影响钻孔灌注桩成桩质量的因素分析

林福成

（漳州市光正工程建设监理有限公司，福建 漳州 363000）

沿海地区由于地表地质较软，地基承载力较低；建筑工程广泛地将建筑物荷载通过桩基工程传递至承载力较高的地层。钻孔灌注桩具有地层适应能力强、可以在大范围调节单桩承载力等特点，近年来被广泛用于地基处理的桩基工程。但是由于其桩基属于地下隐蔽工程，技术要求高，施工环节多，影响成桩质量和整体工程的安全性能和因素较多，值得研究。作者通过近年来的施工实践，对影响钻孔灌注桩成桩质量的主要因素作一简略分析。

1 问题的提出

钻孔灌注桩以受力状况分端承桩、摩擦桩或摩擦与端承共同作用的桩。在漳州地区，地质情况较为复杂，一般分成三大类，即河相(海相)沉积阶地、冲洪积阶地以及土台阶地。根据多年的工作经历，先后完成了20 余项大中型钻孔灌注桩项目，从验桩资料优良率来看，尽管Ⅰ类桩平均达到了92.5%以上，但仍存在极少部分Ⅱ类合格桩。通过对这些合格桩的综合分析，笔者认为影响成桩质量的因素，主要表现在管理者的组织能力、操作者的技术素质、地质条件、成孔工艺、外部环境、材料质量和灌注水平等。

2 操作者的技术素质和责任心

施工现场作业的技术人员和技工是否具有良好的技术素质，是否具有责任感，对工程质量起着决定性的作用。如我公司在某施工工地地表下10 余米粉质粘土质中含有卵石和漂石，钻机成孔速度慢，孔斜严重，现场技术人员改变施工方案，在上部地层中进行挖孔，在直径600mm的孔内下挖17m，避免了漂、卵石的影响，经检查成桩优良率达92.7%。

3 地质条件

城市的大格局确定之后，其地质条件也就是客观上存在的原始状态。在旧城改造及商业闹市区进行地下隐蔽工程施工，地下障碍已成为钻孔灌注桩施工质量的一个严重制约因素，如旧房基础、坟墓、洞穴等均能影响钻孔灌注桩的施工质量。

4 外部环境

外部环境制约工程质量最直接的因素是场地的大小。有许多工程，场地小且遍布桩位，因而泥浆池的容量受到严格限制，加之有的工地白天还不准运浆，使得成孔时泥浆变稠，成孔速度降低，泥皮过厚，灌注困难，静压检测结果单桩承载力偏低。特别是施工群桩基础，由于桩距小，若受场地影响无法跳打时，先期施工的桩因后期成桩时的振动使砼面下降，开挖后桩头未达到设计标高。

5 成孔工艺

成孔工艺中影响成桩质量最直接的因素是泥浆产生泥皮，泥皮不仅影响到后期的灌注质量同时也影响了单桩承载力。而在粉土、粉细砂层施工中不用泥浆护壁，孔壁极易坍塌；使用泥浆护壁则产生孔壁泥皮过厚的现象，若灌注前未二次扫孔或采取除泥皮措施，过厚的泥皮就会影响到桩的承载能力。

5.1 泥皮的形成机理

在粉土、粉细砂层施工的钻孔灌注桩，常要采用泥浆护壁。在动水位压力的作用下，泥浆中的自由水不断地向孔壁渗透，同时泥浆中的土质颗粒不断粘附在孔壁表面上，形成一层比较柔韧的粘土膜，抵抗冲洗介质对孔壁的冲刷，起到稳定孔壁、防止坍塌的作用。随着钻孔的加深和循环时间的延长，泥皮也在不断地加厚。

5.2 泥皮厚度与单桩承载力的关系

桩身表面与天然土之间存在着一层渗透能力差、止水性能好、抗剪强度低的泥皮，影响了混凝土与天然地基土的直接胶结，从而严重削弱了混凝土灌注桩早期单桩极限承载能力。在相同地层、桩径、桩长的一个施工场区内，用沉管灌注桩和钻孔灌注桩工艺施工的纯摩擦桩，在28 天的龄期静压检测结果表明，在规范要求的沉降范围内，沉管桩的单桩极限承载力是钻孔桩的1.5～1.7倍。排除沉管桩桩身载面不规则和对地层挤密作用的影响，其承载能力仍比钻孔桩高30%～40%。通过对某工地上地层相同、桩参数一样（桩径600mm、桩长18m、砼标号C25）的几组桩的静压测试结果进行统计分析，结果表明，泥皮愈厚，单桩极限承载能力愈低。

5.3 影响泥皮厚度的因素

受钻孔灌注桩成桩工艺的制约，在成桩过程中产生泥皮是不可避免的，而影响形成泥皮厚度的因素也是多种多样。根据工程实践，归纳出以下几个主要方面：

5.3.1 成孔工艺

在相同地层，泥浆性能和沉淀循环方式相同的情况下，潜水钻机成孔后泥皮厚度约为转盘钻机的1/3～1/2。主要原因是潜水钻机钻进时进尺均匀，动力头稳定且振动力小，成孔速度快，相对在粉细砂层孔壁上的泥皮厚度要薄。

5.3.2 泥浆的循环与沉淀方式

采用长循环槽、大沉淀池、机械式捞砂的方式进行循环和清渣，在充分利用粉土和砂层中细小的胶泥颗粒作为循环介质同时，也可有效地降低泥浆比重，并保证孔壁稳定，有利于成孔和清孔，孔壁上形成的泥皮薄。在混凝土的固化作用下，泥皮内的水分很快被吸收，使桩与桩周原状土有效地结合，提高了单桩早期承载能力。

5.3.3 泥浆参数

为防止粉土和粉细砂层的孔壁坍塌，提高泥浆的密度和粘度是最简单的方法，其负作用是成孔和洗孔时间增多，泥皮厚度增加，单桩早期极限承载力降低。

5.4 降低泥皮厚度的措施

5.4.1 优化泥浆循环系统和清渣方法，提高泥浆性能

在粉细砂层中施工钻孔灌注桩，不采取泥浆护壁措施，钻孔极易坍塌；采用泥浆护壁，若泥浆的质量差、性能不好，则又会产生孔壁泥皮厚、成孔速度慢、成孔后沉渣厚度大等不良后果。因此必须优化泥浆循环系统，并采取合适的清渣方法，以提高泥浆性能，消除不良后果。

5.4.2 提高成孔速度和选择优良的设备

在选择桩型时采用钻孔灌注桩，泵吸反循环工艺很容易引起坍孔，故一般都是采用正循环工艺。潜水钻机因其动力头在孔内，成孔速度快，动水头稳定，成孔后泥皮较薄，桩身直径规则，泥皮对单桩极限承载力的影响最低。故潜水钻机成孔是降低泥皮厚度、减少灌注事故、提高单桩承载力的最佳选择。

5.4.3 清除孔壁泥皮

在施工中若已形成较厚的孔壁泥皮，为了保证桩的承载能力，应使用孔壁泥皮清除器清除孔壁泥皮。

6 材料质量

某些地区缺砂，特别是缺少适宜于桩基工程的优质中粗砂，若用山前坡积的中细砂或含泥量较大的细砂，砼试块的抗压试验指标达不到要求，桩的质量也难以保证。弥补此缺陷的方法往往是在做配合比时加大水泥的用量，但效果并不明显。

水泥的稳定性也是一个不容忽视的因素，其直接的影响是凝固过快或长期不凝固。

7 灌注成桩技术

灌注是成桩的最后一道工序，也是最为关键的一个环节。灌注技术是影响成桩质量的最重要的因素。

7.1 二次清孔与回灌泥浆

在下笼和下导管的过程中，泥浆中的砂粒不断地沉淀、析出，形成孔底沉渣。若孔底沉渣过厚，既影响桩长，又影响桩的承载能力，还造成桩头浮浆过高，不易掌握砼面高度。因此，在下完导管后，必须进行二次清孔。

在地下水位低、透水性好的砂层中施工，由于水头压力的作用，下笼与下导管时，孔口的水位不断下降，在失去压力平衡的状态下，潜水面以上的孔壁极易坍塌，若不采取回灌泥浆措施，此处易形成蘑菇状桩身，当孔壁坍塌严重时，则要提出钢筋笼进行回填施工。

7.2 砼的搅拌与运输

砼的配合比是由实验室根据砼标号和材料质量确定的。当在阴雨天气施工时，砂内的雨水若不扣减，将会造成砼坍落度增大、砼离析、灌注不畅等问题而影响成桩质量。砼在运输过程中，翻斗车的长期振动会使砼严重离析而产生堵管现象。

7.3 灌注操作技术

灌注前泥浆面要保持在孔口，隔水球必须与泥浆面接触，若中间存在大量空气，则会产生气垫作用，很容易堵塞导管。砼的首灌量要达到一定的数量。首灌量大，一是保证砼面埋住导管底口，更主要的是大量的砼在自重力作用下通过导管内的泥浆对孔底进行猛烈的冲刷，可以清净孔底的沉渣，保证桩端与地层之间不存在人为的软弱夹层，提高成桩质量和桩的承载能力。

8 结束语

钻孔灌注桩工程是一个系统工程，施工环节较多，制约工程质量的因素多，不同的工程，影响质量的因素也各不相同。因此在工程实践中要认真分析，根据实际情况采取相应的措施，来保证成桩的质量。特别是在项目部的组成、人员素质、技术水平、材料质量、施工工艺、灌注操作等诸方面加强管理，注重技术管理和灌注工艺过程，并针对施工中发生的问题及时采取相应的处理措施。则成桩质量就能够达到预期目的，符合设计的要求，满足工程建设的需要。