钻孔灌注桩技术在房建施工中的应用探讨

刘 佳

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001)

0 引 言

在城市发展过程中，建设、开发房屋建筑工程，不仅可以解决城市居民的生活住房问题，还可在一定程度上实现对城市土地资源利用率的提升。桩基是房建的基础，可将桩基结构的稳定性，作为评价房建寿命及其在运营使用中安全性的关键指标[1]。钻孔灌注桩技术是房建工程施工中一种较为常见的工程技术，工程方必须设计完善、科学、合理的工程方案，才能确保竣工的项目达到预期要求。

1 工程概况与施工现场条件

1.1 概 况

所选的工程项目为该地区政府投资开发的重点工程，相关此工程项目的概况信息见表1。

表1 案例工程概况

1.2 施工现场条件

从地表层到底层的岩土名称与极限阻力标准值见表2。

表2 施工现场岩土层桩基设计参数

据统计资料，发现施工场地的地表水湖泊距离接近，砂砾、微孔压的地下水以黏性土层为主，土层承载力受季节变化较大。以横向大气降水为主，土层受力与地下水存在着一定的水力关联[2]。根据气象数据，施工场地年水位变化幅度在2.35～4.25 m，在勘测过程中，地下水位在10.5～16.4 m。

对现场地下水进行检测，发现水体中不含有腐蚀性物质，即地下水不会腐蚀混凝土、钢筋、建筑钢结构。

2 钻孔灌注桩技术在房建施工中的应用

2.1 反循环钻进成孔

在进行房建施工时，为了达到成孔目的，采用了反向循环钻井技术，进行了成孔工艺。这种施工工艺的基本原则是通过控制灌浆进入孔底来冷却钻头，在施工时不会被携带的钻渣所影响，并且可以通过钻柱和钻孔的间隙进入钻孔，然后通过钻柱的部位排出。钻孔成孔是由冲水反循环流来完成的。针对上述房建施工项目，在进行反循环钻进成孔时，对钻机和砂石泵组进行选择。要求在钻机和砂石泵组内包含转盘、减速传动装置、操作装置、钻塔等结构。除此之外，钻进施工时还需要用到钻渣分离装置[4]。确保钻井成孔质量，避免钻渣对其造成影响。由于需要完成对直径40 cm钻孔桩的设置，特选用大直径的桩孔钻具。钻具连接结构示意图如图1所示。

图1 钻具连接结构示意图

在钻进前还需要确定钻压、转速、泵量等各个参数，钻进过程中形成支撑的力量较小，因此需要更小的钻压。钻压主要由切削具切入岩石的具体要求压力决定。在钻进时对转速进行控制，针对不同的地层结构，采用不同的转速方案[5]。在软岩结构上，将钻行速度控制在1.25～1.65 m/s；在硬土结构上，将钻行速度控制在2.00～5.25 m/s；在砂砾石层结构上，将钻行速度控制在1.25～2.24 m/s。对于泵量的设置，需要根据砂砾泵流、出渣能力等决定。由于本文房建施工项目的孔径相对较大，若流量、循环流体速度下降，则会造成严重的侵蚀问题，进而造成孔壁稳定性降低[6]。因此，综合多方面因素考虑，要求在钻进较浅的位置上，将循环流体返回率控制在小于或等于3.0 m/s的范围内；在钻进较深的位置上，将循环流体返回率控制在2.0 m/s左右。采用上述钻进方式成孔后，桩孔的质量良好，并且清孔也更加容易[7]。清孔的具体操作为：在最后一洞完成成孔后，停止钻探钻头旋转，同时维持循环液的循环，将新的泥浆含沙量不足4%的材料注入，保持反循环时间。反循环停止的时间根据沉积物的厚度以及孔隙大小确定，通常情况下，反循环时间应当控制在20～35 min。

2.2 钢筋笼制作与吊装施工

在完成反循环钻进成孔后，对钢筋笼进行制作，并完成对其吊装施工。根据设计图纸制作钢筋，在钢筋表面标明钢筋的位置。将主筋置于由钢筋笼制成的工作台上，并标明加固部位。将加劲筋上的任何一条主筋与中间的加劲筋标志对齐，然后依次进行焊接[8]。在框架的两端分别有一个工人来控制框架旋转，其他的主筋按上面的方法进行焊接。将框架结构置于支架上，将钢筋套在模板上，然后根据图纸上的要求，将钢筋固定在钢筋上。用以上方法，在钢筋笼成型后，把它放在一个平坦、干燥的地方。

钢筋笼成型后，再进行吊装。在对钢筋笼进行吊装时，需要对吊车参数进行设置，要求吊车25 t极限起重量为245 kN；承担允许起重量为180.0 kN；承担最重钢筋笼重量为18.50 kN。吊车承受的重量应当满足下述关系：

Q>Q1+Q2

(1)

式中：Q为吊车能够承受的重量；Q1为钢筋笼最大的重量；Q2为吊具的重量。选择吊车时需要确保吊车能够承受的重量满足上述要求，从而保证钢筋笼吊装的安全性。

施工现场场地狭小，因此钢筋笼需要放置在围挡外。利用吊机将下半节钢筋笼吊离地面，再缓慢将钢筋笼竖立，并下放钢筋笼就位，进行临时固定[9]。按照图2所示的内容完成对钢筋笼吊点平面的布置。

图2 钢筋笼吊点平面布置图

在确定钢筋笼吊点位置后，按照下述步骤完成吊装操作：

(1) 开展起吊前的准备工作，包括位置误差检测、钢筋笼运输和放置等。

(2) 操纵起重机的主、副挂钩，并同时进行吊装，当钢网被吊起来离地30 cm时，观察并检查起吊是否正常，若不正常则需要落地重新调整，若正常则将主钩与副钩同步提升，由主钩完成起吊工作。

(3) 在主钩提升的过程中，将钢筋笼从水平放置改为竖直放置，并解除副钩。

(4) 采用主吊车将钢筋笼输送至钻孔灌注桩的施工部位.

(5) 执行第一节钢筋笼的下落作业，并用槽钢支承。

(6) 对第二节钢筋笼进行吊装，并对孔口进行焊接。

(7) 以此类推，直到所有钢筋笼被全部吊放后，完成整个吊放施工操作。

2.3 灌注混凝土

完成钢筋笼的制作与吊装施工后，在成孔中灌注混凝土形成灌注桩。在灌注混凝土材料时，若出现质量问题，则会在极大程度上影响整个房建施工项目的质量，并且会造成无法预计的损失。因此，浇筑过程中必须严格控制混凝土的质量[10]。在选择灌浆材料时，必须以40%～50%的含砂量为宜，或采用低于20%的活性砂粉取代原有的混凝土，以提高混凝土的流动性，防止出现堵管问题。选择的混凝土导管需要在实际施工应用前进行防水测试，确保具备较高防水性能后再投入使用。灌注时需要设置防水开关，可选用直径不超过1 m的桩沙包做防水开关。施工中，应严格控制混凝土的坍落度和搅拌时间，以防止混凝土柱和泥浆的损坏。在浇铸工艺中，要严格控制输注流程和操作方式，要适当地增加泵入混凝土表面的强度，要有序、持续地注入。要求尽可能短的时间间隔，缓慢填充，防止造成管道内部的高压气囊与管子接头的连接不容易被拔出，避免滴水或下沉。在保证桩身质量的同时，尽量采用最大的中线长度来阻止管道插入钢筋笼内，这样可以保证混凝土桩的质量。防止浮式钢笼底3.0型钢笼埋入混凝土加强笼的顶部底部，一旦发现浮式钢笼，应立即停止注入，以保证增加管道的深度，按照上述要求完成灌注混凝土施工。

3 实 验

3.1 施工设计概况

钻孔灌注桩的技术设计概况见表3。

表3 钻孔灌注桩技术设计概况

在上述设计内容的基础上，对钢筋笼制作、安装过程中的偏差要求进行设计，见表4。

表4 钢筋笼制作、安装过程中的偏差要求

3.2 施工场地设计

为了保证钢筋等工程物料能够运送到工地，工地周围要修建多条可供大型汽车通行的公路。

钢筋进场后堆放在便于操作、不妨碍施工的场地内。根据建筑物的桩位布置，合理安排施工设备的工作区间和方向，尽可能利用有限的场地。场地布置如图3所示。

由于淤泥池与便道相邻，为了确保施工场地内的淤泥池排列整齐，在施工公路横穿线处，每隔8～12个桩位设一处泥浆池(泥浆池包含储液槽)，以防止桩位在淤泥池的位置，位置可视具体情况进行适当调整。每隔一段时间用红、白漆、安全环保网维护，并根据现场条件，配备充足的照明装置。

钢筋笼的原材料堆放在钢筋笼加工区域的附近，以方便现场加工。

3.3 主要施工设备

根据工程特点，可按照表5，进行施工现场设备的准备。

图3 场地布置

表5 主要施工设备

3.4 施工中的应急处理方案

3.4.1 孔壁塌陷

在钻探中，如发现淤泥泡沫的数量不断增加，或者泥浆突然泄漏。可在坍塌地点，用沙粒与黏土混合回填1～2 m，如回填土致密，钻孔后再进行。施工期间，应该避免不符合质量规范的材料进入现场，采用优质的黏土，提高泥浆的黏性。

3.4.2 缩颈

当钻井中出现局部孔径比设计孔径要小的情况时，可以采取上下重复的方法来增大钻孔直径。为了避免此类问题的再次发生，可使用高质量的钻井液，以减少失水率。

3.4.3 钻孔偏斜

在钻孔位置上下反复刷扫多次，以节约硬土，若钻孔偏斜修正无效，需再次钻孔。另外，为避免钻孔发生倾斜，可在钻探区域进行孔位的压实处理。

3.5 承载力对比

在作业面随机选择测点，检验施工后地基结构的承载力。检验结果见表6。

表6 承载力检验结果 /KPa

4 结 论

在房屋建筑工程中，钻孔灌注桩施工是一项非常关键的工作，其特点是隐蔽、工序烦琐、前后工序紧密衔接、混凝土质量控制难度高。施工方需要重视钻孔灌注桩的工艺、做法和操作要领，深入了解现场施工中可能出现的各种影响工程质量的因素，才能保证施工后桩基质量达到标准。因此，本文开展此次研究，并通过对项目概况的综合分析、施工场地条件的评估，设计了针对此施工方法的检验方式，检验后得到了下述两个方面的结论：

(1) 根据表6承载力检验结果，随机选择的测点承载力均满足大于100 kPa的要求，说明该方法可以在施工中起到提高地基承载力的作用。

(2) 尽管通过本次研究，已经对钻孔灌注桩的施工技术有所了解，但要在使其土木工程中得到更好的应用，特别是采用泵吸反循环技术进行钻孔成孔，还需在后续工作中，进一步地深入研究。