钻孔灌注桩施工技术在建筑工程中的应用分析

文／王志鸿 长沙市美的房地产开发有限公司 湖南长沙 410000

引言：

钻孔灌注桩是一种提高地基承载力的高效方法，其竖向承载力受桩身尺寸、桩身材料、桩周土性质、成桩施工方法等因素的影响。近年来，钻孔灌注桩施工面临诸多复杂地质环境，由于其施工工程无法直接观察，也不能开挖检查成桩质量，导致钻孔灌注桩基易出现质量问题，对此加强钻孔灌注桩施工技术的应用研究具有重要意义。

1、钻孔灌注桩概述

近年来，随着城市化进程的加快，超高层建筑及大型桥梁的建设蓬勃发展，钻孔灌注桩作为其主要基础形式得到广泛应用，使用量逐年增加。钻孔灌注桩由于其特殊工艺更易制成超大桩径、超长直径的桩体，故单桩承载力较大；在承受相同的桩顶荷载下，钻孔灌注桩布桩的数量更少，单桩间距更大，群桩效应相应减少，更利于建筑结构整体安全性；桩径增加也致使桩体刚度增加，桩体可承受较大的水平荷载，抗滑作用显著；钻孔灌注桩施工过程中对桩周土体扰动与破坏较小，对周边既有建筑结构破坏较小，且施工时噪声低、震动小，特别在人群集中区域内，优势明显；钻孔灌注桩受地层因素影响较小，桩体可穿越各类复杂地层，桩端既可放置于弹性模量较大的低压缩地层上，也可以把桩体嵌入岩石层当中；钻孔灌注桩为原地浇筑成桩，无需搬运吊装，可降低运输吊装费用；钻孔灌注桩施工过程中无需承受锤击，故可选用较低配筋率的钢筋笼，也可根据实际情况沿桩土深度做变截面配筋或只在桩体上部安放钢筋笼。

除上述优点外，钻孔灌注桩仍有不少缺点需要重视。由于应用时间较短、现场施工难度较大，桩身缺陷普遍存在，比如：泥皮过厚、沉渣过厚、桩身扩径与缩径等。桩身缺陷会对桩基承载能力的发挥产生一定的抑制作用，进一步地成为影响上部结构稳定性的潜在因素，因此合理选择钻孔灌注桩施工防范，加强施工过程控制，对于保证钻孔灌注桩承载特性、提高建筑结构安全性具有重要意义。

2、钻孔灌注桩施工技术在建筑工程中的应用要点

2.1 施工准备

钻孔灌注桩施工前要组织施工图纸交底，做好施工记录交底和钻孔桩施工方案交底。同时，在正式施工前要做好前期的准备工作，如主要设备调试、施工材料准备、临时设施等。

2.2 成孔作业

成孔阶段主要工作包括施工设备选择、桩身成孔垂直度控制、桩位与钻孔深度控制、进度控制、泥浆质量控制和清孔等内容。随着技术进步，在建筑领域旋挖成孔灌注桩工艺逐步取代安全隐患大、施工进度缓慢的人工挖孔桩工艺，大大节省了劳动力，有利于现场施工的安全控制。旋挖成孔灌注桩适用于高回填且地质条件复杂的工程，且旋转钻孔灌注桩采用的是液压驱动、电脑控制的模式，可以快速、精准确定钻孔位置，并对钻孔的垂直度进行自动矫正，自动测量钻孔深度，提高施工效率、确保钻孔质量。钻孔清孔采用两次清孔模式，第一次在终孔后，第二次在吊钢筋笼后。第一次清孔要求返回的泥浆中不含粘土碎片，第二次清孔要防止塌落洞。

2.3 钢筋笼制作和吊装

钢筋笼要在标高位置固定好，防止上浮。同时根据要求进行钢筋笼声探测管固定，做好端口保护，为后期桩基测试做好准备。

2.4 灌注混凝土

钻孔灌注桩混凝土工作关键包括：一是保障原材料质量。按照要求做好原材料质量检验检测工作，保障原材料质量符合要求，严谨使用不合格的原材料；二是做好混凝土导管防水测试。在进行导管安装前要做好防水测试工作，防止混凝土浇筑时产生混凝土离析等问题；三是注意混凝土坍落度与混凝土搅拌时间的控制；四是灌注开始后，应连续地进行，准备好导管拆卸机具，缩短拆除导管的时间间隔，控制最后一次混凝土灌注量，在泥浆全部排除后超灌混凝土高度宜为0.8 ～1.0m，保证凿除浮浆后暴露的桩顶混凝土强度满足设计要求。

3、案例分析

3.1 项目背景

某建筑工程主体为框架结构，长76m，宽42m，地上两层，地下一层，建筑高度为24m。基础为桩基础 +防水板式基础。本工程桩基采用钻孔灌注桩（端承桩），桩身直径为800mm，纵筋为20C22mm；箍筋为C8m @200（@100）；加劲箍筋为C20mm@2000，桩身混凝土等级为C35。根据工程桩设计图纸，桩长为2 ～7.8m 不等，其中嵌岩段长度为0.8 ～4.8m 不等。

3.2 地质水文情况

3.2.1 地质情况

将勘察深度范围内揭露的岩土体根据相关规范划分为4 个工程地质层，各层具体分述如下：

①-1 层杂填土：杂色，松散，以建筑垃圾为主，堆填时间小于1年。

①-2 层素填土：灰黄色，可塑状态为主，填积时间大于10年。

③层粉质粘土：黄褐色，硬塑状态为主，强度韧性中等。

④层卵砾石层：灰黄色、黄褐色，成分复杂，卵石砾径20 ～200mm，由粉质黏土充填，局部含中粗砂，钻进时孔壁易坍塌。

⑤-1 层强风化含砾砂岩：棕红色，强烈风化呈碎块状，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

⑤-2 层中风化含砾砂岩：棕红色，块状结构，岩体较完整，岩体基本质量等级为 IV 级。

3.2.2 水文情况

孔隙型潜水主要赋存于场地①-1 层杂填土以及①-2 层素填土中。③层粉质黏土为相对隔水层。勘探测得稳定水位埋深为0.63 ～1.73m。承压水主要赋存于④层卵砾石、⑤-1 层强风化含砾砂岩风化裂隙和节理裂隙中。

3.3 钻孔灌注桩施工要点

3.3.1 施工工艺选择

旋挖成孔灌注桩宜用于黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层，应根据不同的地层情况、地下水位埋深及其他周边环境情况，采用干作业成孔或泥浆护壁成孔工艺。本工程施工场地极为狭小，无法提供泥浆护壁成孔工艺所需的泥浆池；且由于周边环境的影响，需保证场区内的文明施工。因此采用干作业成孔工艺，施工工序为：桩位放样→钻机就位→埋设护筒→钻孔至设计深度→空转钻头清孔→吊放钢筋笼→灌注混凝土。

3.3.2 施工技术要点

灌注桩施工过程中除常规做法外，需特别注意以下几点：

（1）钻头需选用带保径装置的钻头。

（2）钻进过程应随时检查钻杆的垂直度，若发现偏差应立即调整；钻进过程中遇软硬土层交界面或倾斜岩面，应保持低速、低钻压钻进，确保钻杆的垂直度满足要求。

（3）钻进至持力层岩面时，需勘探人员进行判岩后再继续钻进，确保嵌岩深度满足设计要求。

（4）钻孔结束后与吊放钢筋笼之前若间隔较长时间，必须严格执行清孔工序。

3.4 钻孔灌注桩质量检测与处理措施

3.4.1 质量检测

（1）检测项目。为保证桩基检测结果的合理性，应采用两种或两种以上的检测方法对照检测结果。根据相关规范，本工程桩基检测项目、检测方法及数量如表1所示。

表1 桩基检测项目及数量

（2）检测结果。经第三方检测，受检桩中单桩竖向抗压静载试验（3 根）及声波透射法检测（11 根）的14根桩满足设计要求，采用低应变法检测的60 根桩中，有两根桩检测结果异常，检测结果如图1、图2所示。

图1 低应变桩基完整性检测附图（34 号桩）

图2 低应变桩基完整性检测附图（95 号桩）

检测人员怀疑桩底沉渣过厚，后续通过钻芯法验证，实际钻芯结果如图3、图4所示。

图3 实际钻芯结果（34 号桩）

图4 实际钻芯结果（95 号桩）

3.4.2 质量缺陷修复

根据该质量问题，项目部立即组织召开专家论证会议研究处理方式，专家提出可根据灌注桩后注浆施工技术机理，通过后开孔注浆的方法，尝试加强桩底沉渣承载能力，后续再通过检测结果判断加强处理后的桩是否满足设计要求。

注浆处理主要施工方法如下：

（1）钻孔。在桩顶弹线确定钻孔位置，先固定钻孔机械，调整钻杆垂直度，并在施钻时控制钻杆垂直度，避免破坏桩身钢筋，以低应变检测桩身长度作为参考，钻进过程中持续连接钻杆，直到钻头钻入到桩底沉渣与中风化岩石交界处。

（2）清孔。当钻孔钻入深度达到要求后，选一个钻孔（后钻孔）为高压注水孔，另一个孔（取芯孔）为排污孔，将高压注水管插入孔底，压强控制在1.0 ～1.5MPa 范围内。持续注入清水冲洗，清洗部分软弱沉渣，直至排污孔处冒出的泥浆完全变为清水。

（3）注浆。清孔结束后，在后钻孔孔口预埋套管，套管外侧与孔壁内侧的环形空间采用水泥砂浆填充，待水泥砂浆固结后再进行注浆施工。采用P·O42.5 普通硅酸盐水泥配置水泥浆，水泥浆的水灰比应与原混凝土的水灰比相同，内掺水泥用量12%的膨胀剂，以此降低水化热，减少收缩。用注浆泵持续逐级加压注入配制好的水泥浆，最大压强控制在2.0MPa 左右，直到取芯孔孔口返出纯水泥浆。这时采用栓塞封闭取芯孔，同时保持注浆压力稳定。待进浆量很小时，桩底清水清洗后剩余顽固沉渣的空隙中已充满水泥浆液。

（4）骨料填充。注浆完成后，提升起后钻孔内的注浆设备及取芯孔内的栓塞，为了保证注浆孔内的注浆体强度，在已灌满水泥浆的钻孔内投入小粒径的碎石（粒径约20mm）进行填充，碎石量参考桩身混凝土骨料比例。

（5）孔口封堵。填充完后，用与孔径相匹配的等强度混凝土块堵住孔口，最后用水泥砂浆封死。

3.4.3 修复后再检测

待达到28d 龄期后，对注浆处理的两根桩重新进行低应变检测，检测结果合格，可进行后续施工，检测结果如图5、图6所示。

图5 低应变再检测附图（34 号桩）

图6 低应变再检测附图（95 号桩）

结语：

综上所述，虽然钻孔灌注桩施工技术在我国已经越来越成熟，但是到了具体的施工过程中还是会出现诸多施工质量问题。钻孔灌注桩工程质量问题的出现原因多种多样，例如施工中钻孔的深度和直径、泥浆护壁是否符合要求、使用护筒的方式，机械设备的钻进速率以及与钻孔孔壁的碰撞，机手对于机械的操作，地层特征，岩土体工程特性，地下水等。对此，应结合实际施工要求，选择适宜的钻进方式以及钻进设备，制定出专项可行的施工方案，减少施工过程中钻孔塌陷等质量病害的出现，同时需对成桩位置复核、钢筋笼安装检查、沉渣厚度检查等符合要求后方可进入下一工序，提高施工质量，方能到达加快工期、降低费用的效果。