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摘要：本文介绍了砂性地质灌注桩逐步扩孔成孔灌注技术及取得成功经验与体会，简述了常见灌注事故的预防和灌注桩缺陷的处理方法。
关键词：不良地质；灌注桩；逐步扩孔；成孔；灌注；新技术
Abstract: this paper introduces the geological piles of sand gradually expanding blastholes hole perfusion technique and successful experience and experience, described the common perfusion accident prevention and filling defect treatment.
Keywords: bad geological; Piles; Gradually expanding; Into the hole; Perfusion; New technology
中图分类号：TU473.1+4文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
唐山海港经济开发区位于环渤海经济圈中心地带，滦河冲积扇前缘的滨海平原，地形平坦，地下水位较高，地质情况复杂，沿线断续分布着软土路段，主要为松散的粉细砂层或软塑的粘土。钻探结果表明，粘土覆盖深度仅为0.5～3.5m，其余土质均为细砂。不良地质层较深，在钻孔过程中极容易坍孔,在桩灌注过程中稍微不慎便引起缩径或淤砂夹层或断桩。为此，在综合分析了该地区工程钻孔施工经验的基础上，结合工程实际情况，确定了用冲击钻分四次逐步扩孔的施工方案。施工结果表明，该施工方法在砂性土质中进行灌注桩施工效果极佳，工期短，效益显著，无破损实验灌注桩各项技术指标合格率100%。
1逐步扩孔施工方法的优点
1.1钻孔设备较多，容易组织，施工成本低，工艺简单，在每次扩孔时，钻锥不变，只需把钻头直径加以改变即可。
1.2不需要单独制备泥浆，把各项技术指标达到要求的粘土在钻孔过程中加入孔内即可。
1.3在每次扩孔时，冲击钻孔过程中，能够把孔壁挤实，提高孔壁强度，对孔壁坍孔起到了预防作用。
2逐步扩孔施工工艺
在施工过程中，桩径为120cm，分四次扩孔，见下表1
工艺流程如下:场地准备→桩位放样→埋置护筒→钻机就位→鉆孔→成孔检测→清孔→放钢筋笼→设立导管→灌注混凝土→无破损试验
表1
埋置护筒
采用3～5mm厚钢板制作的护筒，其直径比桩直径大20～30cm，护筒长度1.5～2.0m，护筒顶端高度处于旱地时宜高出地面0.3～0.5m。因地质不良，容易坍孔，为了提高孔内水头压力，高于地下水位1.5～2.0m，甚至2.5m。
钻孔
钻机按规定要求就位后，开始采用直径70cm的钻头钻孔。把各项技术指标达到要求的粘土投入孔内，其泥浆性能应达到表2要求。
泥浆性能表2
在钻孔过程中经常检查泥浆相对密度，泥浆起到护壁作用相对密度不宜过小，但也不能超过1.5。过大会增加孔壁厚度，减少桩基整体承载力。
清孔
清除钻渣和沉淀层，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底回淤过大而降低桩的承载能力。
终孔检查合格后，迅速清孔，不得停歇过久，使泥浆、钻渣沉淀增多，造成清孔工作困难甚至坍孔。清孔时间控制在2小时之内。同时，把灌注混凝土的准备工作做好，清孔后立即进行灌注。清孔的质量要求见表3。
清孔质量指标表3
3.1混凝土灌注桩的强度
灌注桩主要是承受轴向荷载，影响单桩承载力的因素：一是桩本身混凝土的强度；二是摩擦桩因土对桩的阻力不够，引起桩发生过大沉降。
3.1.1水泥用量决定混凝土的强度
水泥用量是决定灌注混凝土强度的主要因素，在施工过程中直接影响着混凝土的和易性、粘聚性、保水性。
水泥的初凝时间不宜早于2.5～3.5h，为提高混凝土的和易性，可掺用粉煤灰等外加剂，可降低14%的水泥用量。
混凝土粗骨料的选择、砂率的确定
所需材料必须符合有关技术规范，粗骨料优先选用卵石为宜，骨料 最大粒径不大于导管内径的1/6-1/8，同时不应大于40mm。若采用碎石，应增加含砂率，一般砂率采用36%-45%。
混凝土试配强度
混凝土强度指标为标准尺寸的试件在温度为20±3℃及相对湿度不低于90%的环境中养护28d，进行抗压试验测得抗压极限值（单位MPa），具有不低于85%的保证率，保证率系数t≥1.04。施工混凝土配置强度可根据强度变异系数或强度标准的历史平均水平，按下列公式计算确定。
Rp=R/（1-tCv）
式中：R——混凝土的设计标号
T——强度保证率系数，具体确定见表4
Cv——强度变异系数，可按表5采用
保证率和保证率系数表4
3.2灌注事故的预防和处理
3.2.1导管进水
预防导管进水，首先是首批混凝土储量要充足，可在球的上部拌制少量高标号砂浆，防止卡管或泥水从底口进入；其次对导管进行压力试验，避免导管接头不严、焊缝破裂和接头间橡皮垫层被导管高气囊挤开，水从接头或焊缝中流入。
3.2.2卡管
严格控制混凝土的坍落度、流动性、和易性，离析的混凝土坚决不用，把不符合规定要求的骨料人工剔除。控制灌注混凝土各工序的时间。
3.2.3塌孔
在灌注混凝土过程中，如发现进孔护筒内水、泥浆层忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，可用测锤探测。造成坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水，孔内水位降低，或在潮汐河流中，当涨潮时，孔内水位差减小，不能保持原有静水压力，以及由于护筒周围放重物或机器振动等均可引起塌孔。
3.2.4埋管
导管无法拔出称为埋管。在灌注混凝土的过程中，一是严格控制导管的埋入深度不得超过6m；二是在导管上端装设附着式振动器，每间隔一段时间振捣一次，使导管周围的混凝土不致过早初凝，或首批混凝土掺入缓凝剂，加快灌注速度。导管接头螺栓事先应检查是否稳妥，提升导管时不可用力过猛。
处理方法：另下一个导管插入混凝土中，把导管中的水抽净，重新灌注。若灌注的混凝土距桩顶不深时，可将原护筒向上接长（或外加一道钢护筒）加压或锤击使护筒底脚沉到已灌注的混凝土面以下，抽水除渣后，继续灌注普通混凝土。
4摩擦桩无破损检测与缺陷处理
为确保桩顶质量，在桩顶设计高以上加灌0.5～1m，在无破损检测前凿除多余部分。采用无破损检测桩的纵向是否断桩、桩长、桩内是否有夹层、混凝土离析等情况。灌注桩如果出现缺陷可以根据灌注桩缺陷的不同位置、地下水的高度等具体情况，采取不同的补救办法。笔者认为，目前的补救方法有如表6所列（加长35m的灌注桩为例）。
灌注桩缺陷补救方法表6
在距桩顶0～5m位置时的旱地和地下水位较低的缺陷桩，若发现有断桩、夹泥、缩颈等情况，可以采用机械直接开挖，对缺陷位置进行补强处理。首先挖至缺陷位置1m以下，挖一集水坑，用潜水泵把桩周围渗出的水抽出。其次，把缺陷处的泥渣用人工清理干净后，用高压水枪对缺陷处混凝土面进行冲洗。三是支模板用压浆混凝土对缺陷桩进行补强处理，并且在水泥浆中掺入适量的膨胀剂。四是拆除模板，待混凝土强度达到30%时，用摩阻力大的混合料分层填筑夯实，增加摩阻力。
压浆补强法
当断桩或缩径、夹泥等缺陷处较深或距桩顶10～25m时，一般采用压浆补强法。施工要点：一是钻芯取样判断缺陷位置和该桩的强度。钻孔的直径和钻孔数量根据成孔设备和缺陷的程度进行选择，至少2个孔，一个进浆孔，另一个作为出浆孔，钻孔深度在缺陷位置至少1m。二是沖孔，用一个高压水泵向一个孔内压入清水冲洗。冲洗压力0.5～0.7MPa，直到夹泥、松散的混凝土碎渣全部冲洗干净，清水从其余孔溢出为止。三是压浆，冲洗完毕之后，把压浆管下放到孔内距顶面1m深，用麻絮填塞进浆管周围，防止水泥浆从进浆口冒出。第一次压入水灰比为0.8的纯水泥稀浆，待孔内原有清水从出浆口压出来后，再用水灰比0.5的水泥浆压入。为使浆液得到充分扩散。应压一阵停一阵，当浓浆从出浆口冒出时，停止压浆。最后用水灰比为0.4的水泥浆压入，并增大灌浆压力至0.7～0.8 MPa，关闭进浆闸，稳压20～25min，压浆工作结束。压浆工作结束后，水泥浆硬化以后，应再作一次钻芯，检查补强效果。如断桩夹泥情况排除，认为合格，可交付使用。
加大承台法
如缺陷位置较深，钻孔补强施工困难、成本较高时，可以考虑采用加大承台法，提高桩基的承载力。根据无破损检验的结果，判断缺陷的情况。通过力学计算，确定承台的高度和几何尺寸。
缺陷桩补强后的检测
缺陷桩经过补强处理后，用无破损检测技术很难判断其补强效果。笔者根据多年的施工经验认为，对缺陷补强后的桩采用静载试验法，检验试桩补强的效果最佳。在实验过程中，采取鉴定性试桩的方法，加载到设计荷载的1.2～1.5倍，检验补强处理后桩的承载力是否符合设计要求。
5结束语
不良地质层采用逐步扩孔的方法进行钻孔施工，虽然每根灌注桩成孔时间略长，但适合沿海地区不良地质层砂性土质中进行施工，机械设备容易组织（打井设备改装即可），几台设备同时开工，可缩短钻孔施工工期。比其它钻孔施工方法有很多优势，施工成本低，钻孔成孔率高，不需要单独制备泥浆，灌注桩各项技术指标合格率也很高，桩的承载能力有所提高。笔者认为，此施工方法在不良地质层中钻孔是成功的，可以推广应用。
关键词：不良地质；灌注桩；逐步扩孔；成孔；灌注；新技术
Abstract: this paper introduces the geological piles of sand gradually expanding blastholes hole perfusion technique and successful experience and experience, described the common perfusion accident prevention and filling defect treatment.
Keywords: bad geological; Piles; Gradually expanding; Into the hole; Perfusion; New technology
中图分类号：TU473.1+4文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
唐山海港经济开发区位于环渤海经济圈中心地带，滦河冲积扇前缘的滨海平原，地形平坦，地下水位较高，地质情况复杂，沿线断续分布着软土路段，主要为松散的粉细砂层或软塑的粘土。钻探结果表明，粘土覆盖深度仅为0.5～3.5m，其余土质均为细砂。不良地质层较深，在钻孔过程中极容易坍孔,在桩灌注过程中稍微不慎便引起缩径或淤砂夹层或断桩。为此，在综合分析了该地区工程钻孔施工经验的基础上，结合工程实际情况，确定了用冲击钻分四次逐步扩孔的施工方案。施工结果表明，该施工方法在砂性土质中进行灌注桩施工效果极佳，工期短，效益显著，无破损实验灌注桩各项技术指标合格率100%。
1逐步扩孔施工方法的优点
1.1钻孔设备较多，容易组织，施工成本低，工艺简单，在每次扩孔时，钻锥不变，只需把钻头直径加以改变即可。
1.2不需要单独制备泥浆，把各项技术指标达到要求的粘土在钻孔过程中加入孔内即可。
1.3在每次扩孔时，冲击钻孔过程中，能够把孔壁挤实，提高孔壁强度，对孔壁坍孔起到了预防作用。
2逐步扩孔施工工艺
在施工过程中，桩径为120cm，分四次扩孔，见下表1
工艺流程如下:场地准备→桩位放样→埋置护筒→钻机就位→鉆孔→成孔检测→清孔→放钢筋笼→设立导管→灌注混凝土→无破损试验
表1
埋置护筒
采用3～5mm厚钢板制作的护筒，其直径比桩直径大20～30cm，护筒长度1.5～2.0m，护筒顶端高度处于旱地时宜高出地面0.3～0.5m。因地质不良，容易坍孔，为了提高孔内水头压力，高于地下水位1.5～2.0m，甚至2.5m。
钻孔
钻机按规定要求就位后，开始采用直径70cm的钻头钻孔。把各项技术指标达到要求的粘土投入孔内，其泥浆性能应达到表2要求。
泥浆性能表2
在钻孔过程中经常检查泥浆相对密度，泥浆起到护壁作用相对密度不宜过小，但也不能超过1.5。过大会增加孔壁厚度，减少桩基整体承载力。
清孔
清除钻渣和沉淀层，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底回淤过大而降低桩的承载能力。
终孔检查合格后，迅速清孔，不得停歇过久，使泥浆、钻渣沉淀增多，造成清孔工作困难甚至坍孔。清孔时间控制在2小时之内。同时，把灌注混凝土的准备工作做好，清孔后立即进行灌注。清孔的质量要求见表3。
清孔质量指标表3
3.1混凝土灌注桩的强度
灌注桩主要是承受轴向荷载，影响单桩承载力的因素：一是桩本身混凝土的强度；二是摩擦桩因土对桩的阻力不够，引起桩发生过大沉降。
3.1.1水泥用量决定混凝土的强度
水泥用量是决定灌注混凝土强度的主要因素，在施工过程中直接影响着混凝土的和易性、粘聚性、保水性。
水泥的初凝时间不宜早于2.5～3.5h，为提高混凝土的和易性，可掺用粉煤灰等外加剂，可降低14%的水泥用量。
混凝土粗骨料的选择、砂率的确定
所需材料必须符合有关技术规范，粗骨料优先选用卵石为宜，骨料 最大粒径不大于导管内径的1/6-1/8，同时不应大于40mm。若采用碎石，应增加含砂率，一般砂率采用36%-45%。
混凝土试配强度
混凝土强度指标为标准尺寸的试件在温度为20±3℃及相对湿度不低于90%的环境中养护28d，进行抗压试验测得抗压极限值（单位MPa），具有不低于85%的保证率，保证率系数t≥1.04。施工混凝土配置强度可根据强度变异系数或强度标准的历史平均水平，按下列公式计算确定。
Rp=R/（1-tCv）
式中：R——混凝土的设计标号
T——强度保证率系数，具体确定见表4
Cv——强度变异系数，可按表5采用
保证率和保证率系数表4
3.2灌注事故的预防和处理
3.2.1导管进水
预防导管进水，首先是首批混凝土储量要充足，可在球的上部拌制少量高标号砂浆，防止卡管或泥水从底口进入；其次对导管进行压力试验，避免导管接头不严、焊缝破裂和接头间橡皮垫层被导管高气囊挤开，水从接头或焊缝中流入。
3.2.2卡管
严格控制混凝土的坍落度、流动性、和易性，离析的混凝土坚决不用，把不符合规定要求的骨料人工剔除。控制灌注混凝土各工序的时间。
3.2.3塌孔
在灌注混凝土过程中，如发现进孔护筒内水、泥浆层忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，可用测锤探测。造成坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水，孔内水位降低，或在潮汐河流中，当涨潮时，孔内水位差减小，不能保持原有静水压力，以及由于护筒周围放重物或机器振动等均可引起塌孔。
3.2.4埋管
导管无法拔出称为埋管。在灌注混凝土的过程中，一是严格控制导管的埋入深度不得超过6m；二是在导管上端装设附着式振动器，每间隔一段时间振捣一次，使导管周围的混凝土不致过早初凝，或首批混凝土掺入缓凝剂，加快灌注速度。导管接头螺栓事先应检查是否稳妥，提升导管时不可用力过猛。
处理方法：另下一个导管插入混凝土中，把导管中的水抽净，重新灌注。若灌注的混凝土距桩顶不深时，可将原护筒向上接长（或外加一道钢护筒）加压或锤击使护筒底脚沉到已灌注的混凝土面以下，抽水除渣后，继续灌注普通混凝土。
4摩擦桩无破损检测与缺陷处理
为确保桩顶质量，在桩顶设计高以上加灌0.5～1m，在无破损检测前凿除多余部分。采用无破损检测桩的纵向是否断桩、桩长、桩内是否有夹层、混凝土离析等情况。灌注桩如果出现缺陷可以根据灌注桩缺陷的不同位置、地下水的高度等具体情况，采取不同的补救办法。笔者认为，目前的补救方法有如表6所列（加长35m的灌注桩为例）。
灌注桩缺陷补救方法表6
在距桩顶0～5m位置时的旱地和地下水位较低的缺陷桩，若发现有断桩、夹泥、缩颈等情况，可以采用机械直接开挖，对缺陷位置进行补强处理。首先挖至缺陷位置1m以下，挖一集水坑，用潜水泵把桩周围渗出的水抽出。其次，把缺陷处的泥渣用人工清理干净后，用高压水枪对缺陷处混凝土面进行冲洗。三是支模板用压浆混凝土对缺陷桩进行补强处理，并且在水泥浆中掺入适量的膨胀剂。四是拆除模板，待混凝土强度达到30%时，用摩阻力大的混合料分层填筑夯实，增加摩阻力。
压浆补强法
当断桩或缩径、夹泥等缺陷处较深或距桩顶10～25m时，一般采用压浆补强法。施工要点：一是钻芯取样判断缺陷位置和该桩的强度。钻孔的直径和钻孔数量根据成孔设备和缺陷的程度进行选择，至少2个孔，一个进浆孔，另一个作为出浆孔，钻孔深度在缺陷位置至少1m。二是沖孔，用一个高压水泵向一个孔内压入清水冲洗。冲洗压力0.5～0.7MPa，直到夹泥、松散的混凝土碎渣全部冲洗干净，清水从其余孔溢出为止。三是压浆，冲洗完毕之后，把压浆管下放到孔内距顶面1m深，用麻絮填塞进浆管周围，防止水泥浆从进浆口冒出。第一次压入水灰比为0.8的纯水泥稀浆，待孔内原有清水从出浆口压出来后，再用水灰比0.5的水泥浆压入。为使浆液得到充分扩散。应压一阵停一阵，当浓浆从出浆口冒出时，停止压浆。最后用水灰比为0.4的水泥浆压入，并增大灌浆压力至0.7～0.8 MPa，关闭进浆闸，稳压20～25min，压浆工作结束。压浆工作结束后，水泥浆硬化以后，应再作一次钻芯，检查补强效果。如断桩夹泥情况排除，认为合格，可交付使用。
加大承台法
如缺陷位置较深，钻孔补强施工困难、成本较高时，可以考虑采用加大承台法，提高桩基的承载力。根据无破损检验的结果，判断缺陷的情况。通过力学计算，确定承台的高度和几何尺寸。
缺陷桩补强后的检测
缺陷桩经过补强处理后，用无破损检测技术很难判断其补强效果。笔者根据多年的施工经验认为，对缺陷补强后的桩采用静载试验法，检验试桩补强的效果最佳。在实验过程中，采取鉴定性试桩的方法，加载到设计荷载的1.2～1.5倍，检验补强处理后桩的承载力是否符合设计要求。
5结束语
不良地质层采用逐步扩孔的方法进行钻孔施工，虽然每根灌注桩成孔时间略长，但适合沿海地区不良地质层砂性土质中进行施工，机械设备容易组织（打井设备改装即可），几台设备同时开工，可缩短钻孔施工工期。比其它钻孔施工方法有很多优势，施工成本低，钻孔成孔率高，不需要单独制备泥浆，灌注桩各项技术指标合格率也很高，桩的承载能力有所提高。笔者认为，此施工方法在不良地质层中钻孔是成功的，可以推广应用。