钻孔灌注桩施工技术分析

□龙钤煜

一、工程特点

据勘察资料显示，工程现场地面存在一块大岩石。按探土报告此地点面层是很厚的散石层，以及基岩最深点距离地面约30m。对选择有关地基的种类有很大的影响。因为该工程的位置部分位于斜坡上，所以有关斜坡需要地盘平整。设计上采用直径1.8m钻孔桩及扩展式基础，允许基岩承载力为3000K/m2。

由于本工程地质条件和埋深较深，基础设计为：直径1.8m钻孔灌注钢筋混凝土抗拔桩，共计235根，总桩长7755m，设计桩长暂定33m。桩必需深入岩石层达三倍直径的深度并需保证以下特征值：桩底单位面积阻力特征值必需大于5000kPa;石层桩单位面积侧摩擦力必需大于l 000kPa;在桩端1.5m抽取的岩石样板，其抗压强度必需大于20MPa。进行钻孔灌注桩工程：直径1.8m，包括打入临时套筒和永久套筒；清除套筒内的土和石：按照设计图纸放入钢筋笼，包括所有的连接和附件等材料；用于钻孔灌注桩的B40、3级混凝土；音波测试(SIT)的金属钢管；安装金属钢管，用于试验桩与岩层的连接。

二、施工方法

冲击钻孔，冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法。该施工法的过程是：平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒→检查质量。

(一)钻孔机的安装与定位

安装钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，再垫上钢板或枕木加固。

为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动大致定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上，以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。

(二)埋设护筒

钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持地下水位高的水头，增加孔内静水压力，防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同时有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。

制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大(旋转钻大约20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥大约40cm)，每节长度约2～3m，一般常用钢护筒。

(三)泥浆制备

钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。

(四)钻孔

钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量，首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用)，还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时，附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应事先规划好，既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔，又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰，一般可采用顺序钻孔。

(五)清孔

钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成孔质量与桩身曲直。为此，除了钻孔过程中密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在孔检查完全符合设计要求时，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。当摩擦桩孔壁容易坍塌时，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm；当孔壁不易坍塌时，不大于20cm。对于柱桩，要求在射水或射风前沉渣厚度不大于5cm。清孔方法视使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔，所需设备不多，操作方便，清孔也较彻底，但在不稳定土层中应慎重使用。

(六)灌注水下混凝土

清完孔之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。

三、钻孔桩的质量控制

为了保证钻孔桩的质量，必须按以下措施操作：严格按设计要求及有关规范、标准进行施工。根据设计施工图测量放线、定桩位并做好标识，在施工前应重新校核桩位。钻孔在终孔和清孔后，对孔径、孔形和倾斜度，应采用专用仪器测定。当缺乏上述仪器时，可采用外径D等于钻孔L桩钢筋笼直径加10mm(但不得大于钻头直径)，长度不小于4～6D的钢筋检孔器吊入钻孔内检测，检测结果应报请监理工程师复查。如经检查发现有缺陷，例如中心线不符、超出垂直线、直径减小、椭圆截面、孔内有漂石等，应就这些缺陷书面报告监理工程师，并采取适当措施，予以改正。对于嵌岩桩，还应检查嵌岩深度和孔底岩石是否发生变化，承包人应将施工记录和收集的地质样品提交监理工程师检验。嵌岩桩必须满足图纸要求的嵌岩深度，桩底岩层强度应不低于图纸规定强度。经检验确认成孔满足要求时，应立即填写成孔检查单，并经监理工程师签认后，即可进行下道工序工作。

四、钢筋骨架

桩的钢筋骨架，应紧接在混凝土灌注前，整体放入孔内。如果混凝土不能紧接在钢筋骨架放入之后灌注，则钢筋骨架应从孔内移去。在钢筋骨架重放前，应对钻孔的完整性，包括孔底松散物的出现，重新进行检查。

钢筋骨架应有强劲的内撑架，防止钢筋骨架在运输和就位时变形，在顶面应采取有效方法进行固定，防止混凝土灌注过程中钢筋骨架上升。支承系统应对准中线防止钢筋骨架倾斜和移动。

钢筋骨架上应事先安设控制钢筋骨架与孔壁净距的混凝土垫块，这些垫块应可靠地以等距离绑在钢筋骨架周径上，其沿桩长的间距不超过2m，横向圆周不得少于4处。或者采用其它有效方法以保证图纸要求的保护层得到满足。钢筋骨架底面高程允许偏差为±50mm。

钢筋骨架制作和吊放的允许偏差：主筋间距l0mm;箍筋间距±20mm；骨架外径±l0mm;骨架倾斜度±0.5%；骨架保护层厚度±20mm；骨架中心平面位置20mm;骨架顶端高程±20mm。

五、 水下混凝土的灌注

混凝土一般用钢导管灌注。导管管径视桩径大小而定，由内径200～350mm的管子组成，用装用垫圈的法兰盘连接管节。导管应进行水密、承压和接头抗拉试验。在灌注混凝土开始时，导管底部至孔底应有250～400mm的空间。首批灌注混凝土的数量应能满足导管初次埋置深度≥l.0m和填充导管底部间隙的需要。在整个灌注时间内，出料口应伸入先前灌注的混凝土至少2m，以防止泥浆及水冲入管内，且不得大于6m。应经常量测孔内混凝土面层的高程，及时调整导管出料口与混凝土表面的相应位置，并始终予以严密监视，导管应在无水进入的状态下填充。如为泵送混凝土，泵管应设底阀或其它装置，以防水和管中混凝土混合。泵管应在桩内混凝土升高时，慢慢提起。管底在任何时候，应在混凝土顶面以下2m。输送到桩中的混凝土，应一次连续操作。初凝前，任何受污染的混凝土应从桩顶清除。

灌注混凝土时，溢出的泥浆应引流至适当地点处理，以防止污染环境或堵塞河道和交通。处于地面或桩顶以下的井口整体或刚性护筒，应在灌注混凝土后立即拨出；处于地面以上能拆除的护筒部分，须待混凝土抗压强度达到5MPa后拆除。当使用合护筒灌注混凝土时，应逐步提升护筒，护筒底面应保持在混凝土顶面以下1～2m。混凝土应连续灌注，直至灌注的混凝土顶面高出图纸规定或监理工程师确定的截断高度才可停止浇筑，以保证截断面以下的全部混凝土均达到强度标准。灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度，一般为0.5～l.0m，以保证混凝土强度，多余部分应在接桩前必须凿除，桩头应无松散层。混凝土灌注过程中，如发生故障应及时查明原因，并提出补救措施，报请监理工程师经研究后，进行处理。