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浅谈钻孔灌注桩施工技术及质量控制江苏淮源工程建设监理有限公司 罗小刚【摘要】钻孔灌注桩基础施工的质量要求高，控制难度大，工程施工质量好坏，直接影响基础稳定与整个工程的质量。本文主要阐述了钻孔灌注桩基础施工质量的技术要点，以及质量控制。【关键词】钻孔灌注桩 施工技术要点 质量事故原因及处理 质量事故预防及处理一、钻孔灌注桩的施工技术要点1钻孔灌注桩钻孔灌注桩，是在工程施工现场用钻孔机械钻挖成设计的孔径和深度的孔后，将按设计要求预制成形的钢筋笼放入孔内，然后在孔内灌注水下混凝土而形成的桩基础。多采用垂直导管法灌注。1.1钻孔灌注桩的特点：1.1.1与沉入桩中的锤击法相比，施工噪声和振动小得多。1.1.2能够修建较大桩径和深度的桩基础。1.1.3适用于各种地质基础条件。1.1.4施工上应特别注意对钻孔时的孔壁坍塌及桩尖处地基的流沙、孔底沉渣的处理，施工质量的好坏对桩的承载力影响很大。1.1.5因混凝土在泥浆中灌注，所以混凝土质量较难控制。1.2钻孔灌注桩常用的成孔方法、适用范围及泥浆作用见下表：成孔方法适用范围泥浆作用土层孔径（mm）孔深（m）正循环转钻黏性土，粉砂、细、中、粗砂，含少量砾石、卵石（含量少于）的土，软岩800250030100浮悬钻渣并护壁反循环转钻黏性土，砂类土，含少量砾石、卵石（含量少于，粒径小于钻杆内径）的土8003000用真空泵35，用空气吸泥机可达65，用气举式可达120护壁1.1.1正循环回转钻孔原理用泥浆以高压通过钻机空心钻杆，从钻杆底部射出，底部的钻头在回转时将土层搅松成渣，被泥浆浮悬，随着泥浆上升溢出流到孔外的泥浆池中，经过沉淀，泥浆再循环使用。井孔及孔壁依靠水头和泥浆保护。1.1.2反循环回转钻孔原理泥浆由钻杆外注入孔内，用真空泵或其他方法（如真空吸泥机等）将钻渣从钻杆内吸出。由于钻杆内径较孔内径小得多，所以钻杆内泥浆上升速度快，比正循环钻孔速度快倍，需用泥浆料少，转盘消耗动力较少，清孔时间短等优点。1.1.3选择钻杆设备的一般思路是，选择钻孔方法 选择钻孔设备，选择钻孔设备应考虑的依据为孔径、孔深、土质情况及设备能力。钻孔设备中钻锥、钻杆和泥浆泵是重点考虑的部件，旋转盘的扭矩也是考虑的主要性能。钻锥选择是根据土质和孔径而定；泥浆泵选择应经过流量和泵压计算来确定；钻杆要进行应力验算确定，以免在钻孔过程中被扭断。选择钻杆时，首选根据泵压确定钻杆的最小内径和管壁厚度，然后根据力学传动性质验算受力不利截面。钻杆承受有拉、压、弯、扭四种受力情况。2施工技术要点2.1对护筒的要求护筒的埋设工作是钻孔灌注桩施工的开始，护筒平面位置与垂直度准确与否，护筒周围和护筒底脚是否紧密、不透水，对成孔、成桩的质量有重大影响。埋设时，护筒中心轴线应对正测量标定桩位中心，其偏差不大于50mm，垂直度偏差小于。护筒内径的大小要求比桩径大200400mm。在钻孔灌注桩钻孔过程中，应保持护筒中的泥浆施工液位在一定高度，形成12m液位差，以保护孔壁免于坍塌现象。2.2钢筋笼骨架存放与运输制好后的钢筋笼骨架必须放在平整、干燥的场地上，存放时，每个加强环形钢筋与地面接触处都垫上等高的木方，避免粘上泥土。每组钢筋笼的各节段要排好次序，便于用时按顺序装车运输。在钢筋笼骨架每个节段上都要挂上标志牌，写明桩号、节号等。没有标志牌的钢筋笼不得混杂存放，以避免搞错，造成质量事故。存放钢筋笼时还要注意防雨、防潮。对于运输的要求是：无论采用何种运输方式，都不得使钢筋笼在运输过程中变形；不得在运输过程中遗失标志牌。2.3钢筋笼骨架的起吊及就位为了保证钢筋笼骨架起吊时不变形，宜选用两点起吊。第一点设在钢筋笼骨架的下部，第二点设在钢筋笼骨架的中点到上部三分点之间。起吊时，先提吊第一点，使钢筋笼骨架稍提起，再与第二点同时起吊。待钢筋笼骨架离开地面后，第一点停止起吊，继续提升第二点。随着第二吊点的上升，慢慢放松第一吊点，直到钢筋笼骨架垂直地面，停止起吊。解除第一吊点，检查钢筋笼是否顺直。如有弯曲应整直。当钢筋笼进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。焊接钢筋笼时，应使上下两节钢筋位于同一竖直线上。钢筋笼的最上端定位，必须由测量的孔口高度来确定定位钢筋长度，并反复核对无误后再焊接定位。焊接定位后，还要对每节钢筋笼入孔时解下的标志牌进行核对，防止漏接和错接事故发生。最后详细检测钢筋笼的底面标高是否与设计相符，误差不得大于50mm。2.4灌注水下混凝土导管是灌注水下混凝土的重要工具，其直径按桩长、桩径和浇筑强度来决定。导管制作要求坚固，内壁光滑、顺直、光洁和无局部凹凸。各节导管内径大小一致，偏差不大于20mm。导管使用前和使用一个时期后，除应对其规格、质量和拼接构造进行认真检查外，还需做拼接、过球和水密、承压、抗拉等试验。水密试验时水压应不小于孔内水深1.3倍的压力；进行承压试验时水压力不小于导管壁可能承受的最大内压力。灌注水下混凝土是钻孔灌注桩施工质量的重要工序，应特别注意。应经成孔、清孔质量检验合格后方可进行灌注工作。灌注水下混凝土时，导管埋置深度一般控制在26m。2.4.1灌注前，对孔底沉渣厚度应再进行一次测定。如果厚度超过设计或规范规定时，可向孔底喷射泥浆510分钟，使沉渣悬浮，然后立即灌注首批水下混凝土。首批混凝土用量应满足导管首次埋深深度（大于1.0m）和填充导管底部的需要。2.4.2首批混凝土灌入孔底后立即测量孔内混凝土面高度，计算出导管埋设深度，如符合要求，即可正常灌注。如发现导管大量进水，则表明出现事故，应立即进行处理。2.4.3灌注开始后，应连续进行，严禁中途停工。在灌注过程中，要防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外落入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测控孔内混凝土面不准确。灌注过程中应时刻观察导管内混凝土下降和孔内水位上升情况，及时测量孔内混凝土面高程，正确指挥导管的提升和拆除。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，以免卡管。拆除动作要快，要防止螺栓、像胶垫和工具等落入孔内。要注意施工安全。已拆下的导管要立即用清水清洗干净，堆放整齐。2.4.4在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整斗地灌入漏斗和导管，以免形成高压气囊,挤出导管节间的橡胶垫,使导管漏水。2.4.5当混凝土面上升到钢筋笼下端时，要放慢灌注速度或在钢筋笼底部焊接适当数量的牵引钢筋等措施防止钢筋笼上浮。2.4.6为确保桩顶质量要在桩顶设计高程以上应该增加一定灌注高度，以便以后凿除此段混凝土。增加的高度可根据桩长、桩径及施工方法等确定。一般500800mm,长桩不宜小于1000mm。2.4.7在灌注接近结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，压力降低，而导管外的泥浆及渣土稠度增加，相对密度加大。在这种情况下会出现混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，并清除部分沉渣土，进而使浇筑顺利进行。在拔出最后一节导管时，放慢提拔速度，防止桩顶部分泥浆挤入导管下而形成泥心。2.4.8在浇筑时每根桩至少留两组试件，桩长超过20m以上的不少于组；桩径较大、浇筑时间较长的，应不少于组；而且每工作台班均应留有试件。试件应尽量采取标养，强度测试合格后应及时出据试验合格报告。强度不合格的应立即提出报告，采取补救措施。2.4.9护筒拆除一般情况要等到混凝土强度达到5MPa方可拆除。有关的混凝土灌注情况、灌注时间、混凝土面高程、导管埋深、导管拆除及其他异常情况等现象，均应指定专人记录。二、钻孔灌注桩质量控制1常见的钻孔质量事故的原因及处理常见的钻孔（包括清孔时）常见事故有以下几种：扩孔和坍塌孔、钻孔偏斜、掉钻落物、糊钻和埋钻、扩孔和缩径、钻杆折断、钻孔漏浆等。1.1扩孔和坍塌孔发生原因相同，轻则为扩孔，重则为坍孔。常用预防措施有控制钻进速度、控制适合的泥浆比重护壁、保证孔内必要的水头，避免触及和冲刷孔壁等。孔内局部坍塌而扩孔，钻孔仍然能够达到设计深度的不必处理；孔内坍塌，回填砂和黏质土（或砂砾和黄土）混合物到坍孔处以上12m，如塌孔严重的应全部回填，待回填物沉积密实后再钻。1.2钻孔偏斜1.2.1产生原因：钻头受到侧向力；扩孔处钻头摆向一方；钻杆弯曲、接头不正；钻机底座未安置水平或位移。1.2.2钻孔偏斜后，应立即查明偏斜情况。一般可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔，使钻头正直。偏斜严重时应回填砂和黏质土（或砂砾和黄土）混合物到偏斜处，待回填物沉积密实后再钻。1.2.3钻孔漏浆造成钻孔漏浆的原因有泥浆稀、护筒制作埋置不良、水头过高，可查明原因再进行处理。2灌注水下混凝土质量事故的预防及处理2.1导管进水2.1.1主要原因：2.1.1.1首批混凝土储量不足，或虽然储量已够，但是导管底口距孔底的间距过大，混凝土下落后不能埋没导管底口，以致泥浆从底口进入。2.1.1.2导管接头不严密，接头间橡皮垫被导管气囊挤开，或导管焊缝破裂，泥浆从接头或焊缝处流入。2.1.1.3导管提升过猛，或测量出错，导管底口超出混凝土面，底口涌入泥浆。2.1.2.预防和处理方法为避免发生导管进泥浆，事前应针对上述原因采取措施加以预防。一旦发生，要立即查明原因，采取下述方法处理：2.1.2.1若是第一种原因引起的，应立即拔出导管，将散落在孔底的混凝土用反循环钻机将泥石吸出，或者用空气吸泥机、水力吸泥机以及抓斗清出，不得已时将钢筋笼提出复钻清除，然后重新下放骨架、导管并重新灌注首批混凝土。2.1.2.2若是第二、第三种原因引起的，应视具体情况。拔换原管重下新管，或用原管插下续灌，但重新灌注前均应将进入导管内的泥浆及沉渣用吸泥机或其他方法清除。如是重下新管，必须用潜水泵将管内的泥浆抽干。为防止抽水后导管外的泥浆穿透原灌注混凝土从导管底口翻入，导管插入混凝土内应有足够深度，一般大于2m。由于潜水泵不可能将导管内泥浆全部抽干，续灌的混凝土配合比应增加水泥用量，灌入前将导管进行小幅度抖动或挂振动器振动片刻，使原混凝土损失的流动性得以弥补。后续灌注恢复正常配合比即可。若混凝土面在泥浆面以下不深处，未初凝时，可于导管底部设置防水塞（应使用高一等级的混凝土特制），将导管重新插入混凝土内（导管侧面增加重力，以克服泥浆浮力）。导管内装灌混凝土后稍提导管，利用混凝土的自重将底部塞压出，然后正常灌注。若混凝土在泥浆面以下不深处，但是已经初凝，导管不能重新插入时，可在原护筒内加设直径稍小的钢护筒，用重压或锤击方法压入原混凝土面适当深度，然后将护筒内泥浆抽干，并将顶面的沉渣及软弱层清除干净，再在护筒内灌注至设计标高。2. 2卡管在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为卡管。卡管有以下两种情况：2.2.1初灌时隔水栓卡管或由于混凝土本身的原因，如坍落度过小、流动性差、夹有大卵石、拌合不均匀，以及运输中产生离析、导管处接缝处漏泥浆、雨天运送混凝土未加盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，粗集料集中造成导管堵塞。处理方法可用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管，或在导管上安装附着式振捣器等使隔水栓下落。如仍不行时，则须将导管连同漏斗内混凝土提出钻孔，进行清理（注意勿将导管内混凝土落入孔内），然后重新吊装导管，重新灌注。如一旦有混凝土落入孔内，应将孔底的散落物清除后再行灌注。提拔导管时注意上重下轻，采取适当措施防止翻倒伤人。2. 2.2机械发生故障或其他原因使混凝土在导管内停留时间过长，或灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝，增大了导管内混凝土下落的阻力，使混凝土堵在导管内。为了有效的预防这一现象，灌注前应仔细检修机械，并准备备用机械，发生故障时立即更换机械；同时采取措施，加快浇筑速度。必要时，可在首批混凝土中掺入缓凝剂，以延缓混凝土的初凝时间。当浇筑时间已久，孔内首批混凝土已经初凝，导管内又堵塞有混凝土，此时应将导管拔出，重新安设钻机，利用较小钻头将钢筋笼以内的混凝土钻挖吸出，用冲抓锥将钢筋笼逐一拔出，然后以黏土掺砂回填，待沉实后重新钻孔成桩。2.3坍孔在灌注过程中如发现孔内护筒内泥浆水位突然上升溢出，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是坍孔现象，可用测深仪或测探锤探测。如测探锤原系停挂在混凝土表面上未取出的现被埋不能上提，或测探仪头测得表面深度达不到原来深度，相差很大时，可证实发生坍孔。坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水，孔内泥浆水位降低，或在潮汐地区涨潮时，孔内水位差减小，不能保持原有静水压力，以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等原因造成的。发生坍孔后，应立即查明原因，采取相应措施，如保持或加大水头、移开重物、排除振动等，防止继续坍孔。然后用吸泥机吸出孔内杂物；如不继续坍孔，可恢复正常浇筑。如坍孔仍不停止，坍塌部位较深，应拔出导管，采取相应办法清除孔内杂物，同时提出钢筋笼，回填黏土掺砂，待回填土沉实后重新钻孔成桩。2.4埋管导管无法正常拔也称为埋管，主要原因是：导管埋入混凝土深度过深，或导管内外混凝土已经初凝使导管与混凝土间阻力增大，或拔管过猛将导管拔断。预防办法：应严格控制导管埋深，一般不得超过68m，在导管上端安装附着式振动器，拔管前或停顿时间较长时，均应适当振捣，使导管周围混凝土不致过早地初凝；首批混凝土掺入缓凝剂，加快浇筑速度；导管螺栓接头事前应检查是否牢固，提升导管时不可猛拔。若埋管事故已经发生，初时可用链滑车、千斤顶试拔。如仍然拔不出，凡属并非因混凝土初凝流动性损失过大的情况，可插入直径稍小的护筒到已经灌注的混凝土中，用吸泥机吸出表面泥渣；派潜水工下到混凝土表面，在水下将导管齐混凝土面切断；拔出小护筒，重新下导管灌注。此桩灌注完成后，上下断层间，应按照后述方法给以补强。2.5钢筋笼上升钢筋笼上升，除了一些显而易见的原因是由于导管提升钩挂所致以外，主要的原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口，导管在底口以下3m至钢筋笼底口以上1m时，混凝土灌注速度过快，使混凝土下落冲出导管底口向上反冲，其托顶力大于钢筋笼的重力时所致。为了防止钢筋笼上浮，当导管底口低于钢筋笼底部3m至高于钢筋笼底1m之间，且混凝土表面在钢筋笼底部上下1m之间时，应放慢混凝土浇筑速度。克服钢筋笼上浮，除了改善混凝土的流动性能、初凝时间及灌注工艺等方面采取措施外，还可以从钢筋笼自身结构及定位方式上加以控制。具体的方法有：适当减少钢筋笼下端的箍筋数量，可以减少混凝土向上的顶托力；钢筋上端焊固在护筒上，要以承受部分顶托力，可以有效的防止钢筋笼上升；在孔底设置12道加强环形钢筋，并以适当数量的牵引钢筋牢固地焊接于钢筋笼底部，实践证明对于克服钢筋笼上浮是非常有效的。2.6灌短桩头产生原因：灌注邻近结束时，沉渣过稠，用测深锤难于判断是浆渣表面还是混凝土表面，或由于测深锤太轻，沉不到混凝土表面，发生误测，以致拔出导管终止浇筑而造成短桩头事故。还有就是在发生孔壁坍方时未能发觉，测深锤或测深仪探头未达到混凝土表面，这种情况最危险，有时短桩可达数米。预防办法是：2.6.1在灌注过程必须时刻注意观测，如有坍孔现象，按前述方法处理。2.6.2测深锤不得低于规范规定的重力及形状，如泥浆比重较大的灌注桩必须取测深锤重力规定值。重锤即使在混凝土坍落度较大时也可沉入混凝土表面数十厘米。2.6.3浇筑邻近尾声时可以加清水稀释泥浆并清出部分沉渣土。2.6.4采用热敏电阻仪或感应探头测深仪测控。2.6.5采用铁盒取样器插入可疑层位取样判定。处理办法可按具体情况参照上述接长护筒；或在原护筒里面或外面加设护筒，压入已灌注混凝土内，然后抽水、除渣，接浇筑混凝土；或用高压将水泥渣和松软层冲松，再用吸泥机清除混凝土表面泥浆沉渣，重新下导管浇筑。2.7桩身夹泥、断桩大都是以上各种事故引起的次发生结果。此外，由于清孔不彻底，或浇筑时间过长，首批混凝土已经初凝，流动性降低，而续灌的混凝土顶破顶层而上升，因而也会在两层混凝土中夹有泥浆渣土，甚至全桩夹有泥浆形成断桩现象。对已发生或估计可能发生夹泥断桩的桩，应采用地质钻机，钻芯取样，作深入的探查，判明情况。有下述情况之一的，应采取压浆补强方法处理。2.7.1柱桩底与基岩之间的夹泥大于设计规定的。2.7.2桩身混凝土有夹泥断桩或局部混凝土松散现象的。2.7.3取芯率小于95%，并有蜂窝、松散、裹浆等情况。用地质钻机取芯检验的方法，费时多，有时钻孔歪斜，偏出桩外，不能查得结果。宜用非破损检验方法测定。2.8灌注桩补强方法灌注桩的各种质量事故，其后果都会降低桩身混凝土强度，以致于不能满足设计要求，因此需要作补强处理。