泥浆护壁成孔灌注桩的应用和质量控制

文/冮健、黄兆满 云南省城乡建设投资有限公司 云南昆明 650000吕麟郅 云南建投第二建设有限公司 云南昆明 650000

1、引言

泥浆护壁成孔灌注桩成孔直径大、孔深较深，适用于黏性土、砂土、软质岩层等地下水位较高的软、硬土层。其施工过程较其他水下成孔浇筑混凝土工艺方便，且施工效率高、成桩质量可靠，工程造价性价比高。根据成孔方式的不同，主要分为回旋钻孔、潜水钻孔、冲击钻孔和旋挖钻孔泥浆护壁灌注桩。基本施工工艺为：测量定位、泥浆制备、埋设护筒、装机就位、钻孔、泥浆循环、清孔、调放钢筋笼、二次清孔、灌注混凝土。

受软弱地质条件影响，泥浆护壁成孔灌注桩施工过程中仍会出现孔壁坍塌、缩颈、孔底沉渣较厚致使桩承载力不够、桩身夹泥形成断桩、废桩的情况。因此施工过程中，务必对施工工序采取严格的质量控制措施，以保证成桩质量。本文结合昆明滇池国际会展中心7号地块的泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩的应用和过程质量控制进行论述。

2、项目概况

昆明滇池国际会展中心7号地块项目位于昆明市西南部，南距滇池200m，北距环湖东路1000m。项目地块原为农田，地形平坦，属于滇池盆地湖沼相沉积平原地貌。地表大多为耕地，灌溉沟渠纵横，地块北侧新近堆积杂填土厚度约1.0～4.0m，地块南侧较低，与地下水位齐平。项目拟建建筑物31栋，结构形式为钢筋混凝土结构，地基基础设计等级为乙级。

3、施工工艺流程

本项目通过采用泥浆护壁旋挖成孔试桩试验，试桩施工过程可控，成桩质量完整性好，经检测桩身质量满足设计要求。综合分析认为采用“泥浆护壁成孔”的工艺成桩可行。设计旋挖桩径D=800mm，桩数为1443颗，有效桩长34m。施工工艺流程如下：

主要施工工艺流程图

4、质量控制措施

泥浆护壁成孔灌注桩施工过程中因桩孔壁不稳定容易出现塌孔、缩径及串孔的情况，而且工程桩沉渣厚度控制困难，可能导致工程桩成桩质量不高，影响桩基承载力，造成工程质量、安全隐患和经济损失。因此，做好各施工工序的质量控制措施尤为重要。

4.1 定位测量控制

场地平整完成后，每颗桩直接引用控制点，采用独立的方式进行测量定位，不能利用已完成的桩位点定位。定位点一般采用短钢筋头打入地下，做好标识，并避免施工作业人员或设备对定位点造成损害或移动。定位完成后需尽快进行下道工序，若间隔时间过长，在开始下到工序前应进行复查，一般当天施工的桩位当天放线定位。

4.2 护筒埋设质量控制

护筒的主要作用是支撑孔口一定范围内的土体，对桩机钻头进行定位、导向，并防止孔口周围渣土（石）落入孔内。使用的护筒应坚固、耐用、不易变形，一般采用钢制护筒。护筒埋设时根据定位点、护筒直径（护筒内径应比钻头大10～20cm）以及埋设深度，对护筒的埋设区域进行挖深，开挖范围比护筒直径大0.5～1.0m。护筒底一般低于施工最低水位0.1m～0.3m，护筒顶部标高应高出施工水位和地下水位1.5m～2.0m，护筒溢浆口应高出地面0.2m～0.3m。护筒埋设时还应保证护筒底在粘土层中，否则应填粘土并夯实，厚度不小于0.5m。

4.3 泥浆制备质量控制

泥浆护壁是利用泥浆与地下水的压力差来控制水压与孔壁压力，以确保孔壁的稳定。在钻孔灌注桩施工中，泥浆不仅起到护壁作用，还起到清孔、排渣作用。泥浆制作应采用粘性土，在有膨胀土的地区最好采用膨胀土，以便在钻孔的过程中容易在孔壁形成泥浆膜。根据钻到不同地层的地质情况，适时调整泥浆指标，并做好施工记录。施工过程中，泥浆质量严格按施工规范指标进行控制：粘度测定17～20min，含砂率不大于4%，胶体率不小于95%。并定期对泥浆池、循环沟进行疏通，确保泥浆循环畅通。二次清孔时，泥浆比重应维持在1.25左右，浇筑混凝土前，进行泥浆置换处理，将泥浆比重控制在1.15左右。

4.4 成孔质量控制

桩机钻进成孔前，先将桩孔周边垫平，使地面平整，确保桩机安放到位、机身平稳。桩机就位时确保钻杆中心和桩位中心在同一铅垂线上，其对中误差不得大于10mm。在钻孔过程中，保持钻杆垂直，严格控制钻进速度，钻进过快，泥浆孔壁成膜跟不上，容易损害已成膜部分的孔壁。钻孔过程中不宜中途停钻，因特殊原因必须停钻时，钻头应提升至孔外，且泥浆循环不能停止，以避免泥浆沉淀造成塌孔。若在钻孔过程中发现塌孔或孔身倾斜，应采用粘土将钻孔回填，回填厚度应高出塌孔部位3m～5m。回填后待回填土沉淀6～12小时后才可继续钻进。

4.5 清孔质量控制

孔底沉渣是导致灌注桩承载力减小的主要原因之一。当灌注桩成孔至设计标高时，应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，检测孔底沉渣厚度小于规范要求时（端承桩≤50mm，摩擦桩≤300mm，摩擦端承或端承摩擦桩≤100mm。），立即吊放安装钢筋笼。在钻头提出孔口后，采用测绳测量孔深，通过钻机记录深度和测绳测量深度即可计算孔底成渣厚度。若沉渣厚度超出规范要求，应从新下钻清孔。使用测绳时，为提高测绳的测量精度，在使用前要预湿，重新标定长度，并在使用中经常复核。在钢筋笼调放和导管下放完成，准备浇筑混凝土前，应进行二次清孔，二次清孔主要采用低浓度比重的泥浆置换孔内高浓度比重泥浆。二次清孔完成后，应确保孔底500cm范围内的泥浆比重小于1.25，含砂率≤8%，粘度≤28S。清孔完成后应及时进行混凝土浇筑，避免出现塌孔、缩颈等现象。

4.6 混凝土灌注质量控制

成孔灌注桩浇筑混凝土均采用水下混凝土。浇筑导管应接头严密，无漏浆、漏水现象，浇筑时置于孔中央，导管底部距孔底300mm～500mm。为避免混凝土出现离析、导管底部流淌慢等情况，应对混凝土质量进行控制。具体控制指标为：通过试验确定配合比，前期坍落度宜为180mm～220mm，含砂率宜为40%～50%，并宜选用中粗砂，粗骨料的最大粒径应小于40mm 。第一批混凝土灌注量应根据桩径、导管埋入深度、导管长度计算确定方量，浇筑首批混凝土时应连续进行，不能有停顿，并保证导管底端有0.8m～1.3m埋入混凝土中。后期混凝土浇筑时，导管随混凝土的浇筑缓慢向上提升，导管底端宜有2m～4m埋入混凝土中（埋入深度不宜大于5m，也不宜小于1m），严禁把导管底端提出混凝土面，确保不出现断桩或桩身夹泥。当灌注至桩顶标高8～10m时，应及时将塌落度调整至120～160mm，以提高桩身混凝土上部抗压强度。灌注过程中，每灌注两立方左右的混凝土测一次混凝土上升高度，确定每段桩体的充盈系数，桩身混凝土的充盈系数应控制在1.05～1.3之间，超出该范围，应立即查明原因，并采取处理措施后才能继续浇筑。混凝土浇筑面应高出设计桩顶面0.5m～0.8m，保证浇筑混凝土的上部冲出桩身范围，并在后期施工中凿出。单桩混凝土灌注时间一般不得超过5小时，混凝土灌注完毕后，拔出护筒，清除孔口泥浆和混凝土残浆，桩顶混凝土低于自然地面的应及时回填或加盖。

4.7 工序衔接控制

由于泥浆成膜不能长期稳定，泥浆在孔内停滞时间过长会造成土颗粒沉淀、改变泥浆配比，致使孔壁两侧的压力失衡，易造成塌孔、缩颈、孔底沉渣过厚等现象。因此，在整个施工过程中应将各施工工序进行紧密衔接，保证各工序能连续进行，尽量避免过程中的停顿。在施工过程中，应全程进行跟踪记录，确保施工过程中出现异常情况时有据可行，做出准确的判断和处理，同时为后期桩基承载检测时提供选择依据，确保检测桩均为最不利桩，保证承载力检测的真实有效。

结语：

通过上述泥浆护壁成孔灌注桩质量控制措施的应用实施，昆明滇池国际会展中心7号地块项目工程桩完工后，对抽取的150根工程桩采用声波透射法进行桩身完整性检测，桩身完整性为I类桩102根，占检测比例68.0%；完整性为II类桩48根，占检测比例32.0%；无III、IV类桩。1443根工程桩采用低应变法进行桩身完整性检测，桩身完整性为I类桩266根，占检测比例18.4%；完整性为II类桩1177根，占检测比例81.6%；无III、IV类桩。由于地质条件的复杂性和不可复制性，以及地质勘察的局限性，在施工过程应深度理解桩身垂直度控制原理、泥浆护壁原理、水下混凝土浇筑原理，根据水文地质情况及施工过程中出现的情况，对控制参数在合理范围内进行适当调整，以确保泥浆护壁成孔灌注桩的桩身质量。