成都地铁钻孔灌注桩施工监理控制要点浅议

廖 屹

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610072)

1 前 言

在成都地铁1、2号线施工中广泛采用了人工挖孔桩进行基坑围护桩施工，但人工挖孔桩井下作业条件差、劳动强度大、成孔时间长、存在有毒气体，施工人员在井下作业容易缺氧、中毒，特别是遇到了细沙、粉沙土层，在压力水的作用下，易发生流沙和井漏现象，施工风险较大。为了保证施工安全，提高成孔效率，成都地铁3、4号线围护结构施工几乎全部改用了钻孔灌注桩。

钻孔灌注桩由于其对不同地基的适应性强，施工难度及成本适中，施工噪声较小，对环境破坏较轻等优势，被广泛应用于市政、工业民用建筑、水利水电及桥梁码头等工程中。但钻孔灌注桩在施工过程中，成桩质量受外界因素影响较大，有时会发生缩径、断桩、桩身夹泥等现象，这些都会对地铁车站基坑安全造成直接影响。同时它作为隐蔽工程，一旦存在质量隐患，其加固和整改十分困难，所以在施工监理过程中，对钻孔灌注桩的质量控制是整个地铁车站监理过程中的重要环节。探讨钻孔灌注桩监理控制方法，作好质量预控，为整个地铁车站工程打好基础，具有重要的意义。

2 钻孔灌注桩准备阶段的控制

钻孔灌注桩是一项工序较多、技术要求高、需要在一个短时间内连续完成的地下隐蔽工程。要保质、保量、按期完成该项目，监理必须在施工准备阶段就做好事前控制。监理工程师应对工程特点及技术要求进行详细了解，对可能影响钻孔桩质量的因素进行研究，对施工单位的施工组织设计和现场准备情况进行全面审查，对进场的施工机具和材料进行把关。同时编制专项监理细则，组织图纸会审和技术交底，对桩位和标高进行复核。

2.1 施工组织设计的审査

监理工程师首先应对钻孔灌注桩施工组织设计进行审查，审查该施工组织设计是否结合具体工程实际、施工方案是否可行、施工工序是否合理、施工设备与人员配备是否足够、对可能出现质量隐患的环节,是否制定相应的保障措施。地质条件通常是造成灌注桩施工中“漏浆、偏孔、塌孔”的主要原因，所以在施工组织设计中，要着重审查施工单位是否就地质情况进行了详细的调查分析。

2.2 钻孔机具的审查

选择合适的钻孔机具是实现质量控制的前提条件，监理应对施工单位进场机具进行审查。对于不同的地质条件，不同的桩径，选择使用的成孔机具有一定的差别。选择钻机，应看功率和扭矩够不够，因为桩径越大，钻进时切削阻力越大，要求功率和扭矩也越大。钻杆不宜采用过细的钻杆，过细的钻杆其杆内通道小，泥浆循环量受限制，钻进速度慢，沉渣多，成桩质量难以保证。钻头直径必须保证桩的设计直径，一般比设计桩径小5～6cm。

2.3 施工材料的审查

施工材料的质量是保证施工质量的基本要素，一旦原材料质量出现问题, 可能造成地铁车站基坑围护结构的失稳。监理必须重视对施工原材料的控制，应审核钢筋、水泥等材料的出场日期、出厂合格证、力学及化学性能，检查骨料、水质及其他添加剂等是否满足设计规范要求，通过进场复检等手段，审查材料是否合格。

2.4 对桩位和标高进行复核

监理工程师应加强桩位和标高的控制，这关系到地铁车站的整体布局，也牵扯到主体结构与冠梁的衔接。桩位出现偏差，可能会造成不可挽回的损失，所以在施工准备阶段，监理工程师要对桩位坐标进行仔细核算,对控制点高程进行多次校核。要采取施工单位自检与监理单位复检、验收相结合的措施, 将其偏差严格控制在设计和规范允许范围之内。

3 钻孔桩施工过程的控制

钻孔灌注桩施工过程是地铁车站围护结构监理工作的中心环节，也是保证工程质量的核心。在这一阶段，护筒埋设、钻机安装、泥浆的选用及制备、终孔、清孔、钢筋笼制作与安装，混凝土的灌注等都是监理控制的重点(见图1)。

3.1 护筒埋设的检查

护筒埋设是钻孔灌注桩施工的开端，监理应检查护筒位置与垂直度是否准确，护筒周围和护筒底脚是否紧密和不透水，这些都对成孔、成桩的质量有很大影响。

3.2 钻机安装的检查

钻机工作面地面应平整，可预先加固处理地面，在钻架下部支点处还可垫设方木，以扩散对地面应力。监理应检查钻机就位时底盘是否保持平稳、钻架是否直立和钻头中心是否对准桩位中心。钻架还应可靠固定，确保在钻进过程中不发生倾斜和位移。

3.3 泥浆的选用及制备

图1 钻孔灌注桩施工流程示意

钻孔是成孔的关键，泥浆的合适与否又是钻孔成功的关键，所以泥浆的选用及制备是钻孔灌注桩是否成功的关键工序之一，监理要对泥浆的选择进行审查。选择泥浆种类要根据站点具体地层情况结合进行。长大桩基及反循环施工，一般采用膨润土泥浆；较短小的桩基、正循环施工一般采用粘土泥浆。

3.4 终孔的检查

终孔后监理应进行终孔检查，主要检查项目包括孔深、孔径、孔形、沉渣厚度。监理应参照地质勘探报告，检查是否已经达到设计持力层以及进入持力层的深度。孔径、孔形、垂直度检查，用笼式检孔器；桩位检查，用全站仪测放桩位中心；孔深和孔底沉渣厚度检查，用测绳配测锤，水下灌注桩沉渣厚度要按照设计值进行控制，成都地铁设计要求厚度一般不大于50mm。

3.5 清孔的要求

监理应督促施工单位进行两次清孔。第一次清孔是钻进至设计深度后直接利用钻具进行的换浆清孔，重点是搅碎孔底较大颗粒泥块，同时上返孔内尚未返出的钻渣。根据成都地铁钻孔桩施工经验，对一根φ1 200mm、长20m的桩来说，清孔的时间应大于30min。第二次清孔是在下完钢筋笼和导管以后利用导管进行的清孔，目的是清除这段时间里从泥浆中沉淀到孔底或是被钢筋笼撞下去的泥块沉渣。第一次清孔是能否达到技术要求的基础，因为第一次清孔的冲力大，清孔能力强，可以把绝大部分沉渣返出孔外，第二次清孔是利用截面粗的导管进行，冲力较小，不能承担主要的清孔责任，因而第一次清孔一定应达到返出的泥浆中不含有的泥块为止。同时在清孔过程中必须注意保持孔内水头，防止塌孔。

3.6 钢筋笼制作与吊装的检查

(1)监理应对钢筋笼的制作过程进行检查。分段制作的钢筋笼的长度以钢筋的定长为宜，连接时50%的钢筋接头应错开焊接。为避免灌注导管挂笼及钢筋笼上浮,笼底钢筋略成喇叭状。钢筋笼的保护层应设置成混凝土滚轮,厚度为混凝土的保护层厚度，每隔2m均匀布置4个穿在箍筋上,这样既保证保护层厚度,又能减少对孔壁的扰动。在钢筋笼绑扎过程中，监理应对钢筋笼制作质量进行检验。质量检验标准见表1。

(2)钢筋笼的吊装检查。钢筋笼吊装是灌注桩施工的重要工序,对于直径大、笼身长的钢筋笼，监理应要求施工单位采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼起吊时不变形，吊放入孔时应对准钻孔中心缓慢下放至设计标高。钢筋笼全部入孔后，监理应按设计要求检查安放位置，符合要求后，施工单位可将主筋点焊于孔口护筒上或用铁丝牢固绑扎于孔口使钢筋笼定位，防止钢筋笼因自重下落或灌注混凝土时往上串动造成错位。

表1 钢筋笼质量检验标准

3.7 混凝土灌注的旁站监理

混凝土灌注工序，是施工质量控制的重点，监理应对钻孔灌注桩的浇筑过程进行旁站监理。主要检查施工单位现场质检、试验人员到岗、特殊工种人员持证上岗以及施工机械、材料准备情况、混凝土的配比和浇注质量。首批混凝土下落后，混凝土应连续浇筑，没有特殊原因不得长时间中断,防止塌孔情况发生。在灌注过程中，监理及施工人员要随时测量和记录孔内混凝土高度及导管入孔长度，以控制和保证导管埋入孔内混凝土中有适当的深度，防止导管提升过猛，管底脱离混凝土面或埋入过浅而导致管内进水造成断桩夹泥，也要防止导管埋入过深而造成导管被混凝土埋住不能提升，导致中止灌注而断桩。混凝土面灌注至高出设计标高面 50cm以上时停止灌注，清除桩顶混凝土至桩顶设计标高以上 10cm，高出部分待强度达到 70%设计强度后，用人工凿除，确保桩头质量良好。监理人员必须及时督促施工单位做好现场取样和预留试块等工作，并做好旁站监理记录和监理日记，保存监理旁站原始资料。

4 常见问题及监理控制措施

4.1 塌孔的控制

在钻孔过程中，如果出现钻孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，出渣明显增加，进尺慢或停止，就可能出现了塌孔。塌孔一般是因不良地质情况、钢护筒未按规定埋设、泥浆粘度不够、护壁效果不佳、孔口周围排水不良或下钢筋笼及升降机具时碰撞孔壁等因素造成的，易造成埋、卡钻事故，监理应高度重视。监理首先应认真研读站点地质勘察报告，对地层情况做到心中有数，还应督促施工单位提高泥浆质量，增加护筒的埋置深度，督促施工单位及时灌注混凝土，减少沉渣时间。发生塌孔后，如果发生的塌孔能用加大泥浆浓度来控制水位差，能使孔壁不再坍塌即可；如果不能停止时，当发生孔口坍塌，可拆除护筒并立即回填钻孔，重新埋设深埋护筒。如果发生孔内塌孔时，回填砂和粘土混合物，待回填物沉积密实后再进行钻进。

4.2 扩径和缩径控制

扩径、缩径都是由于成孔直径不规则出现扩孔或缩孔及其它不良地质现象引起的。扩径一般是由钻头振动过大、偏位或孔壁坍塌造成的，缩径是由于钻头磨损过甚、焊接不及时或地层中含有遇水膨胀的岩土等,在应力解除后产生侧向位移。为避免扩径的出现，监理应检查钻机是否固定、平稳，要求减压钻进，防止钻头摆动或偏位，要始终保持适当的泥浆比重和足够的孔内水位，确保孔内泥浆对孔壁有足够的压力，成孔尤其是清孔后应督促施工单位尽快灌注混凝土，尽可能减少孔壁在小比重泥浆中的浸泡时间。为避免缩径的出现，钻孔前监理人员应详细了解地质资料，判别有无遇水膨胀等不良地质条件的土层，如有，应要求施工单位采用优质泥浆进行护壁，并时常对钻头的直径进行校正。

4.3 钢筋笼上浮的控制

在灌注混凝土前，钢筋笼自重与悬吊力形成平衡状态，在混凝土灌注过程中，下列原因可能引起钢筋笼上浮：

(1)钢筋笼在孔口固定不牢固或提升导管用力过猛，将钢筋笼钩挂；

(2)混凝土面到达钢筋笼底面时，导管埋深过浅，灌注量过大或混凝土面超过钢筋笼底一定高度时，导管埋深过大；

(3)混凝土质量差，对于易离析、坍落度损失大的混凝土，都易使钢筋笼上浮。

为避免出现钢筋笼上浮现象，监理应要求施工单位采取如下控制措施：

(1)在钢筋笼上加压重物，并在上端加焊较粗钢筋固定在钢护筒顶部施工平台上；

(2)用细钢筋在钢筋笼上加焊防浮倒刺；

(3)当混凝土上升至钢筋笼底部附近时，缓慢提升导管以保持较小的埋管深度(≥1.5m)；

(4)确保混凝土质量及加快混凝土灌注。

4.4 桩底沉渣过多的控制

清孔是灌注桩施工中保证成桩质量的重要环节，监理应高度重视，清孔应尽可能使桩孔中的沉渣全部清除，使混凝土与岩基结合完好，提高桩基承载力。施工中发生桩底沉渣的主要原因如下：

(1)沉渣过多主要由于清孔不干净或未进行二次清孔；

(2)当使用的泥浆比重过小或泥浆注入量不足时，桩底的沉渣浮起困难，沉渣将堆积在桩底；

(3)钢筋笼吊放过程中，如果钢筋笼的轴向位置未对准孔位，将会碰撞孔壁，孔壁的泥土会坍落在桩底；

(4)清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。

为了防止沉渣现象，监理应要求施工单位特别注意：

(1)施工中应保证灌注桩成孔后，钻头提高孔底10～20cm，保持慢速空转循环清孔不少于30min；

(2)工程中需采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度；

(3)钢筋笼吊放时，应使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。在钢筋笼的加工工艺上，可选用对焊工艺加快对接钢筋笼速度，减少空孔时间；

(4)开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为30～40mm，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下1.0m以上，利用混凝土的冲击力溅除孔底沉渣，达到清除孔底沉渣的目的。

4.5 断 桩

浇筑工艺控制不当可能造成断桩：

(1)施工中若导管底端距孔底过远，则混凝土易被冲洗液稀释，使水灰比增大，形成混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土填充；

(2)有时受地下水活动的影响或导管密封不良，冲洗液浸入混凝土水灰比增大，形成桩身中段出现混凝土不凝体；

(3)在浇注混凝土时，由于导管提升和起拔过多，露出混凝土面；

(4)施工单位为了方便，没有使用导管，造成混凝土灌注时产生离析。

因此，监理应采取如下措施进行控制：

(1)成孔后，要求施工单位认真清孔，在灌注混凝土前，认真进行孔径测量，准确算出全孔及首次混凝土灌注量；

(2)在地下水活动较大的地段，事先要用套管或水泥进行处理，止水成功后方可灌注混凝土，同时应确保导管的密封性，导管的拆卸长度应根据导管内外混凝土的上升高度而定；

(3)确保在混凝土初凝时间内连续浇注；

(4)要求施工单位必须采用导管进行浇筑，避免产生离析。

5 结束语

监理作为成都地铁建设的参建方，要正确应用有关规范，熟悉设计图纸文件及各项技术要求，做好事前控制，强化施工准备、成孔、清孔、水下混凝土灌注等施工过程中各环节的质量监控，确保灌注桩达到预期效果。成都地铁3、4号线在采用了钻孔灌注桩后，减小了车站主体围护结构的施工安全风险，通过严格的质量把控，钻孔灌注桩正逐步发挥出它的优点，达到了安全、优质、经济、高效的预期目的。