钻孔灌注桩施工工艺及质量问题探讨

张超

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

随着建筑行业的不断发展，在基础施工中钻孔灌注桩被广泛应用。近年来，钻孔灌注桩施工技术不断发展（如向高深度和大直径方向发展），提高了钻孔灌注桩施工工艺难度和质量要求。钻孔灌注桩施工受人员素质、机械设备和地质条件等诸多因素影响。施工工艺要点控制不严格，质量问题防治不到位，容易在施工中出现钻孔坍塌、堵管和夹层及断桩等问题。现对钻孔灌注桩施工关键工艺流程和质量问题成因及防治措施进行探讨，以助于施工人员把握施工重要环节，提升工程质量。

1 施工工艺流程

钻孔灌注桩是建筑结构的地下隐蔽工程，涉及多个施工工艺流程，主要包括埋置护筒、制备泥浆及护壁、成孔及清孔和灌注混凝土。钻孔灌注桩的各步施工工艺流程均关系到工程施工质量，在施工过程中要严格控制，避免工程质量事故发生。

1.1 护筒埋置

钻孔灌注桩施工过程中要埋置护筒，护筒在施工过程中具有保护孔口控制成孔桩径、引导钻头保证成孔的垂直度、维持孔内水位泥浆高度和防止地表水渗入、保护孔壁免于坍塌等作用。钢护筒在施工中应用较多，其规格尺寸和埋设应符合要求[1]，一般要采用3～6mm厚的钢护筒，内径一般要求比桩径大150～200mm。护筒的竖向垂直度要控制在1%以内，水平中心位置与钻孔灌注桩偏差小于50mm，两者中心线对齐。护筒的埋设深度要依据施工水文地质和施工设计具体情况而定，护筒顶端至少需要高出孔外水位或地下水位1.5～2m，同时护筒顶端也高出场地0.3m，护筒底端埋置深度与施工环境和土体性质相关，底端深度的控制应考虑减小护筒内外的透水性，尽量深埋。

1.2 制备泥浆及护壁

在钻孔灌注桩施工中，受地下水位、钻机扰动和土层压力等诸多因素的影响，钻孔内壁可能出现缩颈和坍塌，影响成桩质量，施工时应采取相应护壁措施，维持孔壁稳定。制备泥浆是钻孔灌注桩施工过程中常用护壁的施工工艺，其作用机理[2]是封堵孔周土层缝隙，减少孔外水向孔内渗透，维持孔壁静压力，避免孔壁坍塌，从而达到护壁效果。制备泥浆时泥浆比重、含砂率和泥浆粘度等指标要匹配工程具体情况，合理选取和控制。适当提高泥浆比重，可增强护壁作用，但泥浆比重过大将堵塞泥浆泵影响混凝土置换，含砂率过大会磨损设备，泥浆粘度过大会加大泥浆净化难度，影响泥浆泵运转。依据已有研究[3]，泥浆比重可控制在1.02～1.15，含砂率可控制小于4%，粘度可控制在12～25。

1.3 成孔及清孔

成孔作业是钻孔灌注桩施工工艺中的关键环节，在施工过程中应严格控制各个步骤以保证施工质量。成孔作业时要对钻机的安装进行检查，保证钻机整体处于平稳状态，防止钻机作业中失稳，同时作业中要关注检查钻机吊轮、底座中心和桩孔中心是否保持同一中心线，如发生偏移应及时调整纠正。成孔作业除了对钻机具有要求外，还应根据钻进过程中土层深度的变化情况，结合地质报告的土层剖面验证钻进土层，调节控制钻机钻进速度，如钻进过程中碰到砂质土层，应降低钻进速度和调慢钻速；钻进的土层由软质土层向硬质土层过渡时应减慢钻孔速度，钻进的土层由硬质土层向软质土层过渡时应加快钻孔速度。

清孔作业是钻孔灌注桩施工过程中保证混凝土顺利灌注和成桩后桩端承载力正常发挥的重要环节。钻孔灌注桩清孔作业常用方法有正循环法、泵吸反循环法和气举反循环法三种方法。正循环法具有操作简单、费用低、效果和安全性较好的优点，但耗时较长，适用于钻孔灌注桩施工过程中的第一次清孔；泵吸反循环法清孔耗时短，效果较好，但因为设备的局限性，应用钻孔深度不能过深，推荐应用钻孔深度不大于30m的清孔作业；气举反循环法耗时少，清孔效果是三种方法中最佳的方法，但其应用成本大，存在不安全因素，适合应用钻孔深度大于30m的清孔作业。

1.4 灌注混凝土

灌注混凝土是钻孔灌注桩施工关键工艺的最后一步，导管法是施工过程中应用较为普遍的方法，随着混凝土浇筑的进行导管也逐节被拆卸，简便快捷，适用范围较广。应用导管法进行混凝土灌注作业时要注意以下两点：

（1）初次灌注，初次灌注量是影响成桩好坏的重要关键控制点，要尽量准确计算，综合考虑导管空间位置、清孔后成渣厚度和泥浆比重等因素，同时做好防止钢筋笼上浮的防范措施。

（2）连续灌注，灌注施工中要保持连续作业，利用测绳监测混凝土灌注位置，记录灌注方量，上移导管并依据孔内混凝土浇筑情况拆除导管，作业时间宜控制在15min内。同时为防止坍孔和沉渣过厚，单根桩灌注混凝土作业时间不宜超过8h。

2 质量问题分析与防治措施

2.1 钻孔坍塌

钻孔灌注桩施工过程中孔壁坍塌是施工中发现较多的问题，其质量问题形成的诱因较多，可以分为两个方面：①施工前准备不到位，主要表现在选择的施工机具不适用现场地质的钻孔施工，施工设计中泥浆配比指标不合适和护筒预埋深度控制不合理等方面；②施工中控制不足或操作产生不利影响，如钻机钻孔时钻进速度和回转速度过快、过长时间处于空钻状态等会引发孔壁坍塌；清孔时孔内泥浆被吸走，降低了泥浆粘度和相对密度，或清孔作业时间过久会导致孔壁坍塌；钢筋骨架吊装时碰撞孔壁导致钻孔坍塌；钻孔成形后等待混凝土灌注时间和灌注作业时间过长也会引发孔壁坍陷。

钻孔坍塌问题的防治可从做足施工前准备和提高施工控制能力两方面着手。在施工前做好充足施工规划，如针对现场地质情况选用较为适合的钻机进行钻孔作业；在土层较为松散和较易坍塌的土层中加大护筒的埋置深度，同时护筒四周用粘土填封密实；选用泥浆时要用优质泥浆，结合施工实际条件适当提高泥浆粘度和相对密度控制指标。在钻孔作业中提高现场控制能力，尽量减少作业失误，如钢筋笼搬运和吊装过程中避免发生变形，同时安放到钻孔中时要对准孔位，避免撞击孔壁，加快吊装作业，缩短沉放时间；在流砂土层和松散粉砂土层等钻孔难度较大的土层要控制钻进速度；成孔后，等待混凝土灌注时间一般不应大于3h，并控制混凝土灌注时间，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。

2.2 堵管问题

钻孔灌注桩灌注混凝土作业中可能会遇到混凝土灌注受阻，即堵管现象。出现堵管的诱因主要有以下几个方面：①混凝土质量问题。当混凝土配合比不达标、泌水离析和搅拌质量不符合要求，水灰比过小、坍落度过低，流动性较差，都会诱发堵管问题；②灌注作业时间持续较长。在灌注作业准备不足、中途停顿灌注和持续作业较长等时间因素影响下，混凝土表面出现初凝可能导致堵管问题；③温度影响。在夏季施工混凝土中水分蒸发较快，金属导管温度较高，混凝土会粘结在内壁上，造成导管堵塞；相反在冬季施工中，受低温影响，导管内壁可能形成冻结层，导致混凝土下降受阻。

堵管问题防治可从以下方面着手进行：①严格控制混凝土质量关，对混凝土配合比、水灰比、坍落度和流动性等指标进行灌注前检测，当出现混凝土质量引发的堵管问题，对灌注用的混凝土进行整改，经重新拌合处理后达到要求再次使用；②要提升作业效率，减少时间影响，在作业中做到各施工步骤协调连续进行，分工明确，保证设备和水电正常，减少处理问题所花费的时间，从而提高作业效率；③降低温度影响，在夏天施工选择合适的时间灌注混凝土，高温天气作业时间宜选在下午四时之后，冬季施工做好导管的保温，必要时选用喷灯、包裹或其他方式降低温度的影响。

2.3 夹层与断桩

夹层与断桩是钻孔灌注桩施工过成中较严重的问题，问题形成的原因与施工过程关系密切。导管埋入深度不够，泥浆在灌入时混入，从而会形成夹层，严重时断桩；灌注时导管提升过猛，以致底部脱离混凝土层可能形成断桩；使用混凝土的质量不达标，或水进入导管稀释混凝土，或灌注作业时间较长等引发混凝土离析或流动性丧失，影响降低混凝土质量，可能导致断桩或夹层的出现。

夹层与断桩严重影响成桩质量，在施工中要以预防为主。①提高现场作业人员技术水平，尤其是要加强测深员的培训，测深员在灌注时要认真细心做好灌注曲线的绘制工作，能正确指导控制导管提升；②灌注作业要严格遵守操作规程，保证作业连续紧凑，匀速平稳提升导管；③加强混凝土质量的检查和管理，避免作业中混凝土发生离析，尽量保证灌注阶段混凝土的流动性；④制定有效的预防措施，作业出现问题时，能够及时处理，如灌注过程中发生坍孔，应立即组织提出导管，进行清孔、排除坍落物、护壁和钻小孔处理，然后再清孔灌注混凝土。

3 结论

钻孔灌注桩是重要的基础形式，为保证工程质量，施工人员需要掌握其施工关键工艺和质量问题的成因及防治。本文对护筒埋置、泥浆制备及护壁、成孔及清孔和混凝土灌注等施工工艺控制进行阐述，对钻孔坍塌、堵管和夹层及断桩等问题的成因和防治措施进行探讨，帮助施工人员提升对施工关键工序的把控能力，防治施工质量问题，提升工程质量。