正循环钻孔灌注桩施工质量的控制 正反循环钻孔灌注桩

正循环钻孔灌注桩施工质量的控制

袁开刚

摘要：首先介绍了目前我国工程施工中常用的桩基础施工方式；其次以正循环施工法为重点进行详述，以其施工工序为依据，分别讲述各施工阶段具体过程、要求、常见问题及预防解决方法。

关键词：杨林塘大桥 正循环 钻孔灌注桩 钢筋笼

引言：桩基础在工程施工中作为建筑物的最终承重受力部件，其施工质量好坏直接影响到工程的本质质量。本论文首先从整体上简述目前我国建筑工程中桩基施工常见方式与类型，接着以G204国道太仓沙溪至苏昆太段扩建工程E标杨林塘大桥为背景重点介绍了正循环钻孔灌注桩的施工，从而阐述了桩基施工中应该注意的问题与控制重点。

在桩基础施工过程中，总体上可以根据桩是否预制分为预制桩施工与现浇钢筋混凝土桩施工法。工程施工中，预制桩（管状、方庄等）施工中常采用的方法有：静压沉桩法和锤击沉桩法两种，其质量控制指标主要有：桩底标高、锤击（静压）力、沉入度等。如下图：

而现浇钢筋混凝土桩可以按照其成孔方式分为：冲击钻法、旋挖法、人工挖孔法、正反循环法等等，其质量控制指标主要从：材料（钢筋笼制作）、施工过程（钻孔过程、清孔过程、浇筑工程）进行控制。如下图：

工程概况：

204国道苏州段北起张家港市通沙汽渡，南经过张家港市、常熟市、太仓市至上海市，全长约102.4公里。204国道太仓段，目前是上海经苏州辖区内沿江市县通向江苏北部地区的重要通道之一，为充分发挥204国道在区域路网中的骨干功能，加快沿江产业开发战略的实施，促进苏南经济可持续发展，204国道扩建十分紧迫。

杨林塘大桥位于G204国道扩建工程太仓段。其总体布置：桥梁全长730.02米（含桥台）；双幅总宽30米，单幅桥宽14.5米。共有直径1.5米陆上桩109根，共计11340.8米；直径1.8米陆上桩16根，共计971.2米。

根据工程地质报告、现场施工环境、桩的特征（桩径和桩长）、合同工期及标书中预订的施工方案等原则，决定采用正循环钻孔灌注桩施工方案。由于钻孔灌注桩是桥梁等结构物的基础工程，属地下隐蔽工程，施工难度大，质量要求高，所有不但要从施工方案（顺序）上控制，而且更要注重现场施工的环节控制。

施工顺序：施工准备→桩位放样→护筒埋设→钻孔→成孔→一次清孔→下放钢筋笼→下放灌注导管→二次清孔→混凝土料拌和→混凝土的浇注。

（1）施工准备

施工准备阶段主要工作分为两部分：一方面项目部组织相关人员进行技术交底，施工技术人员学习和掌握灌注桩图纸，现场导线控制点的复测；另一方面对施工现场进行平整：旱地上先清除杂物，置换软土，整平夯实，然后搭设施工平台，平台采用枕木上铺槽钢搭设。钻孔桩在施工平台旁挖好泥浆池、循环池和沉淀池。工地备有足够数量的并经检验合格的各种原材料，符合要求的全套钻孔灌注桩施工设备，灌注导管的水压试验，施工场地的平整压实、硬化以及为钻孔灌注桩施工的其他有关的一切准备工作。

（2）桩位放样

利用已复测的导线控制点，用精度较高的全站仪，根据图纸所给的钻孔桩桩位坐标，放出钻孔桩中心的位置，报监理工程师核验后，把确定好的放样点在护筒四周设四只保护桩并作好记录，以便于随时复核放样点。

（3）护筒埋设

在陆地或浅水处钢护筒的埋设一般均采用人工挖埋的方法，即在桩位中心周围护筒四周0.5～1.0m范围内的土挖除，夯填粘性土至护筒底0.5m以下。护筒底端埋置深度，对于粘性土应为1.0～1.5m，对于砂性土不小于1.5m。护筒顶端高程，应高出地下水或孔外水位1.0～2.0m，当护筒处于旱地时，其顶端高出地下水位1.0～2.0m，护筒中心竖直线应与桩中心线重合，除设计另有规定外，一般平面允许误差50mm，护筒垂直线倾斜不大于1.0%。护筒埋设完成后，均需用精密水准仪测量钢护筒顶面高程，并经监理工程师复测后，将护筒顶高程记入有关原始记录表格。

4）搭设钻孔工作平台和钻机就位

a 搭设钻孔工作平台

陆地钻孔工作平台较为简单，在整平压实的地面上，在桩位两则，距桩中线约2米左右，横桥方向铺设两排大方木（25×25×600cm），每排两根大方木宽0.5米，既是工作平台，又是钻孔横向移动的轨道。

水上钻孔工作平台，首先在船上安装打桩机械，然后打排架桩（钢管桩），桩的数量和入土深度经过认真的验算，确保承载能力和稳定性并具有足够的安全系数，在排架桩上安装帽梁，然后和陆上一样用大方木等组成水上钻孔工作平台，工作平台装有纵移和横移系统，便于钻孔移动就位，河中埋设钢护筒就是在钻孔工作平台上进行的。

b钻机就位

首先在工作平台上安装钻机底盘，并初步定位，底盘可以预先在平地上拼装好，用轮胎式起重机吊放到平台上就位调平。然后安装钻架，钻机转盘，钻机、电动机以及起吊系统等，最后反复调整钻机底盘水平，并使吊点中心，转盘中心和桩位中心位于同一铅垂线上，中心偏位不大于50mm。钻机就位以后，经监理工程师复查无误，将钻机底盘固定牢固。

钻机就位是一项很重要的工作，关系到钻孔桩平面位置和垂直度的准确性，钻孔就位后，反复调整，仔细检查纠正，直至完全符合要求为止。

（5）泥浆制备与泥浆设置

泥浆的主要作用是护壁和通过泥浆循环将孔底钻渣带出孔外，因此，必须选用性能符合要求的粘性土（胶泥）或膨润土用清水彻底拌和和成悬浮液，使在钻孔及灌注混凝土全过程中保持孔壁稳定不坍塌，泥浆的性能指标应符合部颁“公路工程国内招标文件范本”技术规范的规定。现摘录与本工程有关部分如下表：

泥浆性能指标

泥浆的前四项指标对成孔非常重要，必须在钻孔过程中，随时进行检测并符合上述要求，泥浆各项性能指标测定方法见《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041）附录C.2。

有时为了使所拌制的泥浆达到上述指标，应通过试验，加入适量的各种添加剂以改善泥浆性能，各种添加剂的掺量见《公路桥涵技术规范》（JTJ041）附录C.1。

钻孔孔内泥浆的标高应始终高出孔外水位或地下水位1.0~1.5米。（按地层情况，钻孔方法等决定取高限或低限）。泥浆池的大小按桩径，桩长进行设置，储浆池和沉淀池用墙隔开，并加过滤网过滤后进入储浆池。

（6）钻孔工艺

正式开钻前还需量测钻头的直径，其直径大小以设计桩径为基础，结合施工经验与现场数据进行调整，但必须保证成孔后实测桩径不小于设计值，且钻头需经常修补。此处以1.8米桩径钻头为例，实际中由于钻孔过程中的挤压，晃动等原因，现场实际取1.79米为实际钻头直径。

将钻具和泥浆泵安装就位，再次检查吊杆中心，转盘中心和桩位中心是否在同一铅垂直线，其偏差<20mm，合格后开始钻孔工艺，首先向孔内注入泥浆，采用低转速低进尺进行，待钻头导向部分进入土层以后，根据不同的地质情况选择适当的成孔方法。对于粘性土、砂土、碎石土、卵石、漂石层可采用正循环回钻成孔或者冲击成孔，成孔时粘性土层泥浆相对密度一般保持在1.06～1.20之间，砂土、碎石土、卵石、漂石层泥浆相对密度应在1.20～1.45之间；粘性土、砂土、碎石土也可采用锥钻冲抓成孔，粘性土层泥浆相对密度应在1.10～1.20之间，砂土、碎石土泥浆相对密度应在1.20～1.40之间；粘性土、砂土、碎石土也可采用反循环回钻成孔，回孔时，泥浆相对密度要求较小，粘性土层在1.02～1.06之间，碎石层在1.00～1.10之间，碎石土层在1.10～1.15之间；对于嵌岩钻孔桩一般采用冲击成孔，泥浆相对密度要求较大。在成孔的过程中，钻进速度不宜过快，应缓慢均匀地进行，同时确保泥浆的稠度比重。对卵石层孔要更加注意，为了防止该地层中有渗浆现象，为此在该地层成孔时应加大泥浆相对密度，并备有泥浆池，配足泥浆，一旦发生漏浆，立即补浆，以确保不坍孔。

①各种不同土层钻进要点

a.通过粘质土、粉质土时，使用冲击钻宜用中冲程（75cm），使用卷杨机冲击钻宜采用1m～1.5m小冲程，并应输入较低稠度的泥浆，防止卡钻埋钻。

b.通过易坍孔的土层流砂地段时，各种钻机均应多投粘土提高泥浆的粘度与相对密度，并填加片、碎、卵石，使之被挤入孔壁，此时，冲击钻宜使用小冲程（0.5m左右），卷杨机冲击钻宜使用1.0m的小冲程。

c.通过松散砂、砾石夹土、卵石夹土或松散的碎石层时，必须加大泥浆稠度，增添小石反复冲击，使孔壁被挤实。

d.通过大块石、漂石、基岩或坚硬密实的碎石层时，如表面不平整，应先投入粘土小片石（粒径小于15cm）将表面垫平。此时冲击钻使用的最高冲程（1m），冲击钻4m～5m最高不超过6.0m。高锤猛击或高低冲程交替冲击，务须将大石块捣碎，碎块挤入孔壁，并通过粘稠的泥浆和将孔壁石缝堵严避免孔壁漏水，防止发生斜孔坍孔事故。

②钻孔工序必须注意以下几点：

a.桩的钻孔应在中距5米内的任何灌注桩混凝土完成后24小时才能开始，以避免干扰邻桩混凝土的凝固。

b.软土地基的钻孔，首先应进行地基加固，后再行钻孔以保证钻孔设备的稳定和钻孔孔位的准确。

c.大中桥钻孔时，绘制钻孔地质剖面图，根据按不同的土层选用适当的钻头，钻进压力，钻进速度和不同指标的泥浆。

d.钻孔作业分班连续作业，不得中断，拆装钻杆时力求迅速，提升或下放钻具时应防止钻头碰撞护筒，孔壁和钩挂护筒底部。

e.在钻进过程中，应经常对钻孔泥浆进行试验，不合要求时，随即改正。

f.钻孔时及时填写钻孔记录，在土层变化处捞取渣样分析，判明土层以便与地质剖面图相核对。

g.钻孔过程中采取有效措施，防止钻机上的零部件、铁件以及其它杂物掉入孔内，以防造成钻孔事故。

除上述注意事项外，还必须遵循技术规范和监理工程师的要求。当钻孔达到设计图纸规定深度并经监理工程师复测确认孔深达到设计要求后即可停止钻孔。

本工程对杨林塘大桥8－4＃桩进行了试钻，实际地质基本上和图纸标明的地质吻合。我项目将继续按照图纸设计要求，控制好钻进速度，保证成孔质量。

③钻孔中常出现的问题及解决办法

正循环钻孔灌注桩施工过程中，常出现的主要问题有：护筒冒水、塌孔、缩孔、扩孔、钻杆折断、

a. 护筒冒水：护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉、护筒倾斜和移位，造成钻孔偏斜，严重的可导致无法施工。

原因：埋设护筒周围土不密实或护筒水位差太大，还有可能是钻进过程中的钻头起落碰撞。

预防及解决方法：埋设护筒时，坑与四周要选用最佳含水量的粘土分层压实；在护筒内适当高度开孔，使护筒内外水头保持1.0~1.5米高度差；钻头起落时注意碰撞。

b.孔壁塌陷：钻孔过程中，如发现排出的泥浆中不断夹有气泡或泥浆突然漏失，则有孔壁坍陷的迹象。

原因：造成塌陷的原因很多，主要有土质松散，护筒埋设太浅，护筒周围回填土与原土不密实，漏水，泥浆密度太小等等。

预防及解决方法：在松散的土层中，埋设教深护筒，用枯土密实回填护筒四周，使用优质泥浆，搬运与吊装钢筋笼时注意不要与孔壁碰擦，成孔后不要搁置太久。

c.缩孔：部分桩径缩小，截面不规则。

原因：护壁泥浆性能差，成孔后放置时间过长等。

预防及解决方法：钻孔前认真研究地层，配置优质泥浆，注意钻进速度，成孔后放置时间一般不要超过三天，反复扫孔。

d.钻孔偏斜：成孔或钻进过程中，出现较大垂直度偏差或弯曲。

原因：钻机不平整，稳定性差和钻进过程中出现沉降，钻杆弯曲，地层中局部出现石块等造成钻头受力不均匀。

预防及解决方法：场地要平整，检查钻杆垂直度，钻头大小，钻进过程中每钻进一节钻杆后均要重新测量钻机平整度。发现偏斜时，提杆上下反复扫孔。若无效则应回填土至偏斜上处0.5~1米处，重新钻进。

（7）清孔

a．钻孔达到设计图纸规定深度后，且成孔质量符合图纸要求并经监理工程师复测批准后立即进行清孔，常见方法有换浆法和抽浆法清孔。

b.清孔时将钻具稍向上提升30～40cm，正循环采用优质泥浆将孔底钻渣及泥砂等沉淀物全部置换出来为止；反循环采用将钻头提升30cm左右，持续吸渣15分钟的方法将钻渣清除。经检查孔底钻渣沉淀层厚度小于或等于图纸规定并经监理工程师复测确认孔底沉淀层厚度符合图纸规定，即可停止清孔。

c.清孔过程中应始终保持孔内水位高于地下水位或孔外水位1.5米以上。

d.清孔结束，立即拆除钻杆及钻头，拆除时同样要按上述要求保持孔内水位。

e.拆除钻具后，对孔径，孔形和倾斜度，应采用专用仪器测定，特殊情况下，采用外径D等于钻孔桩钢筋笼直径加100mm（但不得大于钻头直径），长度不小于4D~6D的钢筋笼检孔器（孔规），吊入钻孔内检测，若检孔器在孔内从上到孔底顺利通过，则孔径、孔形符合要求，倾斜度亦可测量，当检孔器在孔底时（应吊悬空），测得吊绳的斜度即为钻孔的倾斜度。检测时，必须有监理工程师在场的情况下进行，检查合格后进行下道工序的施工。

f.如经检查发现缺陷，如中心线不符，超出垂直线，直径减小，椭园截面，孔内有漂石等，应将这些缺陷书面报告监理工程师，并采取适当措施预以改正。

（8）钢筋骨架制作吊装和导管的拼接与吊装

a.钻孔灌注桩的钢筋骨架，事先在钢筋制作场断配成型，运至现场绑扎电焊成型，钢筋骨架一般分节绑扎，分节长度按起重机吊臂长度和确保钢筋骨架不变形等，一般每节长度13.5米，接头一般采用搭接单面焊，焊缝长度为10d，同一断面内接头面积不超过50%，钢筋骨架焊接质量经监理工程师复查合格后方可放入孔内。

b.桩的钢筋骨架，在混凝土灌注之前分节整体吊放到孔内。如果混凝土不能紧接在钢筋骨架放入之后灌注，则钢筋骨架应从孔内移去，在钢筋骨架重放入之前，应对钻孔的完整性，包括孔底松散物，重新进行检查。

c.钢筋骨架设有强劲的内撑架，防止在吊装入孔时变形，在顶面应采取有效方法进行固定，防止混凝土灌注过程中钢筋骨架上升，支承系统应对准中线防止钢筋骨架倾斜和移动。

d.钢筋骨架上事先安设控制钢筋骨架与孔壁净距的钢筋，钢筋以等距离焊接在钢筋骨架的周径上，其沿桩长的间距不超过2米，横向圆周围不少于4个块。钢筋骨架底面高程允许偏差为±50mm。

e.灌注桩声测管埋设：根据监理工程师的指定设置。灌注桩声测管是超声探头上下移动的通道，预埋在砼内，必须保证整个声测管内的畅通，不能有任何异物阻塞管内。声测管共有3根，固定在钢筋笼架立筋内侧，如图所示，各段声测管用螺丝口上下相连或者用套管焊牢密封。埋设声测管详细事项如下：

①声测管尺寸

采用外径54mm声测管，壁厚3.5mm。

②声测管的检查

安装声测管前应检查钢管，不得有变形的异物（例如加工螺纹的金属屑等）阻塞其中。

③声测管的连接和密封

声测管下底用A3钢板，规格φ70×10焊死，上端应加盖帽，不得漏水。管与管接头处用套管（φ64×3.5）焊牢密封。为防止泥浆进入，丝口上缠上胶带。

④声测管的安装

3根声测管呈正三角形固定在架力筋内侧，3根声测管彼此平行。可用粗铅丝每2米绑扎，或焊接圆环加固，但声测管必须紧贴架立筋内侧。声测管顶应露出桩顶50厘米。

⑤测试前的准备

测试前最好开挖到基础底高，外露声波检测管，管内注满清水，封住管口待测。

f.钢筋骨架定位后，立即吊放导管。导管经事先试拼和水密承压和接头抗拉等试验，合格后交付使用，导管内径为300mm，每节长度为180～200cm，最下面一节导管长度不小于5米；导管整体拼装后，由下向上用油漆标注尺寸，以便计算导管的总长度和精确计算导管在混凝土中的埋置深度。下放导管时，应使导管尽量位于孔的中心部位垂直下沉，防止导管碰撞钢筋骨架。导管底端距离孔底距离约为30cm，导管总长根据孔深和浇筑平台的高程经计算确定。导管的提升与下降可用钻机上副卷扬机进行起吊。导管吊装定位后立即吊装储料斗，储料斗的提升用钻机上主卷扬机。储料斗的大小应考虑浇筑灌注桩砼首批砼能确保导管埋深1.0米以上。

（9）灌注水下混凝土

①灌注程序

a.灌注水下混凝土前，检测孔底泥浆沉淀层厚度，如大于清孔的要求，则进行二次清孔，直到沉淀层厚度符合要求。

b.混凝土拌和物运到灌注地点时，检查其均匀性和坍落度，如不符合技术规范的要求，进行第二次拌和，二次拌和仍达不到要求，坚决不使用。

c.孔身及孔底得到监理工程师认可和钢筋骨架安放后，立即开始灌注混凝土，并连续进行，不中断。首批混凝土灌注后，立即用特制的测锤，准确测量导管在混凝土中的埋深，保证埋深大于1.0米以上，在整个灌注过程内，导管出料口深入先灌注的混凝土内至少2米，以防止泥浆及水冲入管内，且不得大于6米。经常测量孔内混凝土面的高程，及时调整导管出料口与混凝土表面的相应位置，并始终予以严密的监视，导管应在无水的状态下填充。

d.灌注的桩顶高程灌注到比设计高出0.5--1.0米，以保证混凝土质量，多余部分应在接桩前凿除，桩头应无松散层。

e.灌注混凝土时，溢出的泥浆引流至适当地点集中处理，以防止污染或堵塞河道和交通。

f.除图纸另有规定外，地面或最低冲刷线以下部分护筒应在灌注混凝土后拔除。

g.浇筑结束时，应保证混凝土面比设计标高至少高出50cm 以上，以防止烂桩头。

②灌注过程中容易出现的问题及解决方案

a.桩底沉渣厚：使灌注中混凝土与桩底岩基接触不好，影响桩基承载力

原因：清孔不干净或未进行二次清孔或清孔过程中泥浆比重小，清孔后放置时间过长。

预防及解决方法：成孔后钻头高于孔底10~20cm，慢速空转，进行清孔；使用性能好，比重大的泥浆清孔；清孔过程中特别要注意含沙率的控制；缩短停止清孔至浇筑前时间。

b. 卡管:浇筑过程中，混凝土下不去。

原因：初灌时导管距离孔底太低，巅管时导管底部插入沉渣中拔不出来；混凝土配合比差，流动性及和易性差；浇筑时间过长；导管埋设较深；各种机械故障等。

预防及解决方法：初灌时，导管口离孔底30~50cm；保证初灌混凝土量；灌注过程中控制导管埋深在2~6米之间；随时观察混凝土质量，并不时做塌落度试验。

c.钢筋笼上浮：钢筋笼突然向上浮起。

原因：混凝土塌落度太小或者浇筑速度过快。

预防及解决方法：控制混凝土塌落度等指标；清孔过程中保证孔内沉渣厚度与含沙率；当混凝土浇筑至钢筋笼底部时，放慢浇筑速度，待浇筑超过其笼底标高时，恢复正常灌注。

d.断桩：混凝土连接不连续，桩身截面出现夹层。

原因：导管底端距离孔底远，使得混凝土被泥浆稀释，造成混凝土不凝固，形成混凝土上的桩体与岩基不凝固的混凝土填充；导管密封不良，进水；拔管过快，使导管离开混凝土内部。

预防及解决方法：成孔后认真清孔，严格控制沉渣的密度与含沙率；保证开盘首灌混凝土量及导管悬空高度；浇筑前做导管密闭水压试验，保证导管质量；浇筑过程中控制导管拔出速度，保证导管的埋深在2~6米。

（10）质量检验

a.混凝土质量的检查和验收，应符合技术规范的规定，每根钻孔灌注桩至少制取试件2组，桩长20米以上者至少制取3组，桩径大，浇筑时间长时，至少制取4组，每组试件由3个150mm×150mm×150mm立方体组成，制取混凝土试件应在监理工程师监督下完成。

b.灌注桩成桩后，达到一定强度，破除桩头后，按设计图纸要求进行应力测试：小应变或大应变，并按要求进行超声波检测。

c.对检测质量差的桩，如有必要还应采取钻芯发进行检测。取整体桩数量的3%～5%的桩（同时不小于两根）进行检测，以检验桩的混凝土质量。检验结果若不合格，则应视为废桩，应按技术规范处理。

结语：

钻孔灌注桩质量控制技术多种多样，工程技术人员需结合具体施工规范标准，从施工准备，桩位放样，护筒埋设，钻孔及成孔，清孔，下放钢筋笼、导管，混凝土浇筑等环节严格控制此过程中的原材料，钢筋笼加工，桩位（坐标和高程）、垂直度，孔深，泥浆比重、粘度、含沙率，初始浇筑方量，导管埋深等指标，及时发现并解决问题，减少工程施工中的质量事故和不必要损失。

本文通过对正循环钻孔灌注桩施工技术的介绍，简要说明了灌注桩施工过程中应该注意的问题与控制事项，为杨林塘大桥的桩基施工提供了技术参考，同时对从事与工程施工与管理的技术人员具有一定的参考价值。

参考文献：

1. 姚玲森.桥梁工程.北京：人民交通出版社，1985

2. 丁士昭 商丽萍.市政公用工程管理与实务（全国一级建造师考试用书）.北京:中国建筑工业出版社,2008.4第一版

3.建筑桩基技术规范.北京：中国建筑出版社，中国建筑科学研究院.JGJ94-2008,2008年

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