超长钻孔灌注桩的质量控制

超长钻孔灌注桩的质量控制

一、前言

钻孔灌注桩具有施工速度快、单桩承载力高、无震动、无挤土效应等特点，在深

厚软土地区，超长钻孔灌注桩（L/D>80）的应用十分广泛。但由于该桩型的施工大都

在地下水位以下，采用泥浆护壁成孔，隐蔽工序作业多，施工方面容易产生一些质量

问题；以及由于岩土工程的地区性、多样性，在勘察、设计方面也常常出现一些质量

问题。作为岩土工程的技术、管理人员，不仅要有很强的工作责任心、具备丰富的组

织协调能力，还要有过硬的专业技术素质和丰富的专业工作经验。本文将结合笔者多

年的实践经验，对超长钻孔灌注桩的质量控制作一阐述。

二、影响超长钻孔灌注桩质量的因素分析

2.1勘察、设计方面的因素主要有：

2.1.1桩端土选择不当。超长桩多为摩擦端承桩，桩端土的性状及厚度对桩的承载力、

变形等有着较大的影响。若桩端土选择不当，将会造成基桩的承载力不足、建筑物的不

均匀沉降等质量隐患。

2.1.2桩型选择不当。由于选择与地质条件、建筑环境不协调的桩型，即使施工单位的

技术水平再高、质量控制再严，也容易产生质量事故。如我市的东门大厦桩基二程，设

计为套管灌注桩，施工时由于地下水的大量渗透，造成桩身混凝土的离析，桩身混凝土

强度严重不足。在全部桩基工程结束后，进行检验性静荷载试验。试验的最大加载量仅

约为设计极限荷载的1/3,远远不能满足设计要求。后又采用泥浆护壁钻孔灌注桩，进

行大面积补桩。造成这种后果的根本原因在于设计的桩型选择不妥。

2.1.3勘察报告的岩土工程参数不符合实际情况。特别是一些外地的岩土勘察单位，由

于对当地的地质参数掌握的资料不多，经验不足，常采用《建筑桩基技术规范》推荐的

土的物理力学指标。但规范中的桩的极限侧阻力标准值、极限端阻力标准值的选取，均

有一定的幅度范围，最高值与最低值相差约50%o如卵石层的端阻力规范中取值为

2000-3000kPao因此，土的物理力学指标的确定需要一定的经验，否则，设干人员容

易高估或低估基桩的承载力特征值。

2.1.4勘察孔的深度、密度不够。有些业主为了节约建设资金，尽量减少控制性勘察孔

的深度和数量，常常造成地质勘察质量粗糙。如我市某工程，勘察资料表明桩端持力层

卵石层的厚度为6.0—9.0米，设计要求桩端进入持力层深度为1.5米。进行静荷载试桩

后发现该桩的极限承载力大大低于预估值。经在试桩旁边补钻孔勘察，发现该场地存在

面积约200平方米的卵砾石夹层，层厚为1.8米。该试验桩的桩端持力层厚度只有().3

米，下有软弱下卧层，因比导致了桩的承载力不足。

2.2施工方面的原因主要有：

2.2.1施工工艺选择不当。超长桩的施工不宜采用正循环清孔工艺，宜采用反循环清孔。

2.2.2机械设备能力不足。大直径超长桩选用小型钻机施工，经常造成机械设备事故，

导致影响了桩的质量。

2.2.3工艺控制参数选择不当。泥浆比重、粘度、含砂率、沉渣厚度、混凝土的塌落度

等工艺参数不当，常常造成桩身缩颈、离析等质量事故。

2.2.4施工现场管理混乱。施工现场不执行质量检验制度，任凭操作工人作业，甚至出

现偷工减料现象。

三、质量控制措施

3.1勘察、设计文件的质量控制

桩基施工单位在进行施工前，必须重点审核勘察、设计文件的有关内容，以防止勘

察、设计人员的工作失误而导致重大的工程质量事故。

3.1.1勘察文件的审查，应重点审查如下内容：

(1)、勘察孔的间距是否符合国家规范、地区标准的有关要求。

(2)、相邻勘察孔揭露的持力层层面高差是否较大。

(3)、勘探孔的深度是否符合规范的规定，特别是当采用端承摩橡桩时，其深度是

否进入桩端持力层以下5D。

(4)、地质勘察报告所提供的各土层物理力学指标是否与地区经验相一致,

3.1.2对设计文件的审查，应重点审查如下内容：

(1)、设计文件是否要求对基桩进行静荷载试验，是先进行试桩后再施工工程桩，还

是等桩基工程全部施工完成后再进行静荷载试验。如果是后者，必须有建设单位、

设计单位签署的文件。

(2)、桩的间距是否符合规范、规程的规定，是否能够满足施工工艺的要求。

(3)、设计要求的基桩的单桩竖向极限承载力与经验估算值是否相当。

(4)、基桩的的最小配筋率、钢筋笼长度是否符合设计规范的规定；加劲圈钢筋的大小

是否能够满足施工要求，以防止制作好的钢筋笼变形。

(5)、当采用锚桩法进行静荷载试验时，锚桩的钢筋配筋率及抗拔力是否能满足试验要

求。

(6)、桩顶的超灌长度是否能够保证桩头混凝土的强度达到设计要求的强度等级。由于

在《建筑地基基础设计规范》(GB5()007-2()02)①考虑桩身混凝土强度等级时，计入了

一个工作条件系数6c，其取值为0.6-0.7,并规定“水下灌注桩或长桩时用低值”，比《建

筑桩基技术规范》(JGJ94-94)②规定的工作条件系数则为0.8约低12.5%-25%；而且

《混凝土结构设计规范》®(GB50010-2002)混凝土的抗压强度设计值L的取值比《混

凝土结构设计规范》④(GBJ10-89)低。因此目前设计的混凝土灌注桩的混凝土强度普

遍比原来设计的混凝土强度高一个强度等级，常设计为C3。或C35。但桩顶的超灌长度，

由于受业主投资控制的影响，设计人员常常取低值，为0.8T.0米。这样的超灌长度，

在凿去桩顶松散层后，桩头混凝土不密实，混凝土的强度常常达不到设计要求°因此，

在施工图会审时，应认真审查设计要求的超灌长度是否能够保证桩头混凝土的密实度和

强度。

3.2施工过程的质量控制

当勘察、设计文件的质量得到保证后，施工过程的质量控制是实现设计意图的重要

手段。施工过程的质量控制可以从以下几个方面进行：

3.2.1做好工艺性试桩

钻孔灌注桩的施工，一般均要求先进行工艺性试桩，但其重要性往往被一些施工单

位所忽视。笔者认为，通过工艺性试桩，至少要达到以下几个目的：

(1)、检验施工工艺是否合理，工艺参数(特别是泥浆的比重、粘度、失水率)的选取

是否适当；

(2)、检验机械设备是否具有过程能力；

(3)、检验地层参数是否与勘察报告所提供的数据一致；

(4)、检验设计文件所确定的施工工艺是否可行；

(5)、混凝土的充盈系数是否达到或超过设计要求。

因此，在正式开工前，施工单位一定要做好工艺性试桩这一施工环节，检验施工

组织设计中的各施工参数是否适当，最好把工艺性试桩也作为静荷载过桩，这样能更

好地检验施工工艺参数及设计参数。

3.2.2设备、机具的选择

钻孔灌注桩成孔的质量是否能达到设计及质量验收规范的规定，是钻孔灌注桩质量

控制的前提条件。对于超长钻孔桩，钻孔设备应选择GPS-15型以上的钻机，这样的钻

孔设备具有较大的扭矩、较大的钻具刚度，能够满足超长钻孔桩的施工需要。

水下混凝土的灌注是超长钻孔灌注桩施工的最关键工序，在这一施工环节不得出现

任何差错。因此，灌注设备及机具的选择显得更加重要。垂直提升设备可以是钻机的动

力提升系统，也可以选择吊车或灌注平台，但必须保证设备的提升力大于计算值的1.5

倍；灌注导管及导管接头的耐压力必须满足：P21.25*泥浆比重*钻孔深度，在进行闭

水试压时，常常要求试验压力达到1.5人旧。

3.2.3钻孔过程中塌孔、漏浆的处理

在砂层、卵石层、裂隙发育的岩层中钻进成孔时，极易发生孔壁坍塌、泥浆漏失

等现象。针对这一塌孔、漏浆的情况，根据塌孔、漏浆的严重程度，可选择采用添加优

质膨润土、分子量在600万以上的聚丙烯酰胺、水泥、粘土球等办法，以提高泥浆的粘

度和剪切力，减少塌孔和泥浆漏失。

3.2.4水下混凝土灌注的质量控制

在《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)中，桩体的质量检验

列为主控项目。在水下混凝土灌注这一施工环节，如何保证桩体的质量，保证不出现川、

IV类桩？笔者认为，可以从以下几个方面采取措施，进行控制。

3.2.4.1控制二次清孔后的泥浆质量

超长钻孔灌注桩在水下混凝土灌注前必须采用优质泥浆进行全置换式二次清孔，以

保证混凝土桩身质量。当孔深小于50米时，可以采用泵吸反循环清孔；当孔深大于50

米时，采用气举反循环清孔具有更高的清孔效率。二次清孔验收时，应从孔底0.3—0.5

米处取出孔内泥浆，检验泥浆的性能是否符合如下要求：泥浆比重：1.10—1.15,粘度:

18—22S,含砂率＜4%。

3.2.4.2控制混凝土的初灌量

超长桩的混凝土初灌量，应保证能埋住导管1.0米以上，且具有较大的冲击动能，

以利于减少孔底沉渣的影响。初灌量宜按下式计算确定：

V=l.2*{0.785*D2(1.0+h)*k+0.45*d2(L-l.0-h)),其中D-—桩孔直径(M)；d--导管

内径(M)；k—-充盈系数。h-—导管距孔底距离(M),当采用翼状锥型钻头时，取值为

0.8T.0米；当采用平底钻头时，取值为0.5-0.8米；同时，坚持大直径桩取小值，小

直径桩取大值的原则。

因此，初灌时的混凝土储料斗容积应大于按上式计算的体积。

3.2.4.3堵管事故的预防

混凝土拌合物的和易性、流动性对水下混凝土的灌注至关重要，工程施工中的堵

管事故90%以上都是由于混凝土拌合物的质量不好所引起的。目前大多数钻孔灌注桩的

施工采用自拌混凝土，自拌混凝土的质量受人为因素的影响较大。因此，必须严格计量

系统，保证混凝土的塌落度达到18-22cm,和易性良好。孔口灌注人员应检查到达孔口

混凝土拌合物的质量，查看有无离析和大块的物质，对不合格的混凝土拌合物坚决不用。

同时，在孔口灌入混凝土后，应检查孔口泥浆的上返情况，如果返浆良好，表明灌注顺

畅。在灌注过程中，应经常上下活动导管，以利于水下混凝土的灌注。

3.2.4.4控制钢筋笼上浮

超长钻孔灌注桩钢筋笼的长度，一般不会是通长配置，而是为桩长的1/2—2/3,因

此，若施工控制不当，极易发生钢筋笼上浮的质量事故。一旦发生钢筋笼上浮，就根本

没有办法使钢筋笼下沉到原来的设计标高。而《建筑地基基础工程施工质量验收规范》

GB50202-2002中规定：钢筋笼安装深度允许偏差为±100mm。只要钢筋笼上浮0.1米以

上，该桩就视为不合格，就必须进行整改。因此，对钢筋笼上浮进行控制尤显得重要。

以下是几点控制措施：

(1)、控制钻孔的垂直度。《验收规范》规定：桩孔的垂直度允许偏差＜1%。但对于超

长钻孔灌注桩，笔者认为桩孔的垂直度允许偏差应控制在0.5%以内，这样才能保证导管

顺利地下到孔底。因此，在钻孔过程中应避免盲目加压、片面追求钻孔速度的不良倾向，

坚持合理施加钻压、及时提升回旋扫孔的钻进方法，这样有利于保证钻孔的垂直度。

(2)、钢筋笼的加劲圈宜位于主筋的外侧，这样可以防止在导管的提升过程口，钢筋

笼的加劲圈挂勾在导管的接头处，而把钢筋笼一同提升上来造成的浮笼事故。

(3)、控制好在混凝土灌注过程中的导管埋置深度。在混凝土的灌注过程中，应及时

量测孔内混凝土面的深度，计算导管的埋置深度L,并把L控制在2.0—6.0米内。特别

是当孔内混凝土面在钢筋笼底部位置以下约2.0米时，尽量做到少埋管(埋置深度L控

制在2.0—3.0米之间)，当孔内混凝土面接近钢筋笼底部位置时，禁止提升导管；应待

孔内混凝土埋住钢筋笼L0米以上时，才能提升导管或拔管。这样，可以防止导管提升

时孔内混凝土面突然上升而造成的钢筋笼上浮现象。

(4)、在导管的提升过程中，应密切注意钢筋笼吊筋的位置变化，一发现吊筋向上移

动，则立即停止提升导管，并将导管反复旋转，直到导管提升、钢筋笼不跟着上升为止。

同时，检查钢筋笼吊筋的受力状态，一旦发现吊筋不受力，即可判断出钢筋笼掉落孔内