钻孔混凝土灌注桩的基桩设计与施工

钻孔混凝土灌注桩的基桩设计与施工

何兴

高驰国际设计 有限公司，重庆 401120

摘要：随着国家基础建设的快速发展和大量工程建设项目的不断出现,新的建筑工艺和技术要求不断上升。钻孔混凝土灌注桩技术在农田水利,桥梁高索等工程设计的应用中比较广泛。要确保钻孔灌注桩施工质量，而确保施工质量必须要明确施工流程。文章简要分析钻孔灌注桩桩长设计与单桩极限承载力数值的计算与合理性验算，并提出钻孔灌注桩施工过程中应注意的问题。

关键词：钻孔灌注桩；混凝土；基桩；设计；施工

1导言

在钻孔灌注桩施工过程中，为保证桩顶混凝土质量，通常会规定一定的超灌量。实际施工过程中是通过人工测绳来控制超灌量，误差较大，容易发生超灌量超过理论值或者低于理论值的现象。灌注桩施工质量对建筑物的稳定性具有重要影响，施工过程中要按照“经济适用、安全合理”的原则，综合考虑建筑结构类型、地质条件、荷载性质、桩端持力层土壤类型、施工能力、地下水位及交通条件等因素选择桩型和成桩工艺。

2灌注过程中混凝土受力情况

混凝土浇灌和导管拔除是控制灌注桩桩头超灌量的两个关键阶段，需要对混凝土在这两个阶段的受力情况进行分析。混凝土灌注过程如图1所示。

图1混凝土钻孔灌注桩浇筑过程示意图 

为了使导管内剩余的混凝土在重新平衡后顺利进入桩孔内，可以采用吊车提升导管的策略，但是必须使导管在混凝土面的埋设深度符合规定要求。在钻孔灌注桩施工现场，灌注班组长通常会指挥吊车操作手进行多次提升和下放导管，目的是让导管内混凝土依靠惯性进入桩孔内。当吊车操作手停止提升和下放导管后，桩孔内混凝土在上部泥浆的压力作用下有回流到导管的趋势。所以，混凝土灌注桩施工过程中，导管内大概率会有一定量的残留混凝土，这是混凝土桩头比预期超灌的一个主要原因。混凝土灌注桩的桩顶设计标高低于地面越多，灌注到设计标高后导管内残留的混凝土高度就越高；灌注到桩顶设计标高后，混凝土的坍落度越小，导管埋入混凝土的深度就越大，导管与混凝土之间的摩擦力就越大，导管内残留的混凝土高度就越低。在灌注桩实际施工过程中，导管内剩余的混凝土高度通常都会大于理论计算的最小值，这主要是因为吊车操作手提升和下放导管产生的惯性力难以精确计算。

3钻孔混凝土灌注桩的基桩设计与施工

3.1施工前的准备工作

3.1.1布置施工现场

施工现场为旱地时要进行平整、除杂、换出软土、夯实，坡度较大时还需用枕木或木排架搭设工作平台。施工现场为潜水区时要用到筑岛法，确保岛顶平面高出水面（1.5±0.5)m。施工现场为深水区时，要根据水的深度、流动速度和水底地质情况等采用浮动式钻探船或固定平台。

3.1.2试桩

正式施工前要进行荷载试验和工艺试验，以科学选择施工方法、施工工艺和施工机具，并验证其承载能力和成桩质量是否满足设计要求。试验时要选择具有代表性或预计钻进难度大的地层，着重查明地质情况，判定施工工艺是否适宜；确保试桩的材料和规格与设计完全相同；力学性试桩的数目不少于2根，且要超过基桩总数的3%。荷载试验包括垂直静荷载试验和水平静荷载试验，其中垂直静荷载试验的目的是测定垂直最大承载力，掌握桩的沉降情况；水平静荷载试验的目的是测定桩的水平位移和转角。

3.1.3测量放样

专业测量人员按照建设单位提供的基线和水准点，制作施工平面控制网，通过极坐标法对所有桩孔进行放样。为了确保放样精度，需对每根桩进行3次定位（第一次定位挖埋护筒，第二次定位校正护筒，第三次用十字交叉法在护筒上定出桩位），并经业主和监理单位验收达标后才能进行后续施工。

3.2超灌控制仪在实际应用中的适用性

测绳式超灌控制仪的工作原理是通过固定在钢筋笼上的压力传感器来监测混凝土液面变化。压力传感器在钢筋笼上的安设位置是预先计算的超灌标高控制点，传感器的压力数据通过柔性电缆进行传输，由压力数据可以准确监测桩孔内混凝土液面的变化。混凝土灌注结束后，测绳式超灌控制仪可以回收再利用。杆式超灌控制仪的工作原理是通过灵敏度较高的伸缩尺来区分泥浆和混凝土界面的压力变化，判断混凝土的浇筑位置。伸缩尺安放在灌注桩桩顶设计标高处，利用压感器将实时数据传输到监测界面，对混凝土灌注高度实时监测。

测绳式超灌控制仪在灌注桩实际施工中应用较广泛，通常将测绳式超灌控制仪的传感器固定在比灌注桩桩顶设计标高稍微靠下位置的钢筋笼外侧，当混凝土面升至传感器位置时，降低混凝土灌注速度，目的是给超灌控制留有反应时间。当传感器压力达到设定值时，表示超灌高度刚好满足预期设计要求，应立即停止灌注，并收回传感器再次使用。

3.3混凝土浇筑程序

桩基混凝土在浇筑工作进行过程中必须对成孔进行再次清理，测量孔内泥浆比重，沉渣厚度等等指标和参数，在进行下一步的施工程序。使用常规导管法进行桩基浇筑是施工过程中最常用的浇筑方式，导管的材料和直径大小都有专门的要求，因为导管需要有良好的密闭性，所以一般采用螺旋夹密封圈的方式进行密封。在施工现场使用到的导管在使用之前要进行一系列的质量检测，例如拼接，水密，承压测试等等。首批混凝土浇筑的高度要大于1米。

在桩基混凝土浇筑工作要用到的设备，材料和技术工人完全到位之后，无缝钢制导管口距离成孔底部的高度必须控制在标准范围内，也就是25厘米到40厘米之间。采用大型料斗连接导管之后，先封锁料斗，然后待混凝土快灌满料斗后，打开料斗封锁，开始浇筑混凝土。完成首批混凝土浇筑工作之后，在15分钟的间隔之间进行下一次的灌注工作，最长的时间间隔不能够超过半个小时，单个桩基灌注时间大约在两个小时到四个小时之间，另外，在灌注工作完成之后要进行导管的拆除。这一项工作的时间应该尽力减小，避免因为混凝土埋沉影响了导管的提升，拆除过程应该注意技术工人的施工细节，避免蛮力拉扯，防止细小工具掉落孔中。在导管拆卸下来之后应该马上进行清理工作，在清理完成之后整齐排放，避免因为锈蚀影响下一次的使用。

3.4混凝土灌注

桩基施工期间，每完成一次混凝土浇筑，必须及时测量已浇筑混凝土的深度，精确把控对孔塌情况的预测，防止意外事故发生。在混凝土中，导管敷设深度一般是2～3m。对于拔出后的导管，要及时冲洗，污染的时间不能过长，不然会影响导管的使用年限和寿命。混凝土浇筑过程中，要保证工作的连续性，中途不能间断，否则会影响浇筑质量。导管要尽量保持上下活动的状态，可以让混凝土的流动性加强，同时可以让导管在拔出过程中没有困难。

3.5混凝土超灌的控制措施

灌注桩施工现场的混凝土密度和孔内泥浆液面高度基本上是恒定的，因为同一个施工区域内的桩型基本恒定，所以降低孔内泥浆的密度对控制灌注桩桩头超灌有促进作用。降低泥浆密度不能选择在泥浆配合比方面做文章，否则会引起塌孔，应在二次清孔过程中尽量将孔内泥沙清理干净，降低二次清孔后泥浆的密度。同时，在灌注桩施工即将结束时，要上下不停提升和下放导管，为导管内外混凝土创造惯性力，改变原有摩擦力方向，将导管内残留的混凝土量降到最低。

除二次清空后泥浆密度、导管直径因素外，混凝土超灌仪压力传感器在钢筋笼上的固定位置和灌注即将结束时的灌注速度对混凝土灌注桩超灌量的控制也有较大影响。灌注接近尾声时的灌注速度如果过快，会导致传感器接触混凝土面时，导管内已经灌入较多的混凝土，对超灌量控制不利。基于此，传感器在钢筋笼上安装固定的位置要在超灌设计标高以下才能有效地控制超灌量。当传感器显示屏显示数据时，证明传感器已经与上升的混凝土面相接触，这时应立即停止混凝土灌注，靠提升和下放导管让导管内混凝土在惯性作用下进入孔内。要紧密监测压力传感器数据，如果混凝土面还未达到超灌设计标高，再少量、慢速且多次向导管内灌入混凝土，直到达到超灌设计标高为止。

结束语

综上所述，钻孔混凝土灌注桩的桩基设计和施工在现代工业发展过程中已经在基础建设方面得到普遍应用，在钻孔混凝土灌注桩的桩基的施工需要施工技术人员和检测人员共同合作，合力保证施工质量。

参考文献

1.  许庆贵.混凝土灌注桩设计和试验对比分析[J].吉林电力,2016(05):5-7.

[2]王兵,韩军,杨世鹏,王佳宁,朱宏礼.一种灌注桩超灌混凝土提前处理工装的应用[J].国防交通工程与技术,2020,18(02):66-68.