旋挖成孔灌注桩施工质量控制技术探讨

熊启东，李成芳，孔凡林

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400015）

旋挖成孔灌注桩施工质量控制技术探讨

熊启东，李成芳，孔凡林

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400015）

1 引言

受地形地貌、地质条件、经济发展水平及传统观念等的影响，重庆地区长期以来主要采用人工挖孔桩，旋挖施工工艺的应用起步较晚。2009年，由重庆涌鑫地产集团开发的国际家纺城项目，由于基桩长度普遍大于30m，且建筑场地为高填方易塌孔，采用人工挖孔桩难度较大，经多种桩型试桩比较后，最终采用了旋挖桩，这是重庆市比较早的旋挖桩案例之一。

此后，旋挖桩成为代替人工挖孔桩的主要桩型。据统计，重庆市建设工程中，90%以上的基础桩采用了旋挖桩，另外，泥浆护壁钻孔桩、冲孔桩、沉管桩及管桩的应用比例也有所增加。

由于旋挖桩目前仍没有专门的施工技术规范作指导，加以施工经验不足及一些场地的地质条件复杂，应用过程中陆续出现了不少施工质量问题，造成了严重的经济损失。最突出的是高填方建筑场地条件下，塌孔控制技术难度大及桩端沉渣不易清除而造成沉渣较厚的问题，成为当前旋挖桩推广应用的技术瓶颈。本文在工程实践的基础上，探讨了这两个问题的处理措施，供同行参考。

2 钻进过程中塌孔控制技术

山区高填方填料多为开山放炮形成的块石填土，夹杂表层粘性土等，岩性为砂岩或页岩、灰岩等。填筑方式为人工无组织抛填，抛填厚度多达20～30m，结构松散；填料之间的空隙较大，通常空隙率可达30%以上；填料厚薄差异大、不均匀沉降明显；粒径极配不良，尤其是大块石含量较高，特殊的地质条件造成钻进过程中塌孔现象严重，影响到成桩质量。经重庆市多个工地调研总结，通常可采用以下四方面的控制措施来降低旋挖钻进塌孔问题：

（1）钻进时采用全钢套管护壁

全钢套管护壁钻进具有以下优点:

① 解决了旋挖钻进在易塌坍的流砂层、淤泥层、回填层、卵砾石层等复杂地层的护壁及钻进问题。

②由于套管的护壁作用，避免了一般灌注桩可能发生的缩径、断桩、混凝土离析等质量问题，使得成桩质量大大提高。

重庆地区高填方填料多为开山放炮形成的块石，而块石填土与钢套管管壁之间的摩阻力远比粘性土、粉土及淤泥等填土大，造成钢护筒下管后拔出困难，若将套管留在孔内则施工费用太高，如何将套管拔出就成了急需解决的一大难题。重庆合川·中澳城项目采用全套管旋挖桩施工工艺取得了良好效果，简述如下。

该建筑场地覆盖有粘土层和较厚的卵石层，砂卵石下覆砂岩层。设计提出的持力层为中风化砂岩层。场地地下水位在地表以下11m左右，水位的变化受涪江水位的变化影响较明显，具有承压性。根据现场旋挖试成孔发现，由于受地下水的影响，孔壁坍塌严重，经综合考虑后决定采用全钢护筒护壁。该项目旋挖成孔问题经反复多次试验，总结提出了如下拔管控制技术：

①采用振动锤边振动边上拔。

②护筒要缓慢拔出，防止拔出过快造成桩身损伤，同时要保证拔出时间在混凝土初凝时间之内。混凝土初凝时间不宜早于2.5h。

③拔出过程中应对护筒垂直度进行严格控制，避免护筒偏移造成桩身垂直度产生偏差。

④拔出时要保证护筒内混凝土面的高度高于护筒底不小于2m。

（2）钻进过程中遇塌孔时采用低标号混凝土或砂浆填充护壁。

高填方地基旋挖钻进施工遇塌孔时，可采用低标号混凝土向孔内塌孔段回填，间隔一定时间后重新钻进，此时，便在塌孔段形成一素混凝土圆环护壁。当整个地层塌孔均比较严重时，可采取钻一段、填一段，最终形成一从桩顶到桩底的素混凝土护筒。该措施已在重庆市茶园公租房、巴南南城国际等多个工程项目中加以应用，取得了良好效果，是目前重庆市处理塌孔问题采取的主要手段。

该措施由于多次重复填充混凝土后又将其作为弃土挖除，浪费了大量的混凝土。据统计，通常施工一根桩的混凝土量是正常用量的1.8～2.5倍，增大了基础投资及成桩工期。另外，充填混凝土形成的圆环护筒，其外径大小、形状均无法控制，对基桩负摩阻力计算带来了困惑，基桩承载力设计时不考虑护筒外表面积将存在不安全隐患。

（3）钻进前通过强夯或灌浆等地基预处理措施来降低塌孔率

强夯或灌浆措施可减小填土的孔隙率，增加填土的密实性，有效改善填土的力学特性，进而增强其自稳定能力，从而降低塌孔率。相对而言，强夯投资成本低，施工工期短，经济性更好；而灌浆则存在由于填土孔隙率大而耗浆量大、成本高的问题而不易被业主所接受。

（4）以少进尺勤提钻为原则，慢速钻进，同时缩短混凝土待灌及浇筑时间

慢速钻进，提钻、下钻要缓慢均匀，每回次钻深不宜过大，以每次下钻少进尺勤提钻为原则。钻进时不可贪多求快，不能每回次长时间多进尺钻进，下钻提钻时动作不能过猛，以防孔壁坍塌。根据不同桩径和地质情况采取不同的升降速度。经调查，钻头提升速度宜控制在0.6m/s以内、下降速度宜控制在0.8m/s以内。

避免重型机械在施工区域附近行走，掏出来的泥土及时清运，以避免孔壁在机械设备或填土的附加应力作用下产生进一步垮塌现象；同时，应注意防止钢筋笼搬运、安装时发生变形，下放过程中避免碰撞孔壁；另外，应优化工序安排，尽量缩短混凝土待灌及浇筑时间。

3 孔低沉渣控制技术

旋挖桩桩端沉渣控制一直是一个技术难题，尤其是高填方场地桩端沉渣。从多个工地的超声波桩身完整性检测结果来看，桩端沉渣很难控制在规范提出的5cm以内。研究表明，沉渣不仅对桩端承载力存在明显影响，而且对桩侧阻力的发挥也有一定的影响，沉渣的存在降低了侧阻力的峰值强度，尤其使得桩端附近的侧阻力不能得到有效发挥，因此，控制沉渣厚度具有重要的工程意义。

经对多个工地现场调研分析，提出以下三个方面的沉渣控制技术，通过多个控制技术相结合，最终达到降低沉渣厚度、最大限度地消除沉渣对基桩承载力的不利影响的目的。

（1）成孔后使用专用清孔钻头进行清孔，有条件时下钢筋笼后进行二次清孔

经现场调查发现，桩端沉渣较厚的产生原因主要有：

① 不少工地没有使用专用清孔钻头，为了施工方便，用旋挖成孔钻头进行清孔，造成清渣效果较差。

②钢筋笼吊装、混凝土浇筑不及时，也会造成孔壁渣土掉入孔底，增加沉渣厚度。

③ 未进行二次清孔。清孔泥浆比重太小而难于将沉渣浮起。

经多个工地现场试验分析，可采取以下措施控制沉渣厚度，效果良好：

① 选用平底捞砂钻斗，进行捞渣10min以上，并保持不进尺，保持慢速空转捞渣，捞渣结束后，不允许反转。

② 合理确定混凝土浇筑时间。捞渣并验收后，要及时安装钢筋笼灌注混凝土，尽量缩短施工时间，成孔后待灌时间一般不超过3h，防止因等待时间过长，发生孔壁垮塌，渣土掉入孔底，使桩底不干净。

③ 钢筋笼下放注意的问题。钢筋笼吊放过程中，要求对准孔位，垂直缓放入孔，尽量碰撞孔壁使泥土坍落桩底。成孔后，尽量缩短下钢筋笼导管的时间，以防孔底沉渣沉淀太多。

④ 有条件时采用导管二次清孔。降低导管底口，用泥浆泵将泥浆自导管顶部压入桩底，使得泥浆从导管与孔壁之间的缝隙循环回到地表泥浆池，从而将孔底沉渣被冲刷泛起而被泥浆带出孔口。应采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不要用清水进行置换。冲孔时间以导管内测量的孔底沉渣厚度达到规范要求为准。

（2）混凝土浇筑方式采用滑阀（隔水塞）式施工工艺

滑阀 （隔水塞）式施工工艺是水下混凝土浇筑的常用方法，工艺较为成熟，导管内设置滑阀（隔水塞）的基本作用是：使导管中下落的混凝土与水分离，其目的是在混凝土的重力作用下，滑阀（隔水塞）将水向下推动，直至导管内的水完全让位于混凝土，从而完成首批混凝土的灌注。如果导管中没有设置隔水塞，导管中下落的混凝土将呈劈楔形成与水混合，致使混凝土产生离析现象。

对于孔底有沉渣的情况，首斗灌注混凝土还可起到利用导管内混凝土高速冲击管口的冲力挤开孔底沉渣的作用。因此，要求首斗混凝土有足够的储备量，确保导管一次埋入混凝土面以下1.20m以上，以利用混凝土的巨大冲击力冲击孔底沉渣，使其上浮到混凝土面，达到清除孔底沉渣的目的。

隔水塞可采用砂袋内装同批次混凝土制作而成，大小以不漏气漏水和压出泥浆为宜。隔水塞用铁丝系住，悬挂于导管内水面以上0.2～0.5m位置处。

经调查发现，由于施工单位认为设置滑阀工艺较为繁琐，不少项目并没有开展此工序，也是造成沉渣较厚的原因之一。不过对于直径大于1.5m以上的大直径桩，混凝土在直径为200mm左右的导管内向下冲击形成的压力有限，并不能使全部沉渣随混凝土的浇筑而从孔底上浮到孔顶，相当部分沉渣只是从孔底中心位置附近被挤到孔底周边而沉积下来。

（3）成桩后采用后注浆技术对沉渣进行固结

桩端后压浆技术在摩擦桩中的应用非常广泛，其作用机理也比较完善，但嵌岩桩桩端后注浆技术在国内外的案例不多。根据目前收集到的资料表明，杭州、广州、西宁、武汉等地的7个嵌岩桩后注浆工程案例都取得了良好效果。对于重庆市而言，除重庆金融街·金悦城二期工程采用了桩端后注浆技术外，还未见其它项目开展此项施工工艺。究其原因，一是施工单位认为施工工艺繁琐，增加了成本及工期；二是理论研究尚未提出嵌岩桩桩端后注浆效果的定量计算方法，设计单位也不便采用，还有的工程技术人员认为嵌岩桩后注浆对承载力提高及变形控制不会有多大效果。

对于沉渣的不利影响，由建筑地基基础设计规范编制组主编的《建筑地基基础设计规范应用指南》中也提出了可采用桩端后注浆技术解决嵌岩桩沉渣的技术思路。从理论分析角度来看，后注浆工艺可有效地改善桩底沉渣的受力特性，可增大沉渣的强度和变形模量，同时对受施工影响的持力层进行渗透、挤密，填充桩端岩石裂缝，可提高持力层的强度，从而很大程度上可提高桩端阻力，与此同时，还可改善桩的沉降特性。

另外，通过增加嵌岩深度也是降低沉渣不利影响的途径之一。嵌岩桩的受力机理表明，随着嵌岩深度的增加，桩端阻力逐渐减少，当嵌岩深度与桩径之比达到一定的数值后，端阻力可忽略不计，此时桩端存在的沉渣对基桩承载力的影响也可不考虑。由于受地质条件、施工工艺、桩岩刚度比等多种因素的影响，嵌岩深径比达到多大才可视端阻力为零，目前仍没有定论，尚须开展系统分析研究。

4 结语

旋挖桩在重庆市的应用时间较短，施工工艺尚不成熟，需要进一步总结、提炼。本文就旋挖桩在高填方地质条件下塌孔控制技术、桩端沉渣控制技术进行了初步探讨分析，供工程技术人员参考。

[1]杨引娥.全套管旋挖钻技术及其应用[J].探矿工程，2009，36（12）.

[2]刘学峰，杨明武.旋挖钻机在厚杂填土地层成桩孔时的若干难点技术[J].煤炭工程，2003（3）.

[3]王科.成都地区旋挖成孔灌注桩的相关问题探讨[J].四川建筑科学研究，2011，37（1）.

[4]王曦，徐辉雄.旋挖钻机施工中常见问题分析及对策[J].探矿工程，2008，（4）.

[5]王红伟，戴国亮，叶涛.桩低后压浆的长大嵌岩桩承载性能试验[J].建筑科学与工程学报，2009，26（4）.

[6]董淑喜，胡德功，王炎，等.嵌岩桩桩底沉渣对承载性能影响的试验研究[J].中外公路，2012，32（1）.

责任编辑：孙苏

Discussion on Construction Quality Control over Rotary Drilling Cast-in-place Pile

根据重庆地区旋挖桩施工现状，分析了松散高填方建筑场地旋挖桩塌孔及孔底沉渣过厚等技术问题，并在工程调研和实践的基础上，提出了解决问题的措施，供同行参考。

旋挖桩；塌孔；沉渣；钢护筒；滑阀

According to current construction situation of rotary drilling pile in Chongqing area,technical problems like hole collapse and thick sediment of rotary drilling pile in soft high embankment construction site are analyzed with countermeasures are presented on the basis of engineering research and practice.It can also offer some references.

rotary pile;hole collapse;sediment;steel casing;slide valve

TU74

：A

：1671-9107（2013）01-0041-03

基金论文：该文为重庆市建设科技项目（城科字2011第（2-11）号）论文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.01.041

2013-01-04

熊启东（1972-），男，四川泸州人，博士，教授级高级工程师、一级注册结构工程师，主要从事建筑工程方面的检测和管理工作。