刍议复杂地基上的灌注桩施工技术

摘 要：钻孔灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑砼或安放钢筋笼再浇注砼而成的桩基础。与其他地基处理和基础形式相比，具有施工低噪音、低振动、桩长和直径可按设计要求变化自如、桩端能可靠地进入持力层或嵌入岩层、单桩承载力大、挤土影响小、含钢量低等特点，是复杂地基上基础处理中比较常见的形式。

关键词：复杂地基；桩基础；施工技术；预防措施

中图分类号：TU47 文献标识码：A

0 引 言

钻孔灌注桩技术，因其对各种复杂地基的适应性强，无挤土效应，无震害，噪声小，承载力高等优点，在基础施工中得到了广泛的应用。桩基础施工质量，尤其是复杂地基上的桩基础，是建筑施工中最重要的一环，稍有不慎，就会造成质量事故，从而影响工程的安全使用、工程造价及工期。桩基础施工是地下基础施工，与地下地质情况密切相关。本文结合山西某矿井建设中万吨煤仓的桩基础施工实例，对复杂地基桩基础施工技术进行探讨，并对施工过程中质量通病和预防措施进行分析。

1、工程及地质概况

本工程为我国山西省长治市某煤矿2个万吨煤仓基础，采用砼钻孔灌注桩工艺，桩径为800mm，桩型为端承嵌岩桩，选用C40商品砼，共有242根桩，工期25天，其中最深的桩达48m，最浅的桩为35m，大多数桩的深度达40m以上。

本工程地质较差，上部为软土层，其厚度达到8-10m；第二层为粉质粘土层，厚度为22-25m，中间夹杂有2层粉细沙层，厚度为2.5-3.5m；第三层为风化岩石层，厚度为35-65m，地下水位在15-17m，桩基础从上到下，依次穿过杂填土层、粉质粘土+粉细沙层、风化岩石层等。本工程的设计灌注桩最终要嵌入到风化岩石层5m以上的深度。

2、工艺选择

在实际施工中，该工程地质条件复杂，地基持力层（风化岩石层）呈斜坡走向且埋深较深，导致地基承载力不均匀且持力层较深，一般基础不符合设计承载力要求。桩基础以它承载力稳定，适应各种复杂地基，而且相比同等承载力的基础造价低廉等优势被本工程设计施工所采用。

本工程的工程量大，工期较短，桩基础的施工深度大，如果某一根桩出现质量问题，则需要更多进行二次补桩，直接影响了紧后工程施工。因此这就要求公司从机械的配置，原材料的配备、施工人员和管理人员等各个方面都要协调组织好，严格把好每一道质量关。

3、设备选择

按照本工程施工区的地质状况，以及之前积累的施工经验等，决定在风化岩石层以上部分使用世界上最先进的旋挖钻机进行钻进成孔，风化岩石层使用冲击钻机进行施工。

3.1旋挖钻机的选用

选择使用旋挖钻机有以下三点理由：首先是该钻机能够放在自行移动的履带式安装底盘上面，使得根桩之间的移动容易，需要很短的几分钟时间就能够到位，这就节约了较多的移动时间。其次，该钻机的地盘能够实现伸缩，自动调整等，塔的垂直度、钻机的深度等都能够通过操作板显示出来。自动垂直的钻机以及安装导向杆的钻杆予以导向，提高了钻进的效果。再次，旋挖式钻机的钻进速度快，形成钻孔的时间短，而且可以根据不同的土层来选择合适的钻头进行作业。

3.2冲击钻的选用

由于旋挖机没有冲击钻在岩石层的钻进速度，所以使用换设备进行钻进成孔的方法，能有效的保证施工的安全和进度。当旋挖机钻进至土层和石层的分界处时候，把旋挖钻机移动到下一桩位进行成孔作业，使用冲击钻机进行入岩成孔作业。

4、施工工艺

4.1场地准备

由于钻机是坐落在杂填土地基上面的，根据施工现场的状况，杂填土地基较软，承载能力不够，会够造成钻机偏移倾斜甚至下沉等情况，从而使得桩位偏移，桩垂直度不合格及钻机存在倾覆危险等。根据杂填土层的现实情况，采用大于60cm的碎石屑进行填、压，保证钻机处于平稳的状态。

4.2埋置护筒

护筒制作要求:坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便并能重复使用。一般用木材、薄钢板或钢筋砼制成。本工程采用壁厚3mm、直径850mm，长度2m 的钢护筒。①护筒的作用：固定桩位，并作钻孔导向；保护孔口防止孔口土层坍塌；提高桩顶部分的灌注质量。②护筒埋置需注意事项：护筒平面位置埋设准确(偏差不大于50mm)，护筒溢浆口应高出地面0.2-0.3m，护筒四周用粘土夯填密实，护筒底必须在稳定的粘土层中，否则换填粘土并夯实,厚度不小于50cm。

4.3制备泥浆

制浆设备及场地：泥浆搅拌机两台，3PN泵二台，泥浆泵3台，旋流器一台，泥浆送、回浆管道200m，比重计1个，制浆池一个（10m×3m×3m），沉淀池（4m×4m×2m）等。

本工程采用钠基膨润土(碱性土)进行制浆。膨润土泥粉和水不能在自然状态下混合成泥浆，必须通过强劲的搅动才能形成胶体，膨润土经制浆机搅和后注入制浆池中，还要用高压水泵（本工程中用3PN泵）自吸多次循环后才能形成均匀泥浆。制好的泥浆其技术指标为：粘度17 min—20min；含砂率不大于6％；胶体率不小于90％；比重1.15-1.2左右。

制备好的鲜泥浆从制浆池经过高压水泵压送到成孔内，护壁清孔后及在灌注砼过程中从孔口排出并回抽到沉淀池，经过虑砂泵（本工程中用旋流器）过滤后进入制浆池，不断测量（每30分钟一次）泥浆的比重，通过加入新的膨润土、火碱和纤维素等使其达到施工要求的比重，通过反复循环提到泥浆的利用率。

泥浆在钻孔中的作用：在孔内产生较大的静水压力，可以平衡孔内地下水机孔壁压力，可防止坍孔；泥浆向孔外土层渗漏，在钻进过程中，因钻头的作用在孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁堵漏作用；泥浆比重大，具有悬浮并挟带钻渣作用，利于钻渣排出；泥浆起到作用兼顾保护钻具，提高效率。

4.4钻进成孔

旋挖钻机由于自身重量较大，所以要求钻机工作区域的地基必须坚实，防止在钻进过程中由于地基变形造成钻机移位。钻机入位后，首先将钻机调平，再将钻杆调垂直，钻头中心对准桩位，使钻杆、钻头、桩中心三点成一线，垂直度由钻机仪表指示确定。

旋挖钻机钻进杂填土层及粘土沙层容易出现塌孔现象，一定要轻压慢转、慢放慢提，钻进过程中随时注意地层变化、仪表显示，严格控制回次进尺，操作人员必须慢提慢放，尽量减轻钻具对孔壁的扰动，防止塌孔；初见地下水时要加浆钻进，始终保持泥浆液面高于地下水位1.0m以上。在到达风化岩石层时改用冲击钻机进行钻进，刚开始应低冲程，慢进尺，使孔口形成圆滑，密实，直顺状态，这样既可控制孔口塌方，也可起导向作用，当钻头全部进入风化岩石层后再正常钻进。若岩石层很硬时要应低冲程，慢进尺，防止出现斜孔。机长应随时掌握主卷扬机的进度，并注意地层与地质资料是否一致。

在钻孔时要注意下面几点：① 始终保持孔内外的水位差和泥浆浓度，防止坍孔。②根据地质勘探情况控制钻进速度、调整泥浆稠度，防止坍孔、钻孔偏斜、卡钻等情况发生。③钻孔宜一气呵成。不宜中途停钻以避免坍孔，若坍孔严重应回填重钻。④钻孔过程中应加强对桩位、成孔情况的检查工作，终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底情况按质量标准进行验收。⑤要隔排隔桩跳打，保证已浇筑砼不受邻桩成孔时的影响。

4.5钢筋笼制安

制作前要先进行钢筋原材及焊接检验。钢筋笼制作采取支承架成型法，采用双面搭接焊加工制作。严格按照图纸进行制作，接口处要打弯，保证接口处与主筋同心。在钢筋笼上设置定位钢筋环，以确保保护层厚度。防止漏焊或者焊接不达标的情况，严格控制好焊接的质量，保证设计材料的实际使用效果。各项误差要控制在规范范围之内。

下放时，应吊直对准桩孔慢放入孔，遇阻碍时，应查明原因不得强行下插，应慢起慢放，正反旋转数次逐步下放到位。必须精确计算钢筋笼安放深度，钢筋笼下放完毕后，将吊筋焊接在孔口护筒边上。

4.6清孔工作

清孔的目的是除去孔底沉淀的钻渣和泥浆，以保证灌注的砼质量及承载力。由于桩基较深，清孔工作显得尤为重要。在成孔验收之后、实施砼灌注之前要进行清孔。本工程清孔使用换浆法进行，即钻孔完成以后，提升冲锤在孔内进行上下搅动，同时注入用拌制好的泥浆，与孔内的泥浆及钻渣进行中和，再用泥浆泵将中和后的泥浆及钻渣通过回浆管回抽到泥浆沉淀池中沉淀，沉淀后的泥浆再通过旋流器将沙粒及钻渣分离出来，分离后的泥浆注入到泥浆池中重新加入膨润土，火碱及纤维素等进行制浆。在进行清孔的时候，现场质检员要及时观测置换出的泥浆密度，达到标准后及时进行灌注工作。灌注砼前孔底沉淀厚度不得大于设计规定。不得用加深孔深的方法代替清孔。

4.7砼灌注

清孔后要及时安装导管进行砼灌注。根据孔深配置导管长度。在浇注前必须检查导管的密封性，确保导管密封不渗水。将导管居中下放到离孔底0.3～0.5m，导管上口接漏斗，并设隔水栓。待漏斗中装满砼后,放开隔水栓,砼从漏斗底迅速下落,将导管内泥浆全部压出,并使导管下口埋入孔底砼内1.0m 以上, 随着砼不断通过导管灌入孔内,孔内泥浆不断被顶托升高,同时不断提升导管和拆除导管,保证导管在灌注过程中埋深在2-6m，直至灌注砼完毕。灌注水下砼是钻孔灌注桩施工最后一道关键性的工作, 其施工质量严重影响桩的质量,必须注意以下几点:

①必须有砼出厂合格证、原材料检验报告、配合比及开盘鉴定表等质保文件，按规定留置试块。②必须保证砼初灌量。漏斗的容积应在1m3以上。③灌注砼必须连续作业,避免任何原因中断灌注。砼的拌制和运输必须满足连续作业的要求。④要控制砼的塌落度及入模温度，检查砼是否离析，不合格的要退回,并做好记录。施工过程中严禁随意改变配合比。⑤灌注过程中要保证导管的埋深，坚决杜绝导管拔离砼面。

5、质量通病与预防

5.1掉钻

掉钻事故主要是由于施工的根桩基础深度大，使用的钢丝绳不能很好的满足高强度的工作要求，或者是在钻进的过程中强提硬扭，钻头接触不良等。预防措施：按照钻孔的深度做好钢丝绳的承受能力计算，选择材质好的钢丝绳。在钻孔时候注意安全的操作，可以使用打捞叉、钩等器具。

5.2钻孔缩孔偏斜

导致钻孔缩孔偏斜的主要原因有：首先可能是打桩机的硬化达不到要求；其次是钻的过程中碰到了较大的石块；再次是在存在倾斜度的软硬土层的交界，造成了钻头受力不均；另外可能还有操作不当等原因。预防措施：硬化好钻进的场地；在倾斜度较大的底层钻进时候，要采用减压低速钻入；检查好钻杆街头等。

5.3塌孔

导致塌孔主要原因有：护筒埋设浅，护筒周围没有分层捣实；钻进时泥浆比重和粘度偏小；在松散砂层中钻进太快，桩间距较近，地层受到上一根桩施工的扰动；地层中有特殊区段存在塌孔因素；孔内泥浆面下降没有及时补浆;成孔后停滞时间天长；吊入钢筋笼、导管时碰撞孔壁等。预防措施：护筒埋入原状土内，筒填粘土分层夯实，必要时加生石灰拌和粘土夯实，适时调节泥浆参数，在松软砂层中钻进时适当控制钻进速度，可采用隔一打一的方法施工，及时补充孔内泥浆，成孔后积极组织后续工作，尽量减少停滞时间，吊放钢筋笼和导管时要避免碰撞孔壁。

5.4桩顶标高达不到设计要求

其原因主要是砼灌注过程中，砼面测量不准。预防措施：可采取反复测量和交叉测量的方法提高测量精度，使桩顶标高既满足设计要求又不会超灌太多。

5.5断桩

引起断桩的原因主要有：a、堵管；b、砼灌注过程中导管拔脱砼面。针对堵管，主要是因为砼塌落度太小，停滞时间过长，没有控制好泥浆的浓度，砼内夹有较大的石块或杂物。预防措施：砼灌注前必须检查砼质量，砼供应必须及时，保证砼连续灌注；开灌前所有准备工作必须做好，并在砼漏斗上设置过滤网，防止大的块体进入导管；控制好泥浆的各项指标，起到护臂与压力平衡作用；拆管时，砼面高度测量不准或孔口导管长度计算不准导管导管底口拔出砼面。

6、结束语

在复杂地基上进行桩基础施工，质量事故屡见不鲜，且负面影响很大。管理人员对以上问题的重视程度和施工队伍的施工经验对杜绝质量事故的发生是很重要的。只要坚持科学的态度，认真分析、共同探讨，就能杜绝质量事故的发生，就能保证工程的顺利进行。就能取得更好的经济效益和社会效益。

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