浅析泥浆护壁钻孔灌注桩施工

摘 要：混凝土灌注桩是直接在施工现场桩位上成孔，然后在孔内安装钢筋笼，浇筑混凝土成桩。与预制桩相比，灌注桩具有不受地层变化限制，不需要接桩和截桩，节约钢材、振动小且噪声小等特点，但施工工艺复杂，影响质量的因素很多。本文现就泥浆护壁钻孔灌注桩施工技术做简要分析。

关键词：泥浆护壁 自然造浆 人工造浆 施工

灌注桩按成孔方法分为：泥浆护壁成孔灌注桩、干作业钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、沉管灌注桩等，近年来来还出现了夯扩桩、管内泵压桩、变径桩等新工艺，特别是变径桩，将信息化技术引进到桩基础中。

泥浆护壁成孔是利用原土自然造浆或人工造浆浆液进行护壁，通过循环泥浆将被钻头切下的土块携带排出孔外成孔，然后安装绑扎好的钢筋笼，导管法水下灌注混凝土沉桩。

泥浆护壁成孔灌注桩成孔方法按成孔机械分类有回转钻机成孔、潜水钻机成孔、冲击钻机成孔、冲抓锥成孔等，其中以钻机成孔应用最多。

一、回转钻机成孔

回转钻机是由动力装置带动钻机回转装置转动，再由其带动带有钻头的钻杆移动，有钻头切割土层。适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、黏性土、砂土和软质岩层。

回转钻机钻孔方式根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机成孔和反循环回转钻机成孔。

正循环回转钻机成孔，由空心钻杆内部通入泥浆或高压水。从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入泥浆池。反循环回转钻机成孔，泥浆带渣流动的方向与正循环回转钻机成孔的情形相反。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，能携带较大的土渣。

二、潜水钻机成孔

潜水钻机成孔是一种将动力、变速机构、钻头连载一起加以密封，潜入水中工作的一种体积小而轻的钻机，这种钻机的钻头有多种形式，以适应不同桩径和不同土层的需要。钻头可带有合金刀齿，靠电机带动刀齿旋转切削土层或岩层。钻头靠桩架悬吊吊杆定位，钻孔时钻杆不旋转，仅钻头部分放置切削下来的泥渣通过泥浆循环排出孔外。

钻机桩架轻便，移动灵活，钻进速度快，噪声小，钻孔直径为500～1500mm，钻孔深度可达50m，甚至更深。

潜水钻机成孔适用于黏性土、淤泥、淤泥质土、砂土等钻进，也可钻入岩层，尤其适用于地下水位较高的土层中成孔，当钻一般黏性土、淤泥、淤泥质土及砂土时，宜用笼式钻头；穿过不厚的砂夹卵石层或在强风化岩上钻进时，可镶焊硬质合金刀头的笼式钻头；遇孤石或旧基础时，应用带硬质合金齿的筒式钻头。

三、冲击钻机成孔

冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头（冲击锤）提高到一定高度，靠自有下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔。部分碎渣和泥浆挤压进孔壁，大部分碎渣用掏渣筒掏出。此法设备简单，操作方便，对于有孤石的砂卵石岩、坚质岩、岩层均可成孔。

冲击钻头形成有十字形、工字型和人字形等，一般常用十字形冲击钻头。在钻头锥顶与提升钢丝绳之间设有自动转向装置，冲击锤每冲击一次转动一个角度，从而保证桩孔成圆孔。

冲孔前应埋设钢护筒，并准备好护壁材料。若表层为淤泥、细砂等软土，则在桶内加入小块片石、砾石和黏土；若表层为沙砾卵石，则投入小颗粒砂砾石和黏土，以便冲击造浆，并使孔壁挤密实。冲击钻就位后，校正重锤中心对准护筒中心，在冲程0.4～0.8m范围内应低提密冲，并及时加入石块与泥浆护壁，直至护筒下沉3～4m以后，冲程可以提高到1.5～2.0m，转入正常冲击，随时测定并控制泥浆相对密度。

施工中，应经常检查钢丝绳损坏情况，卡机松紧程度和专项装置是否灵活，以免掉钻。如果冲孔发生偏斜，应回填片石（厚300～500mm）后重新冲孔。

四、冲抓锥成孔

冲抓锥锥头有一重铁块和活动抓片，通过机架和卷扬机将冲抓锥提升到一定高度，下落时松开卷筒刹车，抓片张开，锥头边自由下落冲入土中，然后开动卷扬机提升锥头，这时抓片闭合抓土。冲抓锥整体提升至地面上卸去土渣，依次循环成孔。

冲抓锥成孔施工过程、护筒安装要求、泥浆护壁循环等与冲击成孔施工相同。冲抓锥成孔直径为450～600mm，孔深可达10m，冲抓高度宜控制在1.0～1.5m。适用于松软土层（砂土、黏土）中冲孔，但遇到坚硬土层时宜换用冲击钻施工。

五、施工准备工作

1、施工范围。

适用于工业与民用建筑中地下水位高的软、硬土层泥浆护壁成孔灌注桩工程。

2、施工准备。

水泥：宜采用325～425号普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。砂：中砂或粗砂，含泥量不大于5%。石子：粒径为0.5～3.2cm的卵石或碎石，含泥量不大于2%。水：应用自来水或不含有害物质的洁净水。黏土：可就地选择塑性指数IP≥17的黏土。外加早强剂应通过试验确定，钢筋：钢筋的级别、直径必须符合设计要求，有出厂证明书及复试报告。主要机具有回旋钻孔机、翻斗车或手推车、混凝土导管、套管、水泵、水箱、泥浆池、混凝土搅拌机、平尖头铁锹和胶皮管等。

3、施工工艺流程。

钻孔机就位钻孔注泥浆下套管继续钻孔排渣清孔吊放钢筋笼射水清底插入混凝土导管浇筑混凝土拔出导管插桩顶钢筋。

钻孔机就位：钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，为阻鼾器控制钻孔深度，应在机架上或机管上做出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。

钻孔及注泥浆：调直机挺杆，对号桩位（用对位圈），开动机器钻进，出土，达到一定深度（视土质和地下水情况）停钻，孔内注入实现调制好的泥浆，然后继续进钻。

下套筒（护筒）：钻孔深度达到5m左右时，提钻下套管。套管内径应大于钻头100mm。套管位置应埋设正确和稳定，套管与孔壁之间应用黏土填实，套管中心与桩孔中心线偏差不大于50mm。

继续钻孔：防止表层土受震动坍塌，钻孔时不要让泥浆水位下降，当钻至持力层后，设计无特殊要求时，可继续钻深1m左右，作为插入深度。施工中应经常测定泥浆相对密度。

孔底清理及排渣：在黏土和粉质黏土中成孔时，可注入清水，以原土造浆护壁。排渣泥浆的相对密度应控制在1.1～1.2。

在砂土和较厚的夹砂层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.1～1.3；在穿过砂夹卵石层或容易坍孔的土层中成孔时，泥浆的相抵密度应控制在1.3～1.5。

吊放钢筋笼：钢筋笼放前应绑好砂浆垫块；吊放时要对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，钢筋笼放到设计位置时，应立即固定，防止上浮。

射水清底：在钢筋笼内插入混凝土导管（管内有射水装置），通过软管与高压泵连接，开动泵机水即射出，射水后孔底的沉渣即悬浮与泥浆之中。

浇筑混凝土：停止射水后，应立即浇筑混凝土，随着混凝土不断增高，孔内沉渣将浮在混凝土上面，并同泥浆一同排回贮浆槽内。

拔出导管：混凝土浇筑到桩顶时，应及时拔出导管。但混凝土的上顶标高一定要符合设计要求。

六、结束语

使槽壁稳定的泥浆叫护壁泥浆，由于是使用泥浆护壁进行挖槽，所以才用“泥浆护壁挖槽法”这个术语。护槽与护孔是不一样的概念，因为槽壁的稳定要比孔壁复杂得多，并且槽壁的拱效应不如圆拱效应。泥浆从槽壁表面向地层内渗透到一定的范围就粘附在土颗粒上，通过这种粘附作用可使槽壁减少坍塌性和透水性。