钻孔压浆桩施工技术探索研究

钻孔压浆桩施工技术探索研究

陈舒

（福建建筑学校，福建福州，350000）

摘要： 本论文研究了钻孔压浆桩的施工技术并分析施工过程中影响施工作业的主要因素和施工中存在的难点问题，提出相应解决方法。

关键词：钻孔压浆桩；施工技术 ；检测分析

1、前言

桩基础是一种历史悠久的建筑基础形式，也是一种应用广泛、发展迅速、生命力很强的基础形式。在以现代建筑为特征的大型土木建设工程中，几乎都会广泛使用到桩基技术。桩基础已经成为在土质不良的地区修建各种建筑物(特别是高层建筑、重型厂房和具有特殊要求的构筑物)所广泛采用的基础形式。地基基础是一项古老的工程技术，又是一门年轻的应用学科。追本溯源世界文化古国的远古先民，早在史前的建筑活动中，就已创造了自己的地基基础工艺。最早使用的桩为木桩，早在新石器时代人类就开始在湖泊和沼泽地里栽木桩搭台作为水上住所。1973年考古学家在浙江钱塘江南岸7000年前的河姆渡文化遗址发现了较多的木桩和木构建筑遗迹，其形式有圆木桩、方木桩和板桩，这是我国发现的最早的桩基工程。到汉朝已用木桩修桥，到宋朝人们已利用桩基技术修建高塔和宫殿这一类较重要的建筑物，山西太原的晋祠圣母殿就是一例。在英国也保存有一些罗马时代修建的木桩基础的桥和居民点[1] [2]。

随着人类文明的发展桩基础在地基基础工程中获得更广泛的应用。19世纪20年代，人们开始使用铸铁板桩修建围堰和码头，20世纪初美国开始广泛使用H型钢桩，二战后人们把各种直径的无缝钢管也作为桩材用于基础工程。尤其是20世纪初钢筋混凝土预制构件的问世，更是引起了人们广泛的研究和重视，出现了厂制、现场预制和现场灌注的各类钢筋混凝土桩。人们对桩基技术的研究也从过去的感性认识上升到设计理论和施工方法并伴随科技的发展而进步。

随着经济建设的飞速发展，高层建筑和其它一些大型市政构筑物越来越多。单独的筏板基础往往能够满足承载力方面的需要或能够提供大部分的承载力，却不能满足对于基础整体沉降和差异沉降方面的要求。而桩筏基础由于在控制沉降和满足承载力方面的优势而受到了越来越多的应用[3]。

2、钻孔压浆桩基本原理

钻孔压浆桩施工法是利用长螺旋钻孔机钻孔至设计深度，在提升钻杆的同时通过设在钻头上的喷嘴向孔内高压灌注制备好的以水泥浆为主剂的浆液，至浆液达到没有塌孔危险的位置或地下水位以上0.5-1.0 m处，起钻后向孔内放入钢筋笼，并放入至少1根直通孔底的高压注浆管，然后投放料至孔口设计标高以上0.3 m处，最后通过高压注浆管，在水泥浆终凝之前多次重复地向孔内补浆，直至孔口冒浆为止。钻孔压浆桩施工法可以看成是吸收埋入式桩的水泥浆工法和CIP工法桩原理的组合。所谓埋入式桩的水泥浆工法的基本原理是用长螺旋钻孔机钻孔至设计深度，在钻孔同时通过钻头向孔内注入以膨润土为主剂的钻进液，然后注入以水泥浆为主剂的桩端固定液或桩周固定液取代钻进液的同时提升钻杆，最后将预制桩插入孔内，并将其压入或轻打入至设计深度。所谓CIP(Cast-in-Place Pile)工法的基本原理是用长螺旋钻孔机钻孔至预定深度(如孔有可能坍塌时要插入套管)，提出钻杆，向桩孔中放入钢筋笼和注浆管(1--4根)，投入粗骨料，最后边灌注砂浆边拔注浆管(及套管)，成桩[4]。

3、钻孔压浆桩适用范围

钻孔压浆桩适应性较广，几乎可用于各种地质土层条件施工，既能在水位以上干作业成孔成桩，也能在地下水位以下成孔成桩，既能在常温下施工，也能在-35℃的低温条件下施工。采用特制钻头可在饱和单轴抗压强度标准值小于40 MPa的风化岩层、盐渍土层及砂卵石层中成孔，采用特殊措施可在厚流砂层中成孔，还能在紧邻持续振动源的困难环境下施工。

钻孔压浆桩的直径为一般为300mm，400mm, 500mm,600mm和800 mm，常用桩径为400mm, 600 mm，桩长最大可达31 m。钻机就位：在设计桩位上将钻机放平稳，使钻杆竖直，对准桩位钻进，随时注意并校正钻杆的垂直度。

钻进：钻至设计深度后，停止进尺，回转钻具，空钻清底。

第1次注浆：把高压胶管一端接在钻杆顶部的导流器预留管口，另一端接在注浆泵上，将配制好的水泥浆由下而上在提钻同时在高压作用下喷入孔内。

提钻：对于有地下水的情况，注浆至无塌孔危险位置以上0.5-- 1.0 m处，提出钻杆，形成水泥浆护壁孔。

放钢筋笼和注浆管：将塑料注浆管或钢注浆管固定在制作好的钢筋笼上，使用钻机的吊装设备吊起钢筋笼对准孔位，并将其竖直地慢慢放入孔内，下到设计标高后，固定钢筋笼。

放碎(卵)石：碎(卵)石通过孔口漏斗倒入孔内，用铁棍捣实。

第2次注浆(补浆) ：利用固定在钢筋笼上的塑料管或钢管进行第2次注浆，此工序与第1次注浆间隔不得超过45 min，第2次注浆通常要多次反复，最后一次补浆必须在水泥浆接近终凝前完成，注浆完成后立即拔管洗净备用。

4、钻孔压浆桩施工特点

钻孔压浆桩施工工艺有两次注浆，所需的水泥浆液，是由注浆泵压入的，该泵配有水泥浆的搅拌系统。注浆泵的工作压力应根据地质条件确定，第1次注浆压力一般为4--8 MPa，第2次补浆压力一般为2--4 MPa。在淤泥质土和流砂层中，注浆压力要高；在粘性土层中，注浆压力可以低些；对于地下水位以上的土层，为防止缩颈和断桩，也要提高注浆压力。以上注浆压力均指泵送终止压力。

成孔时边注浆边提钻，每次提钻在钻头下所形成的空间必须有足够的水泥浆填充，而且压进水泥浆的体积要略大于提钻所形成的空间，必须保证水泥浆要包裹在钻头以上1 m，不得把钻杆提出水泥浆面。

两次高压注浆都是由下而上，靠高压浆液振荡，并顶升排出桩体内的空气，使桩身混凝土达到密实，因此桩身混凝土强度等级能达到设计要求，甚至更高。

当钻头达到预定持力层标高后，不提钻即注浆，桩端土体未扰动，没有沉渣掉入孔内。水泥浆在高压作用下向孔底持力层内扩渗，使桩端形成水泥土扩大头，提高桩端阻力；同时水泥浆向上沿桩体周边土层孔隙向四周扩散渗透，形成网状树根型，提高桩侧阻力。钻孔压浆桩为钢筋无砂混凝土桩，故其脆性比普通钢筋混凝土桩要大。

5、钻孔压浆桩施工要点

钻机定位时，将钻头的钻尖对准标志桩后，用吊线或经纬仪在互为90度的两个方向，将螺旋钻杆或挺杆调至设计角度，垂直度控制在桩长的1%以内。如果地基承载力不能满足长螺旋钻机行走要求，则应采用矿渣、废砖块、钢板及路基箱等垫道。钻机挺杆下方必须用硬方木垫实，以避免钻进时钻机晃动，影响桩的垂直度，损坏钻机。

制备浆液用的水泥宜采用强度等级不低于32.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不宜使用矿渣水泥。当平均气温低于一20℃时，可采用早强型普通硅酸盐水泥。水泥浆液可根据不同的使用要求掺加不同的外加剂(如减水剂、增强剂、速凝剂、缓凝剂或磨细粉煤灰等)。浆液应通过14 mm * 14 mm--18 mm * 18 mm的筛子，以免掺入水泥袋屑或其他杂物。水泥浆的水灰比宜为0.45--0.60，为使第1次注浆和第2次注浆(补浆)两道工序能顺利进行，粒径10 mm以下的骨料含量宜控制在5%以内。常用规格有10--20 mm与16.0--31.5 mm混合级配，20--40 mm与31.5--63.0 mm混合级配，最常用为20--40 mm。桩径较粗、孔深较大容易窜孔时，宜用较大粒径的碎石，反之则宜选用较细粒径。骨料最大粒径不应大于钢筋最小净距的1/20，碎(卵)石和浆液的体积比约为1:0.8 。为保证第1次注浆时有足够大的压力，钻杆内应设置小钢管或高压胶管输送浆液。钻进前将钻头的出浆孔用棉纱团堵塞严实，钻头轻放入土、合上电闸、钻头及螺旋钻杆缓慢钻入土中。安放补浆管时，其下端距孔底1m，当桩长超过13m时，应安放一长一短2根补浆管，长管下端距孔底1 m,短管出口在1/2桩长处，补浆管组数视桩径而定。补浆管应与钢筋笼简易固定，上部超出笼顶长度应保证钢筋笼入桩孔后尚能露出施工地坪0.5 m左右，补浆塑料管上端接上快速接头。

钻至设计标高后，钻机空转(桩孔较浅或没有埋钻危险时可停止转动)等待注浆、钻杆不再下放，开始注浆，浆液到达孔底后，边注浆边提钻，提升钻杆过程应保证注浆量略大于提钻形成的钻孔空间、确保钻头始终浸没在浆面下1.0 m左右。一般注浆压力4--8 MPa。钻杆提至没有埋钻危险的标高位置时停止转动并延续原提钻和注浆速度。钻杆提升至不塌孔标高位置时，停止注浆。在孔口清理干净后，将钻杆提出孔外，立即安放孔口护筒，并加盖孔口盖板，上部孔段超径严重时应将孔口护筒中心固定在原桩位中心。

沉放钢筋笼的做法:长度为12m及以内的钢筋笼可采用单吊点直接起吊，长度大于12 m的钢筋笼可采用双吊点起吊，吊点宜设在1/3笼长和2/3笼长的位置。为减少起吊变形，可采用加焊甚至满焊螺旋箍筋焊点、增加架立箍筋直径的方法以增大钢筋笼整体刚度；也可采用在吊点处绑扎直径120mm--180mm、长4m--6 m的干燥杉木以增大吊点处刚度的综合方法起吊。钢筋笼就位后立即在孔口安放漏斗并将装满骨料的铲车开至孔口，铲斗举高对准漏斗、均匀缓慢地往桩孔内倾倒骨料，至骨料高出桩顶标高0.5--1.0 m投料完成，并作好纪录。

补浆分三种情况:①长管补浆，投料完成以后约15 min，将注浆管接头与拟补浆桩孔的长补浆管的快速接头连接，开泵补浆(补浆压力2--4 MPa)后浆面上升，首次补浆应将泥水返净，每次补浆都应见纯净水泥浆液开始从桩孔流出方可终止，停泵后卸开注浆管接头，通常长管补浆一次。②短管补浆，长管补浆后约15 min，将注浆管接头与拟补浆桩孔的短补浆管快速接头连接，开泵补浆后，浆面上升，见纯净水泥浆液开始从桩孔口流出终止补浆。由于水泥浆在桩孔内的析水原因，浆面反复下降，因此必需多次补浆直至浆面停止下降方可结束全部补浆工序。③花管补浆:基础桩施工末次补浆前将花管插入桩头下约4m。末次补浆应采用花管补浆并振捣。基础桩桩头采用插入式振捣器振捣，快插慢拔，且不得长时间在一处振捣，振捣深度应大于1.5 m。振捣完毕的桩头注意防止车辆、钻机压碾。

钻孔压浆桩冬期严寒气候下施工要点:①钻孔压浆桩的一个主要优势是能在冬季严寒气候条件下(可达到一35℃顺利成孔成桩)。②应选用特制的钻头，钻进冻土时应加大钻杆对土层的压力，并防止摆动和偏位。③钻进过程中，应及时清理孔口周围积土，避免气温严寒使暖土在钻机底护筒下冻结。④冬期施工钻孔与注浆两道工序必须密切配合，避免孔内土壁结冰，影响桩质量。⑤水泥浆制备设备放置于暖棚内，用热水搅拌水泥浆，输浆管路用防寒毡垫等包裹严实，设置专人对水温、浆温、混凝土入模温度进行监测，并做好冬季施工记录。⑥一般情况下冬季施工成桩时混凝土温度不应低于一15℃，桩头用塑料薄膜、岩棉被及干土覆盖严密，局部桩孔留有测温管。⑦施工期间气温低于一20℃时应采取提高水温，增加补浆次数、增加测温频率、桩头蒸汽加温以及添加防冻剂等技术措施。

6、钻孔压浆桩成桩保护

钻孔压浆桩的施工顺序，应根据桩间距和土层渗透情况，按编号顺序跳跃式进行，或采用凝固时间间隔进行，桩孔间应防止窜浆，避免造成对已施工完毕的邻桩的损坏。桩施工完毕后3天内，应避免钻机或重型机械直接碾压桩头引起桩头破坏。桩头清理应在桩头混凝土凝固后进行，一般3天以后。清理桩头应采用人工清理，严禁挖掘机等机械强行清理。桩顶标高至少要比设计标高高出0.5 m。

7、成桩检验

在该工程桩基施工过程中，通过上述各环节的施工控制，完成整个工程桩的施工后，按照有关规定采用超声波透射法、低应变反射波法、钻孔抽芯法对桩进行了检测，其中抽芯法表明所抽检测桩沉渣厚度均符合设计要求，说明反循环法清孔是成功的。与此同时，还随机抽取两根桩径分别为1600mm、1800mm的桩对其扩大头效果进行检验，方法是：扩大头直径（分别为2900mm、3100mm）边缘向桩中心方向移S（S＝桩长L×0.5％），分四个方位布点下钻，抽取芯样，证明扩大头施工达到了设计目标[5]。

8、结论

钻孔压浆桩是一种无噪音、无震动、无泥浆护壁排污，又可以在流沙、塌孔、地下水的复杂地质条件下顺利成孔成桩的方法。这种工艺与传统的钻孔灌注桩或打入桩相比有以下优点和特点：由于钻孔后的土体和钻杆是被孔底的高压水泥浆置换顶出的，所以它能在流砂、淤泥、砂卵石的地质条件下借助超高压力的水泥浆（不用泥浆护壁或套管跟进）而顺利地成孔成桩，这就突破了现行地基基础规范的“禁区”。钻孔压浆桩法是在没有泥浆护壁的条件下，自下而上地重复高压灌浆的工艺，所以不仅桩体十分致密，解决了断桩、缩径、桩间虚土等问题，还有局部膨胀扩径现象，因此单桩承载力是由摩擦力，支承力和端承力复合而成，比普通灌注桩有大幅度的提高，其单桩抗拔、抗压承载力均有成倍提高。主要施工工艺流程：测量定位、钻机定位、钻进至预定标高、停钻注浆、停止注浆、下放钢筋笼、 补浆管、投放骨料、多次补浆成桩。

参考文献

[1]周景星.基础工程[M].北京:清华大学出版社,2018.

[2]建筑地基处理技术规范[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社,2019.

[3]孙光乾．超声波透射法在混凝土灌注桩检测中的应用[J]．科技情报开发与经济，2019，（10）．

[4]屈彦玲．钻孔灌注桩的超声波透射法检测[J]．山西建筑，2017，（22）．

[5]叶军献，刘屠梅，赵竹占．基桩检测技术与实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2021．

作者简介：陈舒，1981年，性别：女，民族：汉族，籍贯：惠安，学历：大学本科，职称：高级讲师，主要从事建筑类专业教学工作。