浅谈钻孔灌注桩的施工技术与管理措施

【摘要】钻孔灌注桩是桩基础中常见的一种基础形式，广泛应用于房屋建筑、水工建筑和桥墩基础的施工，具有施工速度快、占地少、相邻干扰小、承载力大等优点。本文主要围绕着钻孔灌注桩的施工技术与管理措施进行了相关分析。

【关键词】钻孔灌注桩，施工技术，管理措施

引言

由于钻孔灌注桩具有施工速度快、占地少、相邻干扰小、承载力大等优点。目前，在国内公路桥梁基础工程领域中，钻孔灌注桩基础已占据了重要地位，广泛应用于房屋建筑、水工建筑和桥墩基础的施工，并向大直径、多样化方向发展。钻孔工艺水平不断提高，特别是引进了许多国外先进的大功率全液压钻孔机械，对国内钻机进行研制改进，基本上适应了大直径深水基础桩基施工的需要。

钻孔灌注桩的施工既有测量工作，又有机械操作、钢筋加工、混凝土拌制和灌注等多种工作，可谓工程种类繁多，技术含量高，影响因素多。在施工过程中，容易出现桩位偏差过大、孔底沉渣偏多、钢筋笼上浮、桩体混凝土离析、断桩、夹泥等质量问题，这些质量问题往往使成桩难以满足设计要求，且补救困难，不能安全通过事后检查来判断存在的问题，所以在施工过程中，必须加强施工准备、成孔、清孔、下钢筋笼、灌注水下混凝土等各环节的质量监控，确保钻孔灌注桩的成桩质量。

一、钻孔灌注桩的方法和原理

根据井孔中土(钻渣)的取出方法不同，钻孔的方法和原理可分以下几种：

1．螺旋钻孔

螺旋钻成孔多属干作业法，无需任何护壁措施。成孔方法和原理随螺旋钻具的长短而有所不同。长螺旋钻机的整个钻具，即钻头和钻杆都带有螺旋叶片，钻孔时在桩位处就地切削土层，被切土块、钻屑随钻头旋转，沿着带有长螺旋叶片的钻杆上升，输送到出土器后，自动排出空外，然后装车运走，其成孔工艺具有良好的连续性。短螺旋钻孔机的钻具只在临近钻头2m～3m内装置带螺旋叶片的钻杆，在桩位处切削土层，被切土块、钻屑随钻头旋转，沿着有少量螺旋叶片的钻杆上升，积聚在短螺旋叶片上，形成“土柱”，此后靠提钻、反转、甩土，将钻屑散落在孔周，一般每钻进0.5m～1.0m，就要提钻甩土一次。

2．潜水钻机钻孔

潜水钻机的主要特点是钻机的动力装置同钻头连成一整体，其防水密封式电动机连接在钻头顶上。钻机工作时，这种带有动力的钻头潜入并孔水(泥浆)中，将泥浆由泥浆泵通过胶管和电动机上面连接的空心钻杆、钻头(锥)射入孔底，然后把钻头搅松的钻渣浮悬在泥浆中，随同泥浆上升溢出井口，流入到泥浆沉淀池中滞留下残渣并分离出泥浆，这便是正循环式潜水钻机的生产过程。若改用真空泵或空气吸泥机等机具将钻渣从钻杆(或胶管)中吸出，就成为反循环式潜水钻机的生产过程。

3．冲抓钻孔

用冲抓锥张开抓瓣冲入土石中，然后收紧锥瓣绳，抓瓣便将土抓入锥中，提升冲抓锥出井孔，松绳开瓣将土卸掉。井壁保护同回转钻孔法。还有将钢套管沉至设计标高保护井壁的，灌注混凝土时将钢套管拔出，称为全套管(护筒)护壁冲抓成孔。

4．冲击钻孔

冲击钻机分实心锥和空心锥两种。

(1)实心锥冲击钻机。用冲击式装置或卷扬机提升实心钻锥，上下往复冲击，将土石劈裂、劈碎，部分被挤入井壁之内。由泥浆悬浮钻渣，使钻锥每次都能冲击到孔底新土层。冲击一定时间后，放入掏渣筒掏渣，提出孔外倒掉。本法泥浆一方面起悬浮钻渣作用，另一方面起护壁作用。

(2)空心锥冲击钻机。其钻孔原理与实心锥冲击机相同。只是因其钻锥是空心的，在上下往复冲击时，其锥尖刮刀将孔底冲碎，而且已冲碎的钻渣可以从锥底进入空心锥管内。冲击一定时间后，将钻锥提出，倒掉锥内的钻渣，再将钻锥放入井底继续冲击钻进。

当然，钻孔的方法和原理还有其他一些，如正循环回转钻孔、反循环回转钻孔、潜水钻机钻孔、钻斗钻(即机动推钻)成孔、挖孔等，这里由于篇幅有限就不一一赘述。

二、钻孔灌注桩的施工方法和施工技术

2.1 钻孔前的准备工作

（1）钻机

钻机按成孔方法和出渣的特点大体分为：螺旋钻、正循环回转钻、反循环回转钻、潜水钻、冲抓钻、冲击钻、钻头钻等七种主要类型，在选择钻机时应根据钻机的适应范围和地质情况选择合适的钻机。

（2）场地准备

钻孔场地的平面尺寸应按桩基设计的平面尺寸、钻机数量和钻机底座平面尺寸、钻机移位要求、施工方法以及其他配合施工机具设施布置等情况决定。

施工场地或工作平台的高度应考虑施工期间可能出现的高水位或潮水位，并高出其上0.5m～1.0m。

施工场地应按以下不同情况进行整理：

1)场地为旱地时，应平整场地，清除杂物，换除软土，夯打密实。钻机底座不宜真接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷。

2)场地为陡坡时，可用枕木或木架搭设坚固稳定的工作平台。

3)场地为浅水时，宜采用筑岛方法。当水不深，流速不大，根据技术经济比较采取截流或临时改河方案有利且不影响群众利益时，也可改水中钻孔为旱地钻孔方案。

4)场地为深水或淤泥层较厚时，可搭水上工作平台。工作平台可用木桩、钢筋混凝土桩或钢管桩做基桩，顶面纵横梁、支撑架可用木料、型钢、万能杆件、贝雷架片或其他材料搭设。平台应能支撑钻孔机械、护筒加压、钻孔操作及灌注水下混凝土时可能发生的全部重力。要有足够的刚度，保持稳定，并考虑洪水季节能使钻机顺利进入和撤出场地。

（3）护筒

1)护筒的作用

护筒有固定桩位，引导钻头(锥)方向，隔离地面水免其流入井孔，保护孔口不坍塌，并保证孔内水位(泥浆)高出地下水或旋工水位一定高度，形成静水压力(水头)，以保护孔壁免于坍塌等作用。

2)一般要求

①用钢板或钢筋混凝土制成的埋设护筒，应坚实不漏水；护筒入土较深时，宜以压重、振动、锤击或辅以筒内除土等方法沉入。

②护筒内径应比桩径稍大。

③护筒顶端宜高出地下水位1．5m～2．0m。

④护筒的埋设深度：旱地或浅水处，对于粘质土不小于1．0m～1．5m；有冲刷影响的河床，应埋入局部冲刷线以下不小于1．0m～1．5m。

另外，还要准备一定的泥浆。

2. 2 钻孔灌注桩的施工工艺流程

钻孔灌注桩的施工有很多工序，因成孔方法不同和现场情况各异，施工工艺流程也不完全相同。但大体上包括平整土地、桩位放样、埋设钢护筒、钻机就位、钻孔、成孔检验、监理工程师验孔、清孔、安放钢筋骨架、安放导管、灌注水下混凝土、拔除钢护筒、成桩检验等步骤和流程。

当同时进行几根桩或几个墩台施工时，要注意他们之间的密切配合，避免相互干扰和冲突，并尽可能地做到均衡适用机具和劳动力。从一根桩或一个墩成施工转到下一根桩或下一个墩台时，既要抓好新钻孔的工作，也要做好已成桩或墩台的养护和质量检查工作。

2．3成孔质量控制

钻孔灌注桩成孔质量控制要求如下表2-1所示：

表2.1 钻孔灌注桩成孔质量允许偏差

编号 项目 允许偏差

1 孔的中心位置 群桩：不大于10cm

单排桩：不大于5cm

2 孔径 不小于设计桩径

3 倾斜度 直桩：小于1/100

斜桩：小于设计斜度的±2.5%

4 孔深 摩擦桩：不小于设计规定

柱桩：比设计深度超深不小于5cm

5 孔内沉淀孔厚度 摩擦桩：不大于设计规定的10―20cm

柱桩：不大于设计规定

6 清孔后泥浆指标 相对密度1.03―1.1；胶体率98%

粘度17s―20s；含砂率2%

三、常见钻孔事故的预防及管理措施

钻孔事故是钻孔灌注桩施工过程中常见的问题之一，在钻孔事故中又会出现坍孔、钻孔偏斜等质量问题，必须加强管理和控制。

3.1 坍孔的预防及处理

各种钻孔方法都可能发生坍孔事故，坍孔的表征是孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，出渣量显著增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。

1、坍孔的原因

(1)泥浆相对密度不够及其他泥浆性能指标不符合要求，使孔壁未形成坚实泥皮。

(2)由于出渣后未及时补充泥浆(或水)，或河水、潮水上涨，或孔内出现承压水，或钻孔通过砂砾等强透水层，孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。

(3)护筒埋置太浅，下端孔口漏水、坍塌或孔1：3附近地面受水浸湿泡软，或钻机直接接触在护筒上，由于振动使口坍塌，扩张成较大坍孔。

(4)在松软沙层中钻进进尺太快。

(5)提出钻锥钻进，回转速度过快，空转时间太长。

(6)冲击(抓)锥或掏渣筒倾倒，撞击孔壁，或爆理孔内孤石、探头石、炸药量过大，造成过大震动。

(7)水头太高，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。

(8)清孔后泥浆相对密度、粘度等指标降低，用空气吸泥机清孔泥浆吸走后未及时补浆(或水)，使孔内水位低于地下水位。

(9)清孔操作不当，供水管嘴直接冲刷孔壁、清孔时间过久或清孔后停顿时间过长。

(10)吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。

2、坍孔的预防和处理

(1)在松散粉砂土或流砂中钻进时，应控制进尺速度、选用较大相对密度、粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。冲击钻成孔时投入粘土，掺片、卵石，低冲程锤击，使粘土膏、片、卵石挤入孔壁起护壁作用。

(2)汛期或潮汐地区水位变化过大时，应采取升高护筒，增高水头，或用虹吸管、连通管等措施保证水头相对稳定。

(3)发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋没护筒再钻。

(4)如发生孔内坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘质土(或砂砾和黄土)混合物到坍孔处以上lm～2m，如坍孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。

(5)严格控制冲程高度和炸药用量。

(6)清孔时应指定专人补浆(或水)，保证孔内必要的水头高度。供浆(水)管最好不要直接插入钻孔中，应通过水槽或水池使水减速后流入钻孔中，可免冲刷孔壁。应扶正吸泥机，防止触动孔壁。不宜使用过大的风压，不宜超过1．5～1．6倍钻孔中水柱压力。

(7)吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。

3.2 钻孔偏斜的预防及处理

各种钻孔方法均可能发生钻孔偏斜事故。

1、偏斜原因

(1)钻孔中遇有较大的孤石或探头石。

(2)在有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜处钻进；或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均。

(3)扩孔较大处，钻头摆动偏向一方。

(4)钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移。

(5)钻杆弯曲，接头不正。

2、预防和处理

(1)安装钻机是要使转盘、底座水平，起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上，并经常检查校正。

(2)由于主动钻杆较长，转动时上部摆动过火。必须在钻架上增设导向架，控制钻杆上的提引水龙头，使其沿导向架对中钻进。

(3)钻杆接头应逐个检查，及时调正，当主动钻杆弯曲时，要用千斤顶及时调直。

(4)在有倾斜的软、硬地层钻进时，应吊着钻杆控制进尺，低速钻进，或回填片、卵石冲平后再钻进。

检查钻孔方法，用检孔器等查明钻孔偏斜的位置和偏斜的情况后，一般可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时应回填砂粘士到偏斜处。待沉积密实后再继续钻进。

冲击钻进时，应回填砂砾石和黄土待沉积密实后再继续钻进。偏斜严重的可在开始偏斜处设置少量炸药(少于lkg)爆破，然后用砂类土和砂砾石回填到该位置以上lm左右，重新冲钻。

参考文献

【1】张书刚．钻孔灌注桩质量控制要点与常见事故防治[J]．工程建设与设计，2005，8.

【2】李知式．论钻孔灌注桩的施工技术[J]．建设科技，2005，13.

【3】 梁毅．岩融地区挖孔灌注桩的施工技术[J]．桥梁建设，1996，2.

【4】柯昌军．钻孔灌注桩的施工质量控制[J]．中国科技信息，2005，18.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。