建筑施工中的钻孔灌注桩技术应用探讨姚以郎

建筑施工中的钻孔灌注桩技术应用探讨姚以郎

姚以郎

上海踏建建设管理咨询有限公司上海201799

摘要：随着城市的扩大，城市土地的稀缺，建造更多的高层及超高层建筑物是城市发展的重要方向。地基基础施工是满足高大建筑物上部主体结构承载力的重要保证，而钻孔灌注桩作为地基桩基础施工的一种，在高层或超高层建筑物桩基础施工中应用最为广泛（如：上海中心大厦，平安国际金融中心、环球金融中心等超高层建筑物）。但钻孔灌注桩在施工过程中常因管理或施工操作不当等因素，会出现“缩径、断桩、塌孔、穿孔、堵管”等一系列问题，将对地基的承载力及建筑物的结构安全产生重大影响。对此在施工中加强钻孔灌注桩技术施工管理要点的控制是非常有必要的。

关键词：建筑施工；钻孔灌注桩技术；质量控制；施工质量

引言

近年来由于建筑施工能力及技术水平提高，桩基础已成为大量使用的基础类型。钻孔灌注桩由于其造价低、承载力大，适用各类土质、沉降量小、施工时对周边建筑物影响较小等优点，在我国建筑施工过程中得到普遍应用。本文就钻孔灌注桩的施工中常出现的问题、原因及预防措施展开探讨。

一、建筑施工中钻孔灌注桩技术优势。

1、钻孔桩承载力大。桩承载力一般由桩的侧摩阻力和桩的端阻力两部分组成即公式：

Quk=qpk•Ap+u•∑qsik•Li，（qpk－极限端阻力标准值；qsik－桩侧摩阻力；Ap－桩端面积；u－桩身周长；Li－桩周第i层土的厚度）根据以往地质报告显示桩周土的强度越高，相应桩侧摩阻力就越大（如：中风化岩、粉粘土、强风化岩层桩侧摩阻力较大）。而低压缩性、高强度的砂、砂砾、各类岩层是最理想具有高端阻力的持力层（如中风化岩层、强风化岩层、全风化岩层等）。由于钻孔灌注桩采取不同钻头钻进可适用于各种高侧摩阻力和高端阻力岩层，因此钻孔灌注桩能有效提高基础的承载力。

2、施工简便、工期短、造价低。根据灌注桩的长短、直径大小以及入岩的深浅，可选用“千米钻”、GPS-10型、GPS-15型、GPS-20型（浙江普陀地基改装型）和GPS-25型等钻孔桩机设备，其设备安拆简便、进出场费低（只需一辆16米板车、25T汽吊和3位桩工即可安拆）、占地少，按照工程进度的需要可增加或减少机械数量（特别用于重大、设计缺乏计算数据需按排试桩获取数据成果的项目），并且施工时可根据设计要求的持力层和地质勘察报告所反映的内容，不断调整桩的长短而不需要截桩，为此有效的降低造价成本。其桩径不同只需更换钻头便可施工，对进度影响较小。

3、噪音小、无振动、无地面隆起或侧移，对周边建筑物、地下管线及居民生活影响小，特别适用于城市建筑物密集的市区、建筑场地邻近有建筑物或地下管线等场地的工程施工。

二、建筑工程施工中关键环节常见的技术问题

1、成孔问题

成孔质量是桩身质量的保证，其施工质量控制的不好，很容易造成塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端未达到设计持力层等问题,轻者影响下道工序施工，重者将严重影响后期施工整体进度和建筑物结构整体质量。

2、灌桩问题

水下砼灌注是钻孔灌注桩施工过程关键环节，也是判定和检测桩身完整性的重要因素。其在施工过程中如管理不善或操作不当，会造成“堵管”、“钢筋笼上浮”、“导管拔空”、“桩身砼夹泥”、“卡管”等一系列问题，轻者会出现二类桩（桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力），重者会出现三类、四类桩（三类桩：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响，四类桩：桩身存在严重缺陷）。如出现三类或四类桩将进行补桩加固，对整个工程的进度和成本造成很大的影响。

3、清孔问题

清孔是钻孔灌注桩施工中重要的一环，其主要的目的是清除钻渣，减少孔底沉渣厚度，防止桩底沉渣过厚而降低桩基载力。清孔可分为一清和二清，一清是把钻孔过程中未充分搅碎的岩层和搅烂的泥巴，钻至孔底标高后利用钻具进行换浆清孔。二清是利用导管根据不同的地质情况合理的调整泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标，将悬浮在孔内泥浆中的钻渣，通过循环过滤过程降低至设计规范要求。但在实际施工过程中施工单位为了赶进度，只要求二清而忽略一清的重要性，至灌桩前沉渣厚度无法达到设计规范要求导致桩沉降过大（因为第一次清孔相较于第二次清孔，其冲力大，清孔能力强，可以把绝大部沉渣和泥块返出孔外）

三、施工中常见问题原因分析及预防措施

1、桩孔偏斜

1）桩孔偏斜原因：

（1）钻孔时钻至有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜钻进；或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均，钻头逐渐向软地层倾斜，致使桩孔偏斜。

（2）钻机底座未安置水平或场地未平整压实，在钻进过程中产生不均匀沉陷、位移，桩孔逐渐偏斜。

（3）钻杆弯曲，接头不正。

2）预防措施：

（1）钻机施工前检查钻机底座水平。

（2）由于主动钻杆较长，转动时上部摆动过大。必须在钻架上增设导向架，控制杆上的提引水龙头，使其沿导向架对中钻进。

（3）钻杆接头应逐个检查，及时调正，当主动钻杆弯曲时，停止使用。

（4）钻进过程中测量人员通过经纬仪随时观测钻杆的垂直度，发现偏斜及时采取措施纠偏。

2、塌孔

1）塌孔原因：

(1)钻进过程中，泥浆比重过小，不能有效形成孔壁泥膜和足够的泥水压力，可能会出现孔壁坍塌现象。

(2)施工地层中含有砂、砂砾等强透水层，由于孔内泥浆流失造成孔内水头高度不够而未及时补充泥浆从而造成塌孔。

(3)护筒埋置太浅，下端孔口漏水、塌孔或孔口附近地面受水浸湿泡软，或钻机装置在护筒上，由于振动使孔口坍塌，扩展成较大塌孔。

(4)在松软砂层中钻进，进尺太快。

2）预防措施：

(1)不同地层严格控制泥浆指标，如钻到砂土层时要配置粘度大、比重大的泥浆，泥浆比控制在1.30g/cm3左右；钻到砾石和岩石层时要加大泥浆比重，泥浆比控制在1.40g/cm3左右，钻至粘土层时，比重相对减少，泥浆比控制在1.05g/cm3左右，具体情况根据试打桩所得参数确定。

(2)根据现场实际情况确定埋设护筒深度，且高出地面0.3m以上，四周选用含水量适中的粘土分层填实，在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持1.0～1.5m的水头高度，保证孔口排水良好。

(3)不同地层严格控制钻速，松软砂层中钻进，成孔速度应根据地质情况并参照试打桩数据选取，特别对于砂、砂砾等土层，若成孔速度过快，会产生桩的径向摆动，重者将孔壁坍塌。成孔速度在软粘土钻进时最快，约为0.2m/min，对细粉砂层钻进速度控制在0.015m/min左右。当穿过较厚的砂层、砾石层时，成孔速度应控制在0.03m/min以内。

(4)施工过程中要保证孔内泥浆面高于地下水位2.0m。并且保持孔内泥浆循环运行防止沉淀离析。

3、堵管

1）堵管的原因：

（1）导管变形，影响隔水塞通过，隔水塞不符合要求，直径过大卡住导管；或直径过小灌注砼离析，粗骨料进入隔水塞和导管内壁之间卡住。

(2)导管漏气，密封不严，使砼有渗出现象，并且在导管内无法形成一定的压力，不利于砼的流动。

(3)砼灌注过程中，灌注时因导管下端距孔底间隙太小，或导管埋深计算不准确，埋管过长，砼流动不畅造成堵管。

(4)砼水灰比过大，坍落度过低，砼离析严重，粗骨料集中在一起而堵管。

2）预防措施：

（1）灌注前对导管外观质量进行检查、导管使用前应试拼装、试压、检验导管的密封性，对不符合要求立即更换。

（2）施工过程控制导管埋入砼的长度，初灌时一般导管口距孔底应保持30～50cm左右，同时每斗灌注结束后要准确的量出砼面距空口距离，掌握好导管的拆卸长度，保证导管的埋深在2～6m。

（3）砼灌注时，应加强对砼搅拌时间和砼坍落度的控制。水下砼坍落度宜为18cm～22cm，粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4，且应小于40mm。

4、钢筋笼上浮

1）钢筋笼上浮的原因：

由于砼供应不及时或气温较高时段，且导管埋深过深。其顶面砼因浇注时间较长，已接近初凝，砼与钢筋笼有一定的握裹力，如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上，砼在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上升。

2）预防措施：

（1）根据实际情况调整砼配合比，中途运输时间尽量缩短。

（2）现场管理人员根据砼灌注量及时计算导管埋深并检查已灌砼面的标高，严格控制导管埋入砼深度。砼灌量高度提升公式：V＝(γ为桩直径。H为每次砼灌注量砼提升的高度)。

（3)浇筑砼前应使钢筋笼牢固固定在钢护筒顶部的施工平台上，在砼浇筑上升至钢筋笼底部附近时，提升导管，以保持较小的埋置深度（导管埋深控制在1.5m～2.0m之间），并稍微减缓砼的灌注速度。

5、桩身砼夹泥

1）桩身砼夹泥的原因：

（1）地质原因，钻孔桩穿越粉砂与圆砾混砂等岩层，造成泥浆中含砂率大，灌注时砂沉淀于砼面且板结，造成砼无法正常上翻，一旦冲破后，部分上覆层夹裹在桩身中导致夹泥。

（2）在灌砼过程中，由于导管密封不够严密或破损，导致导管外的泥浆进入导管连同砼浇筑在灌注桩桩身当中。

（3）泥浆质量的影响，清孔后泥浆比重过小，造成孔内砂大部沉淀于孔底部，在首批砼灌注后积聚于砼表面，上覆压力大，灌注时阻力较大，灌注过程不顺畅，通过导管上下振击，使导管内储存大量砼冲破上覆隔离层最薄处急速返上，并将泥浆钻渣夹裹于桩身内。

（4）导管埋深过浅使孔内砼隔离层破坏，泥浆和钻渣翻卷入砼中形成夹泥；导管埋深过大，则砼不易流出顶升，可能会造成孔内砼隔离层上升不均匀，砼面先顶升再水平扩散，隔离层砼翻滚混入泥浆。

2）预防措施：

（1）加大初灌砼方量，确保初灌后导管埋深在1.5米左右，使首批砼作为隔离层在后续砼灌注时保持稳定且上升平稳。

（2）增加砼面测量频率，拆除导管前应测量一次砼面的上升高度，使用测锤时，要反复掷锤，使锤穿破砼面上的泥浆凝结层，另外要将凝土面上升高度与灌注方量来校核砼面是否正确，确保导管埋深合适，不出现埋深过深或拔漏的现象。

（3）适当加大清孔泥浆比重，清孔时，一方面要延长清孔时间，另外适当加大泥浆比重，确保砂粒悬浮于孔内，不致因泥浆比重快速降低而造成沉渣厚度过厚，严禁采用冲水稀释泥浆清孔。

（4）加强日常检查导管使用情况，出现接口滑丝和磨损严重的要及时更换。导管安放清孔和拆管灌桩时，导管根据孔深安拆到位并且每节节口必须加密封圈。

结语

综上所述，通过对于钻孔灌注桩技术在建筑施工中的应用分析，该技术凭借着自身运用成本低、环境适应性强等优势被广泛应用在建筑项目中，但在施工的过程中，要加强对其施工要点的把握，使其钻孔灌注桩技术的优势得到充分的发挥，继而更好的保障建筑的质量。

参考文献

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