钻孔灌注桩施工技术研究

李 昂

（山东航空港建设工程有限公司，山东 济南 250101）

钻孔灌注桩作为高层建筑及桥梁基础普遍采用的一种地基基础形式，在现阶段的施工中得到了广泛应用。但在施工过程中也存在工艺落后、地下隐蔽施工、质量情况不容易直观判断等问题。文章从工程实践的角度，对钻孔灌注桩的施工技术进行研究。

1 施工管理要点

1.1 钻孔垂直度

钻孔灌注桩的垂直度是保证承载能力的重要环节。钻孔斜率超标，会影响钢筋笼下放入孔，同时桩的受力状态会被改变，导致桩头偏位，造成桩承载时偏心受压，在砂土类地层中孔壁极易塌孔，沉渣不宜清除。为避免钻孔倾斜，在钻机就位和钻孔过程中，要随时注意校核钻杆的垂直度，发现倾斜及时纠正。对于地基软弱不均、岩层呈斜状分布和土层中夹有大的孤石或其他硬物的情形，要降低钻速。处理大孤石和坚硬岩石，采用旋挖钻进是有效的方法。

1.2 孔径

在新近沉积的黏性土和粉土中钻孔容易出现缩孔现象。尤其要重视液性指数IL＞0.75呈软塑状态和流塑状态的黏性土，而在IL＞1.0呈流塑状态的淤泥质软土层成孔缩孔现象更不可避免。（1）由于孔径小于规范要求，桩的截面缩小，承载能力降低，大大降低了桩的安全系数。（2）由于孔径达不到要求，导致钢筋笼保护层厚度不够，桩的抗弯折能力削弱或丧失。预防的主要措施是加强对孔径的检测与控制，提高泥浆质量，增大泥浆比重，或加入膨润土提高黏性及稠度。

1.3 泥浆

在钻孔灌注桩的施工中，泥浆质量对于成孔质量以及桩承载力的影响非常大，目前桩基施工班组缺乏对泥浆质量和泥浆管理的重视，泥浆质量差，对其后果造成不良影响，主要表现：（1）无法形成护壁泥膜，或形成的泥皮黏附力差、易于脱落，导致孔壁稳定性差，在砂性土地层易于塌壁，在流塑状黏土层则易于缩孔。（2）泥浆稠度大、比重大、含砂率高，形成的泥皮质量差、大大降低桩的侧摩阻力。（3）比重大的泥浆在钢筋笼钢筋上沉积黏附，导数钢筋与砼握裹力降低。泥浆比重过大，使得砼水下灌注阻力增大，降低砼的流动半径，使砼骨料大部分堆积在桩芯部位，而钢筋笼外几乎无骨料，桩身质量差，桩的侧摩阻力也难以发挥。有的工程计算承载力在10000kN以上，而静载试验不到5000kN，其中就有泥浆的影响。在空气中坍落度为22cm、扩散直径为38cm的砼，在水中坍落度下降为17cm、扩散直径为31cm，而在比重为1.2的泥浆中，坍落度则为14cm，扩散直径只有27cm。因此，对泥浆质量的控制决不是个小问题，其直接影响成桩工艺的最终质量。

1.4 沉渣与沉淤

凡是孔底的沉积物统称沉渣，沉渣是钻孔过程中钻机切削和孔壁塌落的岩士，主要是砂、砾石和碎岩硝等。沉淤则是比重大、稠度大的劣质泥浆由于空孔时间过长沉淀而成的流塑状混合物，沉淤的厚度往往大于沉渣，沉渣与沉淤均在桩底形成软弱隔层，导致桩端承载力降低或丧失殆尽。沉淤的控制主要是提高泥浆质量和减少成孔后灌注砼的间隔时间。沉渣的清除主要依靠砼灌注前的清孔。灌注前冲孔2h左右，控制好泥浆比重，沉渣短时间内不会沉淀。此时灌注砼，砼坠落的巨大冲击力还能溅除桩孔底部残余的部分沉渣与沉淤，可基本上将孔底沉渣清除干净。

1.5 砼灌注

砼灌注是最关键的一道工序。必须严格按设计强度配制砼，在保证砼质量合格的前提下，导管法水下灌注砼质量难以控制的主要原因包括两个方面：（1）不能像上部结构施工那样逐层振捣；（2）由于导管埋在泥浆和砼中，砼的灌入阻力非常大，要克服很大的灌入阻力保证砼桩身质量，必须有相当大的冲击力，冲击力越大，完成每一斗砼灌注的时间越短，砼桩身越均匀。由于砼是由水泥、砂、石子配制的混合料，不同材料、不同粒径则摩擦系数不一样，因此仅靠静力平衡产生的超压力缓慢流淌，则易造成砼粗骨料在桩芯堆积，随半径增大而递减。桩身不匀，则影响桩的抗压强度。

目前最常见的水下砼灌注法的缺点主要有以下几点：（1）在向砼大料斗投料过程中，砼的绝大多数势能在撞击斗壁的碰撞中损耗掉，砼料落入导管中不连续，无法形成较大的冲击能量，使砼没有足够的力量向四周挤压、扩散，桩的摩阻力严重降低。此外，还容易使桩身不均匀。（2）砼料绝大多数要经过反弹再落入导管，容易造成砼离析和堵管。（3）吊车吊钩上下移动速度慢，无法产生较大的加速度，因此砼料的下落没有足够的压力，造成砼料在导管附近堆积成钟乳形断面。由于不能将隔浆层水平顶升，在钟乳形断面塌落时容易裹入泥浆，造成夹杂泥芯。（4）由于导管上下移动次数过于频繁，使得泥浆不断沿导管壁掺入砼中，影响桩身砼质量。（5）施工人员为省事、怕麻烦不做砼导料管的水密性闭合试验，导致导管有漏浆现象。

鉴于此，施工管理中应倡导使用大体积砼冲击灌注法，与桩的初斗砼灌注一样，每一斗灌注都是将2～3方砼在大料斗中积蓄满量后出料口插入导管，打开活门一次连续冲击灌注下去，其优点包括以下方面：（1）势能大，冲击力强。物体的冲击能量与质量和速度有关，在速度相同的情况下就取决于质量。在巨大冲力作用下，砼的向上顶升力和侧向挤压力就有了保证，桩的摩阻力和桩身砼密实性都得以提高。（2）首斗砼灌注冲力大，沉渣、沉淤被溅开，桩端与持力层能较好地结合，确保了端承力的发挥。（3）灌注时间短，桩身段骨料分布均匀，桩身段强度能得到保证。

但用大体积砼冲击灌入法应注意以下几个问题：（1）必须注意排气技术，防止形成气堵，使砼料灌不下去。大斗出料口与导管不可用螺扣连接成一体，否则会形成气堵。应改为插入式连接方式，大斗出料口外径比导管内径小2～3cm。另外还要在出料管活门的下方焊上比导管外径大2～3cm的法兰盘。（2）砼料最好通过网筛（网眼8～10cm）进入料斗，防止夹杂大直径块石、水泥块等造成卡管。（3）砼和易性要好，如砼离析，则容易在料斗下部和出料口处形成堆积，导致出料困难，同时也容易堵塞导管。（4）砼灌注时，吊车司机的配合也至关重要。当打开活门砼料下落时，必须随砼料的下落不断向上提动导管，提动量要小，注意掌握时机。实践证明，有经验的吊车司机对缩短砼的灌注时间，防止卡管、堵管事故，起相当大的作用。（5）当砼灌注到桩顶部位时，为了保持足够的冲力，必须注意导管要留有一定的长度，一般为10m左右，灌注时及时上拨，保证高度产生冲力，使桩头部分的砼质量不至降低。此外，不可忽视大斗和导管的保养，内壁光滑可大大减小摩擦阻力，同时也减少堵管的发生率。

在保证砼材料质量合格的前提下，如每一斗砼灌注下去孔口返浆激如泉涌，则灌注质量一定好，如孔口返浆弱如渗流，甚至反复升降导管不见泥浆返流，则灌注质量欠佳。

2 技术问题

2.1 嵌岩深度

（1）岩石力学性状。在确定嵌岩深度之前，应对岩石的力学性状有所了解，尤其是抗压强度。微风化软质岩如泥岩，其饱和单轴极限抗压强度一般在10～12MPa之间，相当于C15～C20砼。硬质岩如微风化砂岩，其饱和单轴极限抗压强度一般在50～60MPa之间，高于C60砼。这是根据钻探取芯试验的结果得来的，实际上未扰动岩层的抗压强度比这还要高。当嵌岩深度设计得很深时，把强度高于或相当于砼强度的岩层钻空，然后灌入砼显然是得不偿失的。工程中常把强风化岩层视为软弱下卧层，即使在强风化上有很厚的卵石层也不敢将桩端置于其上。此外，不论强风化层有多厚也非得钻穿，直到中微风化为止。实际上，强风化岩层本身就是低压缩坚硬层，其承载力能达1000～1500kPa，侧摩阻力能达40～50kPa，不亚于较硬的卵石层。只要桩的施工水平达到要求，其承载力相当可观，建议设计时应具体情况具体分析。

（2）施工工艺水平。加大桩的嵌岩深度，主要目的是增加桩侧摩阻力。要使入岩段桩的侧摩阻力能充分发挥，必须使砼与岩石孔壁很密实地结合为一体，这就需要清除泥皮，目前国内施工水平还解决不了这个问题（日本在导管端部外周围安装一环状管，可喷射高压水，喷射力能在2000N/cm2以上，在比重为1.2左右的泥浆中，射程在1.5m以上，此法可用来清渣、清淤和清洗孔壁），因此片面强调增加嵌岩深度有时效果适得其反。

（3）上覆土层力学性状。上覆土层能提供的侧摩阻力越大，桩底段承载力发挥的比例就越小，增加入岩深度也就更无意义。总之，增加嵌岩深度并不能保证承载力提高，有时适得其反。桩的承载力与成桩用时紧密相连，成孔后灌注砼间隔时间长，孔壁浸泡时间就长，不但泥皮增厚，孔壁一定范围的土质也会泡得松软，无疑降低了摩阻力，使质量事故的发生率提高。

随嵌岩深度的增加，桩的造价也增加。粗略统计表明，入岩深度占桩长比例增加10%，每米桩长平均造价约增45%。

2.2 负摩阻力影响

高层建筑很多坐落在厚薄不均的新近填土上，如地下室基础开挖时无法将新近填土全部挖除，设计时必须重视新近填土后期自重固结沉降对桩周侧阻力负摩阻效应影响。一般可采用强夯法对新近填土层进行处理后在夯后地基上再进行桩基施工，设计时应对强夯地基影响加固深度、夯后承载力、夯后有效加固深度内的压缩模量提出具体要求，并通过试夯确定施工参数。

3 结束语

综上所述，为了不断提高建设工程钻孔灌注桩的质量，施工单位应从以下几个方面进行严格控制并不断进行研究、改进和提高：（1）对施工单位钻孔设备钻头的切削性能、泥浆的处理设备等与施工效率和质量有关的机具、仪器等都应进行检查。（2）不同的施工方法其效率和质量有很大差异，技术人员应从施工方法着手进行预先控制。（3）认真研究质量检测设备的准确性和可靠性，如大小应变动测的适用范围等。检测结果不准确易引起纠纷，处理不当会降低安全度，留下工程隐患。（4）提高和完善管理水平，应以工序控制和事前控制为主，建立系统化的动态管理制度和方法。（5）桩的施工过程中要做到严格管理、关键工序要有技术人员指导施工，把质量隐患消除在萌芽状态。（6）淘汰落后的工艺和设备。当前旋挖钻机成孔已普遍应用，设计人员应在设计图纸时明确使用旋挖钻机成孔，限制正反循环及冲击钻机等落后淘汰设备的使用。