钻孔灌注桩施工技术探讨

钻孔灌注桩施工技术探讨

范雷振

上海南汇水利市政工程有限公司，上海200000

摘要：桥梁的钻孔灌注桩基础是一个非常重要的工程部位，尤其作为隐蔽工程，更应该详细的了解其施工的全过程，以便准确应对施工过程中可能遇到的各种问题。现根据对川沙A-1地块围场河三标楼横港桥等多座桥梁钻孔灌注桩的施工了解，概括阐述钻孔灌注桩的施工过程及应该注意的相关问题。

一、钻孔灌注桩施工

1、施工准备

1.1施工场地的平整和布置

施工前要对场地进行清除杂物，硬化平整，建立钢筋加工区，安排好泥浆池的位置和泥浆的排放，避免污染环境。

1.2开钻前的准备工作

根据控制点及桩位坐标，用全站仪放出各桩位中心点，用十字线引出护桩，护桩要用混凝土固实，避免移动。并用全站仪复核十字线交点和桩位中心点是否重合，作为控制钢筋笼定位，桩位无误的依据。根据桩位中心点开挖土坑埋设护筒，用水准仪测定护筒顶标高，作为控制钻孔长度的依据。

1.3护筒制作及埋设

①护筒制作：根据孔径购置合适的护筒，其底部要设刃脚，增加其刚度防止变形，在护筒的上、中、下部各焊一道加劲肋。

②护筒的埋设：挖埋护筒时，应使护筒顶面高于地面30cm，以增加水头压力，通过定位的控制桩放样，找出护筒的圆心位置，用十字线标在护筒顶部，然后移动护筒使护筒中心与钻孔中心位置重合，同时用水平尺或垂球检验，确保护筒竖直。然后在护筒周围对称、均匀地回填处于最佳含水量的粘土，并分层夯实，夯填时注意防止护筒偏斜。护筒埋设完毕后，用水准仪测出护筒标高作为基础面标高。

2、钻孔施工

对钻孔前的各项准备工作进行检查，包括发电机组的试运行，输送电线的配置，电器性能及保护装置，卷扬机的制动，钢丝绳、卡扣等安全性能。根据工程数量及地质条件的不同配置充足的冲击钻机或回旋钻机。在硬土层、弱风化、强风化层用冲击钻机；粘质土层、淤泥层用回旋钻机。

2.1钻机就位

钻机就位前，对桩位进行了复测核对。钻机就位后，调平钻机转盘，使钻机在钻进过程中保持水平和稳定。保证吊钩、转盘中心、钻杆中心、护筒中心四点一线，并且在护筒四周埋设四个护桩，保证成孔不偏位，不倾斜。钻架能够承受外界和其他辅助设备的重量，同时稳定性好，具有一定的刚度，在钻进中或其他操作时，不产生移动和摇晃。

2.2泥浆的制备

在永久性征地范围内开挖沉淀池、泥浆池及顺接到各孔位的泥浆槽，选择优质粘土造浆。视不同土层确定泥浆比重、稠度和用量，造浆后，按设计要求测试泥浆性能指标，并在钻孔时抽查泥浆比重。钻孔泥浆应用优质粘土，必要时应加澎润土和外加剂。泥浆比重宜控制在1.2-1.4；粘度22-30Pa.s；胶体率≥95%。经过野外鉴定，具有下列特征的土，可符合上述要求作为调制泥浆的原料。

①自然风干后，用手不易掰开捏碎。

②干土破碎时，断面有坚硬的尖锐棱角。

③水浸润后有粘滑感，加水和成泥膏后，容易搓成1mm的细长条，用手指揉捻感觉沙砾不多。浸水后能大量膨胀。

④用刀切开时，切面光滑，颜色较深。

2.3泥浆的调制

制浆前，应把粘土块尽量打碎，使其在搅拌中易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆质量。

回旋钻机钻进操作要点：

①先启动泥浆泵和转盘，使之空转一段时间，待泥浆输进钻孔中一定数量后，方可开始钻进。开始钻进时，进尺应适当控制，在护筒刃脚处，应低挡慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥浆护壁。钻至刃脚1m后，可按土质以正常速度钻进。

②在粘质土中钻进，由于泥浆粘性大，钻锥所受阻力大，易糊钻，宜选用尖底钻锥、中等转速、大泵量、稀泥浆钻进。

③在砂类土或软土层钻进时，易塌孔，易选用平底钻锥、控制进尺、轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进。

冲击钻机钻进操作要点：

①开孔时应先在孔内灌注泥浆，泥浆相对密度等指标根据土层情况而定。

②开孔及整个钻进过程中，应始终保持孔内水位高于地下水位（河中水位）1.5-2.0m，并低于护筒顶面0.3m以防溢出，掏渣后应及时补水。

③在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时，可按1:1投入粘土和小片石（粒径不大于15cm），用冲击锥以小行程反复冲击，使泥膏、片石挤入孔壁。必要时须重复回填反复冲击2-3次。开孔或钻进遇有流砂现象时，宜加大粘土减少片石的比例，按上述方法进行处理，力求孔壁坚实。

④当通过含砂低液限粘土等粘质土层时，因土层本身可造浆，应降低输入的泥浆稠度，定采用1m-1.5m的小冲程，防止卡钻、埋钻。

⑤当通过坚硬密实卵石层及漂石、基岩之类土层，可采用4-5m大冲程，使卵石、漂石或基岩破碎。

⑥在任何情况下，最大冲程不易超过6m，防止卡钻、冲坏孔壁或使孔壁不圆。为正确提升钻锥的冲程，宜在钢丝绳上油漆长度标志。

⑦在掏渣后或因其他原因停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。

⑧掏渣：破碎的钻渣，部分和泥浆一起挤进孔壁，大部分靠掏渣筒清除出孔外，一般在密实坚硬土层每小时进尺小于5cm-10cm、松软土层每小时进尺小于15cm-30cm时，应进行掏渣

，或每进尺0.5m-1.0m时掏渣一次，每次掏渣4-5筒，或掏至泥浆内含渣显著减少、无粗颗粒、相对密度恢复正常为止。在开孔阶段，为使钻渣挤入孔壁，可待钻进4-5m后再掏渣。

钻进过程中，随时注意地层变化，在地层变化处应捞取渣样，判断地质类别，记入记录表中，并与地质报告相对照。钻渣样应编号保存，以便分析。钻孔作业必须连续进行，不得中断。因特殊情况必须停止钻进，空口应加盖，并严禁钻锥留在孔内，以防埋钻。

经常检查泥浆的主要的指数。保证泥浆各项技术指标符合要求和完善泥浆循环系统，是保证成孔质量和提高钻进效率的主要技术措施。钻孔中泥浆指标的控制为：比重1.2-1.4，粘度17-18Pa·s，含砂率＜4%。

开始钻进时应适当控制进尺，使初成孔竖直，防止孔偏斜，坍塌，进入正常钻孔状态后，可逐渐提高进尺速度。钻孔过程中应详细记录进尺、地形地质情况，检验泥浆的各项指标。当钻进深度达到设计要求时，应对孔深、孔径、孔位和垂直度进行检查，满足设计要求后，才能进行清孔。

3、第一次清孔

清孔采用换浆法，即将钻头提到距孔底20cm处继续循环，以较小比重的泥浆灌入，把较大比重的泥浆换出。在清孔时必须注意保持孔内水头，防止坍孔。清孔后，检查孔口、孔中、孔底提取的泥浆比重的平均值，清孔后的泥浆指标要求达到：比重1.03-1.10，粘度18-20Pa·s，含砂率小于2%，胶砂率≥98%。

沉淀厚度必须满足设计图纸不大于10cm的要求，不得采用增加孔深来代替清孔。为达到要求的沉淀厚度，清孔时必须严把清孔质量关。

清孔的检测方法：测锤法是惯用的简单方法。使用测量水下砼灌注深度的测锤，慢慢的沉入孔内，凭人的手感探测沉渣顶面的位置，其施工孔深和测量孔深之差，即为沉淀土厚度。

4、钢筋笼的安装

钢筋笼的长度应视吊装能力而定。本桥钢筋笼为一次成型的，钢筋笼吊装时应采取防笼体弯曲保护装置。否则应分段制做。钢筋笼起吊前可在骨架内部临时绑扎2根钢筋以加强其强度。钢筋笼下放完后，用垂球进行校正，在利用护筒、定位圈焊接定位。最后在钢筋笼上焊接吊臂，控制骨架顶端高程。

为防止钢筋骨架上浮，除了主要从改善混凝土流动性能、初凝时间及灌注工艺等方面着眼外，还应从钢筋笼自身的结构及定位方式上加以考虑，具体措施为：

1）钢筋笼上端焊接在护筒上，可以承受部分顶托力，具有防止其上升的作用；

2）在孔底设置直径小于主筋的1~2道加强环形钢筋，并以适当数量的牵引钢筋固定的焊接于钢筋笼的底部，实践证明对于克服钢筋笼上浮是行之有效的。

当灌注完毕的混凝土开始初凝时，既要割断定位骨架竖向钢筋，使钢筋笼不影响混凝土的收缩，避免钢筋混凝土的粘结力。

5、下导管

导管内壁要平滑顺直，导管使用前进行必要的水密、承压及接头抗拉强度试验，进行水密试验的水压力不低于水深的1.5倍压力。

导管顶部设置漏斗，其上设置溜槽、储料斗和工作平台。储料斗和漏斗高度除应满足导管拆卸等需要外，并应在灌注到最后阶段时，不影响导管内混凝土的灌注高度。漏斗和储料斗的容量应使首批灌注下去的混凝土能满足导管初次埋置深度的需要。

6、二次清孔

在首批混凝土灌注前，再次复测沉淀层厚度，有必要的进行第二次清孔，二次清孔利用导管进行。当钢筋笼和导管全部入孔后，导管顶部接上帽，打开泥浆泵进行二次清孔及换浆，当孔底沉淀层厚度不大于10cm，泥浆密度小于1.1，停止清孔作业，立即进行灌注。

7、水下混凝土的灌注

首批混凝土应能满足导管首次埋置深度≥1m和填充导管底部的需要。灌注桩基首批混凝土的数量与孔径的深度及导管底部悬空及孔径的大小有关。因此要求混凝土储料的体积与其相适应，保证首批混凝土下落后，导管埋深不小于1m，浇注混凝土应连续、快速的进行，做到一气呵成，灌注过程中，要特别注意保持孔内静压水头，应不小于1~1.5m，同时及时测量混凝土面的高度及上升速度，推算和控制埋管深度在2~6m。当混凝土面接近钢筋骨架底端时，为防止钢筋骨架上浮应注意调整导管的埋深和混凝土灌注速度，待混凝土面上升进入钢筋一定深度后，再按正常速度灌注混凝土。

8、桩基检测

在整个钻孔桩的施工过程中，对每个工序认真做好施工试验、检查记录，并在成桩后由具有资质的桩基检测单位对每根桩进行无破损检验，同时应根据规范要求对成桩进行质量检验评定。

二、钻孔灌注桩质量控制

1、采取隔孔施工程序

砼钻孔灌注桩和打入桩不同，打入桩是将周围土体挤开，桩身具有很高的强度，土体对桩产生被动土压力。钻孔混凝土灌注桩则是先成孔，然后在孔内成桩，周围土移向桩身，土体对桩产生主动压力。尤其是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且砼灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。

2、确保桩身成孔垂直精度

这是灌注桩顺利施工的一个重要条件，否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求，应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施，并于成孔后下放钢筋笼前用

探孔器进行测试。

3、确保桩位、桩顶标高和成孔深度

在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。虽然钻杆到达的深度已反映了成孔深度，但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当，或在提钻具时碰撞了孔壁，就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象，这将给第二次清孔带来很大的困难，有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此，在提出钻具后用测绳复核成孔深度，如测绳的测深比钻杆的钻探小，就要重新下钻杆复钻并清孔。

同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题，因其最大收缩率达1.2%，为提高测绳的测量精度，在使用前要预湿后重新标定，并在使用中经常复核。为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象，除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外，还根据不同土层情况对比地质资料，随时调整钻进速度，并描绘出钻进成孔时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降，在软粘土钻进最快0.2m/min左右，在细粉砂层钻进都是0.015m/min左右，两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小，在施工过程中要经常复核钻头直径，如发现其磨损超过10mm就要及时调换钻头。

4、钢筋笼制作质量和吊放

钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料，检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，这是由于钢筋笼吊放后是暂时固定在钻架底梁上的，因此，吊环长度是根据底梁标高的变化而改变，所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度，以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因，如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。

5、灌注砼前泥浆的制备和第二次清孔

清孔的主要目的是清除孔底沉渣，而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。清孔则是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔，最终将桩孔内的沉渣清干净，这就是泥浆的排渣和清孔作用。从泥浆在砼钻孔桩施工中的护壁和清孔作用，我们可以看出，泥浆的制备和清孔是确保钻孔桩基础工程质量的关键环节。因此，对于施工规范中泥浆的控制指标：粘度测定17~20min；含砂率不大于6%；胶体率不小于90%等在钻孔灌注桩施工过程中必须严格控制，不能就地取材，而要专门采取泥浆制备，选用高塑性粘土或膨润土，拌制泥浆必须根据施工机械、工艺及穿越土层进行配合比设计。

灌注桩成孔至设计标高，应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，直到孔口返浆比重持续小于1.10～1.20，测得孔底沉渣厚度小于50mm，即抓紧吊放钢筋笼和沉放砼导管。沉放导管时检查导管的连接是否牢固和密实，以防止漏气漏浆而影响灌注。由于孔内原土泥浆在吊放钢筋笼和沉放导管这段时间内使处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔底部，最终不能被砼冲击反起而成为永久性沉渣，从而影响桩基工程的质量。因此，必须在砼灌注前利用导管进行第二次清孔。当孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求后，应立即进行砼的灌注工作。

结束语

虽然钻孔桩施工技术在国内目前已处于较成熟阶段，但要保证桩体质量，仍需要施工人员在施工过程中对施工工艺进行严格控制，确保工程质量，通过有效的管理才能到达优质、高效、经济的目的。

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