泥浆护壁钻孔灌注桩质量控制

陈记权

（山西二建集团有限公司，山西 太原 030010）

1 事前控制措施

根据地质条件的不同，选择合适的施工机械是钻孔灌注桩施工的第一步，常用的钻孔机械有旋转钻机、冲击钻机、螺旋钻机等，各机械简述如下。

（1）旋转钻机按照排渣方式的不同有正循环钻机、反循环钻机。

正循环钻机钻孔的钻进方式是利用钻具的旋转来削土，泥浆路线如下：泥浆泵抽取泥浆进入泥浆笼头，通过钻杆中心孔洞从钻头进入钻孔内，而泥浆挟带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部自然排出，流入沉淀池，钻渣在沉淀池受重力自然沉淀，而泥浆流回泥浆池可循环使用。

（2）冲击钻机钻孔适用于黏性土、黄土、人工杂填土层、粉质黏土，适合于在有硬土层、砂砾石、漂石、岩层中使用。

冲击钻孔是利用锥头的冲击作用将土体、砾石等砸成粉末，利用泥浆将其悬浮排出孔外；冲击过程中不光要随时排出钻渣，还要补足泥浆必要时重新造浆，冲击钻成孔泥浆护壁是最重要的关键点。

（3）旋挖钻机钻孔是通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。

一般适用黏土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土、含有少量砾石、卵石的地质。一般不适用于微风化岩层等硬质地层（除非钻机具有大扭矩动力头和相应伸缩钻杆，方可钻孔施工）[1]。

应用旋挖钻机钻孔的优势如下：直接取土出渣，不需接长钻杆；缩短成孔时间，提高施工效率；取土上提过程中对孔壁扰动较小；自动垂直度控制和自动回位控制，成孔垂直度和孔位等能得到保证。旋挖钻钻头如图1 所示。

图1 旋挖钻钻头

2 施工过程控制措施

施工工艺流程：场地平整→测量桩位并放样→开挖泥浆池、泥浆沟、调制泥浆（泥浆指标控制）→埋设钢护筒→钻机就位（垂直校正）→成孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣（清渣、补浆）→成孔检查并清孔（沉渣厚度控制）→验收（位置、尺寸、形状、孔深和倾斜度）→下放钢筋笼和导管（浇筑水下混凝土）→沉渣检测、二次清孔→浇筑水下混凝土→成桩→检验。

2.1 埋设护筒

护筒一般采用钢护筒，其内径应比桩径大200mm；可以起到固定桩孔位，钻头导向的作用。

护筒顶部高于地面0.3m 或水面1.0~2.0m，起到隔离地表水、保护孔口，稳定孔壁、防止坍孔的作用；同时应高于桩顶设计高程1m，防止护筒侵入有效桩长内[2]。

2.2 泥浆护壁

钻机开始钻孔前应首先选取合适部位挖好泥浆池、泥浆沟；钻孔泥浆由粉质黏土造浆或膨润土和添加剂按适当配合比配制而成。

施工过程中钻机钻进，钻渣排入泥浆池的同时，泥浆池里的新鲜泥浆补入钻孔内，保持所需的泥浆水头的高度不变，保证护筒内泥浆水头压力。施工中产生的钻渣采用常见的重力沉降除渣法，即利用钻渣与泥浆的密度不同使土渣沉淀，以清出钻渣的方法。

2.3 成孔检查及清孔

（1）成孔检查。钻孔灌注桩在成孔后，应对桩孔的孔位、孔径、孔形、孔深和倾斜度进行检验；清孔后，则应对孔底的沉渣厚度进行检验。孔深用重锤测绳测量，保证桩长满足设计要求；孔径控制主要控制钻头直径一般都能满足设计要求，注意预防孔深不足及坍孔和缩孔：加强施工中泥浆比重的控制，加强各道工序的衔接，要尽量缩短成孔后至浇注混凝土间隔的时间；如地基土质不好遇到坍孔和缩孔情况，则考虑在制备的泥浆中加入适量膨润土造浆护壁，下放钢筋笼时避免碰撞孔壁。

（2）清孔检查。钻孔深度达到设计高程后，应对孔径、孔深和孔的倾斜度进行检验，符合要求后方可清孔。孔底沉渣厚度应不大于设计规定；设计未说明时，对直径≤1.5m 的摩擦桩宜≤200mm，对直径＞1.5m 或桩长＞40m 以及土质较差的摩擦桩宜≤300mm；对端承桩≤50mm，施工中特别注意：严禁采用通过加深钻孔深度的方式来免除清孔工序。在钢筋笼就位后，灌注混凝土前，应再次检查孔内泥浆的指标及孔底沉淀的厚度，如超过规定，应进行二次清孔工序施工，符合要求后方可灌注水下混凝土。沉渣厚度过大将导致：①浇筑混凝土时沉渣可能进入混凝土中，从而影响强度；或者会在桩底部残留沉渣，影响桩体稳定性。②沉渣太厚将无法起到桩体与地层的嵌固作用，造成桩的受力不均，产生变形[3]。

2.4 钢筋笼制作与吊装

（1）钢筋笼制作。进场的钢筋需提供必要的质量证明文件，且取样复试合格后方可使用。钢筋笼主筋的连接一般采用焊接或者机械连接，焊接前应进行焊接工艺评定，焊接宜采用对焊方式，搭接焊时接头不应朝内以免卡住导管且单面焊不小于10d，双面焊接≥5d。同一断面接头率不超过50%。螺旋筋与主筋宜采用绑扎为主点焊为辅的绑扎方法，加强定位筋第一道设置于桩顶标高处即-3.5m，其余间隔2m 设置（参考设计要求）。钢筋保护层按设计要求控制≥50mm。若存在后压浆工艺则注浆的导管依据与钢筋笼绑扎牢固，导管口紧贴钢筋笼，防止吊装下笼时碰撞侧壁。

（2）钢筋笼吊装。钢筋笼起吊时，吊点宜在第2 道加强筋处；吊放时扶稳，保证不弯曲；校正后，缓慢下放，特别注意过程中避免钢筋笼碰撞孔壁，下放困难时应及时查明原因，不得强行穿入，以免塌孔；用水平仪测量确保钢筋笼下放到设计标高。钢筋笼不得直接将钢筋骨架支承在孔底，应将其吊挂在孔口的钢护筒上，且不应采用钢丝绳或其他容易变形的材料进行吊挂，以免后期钢筋笼上浮[4]。

2.5 水下混凝土浇筑

（1）采用钢导管法灌注。导管使用前应首先进行接头水密承压和接头抗拉拔试验，严禁采用压气试压，以免在浇筑过程中发生泥浆沿钢导管贯入或导管接头断裂发生断桩现象。导管内径（和桩径大小及混凝土骨料大小有关）宜为200~350mm。进行试验的水压力应不小于孔内水深压力的1.3 倍，且不小于灌注混凝土时导管壁和焊缝可能承受最大内压力P 的1.3 倍两者取大值。计算式如下：

式中：P——导管的最大内压力，kPa；γc——混凝土的重度，一般为24kN/m3；γw——孔内泥浆的重度，kN/m3；hc——导管内混凝土最大高度，m，以预计的最大高度或导管全长计；Hw——孔内泥浆的深度，m。

（2）首批混凝土的灌入量应计算确定，应满足导管首次埋置深度（＞1m）的要求，混凝土的坍落度宜为160~220mm；混凝土应连续灌注，灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间（必要时可掺入缓凝剂）。灌注的过程中应采取降低灌注速度的方式以防止钢筋骨架上浮，浇筑过程中保持导管的埋置深度在2~6m。

（3）混凝土应比设计超灌高≥0.5m，这是受到孔内水下泥浆的影响，最上层混凝土混合有泥浆，强度不足，为保证有效桩长内混凝土的浇筑质量，采取超灌后二次破除桩头工艺，以保证有效桩长内桩头的混凝土强度。

3 质量检测

3.1 质量控制关键点

关键点如下：①桩位坐标及垂直度。②泥浆指标。③护筒埋深。④护筒内水头高度。⑤桩顶、桩底标高、桩长的控制。⑥防止缩径。⑦清孔及二次清孔质量（端承桩与摩擦桩要求不同）。⑧钢筋笼接头质量、及固定。⑨导管接头质量。⑩水下混凝土的灌注质量。

3.2 检验项目

检验项目包括：混凝土强度、桩身完整性、孔深、桩位、孔径、钻孔垂直度、沉渣厚度。

每根灌注桩留取混凝士抗压强度试件应该各为3~4 组。

桩身完整性检验：①采用无破损法检测。②随机选择。③有代表性的桩。④重要工程或重要部位的桩应逐桩检测。⑤设计有规定或者出现质量、安全事故需要查明原因亦或者对桩的质量有疑问时，可采用钻取芯样法检测（检验桩底与地层结合情况时，超钻芯样至桩底0.5m）。

4 主要质量问题及预防措施

4.1 断桩

4.1.1 断桩原因

（1）混凝土本身质量。坍落度小、离析、外加剂问题、配合比中石料粒径过大等。在混凝土浇筑过程中由于导管直径较小（一般为200~350mm），发生堵塞，时间超过混凝土初凝时间未疏通；或者堵管时提升导管上下抖动迫使混凝土下落而导管底部高于了混凝土面[5]。

（2）测量出错或计算首批混凝土灌注方量出错。首批灌注的混凝土未埋住导管；测量出错或盲目提拔导管，超出混凝土面或在泥浆和混凝土的混合层中，造成夹层。

（3）导管接口连接。导管接口不严、破损；由于导管埋置深度超过规定值或混凝土初凝，提拔导管时接头断裂；均致使泥浆进入桩身形成夹层。

（4）施工意外因素。提拔导管时，钢筋笼卡住导管；材料供应不足；或者其他意外情况（停电、机械故障、道路中断、人员等）；造成混凝土浇筑中断或者超过初凝时间。

4.1.2 断桩预防措施

（1）选取和易性好，坍落度在160~220mm 的混凝土，导管直径应与桩径、石料最大粒径相匹配，大直径导管优先考虑，防止堵管。

（2）精确测量、计算导管长度，与拔出的导管长度校核，保证施工中导管的埋置深度要求：导管距离孔底距离250~400mm（不能埋入沉渣中），首次埋深至少1.0m，过程中2.0~6.0m。严禁不经测量、计算盲目拔导管。

（3）导管使用前进行相关试验（水密承压、接头抗拉拔），合格后方可用于施工；下放导管前检查每节导管接头连接质量，合格后方可继续下放导管。

（4）钢筋笼焊接要保证焊口平顺，宜对接，当采用搭接时，接头要不能在笼内形成错台，以防卡住导管；关键机械、机具设备要有备用，材料要准备充足；灌注中必要时在导管外部循环泥浆，稳定孔壁、防止塌孔。

4.2 缩颈、塌孔

4.2.1 缩颈、塌孔原因

（1）土层中的膨胀土遇水后膨胀导致钻孔缩径。

（2）混凝土配合比问题，包括流动性差、骨料离析、坍落度小、比重小等；使得混凝土不能完全置换钻孔内的泥浆，形成部分桩身缩颈。

（3）桩身上部易出现缩颈缺陷。这是由于桩身上部施工时，上方自重压力降低，混凝土不易密实形成的。

（4）造成塌孔的原因主要是地质条件差或钻孔内形成的泥皮质量差；钻孔内泥浆比重低或水头高度低不能隔断孔内外渗流；下放钢筋笼损坏护壁泥皮或成孔后放置时间过长。

4.2.2 缩颈、塌孔防治措施

（1）控制泥浆指标，选择合适的钻进速度，使得孔壁的泥皮稳定，则孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀。一旦出现缩径，应减慢钻进速度，上下反复扫孔，保证孔径。成孔后缩短间歇时间及时浇注混凝土，以防缩径。

（2）严格控制混凝土性能，保证混凝土质量。

（3）浇筑上部桩身时，采用用人工振捣方式或者抽浆降低管外压力方式，还可以选择自密实性能良好的混凝土等有效措施；确保混凝土浇注质量。

（4）根据不同的地层条件，选择合理的钻进速度，控制泥浆指标，保证泥浆护壁的隔水稳定性；下放钢筋笼时不得强行穿入、碰撞孔壁；成孔后尽快浇筑混凝土。

4.3 钢筋笼上浮

4.3.1 钢筋笼上浮原因

（1）钢筋笼未采取有效的固定措施。

（2）混凝土在进入钢筋笼底部时浇筑速度太快。

4.3.2 钢筋笼上浮防治措施

（1）浇筑混凝土前，应将钢筋笼固定在孔位护筒上防止钢筋笼下坠或上浮。

（2）当浇筑混凝土接近钢筋笼下口时（1m 左右），应放慢浇筑速度；当钢筋笼被埋入混凝土中一定深度时（超过4m），再提升导管（保证埋深2.0~6.0m），方恢复正常灌注速度。

5 结语

钻孔灌注桩质量的关键在于泥浆护壁施工及水下混凝土浇筑这两个方面：泥浆护壁施工质量对钻孔灌注桩的成孔质量起决定性作用，尤其是孔径、孔形和沉渣厚度；水下混凝土浇筑的质量对成桩质量起决定性作用，其影响桩身混凝土强度及桩身完整性。在施工中需对这两个方面加强控制，方能保证钻孔灌注桩的成桩质量。