就地灌注混凝土桩的施工工艺

2015-10-31程燕

建材与装饰 2015年29期

关键词：护筒灌注桩泥浆

程燕

（山西省第三建筑工程公司）

就地灌注混凝土桩的施工工艺

程燕

（山西省第三建筑工程公司）

随着钻井技术的成熟，钻机性能的不断完善，钻孔灌注桩的应用将进入一个新阶段。本文主要介绍钻孔灌注桩的施工方法和设备，就常用的钻孔灌注桩的特点和施工方法作介绍，重点对钻孔灌注桩的施工工艺流程作了详细的说明。

钻孔灌注桩；施工工艺；灌注水下混凝土

1　钻孔灌注桩的特点

钻孔灌注桩的桩长可以根据持力土层的起伏面变化，并按使用期间可能出现的最不利内力组合配置钢筋，钢筋用量较少，便利施工，故应用较为普遍，某些省市桥梁柱基中钻孔清灌注桩占80％以上。钻孔灌注桩的优点有：振动及噪音小；施做大直径桩；桩接头；长度的调节容易；检验桩侧及桩底土的性质和类别；斜近建筑物影响小。缺点；有排水和弃土问题；不能进行小直径桩施工；挠动了地基，故承载力相对叫嚣较小；桩身的质量可靠性较预制桩小。

2　钻孔方法

钻孔的方法可归纳为三种类型：即冲击法、冲抓法与旋转法。冲击法系用冲击钻机或卷扬机带动冲锥，借助锥头自重下落产生的冲击力反复冲击破碎土石或把土石挤入孔壁中，用泥浆浮起钻渣，或用抽渣筒或空气吸泥机排出钻渣而形成钻孔。冲抓法系用冲抓锥靠自重产生冲击力切人土层或破碎土层，叶瓣抓土、弃土以形成钻孔。旋转法系用人力或钻机，通过钻杆带动锥或钻头旋转切削土壤，用泥浆浮起排出钻渣形成钻孔。根据上述各种钻孔方法的适用范围和特点，结合机具设备供应情况、设计和工期要求以及土层状况，可以正确的选择钻孔方法。

3　钻孔灌注桩的施工工艺流程

钻孔灌注桩施工因成孔方法的不同和现场情况各异，施工工艺流程不会完全相同。在离工前，要安排好施工计划，编制具体的工艺流程图，作为安排各工序施工操作和进度的依据。参照各地的实践经验，当同时有几个桩位施工时，要注意相互的配合，避免干扰与冲突，并尽可能地做到均衡地使用机具与劳动力，既要抓紧新钻孔的施工，也要做好已成桩的养护和质量检验工作。

钻孔灌注桩施工，必须由有经验的施工人员主持，并掌握场地的地质与水文地质情况，保证钻孔设备完好，施工记录完善。钻孔灌注桩施工的主要工序是：设护筒→制备泥浆→钻孔→清底→钢筋笼制作与吊装以→灌注水下混凝土。下面就其要点简略介绍：

（1）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。钻孔内若能保持比地下位高的水头，增加孔内静水压力，能稳定孔壁、防止坍孔。护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大2cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm），每节长度约2～3m。一般常用钢护筒，在陆上与深水中均能使用，钻孔完成，可取出重复使用。埋设护筒如图1所示。护筒底部及其周围一定范围内应夯填粘土，借助粘土压力及隔水作用，保持护筒稳定，保护孔口地面。在深水中埋设护筒时，先打入导向架，再用锤击或振动加压沉入护筒。护筒入土深度视土质与流速而定。护筒平面位置的偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1％。

图1　护筒埋设示意图

（2）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。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。

（3）成孔：灌注桩的成孔方法很多，各自适应于不同地层与环境条件。在桥梁工程中应用较多的有：沉管灌注桩、钻孔（冲孔）或挖孔灌注桩等等。

①沉管灌注桩：采用锤击或振动方法将钢管沉入土内，然后在管内灌注混凝土（或钢筋混凝土），随灌随拔管而形成灌注桩。钢管下端应设活瓣桩尖或预制混凝土桩尖，并保持桩尖在桩管中线上。预制混凝土桩尖混凝土标号不得低于C30。

②钻孔（冲孔）灌注桩：一般采用螺旋钻头或冲击锥等成孔，或用旋转机具辅以高压水冲成孔，现常用的方法是：

a.正循环回转法：系利用钻具旋转切削土体钻进，泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷人钻孔内，泥浆挟带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池，钻渣在淀而泥浆流人泥浆池循环使用。其特点是钻进与排渣同时连续进行，在用的土层中钻进速度较快，但需设置泥浆槽、沉淀池等，施工占地较多，且机具设备较复杂。

b.反循环回转法：与正循环法不同的是泥浆输入钻孔内，然后从钻头的钻杆下口吸迸，通过钻杆中心排出至沉淀池内。其钻进与排渣效率较高，但接长钻杆时装卸麻烦，钻渣容易堵塞管路。另外，因泥浆是从上向下流动，孔壁坍塌的可能性较正循环法的大，为此需用较高质量的泥浆。

c.冲抓锥法：冲抓锥不需钻杆，钻进与提锥卸土均较推钻快。由于锥瓣下落时对土层有一股冲击力，故适用的土质较广。但不能钻斜孔，钻孔深度超过20cm后，其钻孔进度大为降低，当孔内遇到漂石或探头石时冲抓较困难，需改用冲击锥钻进。

d.冲击锥法：本法适用于各类土层。实心锥适用于漂、卵石和软岩层，空心锥（管锥）适用于其它土层。

（4）孔径检查与清孔：钻孔的直径、深度和孔形直接关系到成桩质量，是钻孔桩成败的关键。为此，在钻孔达到设计要求深度后，应采用适当器具对孔深、孔径、孔形等认真检查，符合设计要求后，填写“终孔检查证”。

（5）钢筋笼的制作与吊装：为保证钢筋笼有一定的刚度，便入吊装及保证主钢筋受力后纵向稳定，住钢筋直径不宜小于14mm，且每根主筋不少于8根，主筋净距不小于8cm。保护净距不小于5cm，箍筋直径不小于8cm，其中距一般为200～400cm。

（6）灌注水下混凝土：

①灌注方法：导管法施工过程施工中，将导管居中插入到孔底0.30～0.40m（不能插入孔底沉积的泥浆中），导管上口接漏斗，在接口处设隔水栓，以隔绝混凝土与导管内水的接触。在漏斗中存备足够数量的混凝土后，放开隔水栓，存备的混凝土连同隔水栓向孔底猛落，这时孔内水全部压出，并使导管下口埋入孔内混凝土1～1.5m，并保证钻孔中的水不可能重新流入导管。随着混凝土不断通过漏斗、导管灌入钻孔，钻孔内初期灌注的混凝土及起上面的水和泥浆不断被顶托升高，相应地不断提升导管和拆除导管，直到钻孔灌注混凝土完毕。

②对混凝土材料的要求：由于是水下灌注为了保证质量，混凝土的配合比按设计强度的混凝土标号提高20％进行设计；混凝土应有必要的流动性，以落度表示，宜在180～220mm范围内；每立方米混凝土水泥用量不少于350kg，水灰比宜用0.5，并可适当提高含沙（宜采用40～50％）使混凝土有较好的和易性；为防卡管，石料尽可能用卵石，适宜粒径5～30mm，最大粒径不应超过40mm。

4　钻孔事故处理

（1）坍孔：应认真分析原因和查明位置，然后进行处理。坍孔不严重时，可回填至坍孔位置以上，并采取改善泥浆性能，加高水头、埋深护筒等措施，继续钻迸。坍孔严重时，应立即将钻孔全部用砂或小砾石夹粘土回填，暂停一段时间后，查明坍孔原因，采取相应措施重钻。坍孔部位不深时，可采取深埋护筒法，将护筒周围土夯填实，重新钻孔。

（2）孔身偏斜、弯曲：一般可在偏斜处吊住钻锥反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时，应回填粘性土到偏斜处，待沉积密实后重新钻进。

（3）扩孔、缩孔：应采取防止坍孔和钻锥摆动过大的措施。缩孔是钻锥磨损过甚、焊补不及时或因地层中有遇水膨胀的软土、粘土泥岩造成的。对前者应及时补焊钻锥，对后者应用失水率小的优质泥浆护壁。对已发生的缩孔，宜在该处用钻锥上下反复扫孔以扩大孔径。

（4）钻孔漏浆：如护筒内水头不能保持，宜采取将护筒周围回填土筑实、增加护筒埋置深度、适当减小水头高度或加稠泥浆、倒入粘土慢速转动等措施；用冲击法钻孔时，还可填入片石、碎卵石土，反复冲击以增强护壁。

（5）梅花孔：由于钻锥的转向装置失灵、泥浆太稠、钻锥旋转阻力过大或冲程太小，钻锥来不及旋转，易发生梅花孔（或十字槽孔，多见于冲击钻孔），可采用片石或卵石与粘土的混合物回填钻孔，重新冲击钻进。

（6）卡钻：卡钻常发生在冲击钻孔，卡钻后不宜强提，只宜轻提，轻提不动时，可用小冲击钻锥冲击或用冲、吸的方法将钻锥周围的钻渣松动后再提出。