论文部分内容阅读
摘要：本文以工程实例的方式，重点围绕施工工艺、护筒埋设、钻孔施工、钢筋笼安装和水下混凝土浇筑等方面探讨了大直径钻孔灌注桩施工技术的全过程，并针对大直径钻孔灌注桩常见的质量通病提出了一些切实有效的预防及处理技术措施，以供类似研究借鉴。
关键词：钻孔灌注桩；施工接卸；钻孔施工；质量通病
随着我国社会经济建设步伐的加快，城市化水平得到不断的提高，大型民用建筑、工业建筑等工程项目数量日益增加，对工程的整体质量安全也提出了更好的要求。钻孔灌注桩是近年来应用较为广泛的一种桩基类型，具有结构简单、承载力高、适应性强、应用范围广和性价比高等优点，可以有效地提高地基承载力，一般比较适用于填土、粉土、碎石和砂土等复杂地质条件中。但施工人员在钻孔灌注桩施工过程中一旦出现操作不当的情况，就很容易导致孔壁坍落、钻孔偏斜、断桩和吊脚桩等质量通病，影响到建筑工程的质量安全及经济效益，甚至造成不可换回的损失。因此，建设单位必须重视大直径钻孔灌注桩施工技术的研究工作，采取必要措施，切实提高钻孔灌注桩的施工水平。
1 案例工程项目概况
（1）某大厦层高22层，地下室一层，结构体系为框筒结构，总建筑面积2.48万m2。桩基型式选用钻孔灌注桩，直径1000mm，设计总根数216根，桩长51～56m。单桩承载力为3400kN，桩端持力层为含泥砂砾卵石，桩身材料采用C30混凝土，设计要求桩端进入持力层≥3m。
（2）场地工程地质条件自上而下划分为9个工程地质层。质层依次为杂填土，厚1.00～2.30m；粉质粘土，厚1.5～2.60m；淤泥，厚3.2～6.90m；含泥砂夹淤泥，厚4.35～13.90m；中砂，厚11.00～15.00m；淤泥质土，厚6.30～13.40m；饱和粉土，厚1.00～3.50m；中砂，厚1.1～6.95m；含泥砂卵石，厚10m左右，稍中密状，骨架颗粒以3～5cm为主，最大超过10cm，含泥量约为10%。
2 钻孔灌注桩施工过程
2.1 施工机械及施工工艺选择
结合工程实际情况，在保证工期的同时考虑现场施工场地条件的局限，选用四台GPS-15型钻孔桩机分向施工。尽量减少搬迁时间和辅助时间，遵循相邻两孔施工中心距≥5m，或最少时间间隔不小于24h的原则，进行隔孔或跳孔施工。根据本工程地质勘察报告提示地质条件，第五层、第八层均为中砂层，且厚度均在5m以上，本工程选择泵吸反循环施工工艺，这样既提高了钻成孔功效，又可避免施工过程可能出现的涌砂现象，从而保证了成孔质量。
该施工工艺流程：设置护筒→安装反循环钻机→钻挖第一次清孔→移走反循环钻机→测定孔壁回淤厚度→吊放钢筋笼→插入导管→第二次清孔→水下灌注混凝土→拔出导管→拔出护筒。
2.2 埋设护筒
根据地质条件，护筒用4mm厚钢板卷制焊接而成。护筒长度制成2.0m，内径大于桩径20cm。护筒埋深不小于1m，高出地面不少于30cm。挖除护筒外壁周围0.5～1.0m范围内杂填土，分层夯填粘土至护筒底0.5m以下，埋设好的护筒中心与桩位中心偏差不得大于5cm，护筒倾斜度不得大于1%。
2.3 钻孔施工
首先起动砂石泵，待反循环正常后，才能开动钻机慢速回转下放钻头到底。开始钻进时，应先轻压慢转，待钻头正常工作后，逐渐加大转速，调整压力，并使钻头吸口不产生堵水。其次控制好泥浆比重，保持孔口稳定。钻进时应认真仔细观察进尺和砂石泵排水出渣的情况，排量减少或出水中含钻渣量较多时，应控制钻进速度，防止因循环液比重太大而中断反循环。在淤泥和淤泥质土中，应根据泥浆的补给情况，严格控制钻进速度，一般不宜大于1m/min，同时每钻进3m，应回尺2～3次，以使护壁充分稳定。进入粘土层时，此层可硬塑，含砂少，钻孔时应注意控制泥浆比重，出现堵水口现象应停机处理后，加碎砖块钻进。在松散砂层中，钻进速度不宜超过3m/h，同时应注意控制泥浆比重在1.3～1.5之间。在硬土层中的钻进速度，以钻机不发生跳动为准，并改换四翼钻头，在砂砾卵石层中钻进时，为防止钻渣过多，卵砾石堵塞管路，可采用间断钻进，并以此来控制钻进速度。加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底20～30cm，维持冲洗液循环2～3min，以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净，然后停泵加接钻杆。
（2）桩孔清孔
清孔过程中应观测孔底沉渣厚度和冲洗液含渣量，当冲洗液含渣量小于4%，孔底沉渣厚度符合设计及规范要求时即可停止清孔，并保持孔内水头高度，防止发生塌孔事故。清孔后泥浆比重应控制在1.15～1.25，粘度≤22s，含砂率≤8%，第一次清孔，在终孔时停止钻具回转，将钻头提离孔底50～80cm，维持冲洗液的循环，并向孔中注入含砂量小于4%的新泥浆或清水，令钻头在原地空转10min左右，直至达到清孔要求为止。第二次清孔，在第一次清孔达到要求后，待安放钢筋笼及导管就绪后，再利用导管进行第二次清孔。当二次清孔后孔底沉渣允许厚度符合设计及规范规定要求时，应立即进行水下混凝土灌注施工。
2.4 安装钢筋笼
制作好的钢筋笼必须符合设计与规范要求，为使钢筋笼达到图纸要求的保护层，在钢筋笼主筋上每隔2m左右对称设置四个水泥垫块。钢筋笼入孔时对准孔位吊直扶稳，缓缓下沉避免碰撞孔壁，下笼过程中遇阻不得强行下放晃动，可徐起直落和正反旋转使之下放防止碰撞孔壁因而引起坍塌，下放过程中要密切注意观察孔内水位情况，如发生异样马上停止并检查是否发生塌孔。每节钢筋笼焊接完后必须补足搭接部位的箍筋，下好钢筋笼后，应拉好护筒上的十字线，调整好钢筋笼的中心位置，采用四跟定位钢筋将钢筋笼固定在护筒顶的钢管上，以防止钢筋笼的下沉或上浮。
2.5 水下混凝土灌注施工
（1）水下混凝土的配合比。配合比应通过试验确定，混凝土坍落度宜控制在18～22cm范围。 （2）浇注水下混凝土。施工程序为：放钢筋笼→安设导管→使隔水栓与导管内水面紧贴→灌注首批混凝土→剪断铁丝→隔水栓下落至孔底→连续灌注混凝土→提升导管→混凝土灌注完毕→拔出护筒。
3 施工中常见问题与处理方法
3.1 孔壁坍落
（1）原因分析
护壁泥浆比重不足，起不到可靠的护壁作用；护筒埋深位置不合适，埋设在砂或粗砂层中；成孔速度大快，在孔壁上来不及形成泥膜，孔内水头高度不够或出现承压水，降低了静水压力；安放钢筋笼时碰撞了孔壁，破坏了泥膜和孔壁；排除较大障碍物（如40cm左右的漂石），形成大空洞而漏水致使孔壁坍塌。
（2）预防措施与处理方法
在松散砂土或流砂中钻进时，应控制进尺，选用较大比重、粘度、胶体率的优质泥浆；将护筒的底部贯入粘土中0.5m以上；成孔速度应根据地质情况选取；如地下水位变化大，应采取升高护筒、增大水头，或用虹吸管连接等措施；从钢筋笼的绑扎、吊插以及定位垫板设置安装等环节均应予以充分注意；如孔口发生坍塌，应先探明坍塌位置，将砂和粘土混合物回填到坍孔位置以上1～2m，如坍孔严重，应全部回填，等回填物沉积密实后再进行钻孔。
3.2 桩孔偏斜
（1）原因分析
孔时遇有倾斜度的软硬土层交界处或岩石倾斜处，钻头所受阻力不均而偏位；钻孔时遇较大的弧石、探头石等地下障碍物使钻杆偏位；钻杆弯曲或连接不当，使钻头、钻杆中心线不同轴；地面不平或不均匀沉降使钻机底座倾斜。
（2）预防措施与处理方法
有倾斜状的软硬土层处钻进时，应吊住钻杆，控制进尺速度并以低速钻进，或在斜面处填入片石、卵石冲平后再钻进；探明地下障碍物情况，并预先清除干净；钻杆、接头应逐个检查，及进调整，弯曲的钻杆要及时更换；场地要平整，钻架就位后要调整，使钻盘与底座水平，钻架顶端的起重滑轮边缘同固定钻杆的卡孔和护筒中心三者在同一轴线上，并注意经常检查和校正；在桩孔偏斜处吊住钻头，上下反复扫孔，使孔校直或回填粘土，待沉积密实后再钻。
3.3 断桩
（1）原因分析
混凝土坍落度太小，骨料粒径太大，未及时提升导管及导管倾斜，使导管堵塞，形成桩身混凝土中断。灌注时导管提升过高，以致底部脱离混凝土层或埋深太浅；灌注质量差，灌注作业因故中断过久，表层混凝土失去流动性，而继续灌注的混凝土顶破表层而上升，将有浮浆泥渣的表层覆盖包裹形成断桩；提升导管时碰撞钢筋笼，使孔壁土体混入混凝土中；导管没扶正，接头法兰挂住钢筋笼。
（2）预防措施与处理方法
混凝土坍落度应符合设计要求，粗骨料粒径按规范要求控制，边浇注混凝土边拔套管，并勘测混凝土顶面高度，随时掌握导管埋入深度，避免导管脱离混凝土面；加强测探员的技术培训，反复细心探测混凝土面，认真绘制混凝土灌注曲线，正确指导导管的提升；灌注中，严格遵守操作规程，导管提升应匀速平稳，慢慢起升；当导管堵塞，混凝土尚未初凝时，可吊起一节钢轨或其它重物在导管内冲击，把堵塞的混凝土冲开，使混凝土继续浇注，也可迅速提出导管，用高压水冲通导管，重新下隔水栓浇注，浇注时当隔水栓冲出导管后，将导管继续下降，直到导管不能再插入时再稍许提升，继续浇注混凝土；如果混凝土在地下水位以上中断，桩径又较大（1m以上），泥浆护壁好，可抽掉孔内水，用钢筋笼网保护，对原混凝土面进行凿毛并清洗钢筋，再继续浇注混凝土；如果混凝土在地下水位以下中断，可用比原桩稍小的钻头，在原桩位钻孔至断桩部位以下适当深度时（可由验算确定）重新清孔，在断桩部位增加一节钢筋笼，其下部埋入新钻孔中，然后继续浇注混凝土；如果导管接头法兰挂住钢筋笼，钢筋笼埋入混凝土又不深，则可提起钢筋笼，转动导管，使导管与钢筋笼脱离。
4 施工过程中出现的问题及处理方法
4.1 护筒冒水
（1）原因分析
64#桩在钻进过程中发现护筒冒水，经检查发现是由于埋设护筒时周围填土不够密实所至。
（2）处理方法
立即停止钻进，将护筒四周不密实的填土全部挖除，并选用含水量适当的粘土重新填筑，填筑时分层夯实，每层厚为20cm，从而很好地解决了这一问题。
4.2 堵管
⑴原因分析
185#桩在混凝土灌注过程中发生堵管现象，经检查分析是由于混凝土灌注时间过长，造成表面混凝土已初凝所至。
（2）处理方法
立即决定上下提动导管数次，并进行振捣以使导管疏通，恢复灌注时在不增长水灰比的原则下重新拌和混凝土。
5 结束语
本工程竣工后，通过监测中心站对大直径钻孔灌注桩进行桩静载试验和动测检验，笔者总结出以下几点结论：①钻孔灌注桩静载试验结果表明桩基单桩承载力满足设计的要求；②钻孔灌注桩动测检验结果合格率达100%，其中一类桩43根占91.5%，二类桩4根占8.5%；③钻孔灌注桩具有诸多的优点，其施工技术及工艺的可行性较大，施工质量可以保证，并能够取得较好的经济效益。
参考文献：
[1]何艺雄.大直径超长钻孔灌注桩施工技术实例分析[J].中国水运（下半月）.2012年第08期
[2]程海芳.建筑工程钻孔灌注桩施工技术探讨[J].城市建设理论研究.2012年第11期
关键词：钻孔灌注桩；施工接卸；钻孔施工；质量通病
随着我国社会经济建设步伐的加快，城市化水平得到不断的提高，大型民用建筑、工业建筑等工程项目数量日益增加，对工程的整体质量安全也提出了更好的要求。钻孔灌注桩是近年来应用较为广泛的一种桩基类型，具有结构简单、承载力高、适应性强、应用范围广和性价比高等优点，可以有效地提高地基承载力，一般比较适用于填土、粉土、碎石和砂土等复杂地质条件中。但施工人员在钻孔灌注桩施工过程中一旦出现操作不当的情况，就很容易导致孔壁坍落、钻孔偏斜、断桩和吊脚桩等质量通病，影响到建筑工程的质量安全及经济效益，甚至造成不可换回的损失。因此，建设单位必须重视大直径钻孔灌注桩施工技术的研究工作，采取必要措施，切实提高钻孔灌注桩的施工水平。
1 案例工程项目概况
（1）某大厦层高22层，地下室一层，结构体系为框筒结构，总建筑面积2.48万m2。桩基型式选用钻孔灌注桩，直径1000mm，设计总根数216根，桩长51～56m。单桩承载力为3400kN，桩端持力层为含泥砂砾卵石，桩身材料采用C30混凝土，设计要求桩端进入持力层≥3m。
（2）场地工程地质条件自上而下划分为9个工程地质层。质层依次为杂填土，厚1.00～2.30m；粉质粘土，厚1.5～2.60m；淤泥，厚3.2～6.90m；含泥砂夹淤泥，厚4.35～13.90m；中砂，厚11.00～15.00m；淤泥质土，厚6.30～13.40m；饱和粉土，厚1.00～3.50m；中砂，厚1.1～6.95m；含泥砂卵石，厚10m左右，稍中密状，骨架颗粒以3～5cm为主，最大超过10cm，含泥量约为10%。
2 钻孔灌注桩施工过程
2.1 施工机械及施工工艺选择
结合工程实际情况，在保证工期的同时考虑现场施工场地条件的局限，选用四台GPS-15型钻孔桩机分向施工。尽量减少搬迁时间和辅助时间，遵循相邻两孔施工中心距≥5m，或最少时间间隔不小于24h的原则，进行隔孔或跳孔施工。根据本工程地质勘察报告提示地质条件，第五层、第八层均为中砂层，且厚度均在5m以上，本工程选择泵吸反循环施工工艺，这样既提高了钻成孔功效，又可避免施工过程可能出现的涌砂现象，从而保证了成孔质量。
该施工工艺流程：设置护筒→安装反循环钻机→钻挖第一次清孔→移走反循环钻机→测定孔壁回淤厚度→吊放钢筋笼→插入导管→第二次清孔→水下灌注混凝土→拔出导管→拔出护筒。
2.2 埋设护筒
根据地质条件，护筒用4mm厚钢板卷制焊接而成。护筒长度制成2.0m，内径大于桩径20cm。护筒埋深不小于1m，高出地面不少于30cm。挖除护筒外壁周围0.5～1.0m范围内杂填土，分层夯填粘土至护筒底0.5m以下，埋设好的护筒中心与桩位中心偏差不得大于5cm，护筒倾斜度不得大于1%。
2.3 钻孔施工
首先起动砂石泵，待反循环正常后，才能开动钻机慢速回转下放钻头到底。开始钻进时，应先轻压慢转，待钻头正常工作后，逐渐加大转速，调整压力，并使钻头吸口不产生堵水。其次控制好泥浆比重，保持孔口稳定。钻进时应认真仔细观察进尺和砂石泵排水出渣的情况，排量减少或出水中含钻渣量较多时，应控制钻进速度，防止因循环液比重太大而中断反循环。在淤泥和淤泥质土中，应根据泥浆的补给情况，严格控制钻进速度，一般不宜大于1m/min，同时每钻进3m，应回尺2～3次，以使护壁充分稳定。进入粘土层时，此层可硬塑，含砂少，钻孔时应注意控制泥浆比重，出现堵水口现象应停机处理后，加碎砖块钻进。在松散砂层中，钻进速度不宜超过3m/h，同时应注意控制泥浆比重在1.3～1.5之间。在硬土层中的钻进速度，以钻机不发生跳动为准，并改换四翼钻头，在砂砾卵石层中钻进时，为防止钻渣过多，卵砾石堵塞管路，可采用间断钻进，并以此来控制钻进速度。加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底20～30cm，维持冲洗液循环2～3min，以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净，然后停泵加接钻杆。
（2）桩孔清孔
清孔过程中应观测孔底沉渣厚度和冲洗液含渣量，当冲洗液含渣量小于4%，孔底沉渣厚度符合设计及规范要求时即可停止清孔，并保持孔内水头高度，防止发生塌孔事故。清孔后泥浆比重应控制在1.15～1.25，粘度≤22s，含砂率≤8%，第一次清孔，在终孔时停止钻具回转，将钻头提离孔底50～80cm，维持冲洗液的循环，并向孔中注入含砂量小于4%的新泥浆或清水，令钻头在原地空转10min左右，直至达到清孔要求为止。第二次清孔，在第一次清孔达到要求后，待安放钢筋笼及导管就绪后，再利用导管进行第二次清孔。当二次清孔后孔底沉渣允许厚度符合设计及规范规定要求时，应立即进行水下混凝土灌注施工。
2.4 安装钢筋笼
制作好的钢筋笼必须符合设计与规范要求，为使钢筋笼达到图纸要求的保护层，在钢筋笼主筋上每隔2m左右对称设置四个水泥垫块。钢筋笼入孔时对准孔位吊直扶稳，缓缓下沉避免碰撞孔壁，下笼过程中遇阻不得强行下放晃动，可徐起直落和正反旋转使之下放防止碰撞孔壁因而引起坍塌，下放过程中要密切注意观察孔内水位情况，如发生异样马上停止并检查是否发生塌孔。每节钢筋笼焊接完后必须补足搭接部位的箍筋，下好钢筋笼后，应拉好护筒上的十字线，调整好钢筋笼的中心位置，采用四跟定位钢筋将钢筋笼固定在护筒顶的钢管上，以防止钢筋笼的下沉或上浮。
2.5 水下混凝土灌注施工
（1）水下混凝土的配合比。配合比应通过试验确定，混凝土坍落度宜控制在18～22cm范围。 （2）浇注水下混凝土。施工程序为：放钢筋笼→安设导管→使隔水栓与导管内水面紧贴→灌注首批混凝土→剪断铁丝→隔水栓下落至孔底→连续灌注混凝土→提升导管→混凝土灌注完毕→拔出护筒。
3 施工中常见问题与处理方法
3.1 孔壁坍落
（1）原因分析
护壁泥浆比重不足，起不到可靠的护壁作用；护筒埋深位置不合适，埋设在砂或粗砂层中；成孔速度大快，在孔壁上来不及形成泥膜，孔内水头高度不够或出现承压水，降低了静水压力；安放钢筋笼时碰撞了孔壁，破坏了泥膜和孔壁；排除较大障碍物（如40cm左右的漂石），形成大空洞而漏水致使孔壁坍塌。
（2）预防措施与处理方法
在松散砂土或流砂中钻进时，应控制进尺，选用较大比重、粘度、胶体率的优质泥浆；将护筒的底部贯入粘土中0.5m以上；成孔速度应根据地质情况选取；如地下水位变化大，应采取升高护筒、增大水头，或用虹吸管连接等措施；从钢筋笼的绑扎、吊插以及定位垫板设置安装等环节均应予以充分注意；如孔口发生坍塌，应先探明坍塌位置，将砂和粘土混合物回填到坍孔位置以上1～2m，如坍孔严重，应全部回填，等回填物沉积密实后再进行钻孔。
3.2 桩孔偏斜
（1）原因分析
孔时遇有倾斜度的软硬土层交界处或岩石倾斜处，钻头所受阻力不均而偏位；钻孔时遇较大的弧石、探头石等地下障碍物使钻杆偏位；钻杆弯曲或连接不当，使钻头、钻杆中心线不同轴；地面不平或不均匀沉降使钻机底座倾斜。
（2）预防措施与处理方法
有倾斜状的软硬土层处钻进时，应吊住钻杆，控制进尺速度并以低速钻进，或在斜面处填入片石、卵石冲平后再钻进；探明地下障碍物情况，并预先清除干净；钻杆、接头应逐个检查，及进调整，弯曲的钻杆要及时更换；场地要平整，钻架就位后要调整，使钻盘与底座水平，钻架顶端的起重滑轮边缘同固定钻杆的卡孔和护筒中心三者在同一轴线上，并注意经常检查和校正；在桩孔偏斜处吊住钻头，上下反复扫孔，使孔校直或回填粘土，待沉积密实后再钻。
3.3 断桩
（1）原因分析
混凝土坍落度太小，骨料粒径太大，未及时提升导管及导管倾斜，使导管堵塞，形成桩身混凝土中断。灌注时导管提升过高，以致底部脱离混凝土层或埋深太浅；灌注质量差，灌注作业因故中断过久，表层混凝土失去流动性，而继续灌注的混凝土顶破表层而上升，将有浮浆泥渣的表层覆盖包裹形成断桩；提升导管时碰撞钢筋笼，使孔壁土体混入混凝土中；导管没扶正，接头法兰挂住钢筋笼。
（2）预防措施与处理方法
混凝土坍落度应符合设计要求，粗骨料粒径按规范要求控制，边浇注混凝土边拔套管，并勘测混凝土顶面高度，随时掌握导管埋入深度，避免导管脱离混凝土面；加强测探员的技术培训，反复细心探测混凝土面，认真绘制混凝土灌注曲线，正确指导导管的提升；灌注中，严格遵守操作规程，导管提升应匀速平稳，慢慢起升；当导管堵塞，混凝土尚未初凝时，可吊起一节钢轨或其它重物在导管内冲击，把堵塞的混凝土冲开，使混凝土继续浇注，也可迅速提出导管，用高压水冲通导管，重新下隔水栓浇注，浇注时当隔水栓冲出导管后，将导管继续下降，直到导管不能再插入时再稍许提升，继续浇注混凝土；如果混凝土在地下水位以上中断，桩径又较大（1m以上），泥浆护壁好，可抽掉孔内水，用钢筋笼网保护，对原混凝土面进行凿毛并清洗钢筋，再继续浇注混凝土；如果混凝土在地下水位以下中断，可用比原桩稍小的钻头，在原桩位钻孔至断桩部位以下适当深度时（可由验算确定）重新清孔，在断桩部位增加一节钢筋笼，其下部埋入新钻孔中，然后继续浇注混凝土；如果导管接头法兰挂住钢筋笼，钢筋笼埋入混凝土又不深，则可提起钢筋笼，转动导管，使导管与钢筋笼脱离。
4 施工过程中出现的问题及处理方法
4.1 护筒冒水
（1）原因分析
64#桩在钻进过程中发现护筒冒水，经检查发现是由于埋设护筒时周围填土不够密实所至。
（2）处理方法
立即停止钻进，将护筒四周不密实的填土全部挖除，并选用含水量适当的粘土重新填筑，填筑时分层夯实，每层厚为20cm，从而很好地解决了这一问题。
4.2 堵管
⑴原因分析
185#桩在混凝土灌注过程中发生堵管现象，经检查分析是由于混凝土灌注时间过长，造成表面混凝土已初凝所至。
（2）处理方法
立即决定上下提动导管数次，并进行振捣以使导管疏通，恢复灌注时在不增长水灰比的原则下重新拌和混凝土。
5 结束语
本工程竣工后，通过监测中心站对大直径钻孔灌注桩进行桩静载试验和动测检验，笔者总结出以下几点结论：①钻孔灌注桩静载试验结果表明桩基单桩承载力满足设计的要求；②钻孔灌注桩动测检验结果合格率达100%，其中一类桩43根占91.5%，二类桩4根占8.5%；③钻孔灌注桩具有诸多的优点，其施工技术及工艺的可行性较大，施工质量可以保证，并能够取得较好的经济效益。
参考文献：
[1]何艺雄.大直径超长钻孔灌注桩施工技术实例分析[J].中国水运（下半月）.2012年第08期
[2]程海芳.建筑工程钻孔灌注桩施工技术探讨[J].城市建设理论研究.2012年第11期