黄土地区深大基坑钻孔灌注桩质量控制措施

摘要：桩基质量直接影响建筑工程施工质量，黄土地区进行钻孔灌注桩施工涉及诸多施工参数和繁杂施工工序。以西安环园中路停车场为工程依托，对钻孔灌注桩常见工程质量进行了总结，基于此对钻孔灌注桩的施工工艺进行了针对性设计，同时根据施工过程中工序和参数，总结得到黄土地区深大基坑钻孔灌注桩主要控制要点、施工关键工艺和关键控制指标。

关键词：深大基坑；钻孔灌注桩；泥浆；成桩质量

0" "引言

钻孔灌注桩具有机械化程度高，地层适应性强等优点，在各地建筑工程施工中得到了广泛的应用[1-3]。桩基质量直接影响建筑工程施工质量，黄土地区进行钻孔灌注桩施工涉及诸多施工参数和繁杂施工工序。针对于此，诸多学者对此开展了相关研究，并形成了一系列重要研究成果。

商允虎等[4]结合青藏公路G214沿线查拉坪旱桥桩基观测数据，分析水化热对地温场的扰动范围及桩周土回冻时间，得到了多年冻土区钻孔灌注桩施工过程中的热力学特性。冯国辉等[5]采用Mindlin获得基坑开挖对既有隧道轴线处的土体位移的作用规律，采用Fourier函数方程将附加应力转化成Fourier级数形式，结合隧道边界条件得到了隧道变形响应解析。

陕耀等[6]研发新型超低净空成桩设备及配套工法施作紧邻运营高铁钢套管钻孔灌注桩，并通过现场试验和数值模拟得到了桩施工中桩周地层变形演变规律。程庆等[7]研究了深厚淤泥覆盖层区域钻孔灌注桩施工质量控制方案，分析深厚淤泥覆盖层区施工特点，得到了钻孔灌注桩主要施工工艺和控制参数。张天赐、谢丹和佘彪等[8-10]人分别以实际工程项目为依托，研究了不同地质条件下钻孔灌注桩质量控制方案和主要施工工艺。

上述研究内容鲜有对黄土地区钻孔灌注桩质量控制的相关研究。为了保证钻孔灌注桩的成形质量，本文以实际工程项目为依托，拟探究黄土地区钻孔灌注桩施工工艺、施工参数的合理范围，以期为类似工程提供参考。

1" "工程概况

环园中路停车场东西长约950m，南北宽约231m，为八号线及十号线共址下沉式停车场，占地面积约163790m2，平均基坑深度约18.5m，围护结构采用钻孔灌注桩+4～5道锚索支撑方式。开挖范围存在1-1层杂填土，稳定性差，土层分布深度为0～17.3m之间，对基坑的稳定性影响极大，施工风险极高。

由勘查报告可知，勘探深度40.0m范围内地层主要为第四系上更新统堆积物，由上更新统风积（Q3eol）新黄土、残积（Q3el）古土壤、冲积（Q3al）粉质黏土、细砂、中砂、粗砂组成，场地南部分布有10m以上厚的第四系全新统人工堆积（Q4ml）杂填土。场地地下水位埋深22.10～26.20m，标高369.34～365.56m，属第四系松散层孔隙潜水，主要赋存于中砂和细砂中，富水性好。场地地下水位埋深22.1～26.2m，拟建停车场底板埋深17m，高出地下水位5.1～9.2m，基坑不用考虑降水。

2" "钻孔灌注桩常见施工质量问题

2.1" "桩基缩颈

桩基成孔过程中孔内存在两个相反方向的水平力，由桩内指向外部的水平力主要包括泥浆运动产生的离心力、泥浆冲刷产生的水平力、孔壁钻孔产生的水平挤压力。这些力是使桩径保持设计孔径的原因。指向桩内的反力主要是钻孔过程是破坏了原有的地应力平衡状态，成孔后若不能及时施作灌浆料等支撑，则会产生相应的主动土压力，使桩体内部土体向内部位移、挤压，从而造成缩颈。

2.2" "混凝土充盈系数大

混凝土充盈系数是桩基实际混凝土用量与理论用量比值。实际进行钻孔灌注桩施作时，桩径大于设计值，同时实际施工时混凝土会向桩体周围扩散，尤其是在渗透性系数较大的砂层中，若充盈系数过大则会导致周边土体隆起引起施工风险。

2.3" "钢筋笼上浮与下沉

引起钢筋笼上浮或者下沉的原因主要是孔位产生偏斜、钢筋笼质量太大或者过小。在灌注混凝土时，需要严格控制灌注桩的施作速度，防止冲击给钢筋笼产生的变形。同时需优化泥浆比重，控制钢筋笼上浮或下沉量。

2.4" "断桩

混凝土灌注时，若混凝土泵送不及时导致混凝土不能连续进行，将使得桩体中间产生冷缝，从而造成断桩问题发生。

2.5" "桩体偏斜

钻机施工前没有固定、钻进速度过快、钻机施工时的振动、土体在软硬不同地层中钻进，则容易产生桩体钻孔偏斜问题。

3" "钻孔灌注桩施工工艺

3.1" "施工工艺流程

钻孔灌注桩施工原理是采用镶齿钻斗对土层进行切削，然后使用卷扬机将钻斗内的土体提取出来。为防止钻孔坍塌，掘进时调配泥浆进行桩孔护壁。钻孔灌注桩施工工艺流程如图1所示。

3.2" "施工准备

3.2.1" "测量放样

根据设计点位在施工范围内进行测量放样定出桩位，采用“十字交叉法”引出护桩后用红漆进行标记。为不影响临近钻孔，施工时采用“跳打法”施工。

3.2.2" "场地平整

钻孔灌注桩施工前，为保证钻机的稳定性，首先清除施工区域内的杂物，并平整、压实施工场地。

3.2.3" "制备泥浆

根据场地条件，合理规划泥浆设备和泥浆循环系统所需场地。为保证泥浆用量满足要求，将泥浆箱容积设计为泥浆需求量的1.2～1.5倍。泥浆根据地质条件的不同，选配专业负责人根据试桩结果调整泥浆配比。

3.2.4" "导管验收

为保证导管成孔后及时进行混凝土的灌注，同时防止钻孔灌注桩施工时，导管质量不佳导致成桩质量问题，钻孔灌注桩施工前，对所需导管进行检测试验。主要包括导管的水密试验和接头抗拉试验。水密试验的水压设置应大于孔内水深1.3倍的压力。

3.2.5" "钻机就位

钻孔前，校核旋挖钻钻杆的垂直度及机载仪表显器垂直度吻合情况。为保证钻机定位准确、水平、垂直、稳固，钻机导杆中心线、回旋盘中心线、护筒中心线需保持在同一直线。

3.3" "钻孔灌注桩施工

3.3.1" "护筒埋设

为保护桩头，同时保证桩体垂直，成孔后在上部埋设护筒。护筒采用10mm钢板卷制加工而成，其内径大于钻头直径100mm。

为保证桩体混凝土充填密实度，在上部开设1～2个溢浆孔。根据桩型设计，直径1m桩型采用直径1.2m护筒，直径0.8m桩型采用直径0.92m护筒，直径0.6m桩型采用直径0.8m护筒。护筒长度均为2.5m。为防止护筒周围杂物坠落，护筒高出地表20～30cm，埋深2.2～2.3m，埋置后护筒四周回填粘土并夯实固定。

3.3.2" "钻孔

钻孔前检查钻头直径、钻头磨损情况，施工过程中及时更换磨损超标钻头。为保持钻杆竖直，在掘进初始阶段和地层交界面处时宜缓慢钻进。

钻进时若发现钻杆摇晃或钻进困难，可能遇到硬石、石块或硬物，应该立即提钻检查，待查明原因后再进行施钻，防止钻杆、钻具扭断或损坏。钻进时随时清除孔口积土和地面散落土，防止坠落钻孔内堵塞桩孔。

钻孔过程中根据地质条件控制钻进速度。由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度。当软地层变为硬地层时，要减速慢进，防止钻杆折断。

在易缩径软弱地层中钻进时，要适当增加扫孔次数，防止缩孔。对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率。对与砂层则慢速钻进，并适当增加泥浆比重和粘度。成孔达到设计深度时，采用钢筋检孔器检孔，测量孔深验收合格后进行清孔。

3.3.3" "清孔

为了清楚桩体底部沉渣的厚度，方便灌注混凝土，加入清水调低化学浆相对粘度、稠度和相对密度。桩孔施作完毕后进行第一次清孔，孔底沉碴厚度应小于100mm。化学泥浆自身具备快速沉淀钻屑的性能，钻孔后孔内悬浮钻屑较少，因此无需进行二次清孔。

3.3.4" "钢筋笼制作

钢筋进场后分类堆放整齐，及时完成钢筋原材送检与套筒连接及焊接试验。钢筋原材料使用前调直、除锈去污，根据设计图纸计算出各钢筋用量并进行加工。

钢筋笼根据桩长一次性制作完成。钢筋笼采用加劲筋成型法制作，钢筋笼下部收口向内角度为5～10°，收口长度为1m。制好的钢筋笼稳固放置在平整地面上，防止变形，按型号、类别分别架空整齐堆放并标明钢筋笼的长度及对应的桩号。

3.3.5" "钢筋笼安放

采用汽车起重机下放钢筋笼，起吊过程中不得使钢筋笼产生不可恢复的变形。起吊钢筋笼时采用三阶段抬吊法。第一阶段为4点吊，由副勾起吊，设4个吊点，采用3个两级定滑轮起吊。第二阶段为钢筋笼翻身为竖直向下，由副勾受力转换为主勾受力。第三阶段为钢筋笼旋转至孔口，缓慢下降高度至设计高度。待钢筋笼下入孔内，验收合格后将吊筋与孔口板进行固定，以使钢筋笼定位准确，避免钢筋笼下沉和灌注混凝土时上浮。

3.3.6" "水下混凝土灌注

钻孔灌注桩水下混凝土标号采用C30。为保证钻孔顺利进行，灌注前进行坍落度试验，将混凝土坍落度控制在180～220mm。

首批混凝土储量需达到埋管1m的要求，灌注过程要连续，并需在首批混凝土初凝前完成。灌注时保持孔内泥浆水头，防止坍孔。灌注快要结束时，导管内混凝土柱高度减小，混凝土落差降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，比重增大。

混凝土灌注困难时，可在孔内加水稀释泥浆，使灌注工作顺利进行。最后一次提导管时要缓慢，防止桩孔内夹入泥芯或形成空洞。对桩头超灌0.5～1m，冠梁施工后凿除桩头。

3.4" "质量管控措施

在进行钻孔灌注桩施工时，为确保施工质量需做到以下几点：为减小钻孔对既有桩孔的成形质量影响，采用跳打法钻孔；严格控制混凝土浇筑塌落度，保证混凝土连续浇筑，防止发生桩土偏斜或者断桩问题；泥浆的参数直接影响桩体成孔质量，因此需要根据地层条件科学调控泥浆主要参数，如泥浆黏度和泥浆比重。

4" "结束语

桩基质量直接影响建筑工程施工质量，黄土地区进行钻孔灌注桩施工涉及诸多施工参数和繁杂施工工序。基于此，本文以西安环园中路停车场为工程依托，对钻孔灌注桩常见工程质量进行了总结，基于此对钻孔灌注桩的施工工艺进行了针对性设计，同时根据施工过程中工序和参数总结，得到了黄土地区深大基坑钻孔灌注桩主要控制要点、施工关键工艺和关键控制指标，相关成果可为类似工程的施工提供参考。

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