，使钢筋笼在一定作用力下无法上浮。混凝土灌注过程中，应缩短灌注时间，随时掌握混凝土灌注的标高和导管埋深[6]。加大导管提升频率。当出现钢筋笼上升时立即减缓混凝土输入速度。导管下管及提升时应注意导管的垂直度并确保导管在桩芯位置。选择合适的混凝土是顺利完成浇筑必不可少的环节。

6 旋挖灌注在基坑支护中的应用

旋挖钻孔灌注桩除作为传统的受力桩外，还可作为支护桩在基坑支护中得到较好的应用；在深基坑的支护体系中，既要求支护体系有抗侧力的性能，又要求支护体系有防水的性能。如果完全采用旋挖钻孔灌注桩来达到这两个要求，一方面成本高，另一方面施工难度大。在左右基坑支护体系中，可以利用旋挖钻孔灌注桩作为侧向受力支护桩，配合高压旋喷桩作为防水桩，使旋挖钻孔灌注桩与高压旋喷桩通过隔一打一的方式达到以上两个方面的要求；或利用旋挖钻孔灌注桩作为侧向受力支护桩，在旋挖桩后另做一排止水帷幕，以达到受力及防水要求。在旋挖桩加上腰梁及冠梁将整个基坑支护体系连成整体，形成较好的抗侧力体系及防水体系，是基坑支护体系中较好的支护方案。