冲击钻孔灌注桩施工技术及质量控制

摘 要：冲击钻孔灌注桩凭借着众多优势而在桩基础中被广泛采用。但该工艺工序较多、难度大，因此，必须加强施工中的质量控制。本文结合工程实例，从水下混凝土灌注、钢筋笼就位及清孔、机械成孔、人工挖孔论述了冲击钻孔灌注桩施工技术，并介绍了施工过程中的质量控制措施，为类似工程的应用提供施工经验。

关键词：桩基；冲击钻孔灌注桩；施工技术；质量控制

随着桩基础施工技术的不断创新，冲击钻孔灌注桩被广泛应用于基础工程施工中。冲击钻孔灌注桩施工有很多优点，它能适用于不同的复杂地质条件，在施工过程中应用泥浆护壁，防止孔内局部塌方，成桩后能形成较高的竖向承载力。但是，冲击钻孔灌注桩也有一些缺点。在施工过程中，如果不谨慎控制好质量，容易产生断桩、桩身夹泥、钢筋笼上浮、缩孔、塌孔、冲孔偏斜等质量问题。因此，对冲击钻孔灌注桩施工技术要求较高，同时在施工过程中应加强质量控制工作。

1工程概况

某桥梁工程，基础为φ1.2m和φ1.6m桩基础，上部采用装配式预应力混凝土简支梁，桥跨布置为94孔×30m每孔，共计94孔1316片梁。0号和94号墩采用φ1.2m桩基础，其余桩基础采用φ1.6m摩擦桩，桩身为C25普通硅酸盐混凝土。

2施工方案选择

结合工程具体情况，决定采用人工挖孔与冲击钻孔相结合的施工方案。即从自然地坪开始先进行人工挖孔作业（混凝土护壁），至4～5m左右（地下水位线处），然后采用冲击钻进行泥浆护壁机械成孔。桩身混凝土施工采用导管水下灌注。

3冲击钻钻孔灌注桩施工工艺

施工顺序为：初步放样人工挖孔恢复控制点护筒埋设机械钻孔成孔检测清孔下钢筋笼下导管二次清孔混凝土浇筑破除桩头成桩检测。

3.1人工挖孔

由于灌注桩的直径大，地质条件为砂卵石层，地表以下4～5m内无水，现场实际开挖与地质勘测报告相吻合，经研究决定，在桩体上部采用人工挖孔方法施工。

（1）平整场地、定桩位

施工现场的控制网及高程复测完毕后，利用各控制点首先放出桥中心线及桥中心控制桩；然后利用桥中心控制桩为控制点，用全站仪精确定出各桩位中心桩，并对已定桩位采取钉4根钢筋桩作为控制点，然后用混凝土固定的方式精心保护。

（2）安装提升系统

提升架采用小型卷扬机，将其置于桩孔之上，并将提升架的支腿埋入土中不得少于50cm，以保证在使用过程中架子不会倾覆，埋完后在支腿周围压上重物（见图1）。

图1提升架示意

（3）桩孔挖土及清底

中心桩位引护完毕后，用人工从上至下逐层开挖。如遇卵石及大量漂石时，用凿石机将其松动破碎后再挖。当挖至1m深时对桩底进行清理，将松动土全部铲起放入桶中，通过提升机将余土提出桩孔外直至清完。

（4）绑扎钢筋

孔底清理干净并将余土运出后，开始绑扎护壁钢筋。先在桩孔壁上划出加强钢筋的位置，然后打入相应数量的钢筋头，并将横向加强筋固定其上；加强筋固定后，开始绑扎竖向筋，钢筋设置为φ8@200，采用铁丝梅花绑扎法进行。

（5）支设模板

模板采用一节组合工具内定型钢模板，用500mm@900mm弧形钢模及拼装板组成，用U形卡连接，上下各设一道两半圆的[8内箍顶紧，不另设支撑，以便井下作业，拆上节支下节，如此循环。

（6）浇筑混凝土护壁

护壁厚15cm（允许误差？30mm），采用C20混凝土，混凝土护壁纵向搭接10cm。为保证接缝严密，混凝土在浇筑过程中振捣密实，上部100mm高浇灌口浇筑完毕后用混凝土堵塞，防止有地下水冲坏土壁。混凝土浇筑过程中，随时用小锤敲击模板外侧以检查混凝土是否浇筑到位。

3.2机械成孔

根据现场地质情况，为克服大粒径卵石、漂石层的钻孔困难，选用CZ-30型冲击钻机。对于φ1.6m灌注桩，采用外径1.6m十字形冲锤一次成孔，用圆形掏渣筒掏渣，并选用合理的钻进参数。钻头的选择要根据地层的具体情况。对于卵石层宜选用管锥，对坚硬的岩层宜选用实心锥。同时也要根据地层选择合适的冲程：密实砂、砂砾石、砂卵石及砾石、卵石粒径较大的土层选用高冲程（100cm）；松散的砂、砂砾石、砂卵石土层选用中冲程（75cm）；粘性土、亚粘土层选用中冲程（75cm）；易塌地层选用小冲程（40～60cm）。在松软地层每次可松绳5～8cm，密实坚硬土层每次可松3～5cm。应防止松绳过少而打空锤，且应防止松绳过多，降低钻进速度，严重时发生钢丝绳纠缠事故等。通过漂石层或岩层时，如其表面不平整，应先投入粘土和小片石将其填平，再低锤快打，松绳长度宜4cm，待冲平后再大冲程钻进。

3.3钢筋笼就位及清孔

清孔方法一般有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射等。本工程桩均为摩擦桩，为保证孔底沉渣清除干净，增加单桩承载力，因此本工程采用了换浆二次清孔工艺。

（1）首次清孔

桩身成孔后经验收合格，首先用冲击钻头泛浆，掏渣筒清孔，直到孔内泥浆相对密度控制在1.1～1.2，沉渣厚度小于5cm。

（2）钢筋笼就位

将验收合格的钢筋笼运至孔口，运输过程中要防止变形；吊点处要加强处理，防止脱焊，吊钩垂直于笼子中心，保证钢筋笼垂直下入孔内。

（3）二次清孔

本桥采用泥浆循环进行二次清孔，可以有效地清除孔底沉渣。用高压水泵清孔注意事项：清孔过程中必须始终保持孔内原有水头，让泥浆正常循环，以中速将相对密度1.03～1.10的较纯泥浆压入，把钻孔悬浮钻渣较多的泥浆换出。如桩体较长，则泥浆置换时间应相应加长，保证泥浆整体均匀。

3.4水下混凝土灌注

清孔完毕应立即进行水下灌注桩身混凝土，利用清孔用导管安装初灌斗直接灌注，可缩短灌注时间。准备工作及浇筑顺序如下。

1）本工程采用内径300mm导管浇筑水下混凝土，接头采用丝扣连接，用O形橡胶圈密封，严防漏水。下导管前进行水密性检查，检验水压为0.6～1.0MPa，不漏水为合格。

2）首盘混凝土灌注埋管深度不得小于1m，浇筑过程中导管在混凝土中的埋深控制在2～6m。灌注中经常用测锤探测混凝土面的上升高度，并适时提升，逐级拆卸导管，保持导管的合理埋深。

3）遇特别情况（局部严重超径、缩颈、漏失层位和灌注量特别大的桩孔等）增加探测次数，同时观察返水情况，以正确分析和判断孔内的情况。

4）浇筑水下混凝土的最后混凝土面高程高出设计高程50～100cm，以保证凿除桩顶混凝土浮渣后满足设计要求，确保桩身混凝土顶质量。

5）混凝土浇筑过程中，及时统计每桩混凝土浇筑量，并计算桩身混凝土充盈系数，每根桩作混凝土试块2～3组，专人填写水下混凝土灌注记录。

4施工质量控制措施

1）若在灌注桩下部出现断桩的情况，最简单的办法就是在孔内填入毛石，用冲击钻冲孔，将钢筋笼及桩底混凝土砸入桩四壁及桩底，然后重新进行施工。

2）冲击钻机成孔的桩孔易出现塌孔现象，尤其是在地质情况复杂、成孔时间较长的时候。施工的一根桩在灌注完成后，检测时发现在标高-5.8m处有桩身夹泥现象。传统的方法是将缺陷桩凿除再重新浇筑，既费时又费力，而且造价昂贵；由于地质情况全部为砂层，非常容易塌方，所以不能大面积开挖。最后决定采用在紧靠此根灌注桩周围打设高压悬喷桩，桩长为出现夹层处到地表面，桩体之间互相咬合，形成一个水泥浆护筒，防止外部水和砂砾进入桩体。待水泥凝固后，将出现夹层处以上的混凝土全部凿除，清理干净后，重新浇筑混凝土至设计标高。经过处理后的灌注桩，经小应变检测合格，最后做桩身承载力检测满足设计要求（见图2）。

图2处理塌孔示意

3）出现夹层情况后，也可以根据施工情况，在桩顶钻取3～4个孔，将注浆管通过钻孔到夹泥区，用泵压大于20MPa的高压水流对缺陷段自下而上进行切割喷射，喷射时喷管提升速度为10cm/min，旋进速度为20r/min，喷射处理长度上下各延长50cm，一孔进行切割，而另一孔有水溢出时可认定夹层区已打通，可换另外2个孔，直至3个孔全部打通。钻孔之间连通后，压入清水利用水循环将废渣排出桩身，当出水口的水由浊变清时，再换其它孔轮流处理，直至所有的孔水流都为清水时，清渣工作结束，最后灌注高强度的水泥浆。

4）卡钻多因桩孔形成了梅花孔或钻头磨损未及时修补导致桩径变小，而新修补的钻头直径陡然增大形成卡钻。遇到这种事故不宜强行提钻，可采用小锥冲击或冲、吸的方法将钻头周边扩大；也可用一直径较桩径大30cm的筒锥在埋钻冲击，使卡钻及上部桩径扩大，从而提出钻头，这种方法的弊端是较为烦琐、耗时；若岩层中卡钻，在条件允许的情况下也可采用定向爆破提钻。

5）埋钻多是由于停机后钻头未能及时提出导致钻渣埋钻，此种情况在砂砾层中经常发生，因此要养成"随停随提"的好习惯。另一种常见的原因就是塌孔埋钻。处理这种事故应采用空气吸泥机将埋钻的泥砂吸走，提出钻头。

5结语

实践证明，冲击钻孔灌注桩施工环节较多，工艺复杂且施工大部分是在水下进行的，其施工过程隐蔽性较强，因此，成桩质量有可能受到多种因素的干扰和制约，严重时会导致桩身承载力的明显降低，甚至造成病桩、断桩等重大质量事故。为此，掌握好冲击钻钻孔灌注桩的施工技术和采用必要的质量控制措施是关键。

参考文献

[1] 张恒金.冲击钻钻孔灌注桩施工工艺[J].山西建筑，2012年26期

[2] 马永辉.浅析冲击钻孔灌注桩的施工工艺及控制要点[J].科技资讯，2011年第02期