浅谈正循环钻机钻孔灌注桩施工工艺及质量控制

陈健

【摘要】正循环钻孔灌注桩是桥梁施工中常见的一种基础，因其承载力比较好，适应性强，噪音小、振动小，等原因已被广泛应用在公路、铁路、房屋建筑、港口等领域。但是由于其在施工过程中控制不好会出现塌孔、导管不易提升等现象，所以本文笔者通过多年的施工经验归纳、总结得出一些体会感悟、便于大家一起学习探讨。

【关键字】正循环钻孔灌注桩、施工工艺、质量控制

前言：正循环钻孔灌注桩在我国应用和发展已有半个世纪之久，充分表明了这是一类很有活力、适应性强、方兴未艾的技术，但是发展的历程中也伴随着一些质量通病，影响施工質量。

一、钻孔灌注桩施工方法

1、施工准备

（1）测量放样，确定桩位中心线，在施工区域内，清理河床淤泥、杂物，施工区域用推土机填筑土方。平面尺寸按桩位中心线向外各放出3.5m，四周用压路机整平碾压密实。

（2）施工前，进行场地整平，在钻机作业处铺设路基钢板，以免钻机产生不均匀沉降。

2、桩位放样

用全站仪进行钻孔桩定位，定出钻孔桩位置后设置好护桩，护桩不少于4个，然后施放桩位十字轴线，作为护筒埋设的控制线及钻机就位对中，以及施工过程中复测桩位的依据。

3、埋设护筒

护筒有固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水免其流入井孔，保护孔口不坍塌，并保证孔内水位（泥浆）高出地下水或施工水位一定高度，形成静水压力（水头），以保护孔壁免于坍塌等作用。

护筒设置的一般要求

（1）护筒中心竖直线应与桩中心线重合，除设计另有规定外，平面允许误差为50mm，竖直线倾斜不大于1%。干处可实测定位，水域可依靠导向架定位。

（2）旱地、筑岛处护筒可采用挖埋设法，护筒底部和四周所填粘质土必须分层夯实。

（3）护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、压，不漏水。

4、钻机就位

钻机就位在护筒埋设完毕后再就位，机架就位时注意不碰撞保护桩。机架就位后要利用保护桩拉十字线，将机架正确对中，并调整机架水平，然后固定机架，保持机架平稳，避免在钻孔过程中由于振动跑位。

5、泥浆制备

空钻向孔中注入清水、备用粘土造浆，其性能指标应符合规范要求。钻孔泥浆经常试验，对不符合规定的泥浆，应及时调整。

6、钻进

（1）正循环钻进成孔

1）泥浆循环系统设置

在相临两个墩台之间设一个泥浆循环池（长6m、宽2.5m、深2.5m）供应两个墩台基桩循环用，在桥跨之外统一规划泥浆沉淀池（根据排浆数量确定）；出浆口开挖宽60cm，深50cm的泥浆槽，在泥浆池沉淀池处设过滤网。

2）钻进参数

根据工程地质勘探报告结合工程所在地域确定钻进速度。

7、成孔与终孔

（1）钻孔过程中，详细记录施工进展情况，包括时间、高程、档位、钻头、进尺情况等。

8、清孔

清孔采用换浆法，二次清孔，即成孔检查合格后立即进行第一次清孔，并清除护筒上的泥皮；钢筋笼下好灌注混凝土前，再次检查沉淀层厚度、泥浆指标，若超过规定值，必须进行二次清孔，二次清孔合格后立即灌注混凝土。

9、钢筋笼加工及就位

钢筋笼应在钢筋加工场制作，制作好的钢筋骨架必须平整垫放。钢筋笼每隔2～4.0m设置临时十字加劲撑，以防变形；

10、下导管二次清孔

（1）导管选用：导管直径按桩长、桩径和每小时灌注的混凝土数量确定；导管的壁厚应满足强度和刚度的要求，确保混凝土安全灌注。

（2）导管在使用前和使用一段时期后，应对其规格、质量和拼接构造进行认真检查，并做拼接、过球、水密承压、接头抗拉等试验，经常更换密封圈。

11、灌注水下砼

水下混凝土的强度、和易性、坍落度等应符合设计和规范的要求。拌和站有足够的生产能力，灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间，对于灌注时间较长的桩，应对混凝土的初凝时间进行特别设计。灌注前应检查拌和站、料场、灌注现场的准备情况，确定各项准备工作就绪后方可进行。

二、施工中质量控制点的控制方法与控制措施

（一）控制方法

质量的过程控制主要是指在项目实施过程中对工程质量进行事前控制、过程中控制、事后评价和督促改进。

1、事前控制

1.1人员保障

人员的数量和素质应满足工程需要和合同的规定。

1.2原材料控制和验收

在开工前，施工单位应及时组织符合要求的材料进场，经自检合格后报驻地监理组验收并上报资料。

2、过程中控制

按照首件工程认可的有关规定，对关键性首件分项工程的实施实行认可，及时总结经验、教训，确定合理工序和管理人员、设备配备要求。

3、事后控制

在每道工序完成后及时对照工序质量目标做好工序自检盒中间检验，发现不足及时，在后续工序、分项工程实施过程中加以改进，保证分项工程达到规定的质量目标，确保整个工程项目总体质量目标的实现。

（二）控制措施

为了保证分项工程质量达到规定的要求，针对本分项工程确定桩位坐标、垂直度、孔径、清孔、钢筋笼接头和水下混凝土灌注为工序质量控制点。

1、桩位坐标控制

施工场地准备好后，应先复测业主所提供基线以及基点，在确认没有错误的前提下，根据所给基线及基点确定出桩点，用钢钎标记已确定出的桩位，并用护筒埋设进行保护，护筒安置需牢固确定，护筒中心应于桩位重合。

2、垂直度的控制

根据规范规定灌注桩成孔垂直度不得超过桩身长度的1 %。否则将影响桥体的荷载分布，进而影响整个桥梁的使用寿命。

2.1造成成孔垂直度超标的原因如下：

（1） 筑岛土料碾压不实，或在雨后施工，钻孔机械施工由于振动致使机械发生倾斜。

（2） 场地不平，钻机钻孔前未进行超平，以至于钻杆不直，造成钻孔倾斜。

2.2防治措施

（1）针对以上原因，采取以下防治措施：作好场地平整工作，松软场地及时进行分层碾压处理；雨季施工现场采取排水措施，防止钻孔处表面积水；钻机左右两侧增加调整装置，开钻前从两个方向校正钻杆的垂直度，钻头尖部一定要对准桩位，对中误差严格控制在d/ 6 ，且≥200 mm。并在钻孔时，经常校正钻机的垂直度。

3、孔径的控制，防止缩径

3.1成因

关于成孔的扩径问题，在上述两个问题中均产生不同程度的扩径，值得补充的是地下流砂。地下流砂一般是在承压水的作用下，钻机破坏了原有的平衡系统使承压水带动细砂产生流动形成的，也是造成扩径甚至塌孔的主要原因。

3.2防治措施

在实际施工中，要实地分析扩径的原因，采取正确措施。如果是地下流砂的原因，则通过采用反循环钻机，减慢成孔速度增加护壁泥浆的浓度以及外水头压力的办法，来预防孔壁坍塌造成的扩孔。

4、清孔质量

清孔要分两次进行。首次是成孔结束后，让钻杆转而不进尺供浆对孔底进行冲洗排渣，尽量使沉渣厚度小于设计或规范要求。第二次清孔是在下放钢筋笼和导管后，在导管口加闷盖注入高压泥浆进行清孔，使沉渣厚度小于设计或规范要求为止。应重视混凝土灌注前的清孔。灌注前抽吸2min后，一方面抽出一定的沉渣，另一方面泥浆的抽吸作用使得一部分沉渣、沉淤上浮，而且短时间内不会沉淀。此时灌注混凝土，混凝土坠落的巨大冲击力还能溅除最后残余的部分沉渣和沉淤，可基本上将孔底沉渣清除干净。严禁采用加深孔底深度的方法代替清孔。

5、钢筋笼接头质量

在进行钢筋笼的加工与安装时应注意控制以下几点：①钢筋焊接前应试焊，合格后才能进行钢筋笼正式焊接，焊工必须持证上岗操作；②钢筋质量必须进行检验，合格后应按设计进行加工。焊条型号应与钢筋规格相适应；③搭接电弧焊时，两钢筋搭接端应先折向一侧，使两焊接筋轴线一致。

6、水下混凝土灌注质量

钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方法， 在土中形成一定直径的井孔， 达到设计标高后， 将钢筋骨架吊入井孔中，灌注混凝土， 成为桩基础的一种工艺。成孔后的混凝土灌注施工是保证桩质量的关键环节， 必须把可能出现的问题考虑周全， 预防可能发生的质量通病。

6.1导管进水

1）、现象

灌注桩首次灌注混凝土时， 孔内泥浆及水从导管下口灌入导管； 灌注中， 导管接头处进水； 灌注中， 提升导管过量； 孔内水和泥浆从导管下口涌入导管等现象。

2）、原因分析

（1） 首次灌注混凝土时， 由于灌满导管和导管下口至桩孔底部间隙所需的混凝土总量计算不当， 使首灌的混凝土不能埋住导管下口，而是全部冲出导管以外， 造成导管底口进水事故。

（2） 灌注混凝土中， 由于未连续灌注， 在导管内产生气囊， 当又一次聚集大量的混凝土拌和物猛灌时， 导管内气囊产生高压； 将两节导管间加入的封水橡皮垫挤出， 致使导管接口漏空而进水。

（3） 由于接头不严密， 水从接口处漏入导管。

（4） 测深时， 误判造成导管提升过量， 致使导管底口脱离孔内混凝土液面， 使水进入。

3）、治理方法

首灌底口进水和灌注中导管提升过量的进水， 一旦发生， 停止灌注。利用导管作吸泥管， 以空气吸泥法， 将已灌注的混凝土拌和物全部吸出。针对发生原因， 予以纠正后， 重新灌注混凝土。

6.2、导管堵管

1）、现象

导管已提升很高， 导管底口埋入混凝土接近1 m。但是灌注在导管中的混凝土仍不能涌翻上来。

2）、原因分析

（1） 由于各种原因使混凝土离析， 粗骨料集中而造成导管堵塞。

（2） 由于灌注时间持续过长， 最初灌注的混凝土已初凝， 增大了管内混凝土下落的阻力， 使混凝土堵管。

3）、治理方法

灌注开始不久发生堵管时， 可用长杆冲、捣或用振动器振动导管。若无效果， 拔出导管， 用空气吸泥机或抓斗将已灌入孔底的混凝土清除， 换新导管， 准备足够量的混凝土， 重新灌注。

6.3钢筋笼在灌注混凝土时上浮

1）、现象

钢筋笼入孔， 虽已加以固定， 但在孔内灌注混凝土时，钢筋笼向上浮移。

2）、原因分析

混凝土由漏斗顺导管向下灌注时， 混凝土的位能产生一种顶托力。该种顶托力随灌注时混凝土位能的大小， 灌注速度的快慢， 首批混凝土的流动度， 首批混凝土的表面标高大小而变化。

3）、预防措施

（1） 钢筋骨架上端在孔口处与护筒相接固定。

（2） 灌注中， 當混凝土表面接近钢筋笼底时， 应放慢混凝土灌注速度， 并应使导管保持较大埋深， 使导管底口与钢筋笼底端间保持较大距离， 以便减小对钢筋笼的冲击。

（3） 混凝土液面进入钢筋笼一定深度后， 应适当提导管， 使钢筋笼在导管下口有一定埋深。但注意导管埋入混凝土表面应不小于2 m。

6.4灌注混凝土时桩孔坍孔

1）、现象

灌注水下混凝土过程中， 发现护筒内泥浆水位忽然上升溢出护筒， 随即骤降并冒出气泡， 为坍孔征兆。如用测深锤探测混凝土面与原深度相差很多时， 可确定为坍孔。

2）、原因分析

（1） 灌注混凝土过程中， 孔内外水头未能保持一定高差。在潮汐地区， 没有采取措施来稳定孔内水位。

（2） 护筒刃脚周围漏水； 孔外堆放重物或有机械振动，使孔壁在灌注混凝土时坍孔。

（3） 导管卡挂钢筋笼及堵管时， 均易发生坍孔。

3）、治理方法

（1） 灌注混凝土过程中， 要采取各种措施来稳定孔内水位， 还要防止护筒及孔壁漏水。

（2） 用吸泥机吸出坍入孔内的泥土， 同时保持或加大水头高度， 如不再坍孔， 可继续灌注。

（3） 如用上法处治， 坍孔应不停时， 或坍孔部位较深，宜将导管、钢筋笼拔出， 回填粘土， 重新钻孔。

6.5、埋导管事故

1）、现象

導管从已灌入孔内的混凝土中提升费劲， 甚至拔不出，造成埋管事故。

2）、原因分析

（1） 灌注过程中， 由于导管埋入混凝土过深， 一般往往大于6 m。

（2） 由于各种原因， 导管在埋深过大情况下（≥15m的时候），而且未及时提升， 部分混凝土初凝， 抱住导管。

3）、治理方法

（1） 埋导管时， 用链式滑车、千斤顶、卷扬机、挖掘机、铲车等设备进行试拔。

（2） 若拔不出时， 按断桩处理。

6.6、桩头浇注高度短缺

1）、现象

已浇注的桩身混凝土， 没有达到设计桩顶标高再加上50～100cm 的高度。

2）、原因分析

（1） 混凝土灌注后期， 灌注混凝土产生的超压力减小，此时导管埋深较小。由于探测时， 仪器不精确， 或将过稠的浆渣、坍落土层误判为混凝土表面。

（2） 测锤及吊索不标准， 手感不明显， 未沉至混凝土表面， 误判已到要求标高， 造成过早拔出导管， 终止灌注。

3）、治理方法

（1） 尽量采用准确的水下混凝土表面测探仪， 提高判断的精确度。当使用标准的测探锤检测时， 可在灌注接近结束时， 用取样盒等容器直接取样， 鉴定良好混凝土面的位置。

（2） 对于水下灌注的柱身混凝土， 为防止剔桩头造成桩头短浇事故， 必须在设计桩顶标高之上， 增加50～100cm 的高度， 低限值用于泥浆比重小的、灌注过程正常的桩；高限值用于发生过堵管、坍孔等灌注不顺的桩。

（三）结束语

施工中实践表明、正循环钻孔灌注桩的施工是一个综合性的过程，对施工工艺质量控制等方面都做了大量工作。尽管有些质量通病是不可避免的，但是只要把控好过程控制，加强质量控制，各质量通病会明显减少。

参考文献：

[1] 公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）

[2] 公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）

[3] 王立平.超长钻孔灌注桩施工技术[J]. 山西建筑，2006

[4] 曾国熙.桩机施工技术[M].中国建筑工业出版社，1997：23-41