钻孔灌注桩施工工艺及质量问题的防治措施

摘要 钻孔灌注桩作为一种成熟的施工技术，在桥梁工程中得到了广泛的应用。其优点是承载力高、施工速度快、地质状况适应性强、成本小等。钻孔灌注桩的施工是在地下进行的，属于隐蔽工程，其外观质量无法观察。因此在施工时必须按技术规范和施工工艺进行，总结实际施工经验，防止在钻孔和水下混凝土灌注过程中出现质量问题，确保桩的承载力。本文结合工程实际阐述了钻孔灌注桩施工工艺，并对出现的质量问题分析原因，并提出了防治措施。

关键词：钻孔灌注桩；施工工艺；防治措施

中图分类号U445 文献标识码A 文章编号1674-6708（2011）51-0111-02

1 工程简介

内蒙古博牙高速第17合同扎敦河大桥，全长487m，16跨。桩径1.5m，60棵，桩长14m; 桩径1.2m，24棵，桩长18m。全部按摩擦桩设计，冰冻深度为3m，地面1m范围为黑腐植土，1m~5m为圆砾，再往下为强或弱风化岩。大桥中间3跨长年流水，水位高，圆砾透水性强。根据地质条件，优先选用冲击钻机。采用4台冲击钻机，钻锤重10T。

2 钻孔灌注桩施工工艺

2.1 施工前准备工作

1）场地平整，清除杂物，回填土夯打密实；

2）挖泥浆池、沉淀池、储水池，准备合格粘土；

3）用发电机发电，扎敦河中可取水；

4）放出桩位埋设护筒。用钢尺复合纵、横、对角桩位的间距，引出护桩；

5）埋设护筒，顶端高出地面30cm~50 cm，埋深不小于2.5m，护筒内径比桩径大20cm~40cm，上下垂直，护筒中心线平面偏差小于5cm。用钢质护筒，钢板厚0.8cm~1.0cm。护筒用挖掘机埋设，人工辅助就位。护筒底部和四周所填土必须分层夯实；

6）整平压实钻孔平台，使钻机垫稳，在钻孔过程中要始终保持钻机的稳定性。

2.2 钻孔作业

1）钻孔应分班连续进行，初期钻进速度不要太快，在孔深达到5m以后，钻进速度加快；

2）钻进过程中，经常试验泥浆指标变化情况，并注意调整钻孔内泥浆高度。泥浆每小时检查一次，并做好记录。在底层变化处应捞取渣样并保存，与地质剖面图核对，如不符合及时上报监理人员；

3）经常检查机具运转情况，发现异常情况立即查清原因，及时处理；

4）经常注意观察钻孔内附近地面有无开裂或护筒、钻机是否倾斜；

5）钻孔过程中，经常检查钻孔的倾斜度，应符合施工规范要求；

6）在钻孔过程中泥浆指标控制为：比重1.2g/cm3~1.4g/cm3，黏度18 Pas~22 Pas，砂率≤4%；

7）在成孔之前，钻机放慢钻进速度，做到边清渣边钻进。（成孔后泥浆指标控制为：比重1.03g/cm3~1.1g/cm3，黏度17 Pas~20 Pas，砂率≤2%。沉渣控制为：≤30 cm）。绝不允许出现用超钻的方式代替沉渣厚度；

8）钻至设计深度时，要由监理工程师在现场与施工单位有关人员共同判断并准确测定孔深。以此作为终孔标高的依据；

9）成孔检测时用探孔器检测成孔的倾斜度（≤1%）以及是否有缩径现象，如有缩径现象及时处理。探孔器的长度为孔径的4倍~6倍。

2.3 清孔

清孔方法有换浆法、抽浆法、空压机喷射、掏渣法等，本工程采用掏渣法：1）终孔检验合格后，立即进行清孔作业，清孔过程中必须始终保持孔内原有水头高度以防塌孔；2）清孔时将附着于护筒的泥浆清洗干净，并将孔底钻渣及泥砂等沉淀物清除；3）掏渣时提升掏砂筒要平稳，不得碰撞护筒或孔壁；4）清至孔底沉渣的厚度符合设计规定值（≤30 cm）时，即可终止清孔。

2.4 钢筋笼的安装及吊装过程

1）钢筋的各项指标要符合规范要求，使用前应将表面油渍、铁锈清除干净。钢筋笼运进场后检查总长度、钢筋间距、笼子直径、焊接部位是否合格及有无变形；

2）严格按规范程序进行焊接，选择合格焊条，一定要做到焊缝饱满，钢筋顺直。同一截面上两接头间距大于35d。焊缝厚度≥0.3d，宽度≥0.7d，主筋对焊加强筋2m一道，焊缝焊渣敲净，钢筋笼在安装过程中不能变形；

3）在下放钢筋笼过程中，用吊车的主勾吊起吊筋的横担，副勾吊起钢筋笼的中心，升主勾放副勾，直至钢筋笼垂直，中心与孔位中心在同一轴线上，缓缓放入孔中，避免钢筋笼碰到孔壁；

4）钢筋笼顶端要焊吊筋，吊筋长度要计算好，以确保钢筋笼到设计标高。就位后，吊筋支承在护筒顶的枕木上，不能直接放在护筒上。在吊入钢筋骨架后，灌注水下混凝土前，应再次检查孔内泥浆性能指标，如超过规定，应进行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土；

5）根据图号GY1-5声测管是桩基根数的25%布置，以等边三角形的形式固定在箍筋内侧。为保证声测管在灌注过程中不堵塞，在声测管的顶部和底部用8cm×8cm×1cm钢板焊接封闭。

2.5 浇注水下砼

1）导管使用前试拼，做水密承压试验，导管接头做抗拉试验。一套导管灌注20根桩后必须做一次封闭试验，15分钟不漏水为宜。导管使用时，底管要大于4m，其余导管不应大于3m，根据孔径大小选择导管直径。导管试压后依次给导管编序，以免使用中出现误差；

2）导管安装时底部应高出孔底25cm~40cm。首批灌注砼埋置导管深度>1m，在灌注过程中导管埋深保持在2cm~6m。在灌注中，为防止钢筋骨架上浮，当灌注混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时，应降低砼的灌注速度，当混凝土拌合上升到骨架底口4m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上，即可恢复正常灌注速度。应经常检测探孔内混凝土面的位置，及时调整导管埋深；混凝土应有良好的和易性，在运输和灌注过程中应无显著离析、泌水现象；

3）在灌注过程中砼坍落度为18cm~22cm，以防堵管；

4）灌注过程中砼要连续浇注，中断时间不超过30min。浇灌的桩顶标高应高出设计标高1m左右。

3 钻孔和混凝土灌注中出现问题及防治措施

在本合同74根桩基施工中，不同程度出现一些质量问题。出现塌孔3次，钻头被卡1次，钢筋笼上浮1次，钻孔偏斜1次，有2根出现断桩。对出现的问题认真分析原因，总结经验，减少类似问题的发生。

3.1 塌孔

钻进过程中，如孔内水位急剧下降，不断出现气泡，或泥浆突然漏失，出渣量加大，钻机负荷加大，则表示有塌孔现象。本合同地下水位高，砂砾透水强，易出现塌孔情况。

1）造成原因：地层情况分析不明；或泥浆比重小，护壁不好，护筒内水位不高；或钻进速度太快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长等；

2）防治措施：对地质情况作到心中有数，随时观察钻进情况；深埋护筒，用不透水性土填实护筒周围；提高泥浆的比重和粘度；经常补水，保持护筒内水头高度。成孔前，做好各方面准备工作，成孔后，要及时灌注，尽量缩短混凝土的灌注时间。若塌孔严重，应回填密实后，重新钻孔。

3.2 钻孔偏斜

成孔后桩孔偏离设计桩位或出现较大垂直度、倾斜度不符合标准，称为钻孔偏斜。轻者造成钢筋笼吊入困难，重者影响桩的承载受力情况，成为事故隐患。

1）造成原因：钻机安装不稳，产生不均匀沉降作业；地基软弱或软硬不均匀；土层中含有大的孤石；

2）防治措施：整平夯实钻孔场地，在钻机下垫枕木；钻机的转盘、底座水平与钻架起吊滑轮在一条竖直线上，同时在钻机上安装导向架；在不均匀地层中钻孔时，采用自重大、钻杆刚度大的钻机。遇到复杂地层时，要慢速钻进，也可回填片石夯实后钻进。

3.3 冲击钻头被卡

1）造成原因：土层较粘或地层本身为泥岩或泥灰岩等；大冲程并松绳进尺造成钻头倾倒；未及时补焊钻头，而补焊后的钻头直径较大；孔内落入石块或其它物体；钻锥不转动或转动很小或地层不均匀；

2）防治措施：若钻头向下有活动余地，可使钻头向下活动并转至孔径较大方向提钻，也可松一下钢丝绳，使钻头转动一个角度，有可能将钻头提出；用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拨正；多次重复向上冲撞卡锥部位；用打捞钩抓住钻头与钢丝绳同时提动并注意摆动试探；用小掏渣筒捞出埋住钻头的下落物再提锥； 用小量防水炸药放到钻头底后引爆从而震松钻头处的土石提出钻头。

3.4 孔底沉淀超厚

钻孔形成后，常常会造成孔底沉淀超厚，使桩尖部承载力降低，甚至断桩。

1）造成原因：清孔方法简单不当，只注意孔底的粗粒钻渣，忽略泥浆相对密度；清孔时未清彻底；孔内泥浆少沉渣未全部浮起；清孔后未及时灌注，使沉渣加厚；

2）防治措施：钻好孔后，保持钻机空钻循环；用优质泥浆，泥浆的比重和粘度应符合规范要求；采取淘渣法清孔，结合二次清孔，清渣效果较好；尽快清孔，尽快灌注，减少停置时间。

3.5 剪球时卡管

在灌注水下混凝土时，经常会发生剪球时卡管的现象。

1）造成原因：球塞直径与导管直径差别太小，剪球时砂浆或细石料渗入导管与球塞之间造成堵塞；混凝土塌落度过小或拌合不均匀；

2）防治措施：选择好球塞直径，与导管有1cm~2cm差别，或用一定长度的钢筋捅球塞，或机械振动使混凝土下落；第一斗混凝土塌落度采用设计的高限，剪球完成后用正常配合比。

3.6 钢筋笼上浮

在灌注过程中，钢筋笼的位置升高，造成整体上移。

1）造成原因：混凝土粗集料粒径过大，砂率过小，凝结时间小；钢筋笼在吊装时扭曲、不顺直；钢筋笼挂在法兰连接的导管上，；浇筑的混凝土自导管流出后冲击力很大，推动了钢筋笼的上浮；清孔未彻底，沉渣不断加厚，使钢筋笼未到孔底；

2）防治措施：采用优质混凝土配合比，增大砂率，添加缓凝剂；钢筋笼外加定位筋，吊装时小心操作，确保顺直；选择丝扣连接的导管；加强对混凝土灌注高度的测量，尽量在允许埋深内较深埋管，避免大量混凝土翻起；清孔要彻底，可采取二次清孔；若发现钢筋笼稍微上浮，应停止提升导管，单向旋转导管，切断与钢筋笼的连接。

3.7 断桩

混凝土桩不是一个整体，桩身有断裂面或混凝土缺失。成桩后，可通过声测管桩检发现。

1）造成原因：集料级配差，砼和易性差造成的离析卡管；搅拌设备故障而无备用设备引起砼浇注间歇，时间超过砼初凝时间；导管埋深过大，起吊能力不足，不能提出导管；有异物掉入导管内，造成卡管；浇注混凝土时，导管上下活动过多，露出混凝土面，或机械故障造成夹渣，出现桩身混凝土断开；浇注混凝土时，从导管外直接倒入灌注混凝土，混凝土离析，造成混凝土疏松；混凝土初凝时间太短，处理卡管事故后，混凝土已初凝；

2）防治措施：控制混凝土的配合比，使混凝土有良好的和易性和流动性，应加入缓凝剂，增大初凝时间；导管的拆卸长度应根据混凝土高度导管的埋深而定，切勿起拔过多；准备充足的材料和备用设备，设备故障及时维修，使混凝土顺利灌注；施工使控制好混凝土灌注速度，避免混凝土离析。

3）断桩补救方法：（1）当确定为无法补救的断桩后，首先将导管拔出，然后看砼面是否进入钢筋笼，当砼面未进入钢筋笼或进入钢筋笼＜3m时，应试图把钢筋笼用吊车拔出；整个钢筋笼无法一次性拔出时，则考虑单根逐次拔出。拔主筋前先尽量将部分螺旋筋拔出，以减小拔主筋时的阻力，然后在每根主筋上焊吊环，逐个用起重机拔出；最后用钩子或磁铁将散落在孔底的加强筋或螺旋筋捞出。当确定孔底无散落的钢筋时，重新稳钻机，将已灌注的砼钻出，待清孔后灌注;

（2）当断桩的位置距孔口高度（＜10m）时，可考虑采用钢护筒护壁、人工下挖的方法进行。根据断桩位置和水文地质条件，选择钢板的厚度，并根据桩直径制作成长度适当的钢护筒，在护筒互相垂直的四个方向焊上吊环。用吊车将钢护筒就位后，人工进入到钢筒内挖土，护筒根据挖土的情况，徐徐下沉，必要时可在钢护筒上配重，当地下水位较高时应辅以泥浆泵排水。当护筒下到已灌注的砼面以下20cm时，将钢筋冲刷干净，砼表面凿毛并清理干净后，立刻用准备好的砼封底，并紧接着分层进行浇注、振捣，直到达到设计桩顶标高。

4 结论

以上仅就钻孔灌注桩施工中常出现的问题进行分析，但受地质条件、施工方法、施工组织、工人经验等各方面因素的影响，还可能出现这样那样的质量问题，应超前预防，规范施工，不断总结经验，创新方法，以保证桩基的质量。

参考文献

[1]周国钧，等编.灌注桩设计施工手册[M].北京地震出版社，1993.

[2]公路桥涵施工技术规范（JTJ041---2000）.人民交通出社.