大直径钻孔灌注桩施工探讨

摘要: 大直径钻孔灌注桩即桩孔直径一般在2米以上，且采用旋挖钻、回旋钻或冲击钻成孔的混凝土灌注桩。本文结合工程实际就大直径钻孔灌注桩施工工艺及施工过程的质量控制进行叙述，以期能与同仁相互交流。

关键词: 大直径；钻孔灌注桩；施工

U443.15+4

一、工程概况

该本工程基础形式采用大直径钻孔灌注桩，共设计桩181根，包括φ900桩112根；φ1000桩17根；φ600桩52根。桩身混凝土强度等级为C30，试桩和锚桩φ900桩15根，混凝土强度等级为C35，主筋混凝土保护层厚度不小于50mm。设计采用端承磨擦桩，主楼高层部分，以7～3层：中风化基岩作为桩端持力层。桩端全截面进入持力层不小于3.0米；裙房部分的桩以5～2层含碎石粉质粘土做为桩端持力层。

二、场址工程地质条件

拟建场地地形平坦，在勘探深度内，地层由杂填土、粘土、淤泥、淤泥质粘土、粘性土、粉质粘土混碎石、风化基岩等7个工程地质层和15个亚层组成。

三、施工方法

1.放样定位

工程开工前，根据轴线及桩位布置情况，在场地内建立测量控制网，然后依据控制网测放各桩位中心点。

2.埋设护筒

护筒直径应比桩孔直径大100mm，长度应满足护筒底进入粘土层不少于0.5m的要求，护筒顶端高出地面0.3m，护筒埋设的倾斜度控制在1%以内，护筒埋设偏差不超过30mm，护筒四周用粘土回填，分层夯实。

3.钻机就位

钻机就位必须稳固、周正、水平，确保“天车、转盘中心、桩位中心”三点成一线，钻机的转盘中心与桩位中心误差不大于10mm。

4.钻进成孔

针对本工程的地质特点：在5～2层及7～3层中夹有孤石；主楼高层部分，桩基以7～3层中风化基岩作为桩端持力层。结合以往施工经验，我方采用回转和冲击相结合的钻进方法进行成孔：在护筒埋设并定位后，首先使用GPS-20型回转钻机钻进，该钻机扭距大，转速高，成孔效率也比一般钻机高，适合在强风化层或卵石层中钻进。在钻至孤石层或强～中风化基岩时，若进尺很慢或无法进尺时，用吊车移走GPS-20型钻机，换用Z22-300型冲击钻机冲击钻进。该钻机冲程为0.8米，冲击频率为每分钟38～42次，比普通冲击钻机频率高，适合于强~中风化岩层钻进。钻机在就位时应重新测量定位，确保对中无误。利用冲击钻机在硬质基岩层中成孔效率较高的特点，完成余孔的成孔施工。采用这种方法可以克服回转钻机在硬岩中钻进缓慢和冲击钻机在粘土中钻进缓慢的弱点，缩短了成孔时间，提高了整个孔的成孔效率。

5.泥浆护壁

在成孔过程中采用泥浆护壁。对于回转钻进，利用钻进过程中钻头对泥土的搅拌作用自然造浆，根据实际需要可对泥浆的比重进行调节，在施工过程中泥浆比重一般控制在1.2～1.3之间，泥浆在循环过程中在孔壁表面形成泥皮，它和泥浆的自重对孔壁起到保护作用，防止孔壁坍塌。通过试成孔施工，泥浆护壁效果比较好，完全可以满足施工的需要。对于冲击成孔，利用冲击钻头对泥土的冲击作用造浆，冲击钻进形成的泥浆比重往往比较大（比重一般在1.3以上），可通过掏渣筒掏渣以及给孔内加清水的方法来调节泥浆的比重，根据实际施工需要，泥浆比重一般控制在1.3以上，这样有利于冲击钻进和孔壁的稳定。

6.一次清孔

在钻机钻至设计孔深后，将钻头提离孔底300～500mm，慢转，开足泵量进行一次清孔，重点是搅碎孔底较大颗粒的泥块，同时上返孔内尚未返出孔外的钻渣。时间为3小时左右。

7.钢筋笼制作与安放

（1）钢筋笼制作

钢筋笼在现场分节制作，主筋与加强筋全部焊接，螺旋筋与主筋采用隔点焊加固，钢筋笼制作符合设计要求外制作好的钢筋笼，即进行逐节验收，合格后挂牌存放。

（2）钢筋笼孔内安放

钢筋笼在孔口焊接，单面焊10d，焊缝高度≥0.3d，焊缝宽度≥0.7d。两段笼子应保持顺直，同截面接头不得超过配筋的50%，间距错开，不少于35d。钢筋焊接完好后，应缓慢下放至孔内，严禁砸笼，隔4m在钢筋笼四周均匀设立4个水泥保护块，钢筋笼下放至预定位置后，应在孔口固定，以防其上窜或下沉。

8.下导管

导管的选择：采用丝扣连接的导管，其内径Φ250，底管长度为4m，中间每节长度一般为2.5m。在导管使用前，必须对导管进行外观检查、对接检查和压水试验。

外观检查：检查导管有无变形、坑凹、弯曲，以及有无破损或裂缝等，并应检查其内壁是否平滑，对于新导管应检查其内壁是否光滑及有无焊渣，对于旧导管应检查其内壁是否有混凝土粘附固结。

对接检查：导管接头丝扣应保持良好。连接后应平直，同心度要好。

压水试验：在连接后导管内先加70%的清水，然后一端密封，另一端通过空压机加压到0.5～0.6MPa，维持压力不变，滚动导管看是否漏水，时间约15分钟。

经以上检验合格后方可投入使用，对于不合格导管应严禁使用。导管长度应根据孔深进行配备，满足二次清孔及水下混凝土灌注的需要，即二次清孔时能下至孔底；水下灌注时，导管底端距孔底0.5米左右，混凝土应能顺利从导管内灌至孔底。

导管下放：导管在孔口连接应牢固，设置密封圈，吊放时，应使位置居中，轴线顺直，稳定沉放，避免卡挂钢筋笼和刮撞孔壁。

9.二次清孔

二次清孔采用气举反循环法。气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过风管（水管）送至孔内气浆混合器，高压气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混和物，浆气混合物因其比重小而上升，在导管内混合器底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在压气动量的联合作用下，不断补浆，上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动，因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，从而起到极好的清孔效果。经实际试验，直径在10㎝以内的卵石及碎石都可从孔底反出。

空压机的主要参数：风量6～9m3/min，风压0.7MPa。出水管直径＞Φ110mm，送风管直径（水管）Φ25mm。混合器用Φ25mm水管制作，在1m左右长度范围内打6排，每排4个Φ8mm孔即可。

反循环法清孔时所需风压P的计算：

P＝γμ•h0/1000+ΔP

γμ——泥浆比重（KN/m³），取1.2

h0——混合器沉没深度（m），取60

ΔP——供气管道压力损失，一般取0.05～0.1MPa

P＝1.2×60/1000+0.1＝48/1000+0.1≈0.17MPa

配用6～9m³的空压机，额定压力为0.7MPa。因此0.7MPa＞ 0.17MPa，因此空压机的压力是足够的。

10.砼灌注

（1）原材料试验

原材料主要有水泥、砂、石、水、钢筋及外掺剂等。进场的水泥应有质保单，并按规范规定分批做安定性试验，经试验合格后方可用，进场砂子、石子应进行分批检测其级配、含泥量等指标，工地开工前须做砼配合比，根据配合比进行施工。

（2）砼搅拌运输

根据实际情况，应将砼实验室配合比调整为施工配合比后方可进行称量，投料允许误差应符合规定：水泥±2%，砂石±3%，水及外加剂±2%。砼搅拌设备采用JZC-350L型搅拌机，搅拌时间不小于60s；砼坍落度控制在18-22cm；搅拌出来的砼利用手推车运到孔口倒入料斗内。

(3)水下砼灌注

灌注前，对不同直径、深度的桩孔分别计算出砼灌注初灌量。施工中要保证灌注初灌量。灌注时导管埋深控制在2～6m，拆管前专人测量孔内砼面，并做记录，灌注砼接近桩顶标高时，应控制最后一次浇灌量，确保桩顶标高符合设计要求。

初灌量计算依据：

V=π/4•D2•L＋π/4•d2•（H-L）/2

其中V——第一次砼灌注量(m³)

D——桩径(m)D=1.0m

d——导管内径(m)d=0.25m

H——孔深(m) H=90.0m(按最大孔深计算)

L——首灌后砼面高(m) L=1.5m

经计算：Φ1000桩V=3.35m³ ，公司现有3.5 m³的灌浆大斗，可以完全满足施工所需。

（4）试块制作

在浇桩过程中，随机抽取一至二盘混凝土做试块，每支桩应做一组试块，制作好的试块在12小时后拆模，放置静水中养护。试块评定采用数理统计法评定。

11.起拔护筒

砼灌注结束后，即起拔护筒，并将灌注设备机具清洗干净，堆放整齐。

12.回填桩孔

桩孔砼灌注完成后，应将上部未灌砼部分利用场地内护筒、沟、池、槽开挖出来的泥土、矿渣等进行回填，回填满后，用混凝土重新将孔口封住，变成整块硬地坪场地。

四、质量控制措施

成孔前须对钻具参数进行标定，包括钻头高度、直径、主杆长度、加杆长度、孔口及平台标高、孔底标高。在钻进过程中应记录以下参数：泥浆比重、粘度、钻进速度、转速及进尺速度，各地层钻进异常情况描述。

终孔孔深及时记录，调节泥浆比重与时间记录，测量孔深记录，提钻时间记录。大直径钻孔灌注桩施工的各工序必须连续进行，中间不得有停工现象。二次清孔结束测得孔底沉渣厚度满足上述要求后，半小时内必须灌注混凝土，否则再次清孔。桩孔成型后必须清除孔底沉渣，孔清后沉渣厚度不得大于5cm(端承磨擦桩)并应立即灌注水下砼。

五、结语

在对大直径钻孔灌注桩进行施工的过程中，管理人员一定要提升管理意识，做好协调与统筹，对于施工中遇到问题需要及时给以妥善处理。技术人员一定要熟悉施工工艺流程，对关键环节和重要工序加强施工的过程控制，保证工程质量。

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。