钻孔灌注桩成孔工艺与质量控制问题探讨

郝鹏博 上海华城工程建设管理有限公司

1 前言

随着我国经济的快速发展，大量的城市建筑以及基础设施建设也在不断增多。而在各项建筑施工过程中，钻孔灌注桩因本身具有操作较为方便，且适用能力强等众多优势被广泛应用。但在实际施工过程中也因钻孔灌注桩的工作性质较为复杂，同时会因施工环境或地质条件等多种因素的影响，使成桩后的桩身质量难以得到保证。因此如何在施工过程中合理选择钻孔灌注桩成孔工艺以及有效控制其质量，成为当前建筑行业中各部门需要重点关注的问题。本文将深入探讨钻孔灌注桩成孔的相关工艺以及质量影响因素，并提出具体的应对策略。

2 钻孔灌注桩成孔工艺

2.1 钻孔灌注桩成孔工艺与适用范围

钻孔灌注桩成孔工艺的选择，通常会根据实际建筑施工过程中的地理位置、建筑施工要求以及工程条件等选择适合的成孔工艺，同时在实际的成孔过程中也会对钻孔工艺的工作原理、成孔效率以及能力等多方面因素加以研判，从而确定最为适宜的钻孔灌注桩成孔工艺。结合近年来钻孔灌注桩成孔工艺的发展，归纳概括出了常见的各种钻孔技术工艺以及适用范围（见表1）。

表1 钻孔灌注桩成孔工艺适用范围以及相关参数

2.2 钻孔灌注桩成孔工艺对比分析

因钻孔灌注桩成孔工艺相对较多，如按照桩的大小进行分类，小桩的施工范围小且作业时间短，采用的钻孔灌注桩成孔工艺也相对较为简单，不再过多赘述。

本文选择适用于中桩以及大桩的成孔工艺，例如我所参建的“银川北京路延伸工程”以及“新建闵行区浦江镇郊野公园10-14地块动迁安置房”等，因银川北京路桥梁桩长较深、地层较差，动迁安置房毗邻地铁等原因危险系数及要求较高，因此对钻孔速度以及质量提出了更高的要求，使用正循环与泵吸反循环等工艺会相对较多。以下对正循环、泵吸反循环两种工艺进行对比分析。

2.2.1 正循环钻孔灌注桩

正循环钻孔灌注桩主要利用了高压原理，通过钻杆上下旋转推注的力量将土层中的土壤捣碎并形成钻渣，利用泥浆将钻渣混合后形成泥浆悬浮，而后不断上升溢入泥浆池，再经过沉淀池沉淀后重复使用，因正循环主要利用泥浆的悬浮使其不断上升，因此整个过程中对泥浆的质量要求会相对较高。

2.2.2 泵吸反循环钻孔灌注桩

反循环与正循相反，泥浆主要由泥浆池反向流入钻孔，到底土层底部后再与钻渣混合，利用泵吸原理将泥浆与钻渣混合物一同吸入进渣口，再由钻杆将混合物向上进行抽吸，最终混合物将被送至沉淀池，而后经过净化后再次循环使用。该成孔工艺中使用泥浆的作用主要是为了护壁，因此对泥浆的要求与正循环相比较低，但如果桩孔较深或土层容易坍塌，则最好使用高质量的泥浆。

2.2.3 对比分析

相同点：二者之间的相同点在于钻进与排渣过程可以同时连续进行，该特点优于其他成孔工艺方法。循环回转的钻孔速度若在相同的土层中进行施工，二者均明显优于其他成孔工艺。但二者也有一定的劣势存在，在成孔过程中需要配置沉淀池、泥浆槽以及储浆池，而且环保要求高，泥浆需要配备泥浆处理车等进行处理后外运，或集中外运，整个施工现场的施工场地相对较大，所需要的水和泥浆原料会很多。这在卵石大于20%的土和相对硬质的风化岩石地层中不太适用，需配合其他成孔方式施工。

不同点：二者最大的不同点为钻渣冲洗以及上返流速方面。反循环成孔工艺可以将泥浆与砖渣一同被泵吸到钻杆管腔内，因泵吸速度相对较快，因此上返流速自然提升，一般情况下，上返流速可以比正循环成孔工艺速度高出十倍以上。而正循环钻进的速度主要依托于钻杆内高浓度与高比重的泥浆对悬浮钻渣的振捣作用。与正循环相比，反循环优势更大。

2.3 成孔工艺的确定

综上所述，因钻孔灌注桩成孔工艺不同，适用的土层也不相同，因此在选择成孔工艺的过程中所选用的类型十分重要。建筑企业施工部门与监理会应该协商，根据施工工程的工期、地质情况及质量要求等多种因素综合考虑，既要保证总体施工要求符合质量安全，同时也能确保钻孔灌注桩的安全，并使建筑单位获取一定的经济效益。

3 钻孔灌注桩成孔质量控制因素及实施策略

因影响成孔质量的控制因素相对较多，本文将从施工机具、桩身垂直度以及泥浆等方面入手展开重点分析，并提出相应的质量控制实施策略。

3.1 施工机具

施工机具的选择是影响成孔质量较为重要的因素之一，结合大多数桩基来看，桩基主要依靠摩擦桩对承载力进行计算，也就是说桩基的承载力主要由桩侧摩阻力所提供，因此对于桩基的侧面土体来说，剪切力的发挥程度直接影响到承载力的范围。通过对以往有关于钻孔灌注桩相关文献和实例来看，即便施工现场各种条件如清孔方式、所用泥浆以及护壁因素等均相同，但最终的试桩结果也会出现一定的差别，造成该差别的因素之一则为孔壁的形状。而对孔壁形状产生差异的原因，根据全国范围内的施工现场使用不同的成孔工艺进行分析后发现，最主要的因素是施工机具，所谓的施工机具就是施工人员结合不同土层根据经验和施工条件等而选定的钻机与钻头。常见的钻头有“单腰带钻头”与“双腰带翼状钻头”两种，因此在钻孔过程中应该选择适宜的钻头开展工作，以最大限度地利用土层的抗剪强度，提高桩侧的摩阻力。

3.2 桩身垂直度

桩基的承载力主要依托于钻孔灌注桩的垂直度，通常桩身的垂直高度其孔斜率应小于1%。孔斜率超标不仅会对后期的钢筋笼放置质量产生一定的影响，改变桩身的整体承受力，同时严重的孔斜率超标会导致桩身意外，对桩身上层的结构质量产生较大的影响。尤其是对砂土等一些较软的土层，严重的孔斜率会直接导致桩孔出现坍塌现象。而当出现桩与桩之间距离过小时，可能出现“连体桩”，导致工程质量出现问题。测孔斜率本身工作较为费时，所以目前部分施工单位在施工的过程因工作繁琐并未对其引起重视。但因该工作直接影响了桩基的承载力，对其成桩后的质量有直接影响，为此监管单位应对其孔斜率提出更高的要求，做好测量孔斜率的工作，严禁出现孔斜率超标的现象。

为了避免孔斜率超标事件的发生，在钻孔过程中应保证钻杆的垂直度，在钻孔时根据孔的位置及时调整钻杆，做到随偏随矫正。施工前，监工部门应和施工方共同研究钻孔的土层，了解土层的分布，如在钻孔过程中遇见了硬土层或斜状岩层，则钻孔速度适当减慢，如遇见其他土层可根据土层的性质选择适合的机具，最大限度地避免孔斜率的发生。通过大多数的钻孔工程施工可以发现，如在机具上安装导正装置可以最大限度地避免孔斜现象的发生。

3.3 泥浆

3.3.1 泥浆的配置

因在钻孔灌注桩成孔过程中会涉及泥浆，泥浆在钻孔灌注桩过程中主要起到携渣、护壁、润滑、冷却钻头的作用，因此对泥浆的质量会有相关需求。从以往文献报道和部分工程经验来看，钻孔灌注桩成孔过程中使用的泥浆大都以黏土和膨润土为主，依据不同的土层加入适量的CMC与NaOH，用量比例大约为总泥浆量的0.03%。经过充分搅拌后使黏土膨胀，浆池体积一般为单桩体积的1.2倍左右，具体的泥浆性能指标如表2所示。

表2 钻孔灌注桩泥浆的性能指标

在实际的选择过程中，因施工地点不同土层结构也不同，因此在配比泥浆黏度时可根据上述参考数值进行适当的调整，通常对黏土和淤泥质黏土的选择应比参考数值略小一些。为了使泥浆的性能与钻孔要求相配适，在泥浆的配置过程中应做好维护工作。如每隔2h对泥浆密度还有黏性进行测算，以保证泥浆的性能。在实际钻进过程中，适当的补充水分和黏土。补充过程中应注意加入的速度和时间，确保水流细小而延长加入时间，避免一次加入过多而导致泥浆质量降低，从而影响孔壁的稳定性。

3.3.2 泥浆流量

泥浆在钻孔过程中会有一定的流动性，因此会对孔壁产生一定的摩擦力。但泥浆的流动方向基本与钻孔方向相同，如泥浆的流速越大则泥浆的黏度也会随之增大，孔壁的摩擦力就会不同程度的提高。例如以细粉砂层为例，在该土层中钻进时单位时间内所产生的钻渣数量会相对较多，此时钻机人员会适当提高泥浆的流量和综合钻渣数量，使钻进效率更高。但由于孔内整体流速加快会使泥浆的流质发生一定的改变，极易产生不稳定的絮流，导致泥浆对孔壁的冲击力会更高，严重时会使孔壁出现坍塌现象。因此监理部门应综合考虑孔壁的稳定性以及排渣的数量，结合实际情况选择合适的泥浆流量，避免孔壁出现坍塌甚至对工程整体质量造成不利的影响。

3.4 施工工艺

3.4.1 钻孔速度

施工过程中钻孔速度将直接对成孔质量造成一定的影响，因钻进的速度不同则会导致孔径大小以及斜孔率发生不同程度的变化。例如在细粉砂层中钻进时通常会采用快速通过法，该方法虽提高了钻进的速度，但泥浆在进入钻孔内的过程中会因没有足够的护壁时间导致孔壁承受压力不同，从而对成孔质量有影响。

通过对不同土层采用不同的成孔工艺进行工程实践后均会发现“欲速则不达”。因此在实际的钻孔过程中应结合土层的结构和地质特点选择合适的速度，明确成孔后的孔壁具有的承载力，也保证孔斜率在误差范围以内，避免出现塌孔现象。

3.4.2 灌注材料

混凝土灌注是成桩的最后一道工序，混凝土的灌注也会直接影响成孔的质量，因此应该有效控制混凝土质量以及灌注环节。例如水下成孔灌注时，因水本身有一定的阻力，灌入过程也会存在阻力，施工中往往为了好灌注、方便省事，工人通常对水下灌注事先在浇筑前先向混凝土中加入适量的水，使混凝土坍落度变大，便于混凝土的顺利灌注，同时相应地降低混凝土的强度。监理人员应做好现场的旁站工作，切不可单纯通过观察而放松对现场施工的监控。因灌注材料的过程中会出现堵管现象，如骨料粒径的大小选择以及混凝土实际搅拌过程中的含砂率、水灰比等会与实验过程中产生的数值有部分偏差，实际的混凝土和易性及流动性等均会较差，因而出现不同程度的堵管现象。若刚开灌不久可拔起导管、吊起钢筋骨架，重新钻至原孔底，安置骨架清孔后开始灌注混凝土。如卡管内的混凝土通过上述方法无法得到有效解决，可快速拔出导管，清理导管内积存混凝土和检查导管后，重新安装导管隔水栓，然后按初灌方法灌注混凝土，待隔水栓完全排除导管后立即将导管插入原混凝土内，按照正常的方法继续灌注。

4 结束语

钻孔灌注桩成孔工艺利用率因近年来建筑工程施工作业的增多而逐渐提升，为了有效保证灌注桩的成孔质量，建筑工程施工监理部门应严格审批施工方案，确保方案可行，结合不同的地质情况、作业需求以及工期安排等，选择适宜的钻孔灌注桩成孔工艺，并对每个环节的质量做好监督工作，诸如施工机具、桩身的垂直度、泥浆等，保证每一环节工序的顺利衔接，确保成桩质量符合施工标准。