灌注桩施工问题及相应的防治措施分析

汤惟金

(安徽省煤田地质局第二勘探队，安徽 芜湖 241006)

0 引言

随着我国基础建设的不断发展，成孔灌注桩由于对各种地质条件的适应性和施工简单易操作，在奥运工程、世博工程、青藏铁路工程、大型跨江跨海桥梁以及其他工业与民用建筑、港口、铁路及公路等工程的基础工程、支护工程中得到了广泛的应用，并涌现出许多新的桩型、新的设计理论、新的施工工艺及新的检测方法[1，2]。大部分灌注桩施工是在地面以下进行的，其施工过程无法直接观察。施工过程中的任何一个环节出现问题，都将直接影响整个工程的质量和进度，甚至造成较大的损失[3]。桩基施工、检测及质量控制等方面在工程中遇到了很多新的挑战，尤其在工程施工实践中仍存在许多技术问题尚未解决。

本文以解决灌注桩施工中的实际问题为主要目的，包含系统的理论部分及技术问题分析的内容。基本理论部分简明扼要，重点对典型及常见的施工技术问题进行介绍，同时对所存在问题的相应防治与处理措施进行较详细的分析，希望对以后的工程有一定的帮助。

1 灌注桩基本分类及特征

灌注桩顾名思义就是通过各种机械钻孔、人工挖掘、套管挤土等方式先在地基中形成一个细长的圆形、矩形等桩孔，成孔后在孔内加放钢筋笼，并灌注混凝土而成的混凝土桩。成孔灌注桩具有低噪声、震动小、无挤土，对周围环境及邻近建筑物影响小，能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点。成孔灌注桩成桩环节多，施工技术复杂，工艺流程相互衔接紧密，施工影响因素较多，施工质量不易控制。

1.1 灌注桩的基本分类

成孔灌注桩可以从承载性状因桩径的不同所受影响不同对桩径灌注桩进行划分;从提高桩的承载力以及满足使用的要求，对不同截面形式和桩体形状的灌注桩进行划分;从桩不同受力状态确定计算内容，满足不同的构造要求，采用不同的配筋模式等，对灌注桩进行划分[4];从成孔方法不同，对其进行划分;从成孔以及成桩对地基土的影响程度等，对其进行划分，根据上述内容，常见的成孔灌注桩具体所分类型详见表1。

表1 常见的灌注桩分类

目前建、构筑物建设场地大部分在城市内，且周边其他建、构筑物较多，市政管线密布、场地狭小，因此所使用的基桩较多的是非挤土桩，或者部分挤土桩，而挤土桩使用的较少，除个别场地空旷，施工对环境保护要求低的地区使用。

非挤土成孔灌注桩，即采用钻孔、挖孔取土，把与桩身体积相同的土体取出，对周围土体基本没有扰动而形成的桩。具体施工方式列于表2，其中包括干作业法钻(挖)孔灌注桩[5]、泥浆护壁法钻(挖)孔灌注桩、套管护壁法钻(挖)孔灌注桩等[6]。

表2 非挤土成桩的分类

部分挤土成孔灌注桩，即在成桩过程中会产生较小的部分挤土效应，桩周围土体会受到一定程度的扰动。这类桩主要有长螺旋压灌灌注桩[7]、冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩等，具体分类详见表3。

表3 部分挤土成桩的分类

1.2 灌注桩基本特征

成孔灌注桩具有较多的特点，本次仅对其在工程实践中所起的作用，即工作性能和受力特征进行简要阐述。

成孔灌注桩根据其自身刚度大、变形小等特点，用作把上部结构的荷载传递到桩周及桩端较坚硬、压缩性小的土或岩石中，达到减小沉降、使建(构)筑物满足正常的使用功能及抗震等要求;其次，当建筑工程地下结构如果有在低于周边土体水位的部分时，若上部结构荷重不能平衡地下水浮力，结构的整体或局部就会受到向上力的作用。为了抵消土体中水对结构产生的上浮力[8，9]，用作承受上拔力以抵抗轴向拉力的抗浮桩。抗拔桩广泛应用于地下室抗浮、高耸建(构)筑物抗拔、海上码头平台抗拔、悬索桥和斜拉桥的锚桩基础、大型船坞底板的桩基础和静荷载试桩中的锚桩基础等;再者，作为承受横向推力的桩，承受水平力。一般用于基坑支护、边坡支护以及滑坡治理，承受水平土压力或滑坡推力，一般比承受竖向力的基础桩需要更高的配筋，也经常和锚杆(索)、内支撑等一起使用。在城市的高层建筑、输电线路、发射塔等高耸建筑、港口码头工程、桥梁工程、滑坡抗滑桩工程、抗震工程等工程中得到广泛的应用。

1.3 灌注桩构造要求

成孔灌注桩纵向保护层厚度不应小于35 mm。水下浇筑时不小于50 mm，当地下水具有腐蚀性，或者不能满足耐久性的要求时，应根据相应的规范进行适当调整。受水平荷载的灌注桩，主筋不应小于8Φ12;对于抗压和抗拔的灌注桩，主筋不应小于6Φ10;灌注桩配筋率一般可取0.2%～0.65%;纵向主筋应沿桩身周边均匀布置，其净间距不应小于60 mm。桩身混凝土等级不得低于C25。

钢筋笼可整段或者分段制作，一般情况下分段制作的钢筋笼，其接头可采用焊接或者机械连接接头，纵向主筋超过Φ25时，宜采用机械连接，钢筋笼宜整体吊放。接头质量应符合国家现行标准《钢筋机械连接通用技术规程》《钢筋焊接规程》和《混凝土结构工程施工质量验收规范》的相应要求。灌注桩钢筋笼制作详见图1。

图1 典型配筋示意图

2 灌注桩常见的施工问题及防治措施

我国地域广阔，地质条件变化大，差异显著，建筑工程量大，施工周期长，经济欠发达，基桩设计的可靠度低。合理、正确地施工基桩，必然能提高基桩承载力，提高基桩整体性和抵抗变形的能力，同时可加快施工速度。成孔灌注桩施工质量控制与一般的土建工程项目施工质量控制有着较大区别，它有自身的特殊性和复杂性。

2.1 灌注桩施工常见问题

产生灌注桩施工质量与技术问题的原因各式各样，大致分为:工程地质条件、水文地质条件、施工管理问题、现场协调与调度问题及技术因素等。表4对成孔灌注桩施工中常见的问题，按照引起这些问题的主要原因进行分类。

表4 成孔灌注桩常见问题

因地质勘探主要存在勘探孔间距大、孔深浅、土工试验数量不足、土工取样和土工试验不规范、桩周摩阻力和桩端阻力不准等问题，桩基开始施工前，未针对这些问题对地质勘探资料和设计文件进行认真审查，往往在施工过程会产生上述一种或几种不同的问题。同时部分施工队伍管理不当也常常使得钻孔灌注桩存在不同的问题。目前，针对成孔灌注桩项目施工质量控制的研究人员较少，没有成熟可以借鉴的经验可取也是产生施工问题的主要原因。

2.2 灌注桩施工常见问题的原因分析

由地质因素产生的问题:

1)成孔后塌孔的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。吊入钢筋笼时碰撞孔壁，成孔后待灌时间过长也会引起孔壁坍塌;

2)成孔后孔体缩颈主要原因是土质太软，地下水位高，孔壁侧向压力大，且泥浆性能欠佳，失水量大，引起软塑性粘土层吸水膨胀后使孔径缩小，邻桩施工间隔时间太短或桩距太近;

3)卡钻主要原因是钻孔经过岩层分界面时相邻岩层强度差别较大、操作中未及时根据地质情况调整钻头的行程引起的;

4)钻孔成桩时掉钻是由于地质复杂孔壁坍塌、机械故障、钢丝绳断裂等因素造成钻头落入孔底的现象。

由管理协调因素产生的问题:

1)桩位平面偏差是由于现场施工管理不到位，施工员粗心大意使得定点测放、桩机就位不准产生;

2)孔体倾斜主要因桩机不水平或机台产生不均匀沉降，或遇到旧基础或有地下障碍物，土层软硬不均匀、有较大孤石或基岩面倾斜较大产生;

3)断桩是由于导管底端距孔底过远，混凝土被冲洗液稀释，造成混凝土不凝固，形成断桩，或导管密封不严，冲洗液浸入混凝土，形成桩身中段出现混凝土不凝体，在浇筑混凝土时，导管提升和起拔过多，露出混凝土面，或其他原因将混凝土桩上下分开，产生空洞;

4)沉渣厚度超标是由于清孔不干净或未进行二次清孔，泥浆比重过小或混凝土注入量不足而难于将沉渣浮起，钢筋笼吊放过程中，未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底，清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积[10]。

由技术因素产生的问题:

1)孔壁泥皮过厚大致是由于钻进时间太长或者是泥浆比重太大[11];

2)导管堵塞是由于初灌时，隔水栓堵管。混凝土和易性、流动性差造成离析。混凝土中粗骨料粒径过大。钢筋笼吊装时，弯折变形。各种机械故障引起混凝土浇筑不连续，在导管中停留时间过长而卡管。导管进水造成混凝土离析;

3)钢筋笼上浮大致是由于混凝土流动性过小，导管在混凝土中埋置深度过大，钢筋笼被混凝土拖顶上升;

4)桩端持力层误判是由于地勘单位技术员对地质的认识不够或者施工技术员对施工进尺的速度把握不足[12]。

2.3 灌注桩施工常见问题的控制与防治措施

成孔灌注桩在不同的项目具有不一样的问题出现，根据上文对各类问题原因的分析，应建立灌注桩施工项目质量控制体系，项目管理科学化、标准化、制度化和规范化的规则。为了保证灌注桩施工质量，应从施工规划、施工准备、施工过程一直到验收的全过程，建立一套科学、规范、高效的质量控制组织，其具体流程详见图2。

在组织中明确相关职能部门、相关人员的工作任务、权利和承担的责任，对每项质量控制工作都要建立控制工作目标和标准程序，对工序控制要有详细的作业指导书，对质量检验要规定质量检验标准、办法。对质量实行动态管理，信息处理、信息反馈要及时准确，并依照规范不断改进工作。使各项质量控制工作能够做到相互衔接、相互协调。

成孔灌注桩作为建、构筑工程中的一个重要部分，其质量如控制得不好，则可能造成较大的损失和影响。因此，针对上述分析的各类施工问题，在施工过程中应着重做好以下几项相应的防治措施。

图2 施工质量控制图

防治塌孔现象发生的措施:松散易坍的土层中，可采用埋深护筒，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度。防止钢筋笼变形，安放准确，避免碰撞孔壁，加快焊接钢筋笼，尽可能缩短沉放时间。成孔后，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。

防治成孔后孔体缩颈发生的措施:加快成孔速度，减少孔壁变形时间，尽快浇筑混凝土。成孔过程中，随时检查成孔的变化情况，如果发现异常，应重新进行扫孔。成孔后，若未发生缩颈，应立即安装钢筋笼，快速浇筑混凝土。

防治卡钻发生的措施:充分研究地质报告，在施工过程中密切注意地层变化。制作钻头时应注意钻筒尺寸，同时应保证钻头挂勾有效，避免意外脱勾。避免因钻机出现故障而造成长时间停钻。

处理掉钻的措施:孔壁出现局部坍塌将钻头埋没且大部分钻孔壁处于稳定时，应先加大孔内泥浆的浓度，将旋转钻头放入安全的深度范围搅动泥浆以加强钻孔壁，然后清除钻头上的沉积土和淤泥，打捞钻头。

防治桩位平面偏差发生的措施:桩位测放完毕后，应进行复测和检验，确保每根桩的位置准确无误。

防治成孔后孔体倾斜发生的措施:施工前进行场地整平，桩机就位安装时应平稳，调整钻杆垂直度，并在钻孔过程中经常检查垂直度，始终保持垂直度，清除障碍物等。

防治断桩发生的措施:加强管理、加强责任心，仔细探测混凝土面后再进行提升拆卸导管。加强混凝土浇灌工作的管理。

防治沉渣厚度超标发生的措施:及时清孔，保证清孔质量满足规范要求，及时灌注混凝土。

防治孔壁泥皮过厚发生的措施:加快成孔速度，减少泥皮沉积时间。在允许条件下，降低泥浆比重。

防治导管堵塞发生的措施:使用直径与导管内径相配的隔水栓，并具有良好的隔水性。钢筋笼箍筋间距不能过大，箍筋与主筋焊接牢固。灌注混凝土时，加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必须具备良好的和易性，粗骨料的最大粒径满足规范要求。确保导管连接部位的密封性，避免导管进水。混凝土浇筑过程，应缓缓倒入漏斗的导管，避免在导管内形成高压气。

防治钢筋笼上浮的措施:施工前应仔细检查、检修灌注桩机械并准备备用机械，施工中加强管理与协调，采取科学的施工方案，并制定切实可行的备用方案，严格按照操作规程施工，同时提高施工速度。

防治桩端持力层误判发生的措施:桩端持力层为强风化岩或中风化岩的桩，判定岩层界面难度较大，可采用以地质资料的深度为基础，结合钻机的受力、主动钻杆的抖动情况和孔口捞样进行综合判定，必要时进行原位取芯验证。

3 结语

成孔灌注桩的施工属于不可见工程，加之市场竞争激烈，加强和改进灌注桩施工质量控制与防治逐渐成为必要趋势。

要实现质量提高的目的就必须通过对项目施工事前控制包括地质情况的详细调查，场地历史地貌与施工情况、施工设备准备情况以及现有场地的清理工作等等，并在施工前应做好施工组织设计，全面考虑施工过程中可能出现的各种问题，并制定好相应的处理办法，做好应急预案。施工工程中结合现场实际情况对工序不断优化，对施工方法不断提高，施工细节严格执行相关规定，合理安排进度，做好工序间的衔接工作。施工结束后进行相应的检测与检验，项目资料及时整理、存档，便于后期不断的总结控制技巧及出现问题后能够明确责任。

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