浅谈深长大直径灌注桩反循环施工的质量控制

黄桂祥

（中国建筑第七工程局有限公司，福建 厦门 361001）

0 引言

灌注桩的成孔作业可采用冲孔钻机、旋挖钻机、反循环钻机等设备进行施工。进行灌注桩施工时，应根据不同地质条件、成孔直径、成孔深度、工期及质量要求，选用适宜的施工设备，并采取合理的施工工艺，进行施工过程控制。反循环钻机是采用泵吸或抽吸等方式来进行排渣，具有排渣能力强、成孔效率高、对孔壁冲刷作用小、成孔质量相对较好等特性，在深长大直径灌注桩施工中尤为适用。

1 工程概况

在某深长大直径灌注桩施工中，桩成孔深度约86～100m，直径1500mm、1600mm。在综合场地地质条件、工期及质量等各方因素后，选用反循环钻机进行成孔施工。本文结合该桩施工，对深长大直径灌注桩反循环施工质量控制进行分析。

案例工程的地质情况见表1。

表1 工程地质情况

2 深长大直径桩施工、检测和验证的要求

（1）施工对深长大直径桩的常规要求是：孔径、垂直度、桩位中心、沉渣厚度等允许偏差应满足规范及设计要求；入持力层深度、超灌高度、充盈系数、泥浆密度、含砂率、黏度等满足设计及规范要求；钢筋制安、检测试件数量（如：混凝土试块、钢筋原材、接头等）应满足设计及规范要求。

（2）深长大直径桩的承载力特征值普遍较大，在施工完成后无法采用常规堆载方式进行抗压静载检测，而是采用自平衡检测法检测，为此需要预埋自平衡荷载箱。

（3）深长大直径桩在采用取芯法进行桩端持力层及沉渣厚度验证时，由于其有效桩长过长，采用常规取芯方式时，取芯过程中因垂直度偏差易导致钻杆偏出桩外，无法达到进行桩端持力层及沉渣厚度验证需求，为此需要预埋取芯管[1]。

3 深长大直径桩施工质量控制措施

3.1 成孔

（1）护筒埋设时应当做好桩基定位，定位偏差严格按照规范及设计要求进行控制，护筒顶端高程应当比地下水位高约1.0～1.5m，以保证水头压制，尽可能减少地下水向孔内渗流导致的孔壁稳定性问题。

（2）设备就位基础应平稳并具有足够的强度，避免设备施工过程中失稳，通常采用铺设砖渣+钢板的方式，保证施工设备基础的稳定性。

（3）泥浆的选用是成孔质量的关键，通常采用高塑性黏土或膨润土进行造浆，针对不同土层采用不同的泥浆比重。

由于成孔深度较深，丰富的地下水会对泥浆造成稀释，因此应当结合工程地质条件进行泥浆调配，适当增加泥浆比重。

（4）终孔时对持力层的验收，确认在充分结合地勘报告、入岩深度、现场实际岩样性状的基础上，还应当对地质土层是否存在孤石、斜岩等情况进行判定，避免岩层判定错误或存在桩基未能全断面进入持力层的情况发生。

3.2 钢筋笼

（1）计算钢筋笼的长度时，应当充分考虑接头搭接长度、钢筋锚固长度等。

（2）深长大直径灌注桩的钢筋笼重量大，且涉及预埋管较多（如：预埋后注浆管、声测管、取芯管等），为此加工过程中不仅需要控制主筋间距、螺旋箍筋焊接以加强钢筋笼的整体稳定性，还要做好各种预埋管的分布及加固工作。

（3）钢筋笼吊运过程中的吊点设置应当合理，可采用多吊点设计，避免转运过程中产生变形。

（4）钢筋笼安装及浇筑过程中均应当采用吊筋吊住钢筋笼，避免因钢筋笼过重，导致下方钢筋弯折、钢筋笼下沉。

3.3 沉渣厚度控制

（1）选择合理的清孔方式。采用反循环施工工艺时，通常采用抽浆法进行排渣，可以有效地清除孔底沉渣。

利用已安装好的混凝土浇筑导管，采用喷射法进行二次清孔，能够有效地解决沉渣厚度问题。需要注意的是，采用喷射法时，会对孔壁的稳定性造成一定的影响，为此清孔后应当立即进行混凝土浇筑[2]。

（2）清孔控制。灌注桩施工至设计标高后，应进行一次清孔，以便将孔内较大颗粒沉渣排出，以节省二次清孔时间，第一次清孔时泥浆比重不做调整，以免泥浆过稀导致泥浆中的颗粒沉淀加快，影响二次清孔效率。

3.4 混凝土浇筑

（1）导管使用前应当进行水密性测试，避免导管接头进水造成的夹渣、断桩等情况。

（2）浇筑前应将隔水球放置于导管口（隔水球直径应小于导管直径10mm），防止混凝土进入导管后与导管中的水混合，影响混凝土质量。

（3）混凝土应当具备良好的和易性及较大的坍落度，施工时供应连续，不得中断，避免出现堵管情况。

（4）首灌量应当统计得当，确保首次灌注后导管埋深＞1.0m，应当在混凝土罐车到达现场2～3辆后开始浇筑。

（5）深长桩浇筑过程中应当做好混凝土面上升高度的测量，由于测量存在偏差，为防止因深度测量偏差导致导管一次提升高度超出混凝土面，导致的断桩、夹渣等质量问题，施工过程中导管埋深建议控制在3～10m。

（6）混凝土超灌高度应当满足≮1.0m的要求，避免表面浮浆、夹渣等导致的桩头混凝土强度不足。

3.5 后注浆

（1）后注浆管应当在混凝土浇筑完成后24h内采用清水通管、开塞，避免堵管。

（2）对于存在空孔的施工场地，后注浆施工前，护筒不得拔除，以免孔壁坍塌导致注浆管弯折、损坏。

（3）在混凝土满足后注浆龄期要求后（示例项目要求2～30d期间），应当及时进行后注浆作业，避免周边其他作业工序导致后注浆管弯折、堵管、损坏等情况发生，且能够在后注浆作业完成后，尽早将护筒拔出、使用。

（4）注浆机的压力表应当经过鉴定，满足要求方可使用。

（5）后注浆作业前，应该根据水泥浆容器大小、水泥浆液水灰比要求，做好水泥浆液的调配。

（6）后注浆质量控制采用注浆量和注浆压力双控的方法，以水泥注入量为主，注浆终止压力为辅进行双控，确保后注浆质量满足要求。

4 深长大直径桩检测和验证质量控制

4.1 自平衡检测

自平衡荷载箱设置于孔底约1.0m深度，固定在钢筋笼上，自平衡箱的千斤顶尺寸较大，环形布置后导致中间预留导管下放孔洞变小，存在导管无法放置到底的隐患，进一步影响二次清孔及混凝土浇筑。

解决措施：

（1）根据导管直径（约300mm）尽可能扩大自平衡荷载箱中间孔洞直径，一般直径不少于450mm。

（2）适当加密用于固定自平衡荷载箱的喇叭筋，避免导管下放时卡入侧边，并同时作为导向筋引导导管进入孔洞。

（3）钻机就位后做好水平校正工作，尽可能减少成孔垂直度偏差，避免钢筋笼下放时倾斜，导致自平衡荷载箱上的预留孔洞倾斜，增加导管进入难度。

4.2 取芯管预埋

预埋的取芯管通常固定于钢筋笼内侧，在桩长较长的情况下，由于钢筋存在的扭曲、倾斜，导致取芯管的垂直度无法满足取芯钻机施工要求，导致预埋取芯管失效。

解决措施：

（1）在条件允许的情况下，加大预埋取芯管的孔径，增加容错率。

（2）确保取芯管的壁厚，避免在钢筋笼下放过程中由于碰撞导致的管壁凹陷等情况。

（3）取芯管尽可能采用螺纹等密闭、牢固的连接方式，避免泥浆渗入，导致后期取芯工作无法进行。

（4）取芯管应当采用焊接固定于钢筋笼主筋上，固定间距不大于2.0m。

4.3 成孔检测

反循环钻机的成孔记录：（1）过程多次抽测，泥浆比重处于1.10～1.20之间。（2）成孔深度约92.0m，入岩前反循环施工效率平均约6.5m/h，在相对“软弱土层”中（如：粉质黏土、淤泥、中砂等）进尺速度达到约13.8m/h。（3）终孔进行孔深测量时，孔底沉渣极少，能够较为明显地感受到孔底持力层的撞击。

为确保深长大直径灌注桩反循环钻机施工成孔质量，在终孔后采用超声成孔成槽检测仪进行成孔质量检测，发现存在孔底沉渣堆积、缩径、扩径等问题。

4.3.1 孔底沉渣堆积

反循环钻机能够较好地完成排渣工作，但是由于其终孔后需要进行导管提升、钢筋笼安装、混凝土浇筑、导管下放等工作。根据成孔深度不同，在深长桩施工中，上述流程需要8.0～10.0h，在此过程中泥浆未能有效循环，导致沉积。由于成孔后约6h进行成孔质量检测，导致孔底堆积着较厚的沉渣。

解决措施：

（1）工序的衔接应当合理、紧凑，尽可能缩短成孔后至混凝土浇筑的时间[3]。

（2）采用混凝土浇筑导管进行二次清孔，做好时间规划，混凝土运输车辆到场与二次清孔满足要求时间，二次清孔沉渣厚度满足要求后，停止清孔工作，立即进行混凝土浇筑。

（3）确保混凝土的首灌量，首灌时要求储料斗内应有足够的混凝土量，以增大混凝土对孔底残余沉渣的冲击力，使孔底沉渣在不间断的冲击下顺利排出孔外，首灌混凝土应确保导管埋入混凝土面以下1m，首灌时应当有后备混凝土车，以确保混凝土持续浇筑。

采取上述措施后，成效显著，在检测孔底沉渣厚度时发现，沉渣厚度基本控制在20mm以内。

4.3.2 缩径、扩径

根据成孔检测发现，孔径在淤泥层中存在一定的缩径，在杂填土及卵石层中存在局部塌孔扩径情况，整体孔径基本满足要求。

产生的原因为反循环钻机在软弱土层中的钻进速度过快，孔壁土体张力未能完全释放、泥浆无法及时形成护壁，导致孔壁收缩。在卵石层中因泥浆比重不足导致局部塌孔情况发生。

解决措施：

（1）控制反循环钻机在软弱土层中的钻进速度≯8m/h。

（2）适当扩大成孔直径，根据试桩情况，将成孔直径扩大约5%。

（3）调整泥浆比重以满足卵石层护壁要求。

通过在混凝土浇筑过程中跟进测量孔内混凝土面上升情况（每浇筑10m³抽测一次），并进行数据统计分析，上述措施能够有效地解决局部缩径及扩径所存在的问题。

5 结束语

案例项目的深长大直径灌注桩在施工中加强了质量控制，质量核验结果如下：

（1）自平衡静载在最大荷载作用下，荷载箱上下段位移量均小于40mm，且没有明显位移增大的现象。

（2）全数采用低应变法进行桩身完整性检测，I类桩占比＞95%，其余为II类桩，无II类以下桩基。

（3）随机抽取30%采用声波检测进行桩身完整性核验，100%为I类桩。

（4）采用取芯法进行孔底沉渣及持力层验证，检测结果均符合要求。

（5）利用取芯孔洞进行孔内成像核验，持力层及沉渣厚度，结果均符合要求。

通过采取各种检测手段对成桩质量进行核验，检测结果均满足设计及规范要求，且达到优质工程标准。充分证明了深长大直径灌注桩在采取上述质量控制措施后，施工质量得到了很好的把控，为项目建设打下良好的基础。