钻孔桩施工中关键工序的控制
(中铁六局 呼和浩特铁建公司，内蒙古 呼和浩特 010050)
摘 要：文章对钻孔灌注桩施工过程中关键工序的控制进 行分析、探讨，并对容易出现的质量问题提出了相应的预防与处理措施。
关键词：钻孔桩；工序；控制；通病处理
中图分类号：TV544+91 文献标识码：A 文章编 号：1007—6921(2009)09—0120—02
钻孔桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点广泛地应用于桥梁及 其它工程领域。施工方法是在泥浆扩壁条件下，利用机械钻进形成桩孔，采用导管法灌注混 凝土，钻孔桩属于隐蔽工程，各工序都是在水下进行，影响工程质量的因素较多，工程质量 只能通过科学的过程控制实现和完工后的仪器检测来确认，因此对钻孔桩施工过程中的每一 个环节都必须严格控制，以免造成工程质量缺陷，笔者就钻孔桩施工过程中几个关键工序如 何控制进行分析探讨。
1 钻孔前准备工作控制
1．1 钻孔桩桩位控制
在平整场地，清除杂物修筑便道后，布置附合导线采用三等导线测量和水准测量的方法确定 导线坐标和高程，测量成果经监理工程师复核鉴认后作为施工测量的依据。
控制网布完后，用全站仪放样定桩位，桩位处平整压实满足钻机施工时平衡稳定的要求，平 台需坚固稳定能承受作业时的所有荷载，避免在施工中产生钻机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不 良影响，空口一定范围内要排除地表水，保持空口排水畅通，防止地表水渗入孔内造成塌孔 。
1.2 护筒的安放和控制
1.2.1 钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌，钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁因静水压力 会向孔内坍塌，甚至发生流沙现象，钻孔时孔内应保持比地下水位高的水头，所以必须安放 护筒，护筒同时还有固定桩位、钻头导向保护空口和防止孔外杂物掉入孔内的作用。
1.2.2 确定桩位后埋设护筒，埋设平面位置偏差不大于5cm，倾斜度≤1%，护筒外侧四 周以及下部50cm范围内夯填粘土，护筒顶面高出地面高度50cm以上且高出施工水位1.0m当表 层土松软时，应将护筒埋置到较坚密夯实的土层中至少50cm，护筒长度≥2.0m，其内径 宜比桩径大20~40cm，护筒顶设30×30cm溢浆口。
1.3 泥浆池的选位及泥浆制备
1.3.1 泥浆池位置的选择既要满足环境保护的要求，又有方便施工，定位后开挖泥浆池与 桩位旁的循环槽连接，用于泥浆的排放和存放，泥浆池四边应设置相应的安全防护设施，防 止发生人身伤亡事故。
1.3.2 泥浆是粘土和水的混合物，具有冷却钻头、浮悬钻渣、润滑钻具、增大静水压力的 作用。由于在钻头的活动下，在孔壁形成泥皮隔断孔内外渗流，可以稳定孔内水位防止塌孔 的作用，故应选用良好的制浆粘土，粘土的塑性指数应>15，<0.05mm的粘粒含量应>50%， 胶体率≥95%，含砂率≤4%，造浆能力≥2.5L/m2，pH值＞6.5，冲击钻 钻孔可将粘土加工后投入孔中利用钻头冲击造浆，正循环钻或冲击钻使用管型钻头时，入孔 泥浆比重为1.1~1.3，冲击钻使用实心钻头时泥浆比重不易大于砂粘土1.3，大漂石、卵石 层1.4，岩石1.2；反循环钻时泥浆比重可为1.05~1.15.为提高泥浆粘度和胶体率，可在泥 浆中掺入适量的碳酸钠、烧碱等。
2 钻机成孔过程控制
2.1 钻机选型
在碎石土、岩层中宜用十字形钻头冲击钻孔，砂粘土、砂和沙砾土层宜用管型钻头冲击钻孔 ，在粘土、粉土、砂性土中宜用正循环钻，粘性土、砂性土、卵石土和风化岩层中宜用反循 环钻但卵石粘粒应<钻杆内径的2/3,且含量≤20%。
2．2 钻机就位
钻机就位前对主要机具进行检查维修,底架应垫平,保持稳定,不得产生位移和倾斜及沉陷， 用垂球校正钻头，钻机项端用缆风绳对称拉紧，钻头应对准中心线徐徐放入筒内，钻杆中心 桩位的对准偏差控制在5cm内。
2．3 钻孔过程控制
钻孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，过程中控制不好可能会发生塌孔、缩径、偏孔 及桩端达不到设计持力层要求，直接影响桩身质量造成承载力下降，因此在钻孔过程中应着 重控制以下几项工作。
2.3.1 采取隔孔施工程序：根据地质情况合理地安排同一墩台位处各钻孔桩施工顺序，采 取隔孔施工方案，钻孔混凝土桩是先成孔，然后在孔内成桩。周围土移向桩身。土体对桩产 生主动上压力，尤其是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠 泥浆来平衡的，故采用较适应的桩距对防止塌孔是一项稳妥的技术措施。
2.3.2 钻孔时，孔内水位宜高于护筒内底脚0.5m以上或地下水位以上1.5~2.0m,在冲击钻过 中,取渣和停钻后应及时向孔内补水或泥巴浆,保持孔内水头高度和泥浆比重及粘度,钻孔前 孔内加适量粒径≤15cm的片石,项部抛平,用低冲程冲砸钻进0.5m~1.0m再回填粘土,反复 二、三次。开始钻进时，进尺需适当控制；使初成孔竖直园顺直至孔深达护洞下3~4m后，方 可转入正常钻进、钻孔作业必须连续进行，因故障停钻时，孔口加保护盖并禁止钻头留在孔 内，以防埋钻；钻进过程中若由于地质构造不均匀引起偏孔，需先分析清楚岩层走向，而后 采用适当的材料回填至计算确定的高程处(回填材料一般采用片石加粘土、纯碱、锯末等组 成的混合物)，静置一段时间后恢复施工，孔中心偏差〈20cm的静置1~2h后方可继续 钻孔，孔中心偏差>20cm的，应根据情况静置2h甚至更长时间待地层沉积稳定后恢复 钻孔施工，由于探头石引起的卡钻现象，可以适当往下放钻头，然后强力快速往上提，使探 头石受瞬间冲击缩回，从而顺利提出钻头，因钻头穿过岩层突变处导致的卡钻，宜用水下爆 破的方法进行，由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成的钻头无法提升现象， 应采用插入高压水管置换泥浆的方法进行处理。
2.4 缩孔控制
在淤泥质粘土的土层中用钻孔桩施工，由于地层含水高、塑性大，钻头经过后孔壁回缩，从 而导致钻孔的直径小于设计桩径，针对缩孔原因，应采用块卵石土回填，而后用重量较大的 冲击钻冲击以挤紧钻孔孔壁。
2.5 清孔
钻孔达到设计要求深度后，应采用泥浆泵，掏渣工具及时进行清理，避免延时过长泥浆钻渣 沉淀造成清孔困难或塌孔。清孔采用换浆法施工既钻孔完成后，提起钻锥距孔底约20cm处继 续冲击，然后以密度较低的泥浆(比重为1.1~1.2)，逐步把孔内悬浮的钻渣和 相对密度较大的泥浆换出，清孔排渣前孔内水头应保持在地下水位1.5~2.0m以上，防止塌 孔，不得用加深孔深来代替清孔。
2.6 二次清孔
由于孔内原土泥浆混凝土放钢筋笼时和沉放导管期间内，处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔 底部，最终不能被混凝土冲击反起而成为永久性沉渣，从而影响桩基质量，因此必须在混凝 土灌注前利用导管进行二次清孔，使孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求，既孔口排出 的泥浆用手摸无2~3mm颗粒，含砂率<2%，粘度17~20S,比重<1.1。孔底沉渣≤柱桩10cm，摩 察桩30cm。
2.7 钻进过程中钻机检查
钻进过程中要经常检查钻机，发现移位及时纠正，保证钻进过程中钻机底盘水平，钻杆垂直 、钻头位置准确。
2.8 粘孔记录
做好钻孔记录，对钻孔的质量情况进行分析以决定是否需要改变钻进方法和钻机速度，通过 记录进尺数及时发现和处理钻井中出现的各种问题。
3 钢筋笼制作吊装质量控制
3.1 钢筋笼制作
钢筋笼宜一次整体制作，若钢筋笼过长时可以分段制作，分段长度≥18m，钢筋焊接在同一 断面不得超过50%，两端面间距≥9m，上下两接头采用单面焊(其余均为双面焊)焊缝长度 ≥10cm，钢筋笼存放时应分节表明桩位，上下节长度验收中要特别注意钢筋笼吊环长度能否 使钢筋笼准确地放在设计标高上，由于钢筋笼吊放后暂时固定在钻架地梁上，因此，吊环长 度应根据底梁标高来分别确定。
3.2 钢筋笼吊装
钢筋笼起吊时，首先吊起下节上端，将下端放置一简易 车上，防止拖动时 钢筋骨架弯曲变形，入孔时由四人扶住徐徐放下，待上端离地面1.0m左右时，由两根钢管穿 过加强环筋放置于护筒顶端上，注意调整钢筋轴线垂直，上节骨架吊起后徐徐下落与下节接 头钢筋焊接，焊接前钢筋搭接端部预先折向一侧，使钢筋在搭接部位轴线保持一致，焊接检 查合格后，将整个钢筋笼下落至设计标高，调整钢筋笼上端中心线与桩位中心线重合，在孔 口设置固定杆使骨架固定在护筒或钻机底梁上。
3.3 钢筋笼上浮控制
混凝土顺导管向下灌注时，产生一种顶托力，易使 钢筋笼上浮，应采取以下措施：
3.3.1 钢筋骨架上端在孔口处与护筒相接固定。
3.3.2 灌注中，当混凝土表面接近钢筋笼底时，放慢混凝土灌注速度，并应使导管保持较 大埋深，使导管管底与钢筋笼底端保持较大距离，以便减少对钢筋笼的冲击。
3.3.3 在骨架下端栓挂混凝土块或加长数根主筋。
3.3.4 混凝土液面进入钢筋笼一定深度后，应适当提导管使钢筋笼在导管下口有一定埋深 ，但导管埋入混凝土表面应≥2m。若钢筋笼因为导管埋深过大而上浮时，应马上起拨拆除部 分导管，并适当上下活动导管，使钢筋笼在导管的抽吸作用下自然回落。
4 灌注水下混凝土过程控制
4.1 导管的质量控制
导管采用丝扣连接，在导管外壁应逐节编号，吊装前先试拼，接口连接牢固，封闭严密，进 行水密承压和接头抗拉试验，导管安装后距孔底应有25~40cm。
4.2 混凝土封底
灌注前孔内泥浆及孔底沉淀厚度应符合要求，根据孔深及导管长度计算首批封底混凝土数量 (≥1.8m3)。首批混凝土采用剪球法泄放，根据经验，首批混凝土数量除满足埋深外，可 适当增加一点水泥用量及含沙量，以保证其和易性和流动性。使以后浇注的混凝土容易升顶 。若首批混凝土初凝时间早于灌注混凝土全部时间，则首批混凝土还应掺入缓凝剂。混凝土 灌入孔底后，立即探测混凝土孔内深度，计算出导管埋深(≥1m)，如符合要求，即可正常浇 注。灌注开始后应连接有节奏的进行，并尽可能缩短拆除导管的间隔时间，导管内混凝土不 满时，混凝土应沿料斗边徐徐灌注，防止在导管内造成高压气囊，压漏导管或形成桩身孔洞。
4.3 导管进水处置
一般是首批混凝土不足或导管提升过高以至无埋深或误测导致导管提升至混凝土面外，其处 理办法是，第一种原因进水用导管作为吸管，用空管吸泥的方法将孔内混凝土吸出，重新灌 注。第二种原因进水，若表面混凝土没初凝，可将导管重新插入混凝土中，用泥浆泵抽出泥 浆，重新浇混凝土。若混凝土已初凝，应立即停止灌注，及时对孔内已灌注的混凝土进行清 理。
4.4 断桩控制
导管内壁应光滑无阻，灌注中避免发生堵管现象，首批混凝土初凝前必须完成灌注，若时间 过长，首批混凝土已初凝，而后灌注混凝土冲破顶层与泥浆相混，会在两层混凝土中产生部 分夹有泥浆渣土的截面形成断桩。另外要严格控制导管埋深与拔管速度，导管不易埋入混凝 土过深(≤6m)，也不可过浅(≤2m)严防导管拔空造成断桩。若终灌拔管过快，易引起桩顶周 边夹泥，导致保护层厚度不足。
4.5 混凝土质量要求
水泥强度等级不低于42.5级，初凝时间应>2.5h。粗集料宜选用继配良好的碎石或卵石，最 大粒径不应大于导管内径的1/6和钢筋最小净距的1/4。同时不得>40cm。细级料宜采用级配 良好的中砂，混凝土含沙率宜为40%~50%。塌落度为180~220mm。水泥用量≥350kg/m3。水 灰比易为0.5~0.6。
4.6 桩头标高要求
灌注桩顶应比设计高0.5~1.0m，多余部分在接桩前凿除，以保证混凝土强度。
5 桩身检测
①每根桩应制作2组混凝土试块。桩身混凝土达到一定强度后，采用超声波无损检 测方法进行检测。
②对于桩长>50m的桩，在加工钢筋笼时要沿设置声插管，声测管要直接 绑定在钢筋笼里边并呈等边三角形布置。上口用钢板直接焊接封死，下口用木楔堵封，以防 杂物掉入管中。
6 结束语
上述内容是对混凝土钻孔桩施工过程中几个关键工序的控制进行了阐述，但影响混凝土钻孔 桩质量的因素较多并具有不确定性，需在施工中不断积累经验，进一步汲取先进的技术和工 艺，保持一丝不苟的工作作风和高度的责任感，才能保证施工过程中的顺利和施工质量的提 高。
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