提高钻孔灌注桩质量的措施

钻孔灌注桩属于地下隐蔽工程，由于桥址处的水文和地质条件复杂，桥孔施工普遍存在流砂层坍孔、卵砾石成孔与护壁困难，在钻孔桩施工中工序较多，工艺流程相互衔接紧密，环环相扣，不宜长时间中间停顿;主要工序的施工都在水下及地下进行，不宜监视;同时，影响施工正常进行和施工质量的因素多，难以全部预见，则不可避免出现诸如:坍孔、缩径、桩端沉渣过厚和泥浆护壁增大、桩身夹泥和离析、钢筋笼位置与标高不当等现象，总的来说，在同等条件下桩身直径越小，出现质量隐患的概率越大。

1 坍孔

1．1 坍孔的原因

1)存在不稳定地层，当地层中砂砾、卵石层过厚，施工中孔内水流失，孔内水头高度不够，泥浆压力不足引起坍孔。

2)地层中存在杂填土过厚，操作中不执行操作规程，野蛮施工，快速进尺，造成孔避周围不坚实，从而在快速钻进中发生坍孔。

3)护筒的埋置深度没有根据实际地质条件和设计要求确定，由于埋置太浅，孔口坍塌或附近地面受水浸湿泡软，当受到钻机的冲击振动时造成坍孔。

4)泥浆材料没有依据钻孔的工程地质和钻机的性能要求选取，泥浆性能指标不符合要求，比重不够未形成坚实泥皮有效保护孔壁而坍孔。

5)终孔检查合格后，清孔会使泥浆比重、粘度等指标降低，清孔—灌注间隔停顿时间过久，孔壁地层应力产生蠕变，导致坍孔。

6)钢筋笼的安装过程中，操作不当使钢筋骨架在吊入孔内时碰撞孔壁，导致坍孔。

1．2 防止坍孔的措施

1)地层中砂砾、卵石层过厚，孔内水头高度不够，泥浆压力不足引起坍孔问题。

我国桥梁桩孔施工，因为受工程地质条件影响，多数都不得不穿过厚度不同的河床砂砾、卵石层。这些砂砾、卵石层普通具有松散、高孔隙比、高水头性、高饱和、内摩擦角很小、内聚力为零等特点。所以了解掌握桥桩各孔的地质钻探资料，根据资料进行设备、工艺、泥浆材料的选型以及合理施工方案的制定就成为施工准备阶段的重要工作，在施工方案中分析各种不利因素，制定针对性措施。根据力学原理测算，为了保证当孔内支护力大于砂砾、卵石层侧压力，必须在孔内设置满足压力要求高度的水头，水头形成对孔壁的静水压力，在静水压力和孔壁圆环作用的组合作用下，孔壁始终保持稳定，同时能够有效防止因施工中孔内水流失，孔内水头高度不够，泥浆压力不足造成的流砂坍孔。

2)泥浆性能指标不符合要求，泥浆比重不够未形成坚实泥皮有效保护孔壁而坍孔。

钻孔泥浆由水、黏土(膨润土)和添加剂组成，在成孔施工中，泥浆具有悬浮钻渣、排渣、润滑钻具、冷却钻头、增大静水压力、在孔壁形成泥皮、隔断孔内外渗流等重要功能。因此泥浆比重的选择及泥浆性能指标符合要求性就至关重要。在施工中如果使用泥浆比重太小，那么泥浆具有的悬浮钻渣、排渣等能力会受到很大影响，同时泥浆护壁效果也大大降低;反之泥浆比重太大，钻头在钻进中会由于泥浆太稠，阻力增大，钻进速度将会受到影响，增加钻进成本，同时孔壁泥浆增加了附着量，自重增加对平衡状态不利，清孔时还会增加技术困难和经济成本。最重要的是泥浆性能指标不符合要求，泥浆比重不够未形成坚实泥皮有效保护孔壁而发生坍孔事故。

在施工中应按土的塑性指数和黏土颗粒含量来选择黏土。通常采用塑性指数大于25、粒径小于0．005 mm、颗粒含量大于50%的黏土，掺入碳酸钠0．3%～0．4%，通过人工或泥浆搅拌机调和，储存在泥浆池内，再用泥浆泵输入钻孔内。需要注意的是在砂性土、砂砾或卵石中钻孔，事先需要准备充足数量的黏土(一般约为钻孔体积的70%～80%)。泥浆材料的选定和基本配合比的确定应以最容易坍塌的土层为主，并通过试成孔做进一步修正，一般在黏性土中用比重1．0～1．3左右的泥浆，可收到满意的效果，但是在砂砾、卵石层土中，一般要用比重为1．2～1．6的泥浆。比重过大或过小的泥浆将影响钻进速度或导致坍孔。所以，泥浆比重和粘度的选择调制在钻孔中起着非常重要的作用。

3)护筒的埋置深度没有根据实际地质条件和设计要求确定，当受到钻机的冲击振动时造成坍孔问题。

护筒能隔离地表水、保护孔口地面、稳定孔壁、防止坍孔。护筒埋设深度桩孔施工有重要影响，一般在黏土中埋设不宜小于1 m，砂土中不宜小于1．5 m，埋置太浅，护筒根部土体会因失稳而发生流土、管涌现象;埋置太深，又会造成钢材、振沉设备和人员等不必要的浪费。因此，有必要根据实际地质条件和设计要求确定护筒的埋置深度，同时埋设护筒时应在护筒底部用300 mm厚的黏土夯实，周围宜对称分层夯填黏土，回填密实，增加护筒的稳定性，保证孔口附近地面不受水浸泡而变得湿软和在受到钻机的冲击振动时孔口不坍孔。

另外，施工中必须严格按照施工规范，在河床水位较深或汛期，严格控制护筒内水头高度，必要时应采取升高护筒，增加水头，确保水头相对稳定;严格各道工序的质量检验与验收，穿过较厚的砂层、卵石层时，成孔速度应控制在2 m/h以内，泥浆粘度为20 s～30 s、密度为 1．3 g/cm3～1．4 g/cm3、含砂率不大于 6%，若孔内自然造浆不能满足以上要求，可采用加黏土粉、木质素的方法，改善泥浆性能，使黏土膏挤入孔壁起护壁作用;严格掌握成孔—灌注时间差，保证钻孔内必要的水头高度，清孔时应指定专人补水，清孔后停顿时间不要过久，灌注混凝土速度要快，没有特殊原因，钢筋骨架安放后应立即灌注混凝土;钢筋笼应吊直对准钻孔中心缓慢放入等措施保证施工质量。

最后，发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔。如果砂砾，卵石层发生孔内坍塌，应立即停止钻进，判明坍孔位置，回填土或黄土混合物到坍孔位置以上1．0 m～2．0 m。严重坍孔应全部回填，待回填物沉积后，再进行钻孔，并掌握好泥浆比重和泥浆性能指标。

2 缩径

2．1 缩径的原因

在钻进成孔过程中，由于地层在应力释放过程中发生缓慢变形，导致桩孔孔径变小，从而造成桩截面变小，出现缩径现象。桩基混凝土钢筋保护层变薄甚至裸露，钢筋锈蚀严重，严重影响混凝土桩基的耐久性。同时由于桩径变小，也严重影响混凝土桩基的强度，刚度，稳定性。

2．2 防止缩径的措施

在钻孔过程中，经常使用和桩径一致的测孔器，随时检查成孔情况，发现孔径变化超出允许范围，及时使用钻机进行扫孔;合理组织劳动施工，利用有利资源，在条件允许的范围内，加快成孔速度，减少孔壁应力变形时间;成孔后，及时检查验收孔径、孔深等技术指标，合格后，立即进行安装钢筋笼，及时快速下套管和浇筑混凝土，尽量减少孔壁应力变形时间。

3 桩端沉渣过厚和泥浆护壁增大

3．1 桩端沉渣过厚和泥浆护壁增大的原因

孔底沉渣过厚是因为清孔泥浆质量差，清孔无法达到设计要求。施工中，由于泥浆性能指标不达标、泥浆比重不合规、泥浆比重不随地质条件变化动态调整、吊下钢筋笼时碰壁造成坍孔，而钻孔清渣使用施工中泥浆做介质，不可能将沉渣全部清除;二次清孔与下钢筋笼、下套管、混凝土浇筑之间会有时间差，造成孔内泥浆内沉渣部分沉淤。上述两种原因出现孔底沉渣过厚超标等现象，会使桩尖承载力降低，或引起桩尖混凝土产生夹泥夹渣，甚至发生断桩。泥浆相对密度过高，致使“泥壁”愈来愈厚，使浇灌的混凝土与地基之间形成一层“润滑剂”，大大降低混凝土与土体间的侧向摩阻力，尤其会使摩擦桩承载力大大降低。

3．2 防止桩端沉渣过厚和泥浆护壁增大的措施

从源头做起，严格控制泥浆比重和各性能指标，一般钻进时，泥浆密度控制在1．10 g/cm3～1．25 g/cm3之间，两次清渣时泥浆密度控制在1．10 g/cm3～1．18 g/cm3之间;合理施工组织，合理资源投入全面缩短钻孔、成孔、验孔、下钢筋笼、混凝土浇筑时间，根据不同地质条件合理选择正、反循环钻机，合理选择钻进参数，控制成孔、成桩时间，成孔时控制钻孔转速和进钻速度，利用钻杆扰动使孔壁形成不规则锯齿状，增大桩基与土层接触面积，提高侧向摩阻力，连续浇灌不停顿，将泥浆留孔总时间控制在5 h以内，彻底消除厚泥浆壁现象;加强施工过程管理，严格质量控制，加强质量检测和验收，提高混凝土灌注质量，加强灌注过程中的导管振动、振动密实，确保混凝土密实度。

4 桩身夹泥和离析

1)桩身夹泥和离析的原因。混凝土灌注施工中，工程地质条件不良，地下水位较高，泥浆质量较差等都容易引起孔壁坍塌，造成桩身夹泥;导管埋深不合理，导管埋入混凝土过深，拔管时间掌握不好，导管上拔时，底部混凝土已快初凝，后续混凝土没有及时充填，造成泥浆嵌入;混凝土浇筑到上部，导管埋深控制不良，灌注时产生超压力造成浅部混凝土的夹泥;桩身离析，主要产生在孔底，偶然也出现在桩身，主要原因是混凝土质量差和混凝土均匀密实不够。

2)防止桩身夹泥和离析的措施。混凝土灌注施工中，严格控制泥浆质量，及时分析灌注记录，防止孔壁坍塌;导管埋置过深宜造成出料困难，施工缓慢，埋置过浅灌注的混凝土压力超过管外混凝土和泥浆阻力，造成混凝土顶面冲翻现象，因此导管的埋深宜控制在2 m～6 m之间，分别采用重锤实测孔内混凝土面和理论灌入量计算孔内混凝土面，取两者的低值来控制拔管长度，并有专人负责指挥，确保导管埋深不小于2 m，灌注过程中确保孔内混凝土顶面均匀上升，泥浆无剧烈翻滚现象;钻孔灌注桩一般采用水下混凝土，混凝土原材料的变化及配合比的误差都在不同程度上影响桩的质量，施工难度大，强度易受外界影响，再加上施工中不易控制振捣和密实环节，所以，要保证施工质量必须对工程所用的材料和外掺剂进行严格全面选择，通过理论配合比、试验配合比、施工配合比的过程控制保证混凝土的施工配制强度。

5 钢筋笼位置与标高不当

5．1 钢筋笼位置与标高不当原因

钻孔灌注桩钻孔施工中，由于钻孔垂直度不符合规范要求，造成钻孔偏斜，地层应力释放造成缩径，孔壁存在探头石等造成钢筋笼无法下到设计要求位置;钻机钻进过程中振动影响和孔口泥浆浸泡，造成孔口标高和钻机标高发生变化，再依据上述标高参照时造成钢筋笼位置与标高不当;钢筋笼依据设计要求，不是下放到孔底时，吊绳测量错误造成钢筋笼位置与标高不当;灌注桩灌注施工时，钢筋笼按设计要求一般不下到底，当灌注至距钢筋笼下1 m左右提升导管，灌注混凝土自导管流出后，有较大冲击力，会推动钢筋笼上浮;混凝土灌注高度超过钢筋笼时，因导管埋深控制不好，混凝土本身初凝时间较短，当灌注时间较长，会使混凝土与钢筋笼有一定握裹力，从而导致混凝土在导管流出后向上顶升时，带动了钢筋笼上移。

5．2 钢筋笼位置与标高不当的措施

钻孔施工时应压实整平施工场地，严格检查钻机的平整度和主动钻杆的垂直度，必要时在钻杆上加设扶正器，保证钻孔垂直度，成孔后及时使用验孔器验孔，同时提高各工序施工速度，消除探头石和地层应力释放变化时间;加强测量控制，钻孔完成后，必须重新测定孔口控制标高，并用此标高作为施工控制标高，吊绳必须测量无误，并依据新测定的孔口标高控制其长度，确保钢筋笼位置无误;灌注桩灌注施工时，钢筋笼应通过限位器与钻机固定，同时当混凝土灌注至钢筋笼底标高时，应及时采取“慢提快放”的方法，即缓慢且小距离提动导管，然后快速下放，并来回抽动，让混凝土缓慢涌出，减少混凝土浇筑上涌时带动钢筋笼的上浮与偏位，一般混凝土埋过钢筋笼底2 m～4 m时，应及时提导管至钢筋笼底端以上，当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇筑，准确计算导管埋深和已浇筑混凝土标高，提升导管及时消除上浮现象，确保钢筋笼达到规范规定允许范围内。

总之，桥梁钻孔桩具有可靠的承载力和足够的刚度，结构设计灵活，适用于各种桥梁，在各种水文工程地质条件、水域都可施工，只要我们找出混凝土灌注桩工程施工中的一些质量控制要点，施工中严格控制，使钻孔灌注桩的施工质量得到较大提高是很有可能的。

［1］JTJ 024-85，公路桥梁地基与基础设计规范［S］．

［2］JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范［S］．

［3］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］．

［4］郭林山．混凝土钻孔灌注桩施工质量控制与检测试验［J］．山西建筑，2010，36(5):232-233．