复杂地质条件下旋挖成孔灌注桩施工技术实例分析

复杂地质条件下旋挖成孔灌注桩施工技术实例分析

王金山

342601*******0690

摘要：本文结合实际案例，重点分析了复杂地质条件下建筑工程旋挖成孔施工技术及质量控制措施，旨在为类似工程的质量监督管理提供借鉴和参考。

1.工程概况

某住宅小区新建项目，14个单位工程，地上15层的7栋，地上18层的3栋，其余为单多层，总建筑面积114100平方米，其中地上85678.5平方米，地下28421.5平方米。该项目位于河道附近，地下水较丰富，场地类别为三类，基础设计等级为甲级，地基持力层为第5-2层（强风化砂岩），基础采用混凝土灌注桩+筏板，灌注桩设计有效桩长18~20米，桩径600~800mm，地质土层分布及典型工程地质剖面如下图：

该工程桩基采用泥浆护壁旋挖机成孔工艺，施工单位通过在不同地质条件下的试成孔反映，工程地质情况与地勘报告基本相符。试成孔结果显示北边地质条件较好，可以成孔；中部及南侧区域地质条件，无法成孔，塌孔严重。其中，幼儿园区域钻孔深度达5m时（所在土层淤泥质粉质黏土，层厚5.5m），出现塌孔现象；7#楼区域钻孔深度达13m时（所在土层中砂层，层厚3.1m），出现塌孔现象；北侧地库区域试验成孔钻孔至5m时出现缩孔现象。尝试调整泥浆浓度、采用化学泥浆等方法仍不能成孔。经分析，不能成孔的主要原因是旋挖钻机钻筒与土体接触面比较大，在软土中如果钻进进尺大，钻斗提升过程容易产生负压，在增大旋挖桩机体上拔负重的同时对孔壁稳定性产生不利影响，容易形成孔壁缩径、坍塌。为此，采取长钢套管+泥浆护壁试成孔，长钢套管穿过中砂层，最终成孔效果较好。

2.旋挖成孔灌注桩施工工艺流程

旋挖成孔灌注桩施工工艺流程如下图所示：

图1施工工艺流程示意图

3.施工方法

3.1制作和埋设护筒

钢护筒材料与尺寸选用A3钢板作为原材料，厚度达14mm，旨在增强其结构强度与耐久性，有效应对复杂地质挑战。护筒长度设定为14米，适宜于中砂层等多变地层条件，确保钻进深度的同时，也能提供足够的支撑力。护筒设计内部直径比预定桩径大30mm，既便于钻头作业，又利于混凝土浇筑。护筒在施工中不仅能够精准固定桩位，引导钻头垂直下探，还有效隔离了地面水，避免了孔壁因水压变化而发生坍塌。为保障护筒在运输过程中的安全，每件产品均需明确标注其重量、重心位置及推荐吊点，采用专业捆绑加固措施，防止碰撞、脱落和倾覆，确保材料完好无损到达施工现场。

护筒的埋设被视为钻孔桩施工中的核心环节。其位置的准确性、竖直度及与周围土壤的紧密结合度直接影响到成孔质量。施工前，需精确确定桩位中心，并利用十字线延伸护桩，确保埋设位置无误。在护筒口部标记漆点，便于随时复查偏位情况，确保所有指标满足设计及规范要求。

3.2钻孔准备

泥浆在旋挖成孔过程中扮演着多重关键角色。其主要功能包括有效排除钻碴，维持孔内清洁；利用良好的悬浮性能稳固孔壁，防止坍塌；以及通过循环流动为钻具提供冷却效果。泥浆的制备需精选具有良好粘性的天然粘土，经过科学的配合比试验，确保泥浆性能满足复杂地质条件下的施工要求，如适当的比重、粘度及胶体率，以达到最佳的护壁和携碴效果。在正式钻进前，必须精确调整钻杆，确保其垂直度和初始位置的准确性。利用经纬仪或水平仪反复校正，直至钻杆完全垂直于地面且位于预定桩位。初始钻进时，操作员应缓慢推进钻杆，维持垂直姿态，密切监控钻进参数，以避免对地层造成不必要的扰动。钻进过程中，需特别注意防水措施，防止雨水或其他外来水源侵入钻孔，以免改变泥浆性能或导致孔壁不稳定。强调连续钻进原则，减少停顿时间，若必须停机，则应立即将钻头提出孔外，以盖板保护孔口，防止异物掉落。导管埋深是控制桩身质量的关键，技术人员需实时测量并根据设计要求进行调整，确保埋深不低于3m，且不宜超过6m，以达到最佳的支撑与防渗效果。超灌要求桩顶混凝土超灌至少1m，以确保桩头完整。

3.3钻机成孔

首先，旋挖钻机需精确就位于预设的桩位上，利用先进的定位系统确保无偏差。随后，通过精密调整钻杆，确保其保持绝对的垂直度，这是保证成孔质量的前提。记录初始钻孔深度后，开始以低速慢进模式钻进，待钻头顺利穿透表层进入稳定土层后，逐渐加速至全速钻进，直至达到设计标高。在复杂地质环境下，成孔控制尤为关键，核心在于维持孔壁的稳定性和确保钻孔的垂直度。这要求施工人员动态调整钻进参数，如钻速、钻压及泥浆循环等，同时密切监控钻孔倾斜度，必要时采用辅助措施加固孔壁，以应对可能出现的流沙层、卵石层等复杂地质挑战。钻孔作业全程需详细记录各项参数与工况变化，包括钻进速度、钻头磨损情况、地质层变化及任何异常现象。每班次交接时，需有明确的书面记录，确保施工连续性和责任追溯。

3.4成孔检查与清孔

一旦钻孔作业完成，首要任务是对钻孔桩进行全面检查。仔细核对孔位，确保与规划位置无偏差；同时，检查孔形，评估孔壁的完整性和稳定性。所有测量数据均需详细记录，并提交监理工程师审核。通过检测尺测量钻孔垂直度，判断孔斜是否在允许误差范围内；再次确认孔深，利用测绳精确量取，保证数据的准确性。清孔是消除孔内沉渣、保证桩基承载力的关键步骤。在此阶段，必须严格遵循“实清”原则，避免以单纯增加钻孔深度来替代有效清孔，这种做法无法从根本上解决孔底沉积问题。正确的清孔应采用泵吸法、空气升液法等专业手段，有效清除孔内残余杂质。为确保灌注混凝土前孔底沉渣厚度满足行业规范，需对孔底进行严格检查。若沉渣厚度超过规定值，则需利用捞渣筒等专用工具进行彻底清理，直至满足标准。在一切准备就绪，且孔底条件符合设计要求后，需填写终孔检查单，呈交监理工程师复核确认。

3.5钢筋笼制作

钢筋骨架设计为分节制作，每节尺寸依据实际桩长和施工便利性确定。在下料过程中，特别重视钢筋搭接长度与接头错茬的控制，确保二者均符合国家及地方的施工规范。钢筋骨架制作完成后，在吊装前需进行全面而细致的质量检验，检验内容涵盖尺寸、材质、焊接质量等，确保每节骨架均能满足设计图纸和施工规范的严苛要求。为保证钢筋笼安装精度，严格控制各项尺寸偏差：主筋间距允许偏差为±20mm，箍筋间距±10mm，骨架外径±10mm，整体倾斜度不超过±0.5%，保护层厚度控制在±20mm以内，中心平面位置偏差不超过20mm，顶端高程±20mm，底面高程控制在±50mm内，以此确保钢筋笼与桩孔的精准匹配。

3.6钢筋笼吊装与二次清孔

首先，由专业指挥员引导吊机精确就位，随后司索工细致安装高强度钢丝绳与卡环于钢筋笼指定位置，并牢固挂接主副吊钩，为起吊作业奠定安全基础。：在正式起吊前，对钢丝绳的安装状态及受力均衡性进行详尽检查，确认无误后，启动平吊程序，缓慢提升钢筋笼直至离地。

钢筋笼顺利离地后，主吊负责主要提升任务，副吊则紧密配合，通过微调动作保证钢筋笼始终保持垂直姿态，减少入孔过程中的偏斜风险。钢筋笼达到预定高度后，逐步卸除副吊钩，所有非必要人员立即撤离至安全区域，确保后续操作的空间与安全。精确入孔与应对措施：利用牵引绳引导钢筋笼平稳入孔，如遭遇卡阻，严禁强行下压，应采取适当措施调整，避免损伤桩孔或钢筋笼。在B、A吊点处暂停下放过程，精细操作以拆卸钢丝绳与卡环，确保作业的每个环节均安全可控。

3.7混凝土的灌注

为满足水下灌注的需求，混凝土必须具备良好的和易性，这不仅关系到混凝土的流动性和填充能力，还直接影响施工效率和桩体密实度。具体而言，坍落度控制在180-220mm范围内，既能保证混凝土的流动性，又不至于因过稀而导致离析。每立方混凝土中水泥的最低用量被设定为360kg，这是为了保证混凝土有足够的早期强度，以适应复杂地质条件下的施工挑战。含砂率维持在40%-50%之间，且特意选用中粗砂，旨在增强混凝土的粘聚性和减少空隙率。此外，限制粗骨料粒径小于40mm，以防止大颗粒堵塞导管，影响混凝土的顺畅灌注。在实际灌注前，一系列严格的检查必不可少。钢筋笼成功吊装定位后，必须仔细检验孔位的准确性、孔径的一致性，以及沉渣厚度，确保其不超过50mm，这是为了避免桩底夹杂泥沙影响承载力。一旦检查合格，灌注应在半小时内迅速展开，以防孔底沉渣重新悬浮。首批混凝土注入后，导管的埋深需至少达到1m，随后灌注期间保持2-6m的埋深，这有助于防止混凝土面与地下水接触，同时要求现场实时监测并根据实际情况调整埋深，以维持稳定的灌注压力。

4.钻孔灌注桩施工质量控制措施

（1）缩径：原因：上拔钢护筒时速度过快，造缩径成流速状土层进入桩身。措施：缓慢向上拔出护筒。（2）桩基偏位：原因：场地松软，造成钻机底盘平整度差或基底不实，桩机倾斜。场地设备多，车辆来回碾压，造成桩护筒、桩点移位。控制桩未按要求设置或未进行有效保护，造成测量数据有误。措施：施工前对场地进行平整压实，回填土应夯打密实。施工中经常检查钻杆垂直度。合理安排施工场地，避免车辆碾压已放桩位旁地面，如有移位应重新施放、复核。基准点应设置在施工无影响处，并严格保护，避免撞击、毁坏，施工中定期复核基准点。（3）坍孔：原因：护筒埋设深度不够，引起护筒下部数米范围内坍塌、护筒下沉严重，无法继续成孔。措施：采用14m钢护筒，穿过中砂层。（4）钢筋笼上浮：原因：孔底沉渣厚，钢筋笼无法到位。导管提升时挂笼而将钢筋提动导管时，应使导管保持在桩孔中心，并缓慢上拔，以防挂碰钢筋笼造成浮笼。钢护筒上拔速度太快带动混凝土。措施：通过导管，清除孔底沉渣。提动导管时，应使导管保持在桩孔中心，并缓慢上拔，以防挂碰钢筋笼造成浮笼。重护筒拔出的时间及速度，避免使得钢筋笼上浮带动混凝土，使得软土层出现塌孔，夹在混凝土中。（5）钢筋笼断接。原因：主筋机械连接脱落，箍筋，架立筋脱焊。措施：钢筋应先调直再下料。切口端面应与钢筋轴线垂直，不得有马蹄形或挠曲。不得用气割下料。加工的钢筋锥螺纹丝头的锥度、牙形、螺距等必须与连接套的锥度、牙形、螺距相一致，且经配套的量规检测合格。已检验合格的丝头应加以保护。必须用精度±5%的力矩扳手拧紧接头，且要求每半年用扭力仪检定力矩扳手一次。连接钢筋时，应对正轴线将钢筋拧入连接套，然后用力矩扳手拧紧。钢筋笼的制作一定要使用胎具，严格控制钢筋间距与顺制度。分段制做的钢筋笼，主筋搭接焊时，钢筋应进行预弯，在同一截面里的钢筋接头不应超过主筋总数的50%，两个接头的间距不小于500mm。钢筋笼在运输过程中必一定要对钢筋笼加固和固定，确保钢筋笼不变形。（6）断桩：原因：混凝土供应不连续，孔内混凝土已初凝，导致后续混凝土无法下灌，从而形成断桩。混凝土质量不符合要求，造成卡管现象。混凝土灌注过程中，不慎将生离析和坍落度不符合要求的混凝土要予以退货。导管拔出混凝土面或埋管太深而堵管。导管不密封，灌注混凝土时漏浆或连接不好导致灌注混凝土时导管断裂掉入孔中，造成断桩。措施：混凝土供应、浇筑的连续性，每车混凝土时间间隔不得超过0.5h，等混凝土期间应下活动导管。严格按要求配制混凝土，不允许有超径的集料和异物混入混凝土中，在浇筑中也要不断进行检查。发生离析和坍落度不符合要求的混凝土要予以退货。在灌注混凝土的施工中，应严格做好灌注记录，做到勤测勤拔，保证导管始终埋入混凝土内3～6米。灌注混凝土前应检查导管密封性，连接处加密封圈，丝扣不好的导管要清理出工地现场。（7）桩身混凝土离析：原因：导管底口离孔底距离过大，第一斗料对孔底冲击力过小，无法迅速排除孔底沉渣。导管漏水。混凝土质量问题。措施：初灌时认真核查导管长度，导管离孔底距离保持30～50㎝。要仔细检查导管的密封圈，清除导管接口上的杂物，丝口连接可靠、拆装方便。在混凝土灌注过程中，要仔细检查混凝土的质量，不合格的混凝土决不能用于工程中。

5结论

综上所述，通过对复杂地质条件下旋挖成孔灌注桩施工技术实例的分析，可以得出以下结论：旋挖成孔灌注桩在复杂地质条件下具有较好的适应性，能够克服地质条件带来的施工难题。通过合理选择钻头、调整钻进参数、优化泥浆护壁技术等措施，可以确保成孔质量和施工效率。钢筋笼制作与安装、混凝土浇筑与振捣等关键环节的质量控制对于保证桩身质量具有重要意义。未来，随着旋挖成孔灌注桩施工技术的不断发展和完善，其在复杂地质条件下的应用将更加广泛。同时，对于不同地质条件下的施工参数和技术措施的研究也将更加深入，为桩基工程的安全、高效施工提供有力支持。

参考文献

[1]曹家玮,李强,陈兵,等.装配式建筑施工现场管理问题原因分析与优化措施研究[J].工程质量,2022,40(2):24-27.

[2]史克国.建筑施工现场管理优化及其质量监督[J].城市住宅,2020,27(4):148-149.

[3]陈光.建筑施工现场管理的优化及质量监督策略研究[J].产业与科技论坛,2020,19(4):247-248.

[4]萧子越,解妮飞.建筑工程质量安全监督管理领域中存在的问题及应对措施[J].城市建设理论研究(电子版),2018(13):143-144.

[5]徐涛.建筑工程项目管理中的施工现场管理与优化措施[J].IT经理世界,2019,22(6):43.