浅议钻孔灌注桩施工质量控制

　　摘 要：自20世纪80年代以来，在高层建筑、重型厂房、高等级公路、桥梁建设等工程设计中大量推广采用了桩基础形式。而在各种桩基础类型中，灌注桩应用较为普遍，其中尤以钻孔灌注桩为主。因其施工特征多数为隐蔽作业，施工过程的质量控制显得尤为重要。

　　关键词：钻孔灌注桩,施工质量,管理,措施

　　1. 钻孔灌注桩的分类、适用范围与施工机械选用

　　1.1 钻孔灌注桩分类

　　钻孔灌注桩按照桩的大小可分为三类桩，即大桩、中桩和小桩。其中大桩指桩径大、承载力高、桩端不宜扩大的桩型;中桩指目前大量使用，成桩方法和施工工艺众多的各种桩型;小桩指施工方法和施工机械简单，对施工场地要求不高，容易施工的桩型。

　　钻孔灌注桩按照桩的成桩工艺分为四类桩，即泥浆护壁成孔灌注桩、干作业成孔灌注桩、套管成孔灌注桩、爆扩灌注桩。

　　1.2 各种灌注桩的适用范围与使用条件

　　1.3 施工机械的选用

　　钻孔机械的种类主要有：旋转式钻机、冲击式钻机、冲抓钻机、套管钻机、潜水钻机等，各自有其工作特点和使用范围。钻机的选择主要依据以下原则进行：

　　①根据地质情况，结合钻机适用能力选用钻机种类。

　　②根据设计钻孔直径、深度结合钻机钻孔能力确定钻机型号。

　　③钻机选择时还应结合现场施工条件，考虑钻架设立的难易程度，钻机运输条件及钻机安装场地的水文地质等情况，力求所选钻机结构简单，工作可靠，运输和使用方便。

　　2.钻孔灌注桩施工质量管理要点

　　2.1 钻孔深度的质量控制

　　现行规范规定，钻孔灌注桩的孔深验收指标为正偏差，即0-300mm。有关数据显示，在发生恶性工程事故的桩基工程中，孔深不到位的例子很多，因此，对于孔深的量测及质量控制应是质量管理工作的重点。实际操作中应注意的问题有：

　　2.1.1测量误差导致钻孔达不到设计深度。

　　一般施工队常用的测绳质量不过关，经水泡后出现收缩现象，量测时会产生较大的误差。实际操作中，更大的测量误差是由于测绳易断引起的，断了以后不知道的人仍以断处为起点继续使用，往往可差数米。在采用细钢丝测绳时，要小心数标松动错位。综合上述原因分析，避免误测的办法是在施工现场或地面上设置长度标记作为准绳，每天(或每班)打第一个孔及终孔后把测绳拿去检查复核。

　　2.1.2 钻孔入岩深度不达设计要求。

　　在实际施工过程中，因为局部地层分布不均匀，如岩层分布起伏变化剧烈或倾斜导致判断失误，从而造成钻孔深度不够。入岩深度的控制因钻孔工艺不同而有所区别。反循环工艺和冲击钻成孔的桩，可采用岩样鉴别法。此外，还需注意每个桩的入岩和终孔的岩样，最好留样备案，直至工程使用正常，沉降稳定。正循环工艺成孔的桩由于取不到完整岩样确定嵌岩深度很困难。较可靠的办法是认真分析钻探资料，根据各钻孔土层分布情况综合评判场地地质概况，然后做出岩层分布的等高线图，按等高线图确定成孔深度。因本法有一定的随机性，应适当加大安全系数，有时尚需适当补充钻探孔，在某些缺少钻孔的控制区域，也可用钻机换取芯钻头直接取岩芯判定。

　　2.1.3 清孔不到位，孔底沉渣过多，影响实际成桩长度，降低单桩承载力。

　　清孔时清理不干净或未进行二次清孔;泥浆比重过小或泥浆注入量不足难于将沉渣浮起;钢筋笼吊放过程中碰撞孔壁使泥土坍落桩底;清孔与浇灌时间间隔过长致使泥浆沉积等，这些都是导致实际桩长不达设计要求的重要原因。应针对性地采取以下措施：①成孔后，钻头提高孔底10-20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30分钟。②采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不要用清水进行置换。③钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。④下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，直至孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求。开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为30-40mm，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下1.0m以上，以利用混凝土的巨大冲击力排出孔底沉渣，达到清除沉渣的目的。

　　2.2 钻孔垂直度控制

　　钻孔灌注桩的垂直度是保证桩体最终承载能力的重要一环。验收规范允许偏差为<1%。实际操作中，容易产生钻孔倾斜的现象有：在地质软硬交界处钻孔，或碰到孤石或粒径大小悬殊，钻头受力不均而使钻孔偏斜;钻孔中发生扩孔，钻孔向扩孔一侧摆动而产生倾斜;钻机底座未安置水平，或在钻进时钻机座产生不均匀沉陷或移位，钻杆随之偏斜而未及时纠正;钻杆不直，接头不正使钻头、钻杆中心不同轴等。因此，为保证成孔的垂直度，应采取以下措施进行控制：

　　①选用钻机自重大、钻杆刚度大的钻机，同时，应采取扩大桩机支承面积的方法使桩机稳固。

　　②安装钻机时底座要水平，当地基土太软弱时，应填石渣和枕木支撑平台确保钻机稳定。

　　③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。

　　④对于地基不均匀、土层呈斜状分布和土层中夹有大的孤石或其它硬物的情形，施工前必须作好准备。在不均匀地层中钻孔时，进入不均匀硬层、斜状岩层和碰到孤石时，钻速要换慢挡。处理大孤石和坚硬岩石，采用自重大的复合式牙轮钻或换用冲击钻都是有效的方法。经工程实践表明，导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。终孔后再发现孔斜纠正起来费时费力，且修孔常使桩的充盈系数增大，最大达1.6以上。

　　⑤有条件时可在成孔后下放钢筋笼前作井径、井斜超声波测试。

　　2.3 孔径偏差控制

　　钻孔灌注桩施工，在湖、塘、沟、谷与河漫滩地段等新近沉积的粘性土和粉土中容易出现缩孔现象。尤其要重视液性指数 (IL)>0.75呈软塑状态和流塑状态的粘性土。而在指数值更大的流塑状态的淤泥质软土层中，缩孔现象更是不可避免。与孔径有关的质量问题有：实际成桩直径偏差超出规范要求，桩的截面变小，承载能力降低，实际上降低了桩的安全系数;缩颈现象多数出现在桩体上部软弱土层部位，而桩的内力也是此段较大，容易造成桩身抗压强度不够而破坏;由于孔径达不到要求，导致钢筋笼无保护层，桩的抗压弯能力削弱或丧失。针对这些问题的防治措施有：

　　①经常检查钻头直径，发现磨损时及时更换或采取补焊措施。也可采用处理孔斜的导正器法，在导正器上焊一定数量的合金刀片，在钻进或起钻的过程中起扫孔作用。

　　②加强对孔径的检测与控制，提高泥浆质量，增大泥浆比重和粘性及稠度。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。应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度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埋设护筒。钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，地下水位以下的孔壁土在静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水位高的水头，增加孔内静水压力，就能起到防止坍孔的作用。另外，护筒还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向等作用。

　　④在易于产生缩孔的土层施工时，及时下钢筋笼和进行混凝土灌注，减少空孔时间也是解决缩颈问题重要且有效的措施。

　　2.4 钢筋笼制作及吊放。

　　钢筋笼的制作在钻孔灌注桩中并不复杂，容易出现问题的是钢筋笼的安装。如吊装时的变形、下孔时碰撞孔壁造成坍塌、就位后保护层不能保证等。针对这些问题主要应采取下列措施：

　　①依据设计制作并绑扎钢筋笼，在混凝土灌注前整体放入孔内。钢筋骨架应设强劲的内撑架，防止钢筋笼在运输就位时变形。

　　②在顶面采取有效的方法进行固定，防止混凝土灌注时骨架上浮。支撑系统应对准中线，防止钢筋骨架倾斜和移动。骨架绑扎设控制钢筋骨架与孔壁净距的混凝土垫块，可靠并等距离绑在钢筋骨架周径上。

　　③钢筋笼起吊点宜设在加强箍筋部位。入桩孔时应保持垂直下放，对准孔位徐徐轻放，不得碰撞孔壁。下放钢筋笼受阻时不得强行下入，应立即停止施工，查明原因进行处理。如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提起后重新垂直吊放;如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。

　　④钢筋笼接长要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。在孔口焊接时应遵守：下节笼露出操作平台高度1m左右;上下节笼各主筋位置应校直对正，且上下节笼持垂直状态时方可施焊;每节笼子焊接完后应补足焊接部位上的箍筋。中间验收合格后方可沉放或进行下一节笼的焊接安装。

　　2.5 混凝土灌注

　　混凝土灌注是最后一道也是关键的一道工序。首先必须严格按设计强度配制混凝土，配合比选用要比设计强度高20%左右，坍塌度宜采用18-22厘米。在保证混凝土质量合格的前提下，导管法水下灌注混凝土容易出现的质量问题是：

　　①水下灌注混凝土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混凝土中，混凝土的灌入阻力是相当大的， 灌入阻力可按公式估算：R=π(D2—d2)(l1rw+l2rh)/4式中， D为桩直径;d为导管直径; rw为泥浆重度;rh为混凝土重度。要克服很大的灌入阻力保证混凝土桩身质量，必须有相当大的冲击力。而冲击力越大，完成每一斗混凝土灌注的时间越短，混凝土桩身越均匀。由于混凝土是由水泥、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，易造成混凝土粗骨料在桩芯堆积，随半径增大而递减。桩身不匀，则影响桩的抗压强度。

　　③提升导管速度过快或过慢，容易造成泥浆混入混凝土内，降低桩身强度，严重者甚至造成断桩事故。针对以上问题主要采取下列措施：

　　a.导管制作。导管应具有足够的刚度和良好的密闭性，内壁光滑顺直。导管应采用ф300mm的无缝钢管，法兰盘连接，橡皮胶垫密封，在开灌前首先进行打压试验，确保不漏水、不漏气，满足承受压力的要求。

　　b.导管下放前进行试拼装，最下端一节导管长度要长一些，一般为4米，其底端不得带法兰盘，以便伸入混凝土内。同时应试验隔水栓能顺利通过导管内径和隔水效果。

　　c.混凝土应由试验确定配合比。为使混凝土具有良好的和易性，流动性和合理的坍落度，要掺入适量的缓凝减少剂。

　　d.灌注混凝土时导管应充满混凝土且缓慢下降塞球，在灌注混凝土开始时导管底部至孔底应有250-400mm空间，导管和漏斗应充满混凝土。首批灌注混凝土的数量应能满足导管初次埋置深度(≥1.0m)和填充导管底部间隙的需要，然后煎断塞球拉线，利用混凝土自重力把孔底泥浆挤出，达到导管埋置深度。

　　e.在整个灌注时间内，导管漏斗下应保持足够的混凝土，导管应在空气和水进入的状态下填充，输送到桩中的混凝土应一次连续操作。施工中间每间断30分钟后，要上下串动导管，防止混凝土失去流动性。

　　f.混凝土浇注至桩顶时，应考虑混浆层，适当增加灌桩高度以确保设计桩基高度。混凝土灌注完后，应首先将钢护筒拔出，以防止混凝土与护凝结粘连。其次，在混凝土强度不高时，将桩头混浆层处理掉，以确保成桩质量。

　　综上所述，在钻孔灌注桩施工过程中，只有认真学好专业基础知识，自觉实践，正确应用有关规范，抓好施工准备、成孔、清孔、水下砼灌注等各个环节的质量控制，采取各种有效措施，才能最终保障灌注桩的成桩质量，为工程奠定坚实的基础。

　　参考文献：

　　[1] 王伟,高保童. 浅析钻孔灌注桩的施工工艺及常遇问题的处置措施[J]. 科技信息. 2010(19)

　　[2] 李娴. 钻孔灌注桩施工控制要点及常遇事故处理[J]. 山西交通科技. 2010(03)

　　[3] 建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001)

　　[4] 建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2002)

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