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摘要：钻孔灌注桩施工技术对建设工程的质量有重要的影响。因此必须重视钻孔灌注桩的质量，文章就转钻孔灌注桩施工的常见质量问题及其措施进行分析。
关键词：钻孔灌注桩；施工技术；质量问题
钻孔灌注桩施工质量直接影响的是公共安全，可见其质量缺陷后具有十分大的社会危害，所以，在日常工作中应该总结经验，进行合理分析，从而对钻孔灌注桩施工质量缺陷进行弥补。作者依据多年从事钻孔灌注桩施工的经验对各工序易出现的质量问题及防范措施作了研究和总结。
1 钻孔灌注桩特点
钻孔灌注桩具有以下技术特点：
（1）施工时基本噪音小、振动小、地下泥土也不会对周边物体造成挤压等，因此对环境和周边建筑物危害小；（2）大直径钻孔灌注桩直径大、入岩层；（3）承重力大；（4）桩长可以根据持力层起伏变化；（5）某些利用“挤扩支盘”钻孔灌注桩可以有效减少桩径和桩长，提高桩的承载力，减少沉降量；（6）钢筋用量较少，便于施工。
2 钻孔灌注桩施工工序及工艺流程
施工工序：钻机成孔→钢筋笼制作安装→混凝土浇注
1）、钻机成孔工艺流程：场地平整—桩位（基础）放线—开挖浆沉淀池及浆沟—护筒埋设—钻机就位—钻孔—清孔换浆—终孔验收
2）、钢筋笼制作安装工艺流程：钢筋下料-钢筋制作-钢筋笼成品运输-孔口吊装-中心校正-标高调整-井口固定
3）、混凝土浇注工艺流程：导管密封试验-导管安装-（二次清孔）-水下混凝土浇注—成桩养护-清理桩 头至设计标高
钻孔灌注桩施工质量问题及措施
在钻孔灌注桩施工的以上三个工序的各个环节均会出现质量问题，本文只就各主要工艺流程中常出现的问题作分析探究，提出合理可行的预防及处理措施。
3 钻机成孔施工中易出现的质量问题及防治措施
钻机成孔施工工艺主要有：冲击钻进成孔（依据排渣方式又可分为：正循环、反循、掏桶排渣）；冲抓钻进成孔；回转钻进成孔（依据排渣方式又可分为正循环、反循环）；旋挖钻机挖土成孔（依据护壁方式可分为干挖成孔、泥浆护壁成孔及清水护壁成孔）；潜水钻进成孔（钻机动力随钻头进入孔内钻进工作）等。
在钻孔成孔施工过程中最容易出现的质量问题有：孔位水平偏移、钻孔孔斜偏差超标、扩径、缩径、塌孔、孔底沉渣超标等。本节重点分析探究钻孔坍塌问题及预防治理措施。
按坍塌部位划分：孔口坍塌、孔壁坍塌及孔底坍塌。孔壁坍塌及孔底坍塌一般影响是增加钻孔的排渣量、加长钻孔成孔时间，若是在水下混凝土浇注时间孔壁坍塌则造成桩径缩径及桩体保护层缺失钢筋外露，钢筋腐蚀加快，影响桩基的耐久性。
孔口坍塌对钻孔灌注桩的钻进成孔施工危害最大。主要表现为：钻孔报废，重新回填再钻；在钻进过程中突然孔口坍塌会造成机毁人亡（严重的安全事故）；在水下混凝土浇注过程中孔口坍塌则混凝土浇注被迫中断，造成断桩（严重的质量事故）。
造成孔口坍塌的主要原因有：
1）地下水位的影响
2）护筒埋设问题过短
3）井口段地层的岩土性质
4）钻机过程中护筒内水位高差的维护
上述四个问题相互之间是有关联的，在实际施工操作过程中，为控制孔口坍塌问题，往往是综合考虑。
孔口坍塌的机理：
孔口范围内的地基土层在未开挖成孔前为一个稳定平衡的土力单元，开挖成孔后，土力单元失去平衡，土体及地下水联合作用对孔壁产生侧压力。钻进过程中孔内的泥浆通过其水柱的高度对孔壁产生的压力大于或等于水土侧压力，则钻孔孔壁保持稳定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆假设条件：钻孔开挖土层为砂土、地下水位接近地表，钻孔钻进成孔后，孔口以下各点地基土层和地下水对孔壁的侧压力计算公式为：
[依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）]
eajk=σajkKai-2Cikai+［（zj-hwa）-（mj-hwa）ηwa Kai］γw
其中：eajk：土层及地下水对孔壁的侧压力
Cik ：土的固结不排水（快）剪粘聚力（砂土取 0）
Kai：土压力系数 Kai=tg2（450-）
φik：土的内摩擦角（砂土取80-150）
zj：孔壁任意一点距自然地面的深度（米）
hwa：地下水位距自然地面深度（米）
σajk：作用于孔深zj处的竖向应力标准值
σajk=γmj.zj +σ0k+σ1k
γmj：土的重度；（砂土取 17—19牛/m3）
σ0k+σ1k地面附加荷载竖向应力标准值（此处条件考虑可取 0）
mj：计算参数，当zj＜孔深h时，取mj=zj：当zj≥孔深h时，取mj=h；
ηwa：计算系数，当 hwa≤孔深h，ηwa=1；当 hwa＞孔深h，ηwa=0
γw：水的重度 10牛/m3
依据本文假定条件地基土层和地下水对孔壁的侧压力：
eajk=γmj.zj.tg2（450-）+ zj.（1- tg （450-））
= zj.［γmj.tg2（450-）+（1- tg （450-））］
令τmj=γmj.tg2（450-）+（1- tg（450-））………①
τmj：地基土层对孔壁的侧压力系数
地基土层和地下水对孔壁的侧压力公式可简化为
eajk= zj.τmj ……………②
钻孔泥浆对孔壁产生的压力Enj = zj.γnj …………… ③
γnj：钻孔泥浆重度，一般为11.5-12.0牛/m3
钻孔进口加设钢护筒，太高泥浆面的高度则：
钻孔泥浆对孔壁产生的压力 Enjh=（zj+hwh）.γnj ……………④
hwh：护筒内泥浆面距地下水位的高度
通过一个案例可以完整表述公式 ② ③ ④三者之间的关系以及控制钻孔井口坍塌的措施
宣大高速洋河特大桥桩基施工，靠近河床部分的地下水位基本与地面持平，地基土层土质为粉细砂或含卵石粉细砂、细沙，设计孔深30米，钻孔直径1.50米，土层的φik=90，γmj= 18.8牛/m3，冲击钻进成孔，泥浆比重1.2，设计要求水下混凝土浇注时泥浆比重小于1.15
依据公式① 计算出τmj=13.72牛/m3
依据公式②地基土层和地下水对孔壁的侧压力eajk= 14.33zj
依据公式③钻孔泥浆对孔壁产生的压力Enj=12zj；依据设计要求，水下混凝土浇筑时的泥浆比重为1.10，则Enj=11zj
eajk＞Enj，孔壁会坍塌。
假设护筒埋深（距自然地面）1.00米，要保证护筒底口以下不坍塌，依据公式④可以算得护筒的泥浆面高出地下水位（本案例为自然地面）0.30米以上。
但是在实际施工过程中，要大于0.30米很多，一般要高出地下水位1.00米以上。
主要有以下因素：钻具的升降会引起护筒内的泥浆面高度变化
地下水有可能是处于流动状态，对孔壁增加侧压力
钻进过程中泥浆比重降低
本案例开始施工时护筒长度1.50米，埋深1.0米，护筒上口高出自然的地面0.50米，在施工中屡屡坍孔，无法成孔。后来经过研究计算，采用围堰筑岛抬高护筒的办法，筑岛高出自然地面1.00米，护筒长度2.30米，埋入自然地面以下1.00米，护筒口高出筑岛面0.30米，钻孔成孔很顺利。
通过以上机理分析，实际施工案例分析，影响孔口坍塌的主要因素应该是护壁泥浆面距离地下水位线的高度及护壁泥浆比重。
对于钻孔灌注桩钻孔施工孔口段坍塌的防治主要有以下几点：
1）、依据地下水位的标高、地基土层的岩土性质、场地施工条件以及钻进施工工艺确定护筒的长度及埋入地下的深度，以及施工平台的高度。
2）、选择调配好合理的泥浆类别及泥浆的比重。由于在成孔施工过程中泥浆比重可以达到1.2以上，但是在进行水下混凝土浇注施工时，为保证混凝土浇注质量，泥浆比重必须控制在1.10—1.15之间，在确定泥浆护壁压力时，泥浆的比重只能按1.10—1.15取值。
3）、旋挖钻机、冲抓钻进施工，每次钻进后提升钻具排渣过程中，钻具及钻渣的体积变化对孔内护壁泥浆面升降的影响，要通过计算后，确定护筒的长度及埋设深度。
4）、钻孔深度范围内可能存在的漏浆地层，施工之前要有预案，防止进入漏浆层位后泥浆损失过快导致塌孔。主要是备好足够的护壁材料（粘性土、膨润土等）以及充足的水源。
4 钢筋笼加工与安装施工中易出现的质量问题及防治措施
钢筋笼是桩基础的抗剪、抗弯的结构材料，钢筋笼施工质量的优劣直接影响桩基抵抗剪切力、抵抗弯矩及抗冲切的能力，对桩基上部的建筑物的安全至关重要。钢筋笼在加工及运输过程中的有关质量问题，相关规范、规程描述很详细，本文不在赘述。本文重点介绍钢筋笼在安装中易出现的质量问题，以及相应的防治措施，其中有许多措施是作者本人在多年的施工实践中积累的比较实用的经验。钢筋笼在安装过程中易出现的质量问题主要有：
1）、钢筋笼吊装变形
原因：钢筋笼过长、吊点不对、起吊角度问题
防治措施：随着我国的建筑施工技术进步、施工设备的更新，桩基设计多采用大口径、大桩长的方案，为保证成桩质量、设计部门往往要求钢筋笼整节安装。目前比较常用的方法是：钢筋笼长度20米以内，采用4点起吊；钢筋笼长度20米—30米以内，采用5点或6点起吊；钢筋笼长度30米以上最安全的方法采用双吊车8点起吊。
2）、钢筋笼保护层缺失，造成钢筋笼偏斜，直接与孔壁土层接触，加快钢筋锈蚀，影响桩基的使用寿命。钢筋笼保护层一般采用：直接用钢筋材料做保护层，此方法缺点是钢筋直接与土层接触，易加快钢筋锈蚀速度；预制混凝土保护垫块，此方法缺点是易挤压破碎或脱落，吊装时从高处掉落会造成严重的人员伤亡事故；尼龙保护圈保护层，是目前使用最多的一种，主要优点有，材质轻便，强度适中，可以造成圆轮状，安装完毕后可以随钢筋笼的下放而自身转动，不易破损，可有效保护钢筋笼不与土层接触，缺点是成本略高。
3）、钢筋笼井口固定易出现的问题
钢筋笼属于隐蔽结构材料，成桩后唯一可见的就是井口露出的钢筋笼的水平位置及钢筋笼的标高是否合格。易出现的质量问题是：钢筋笼中心点偏差大于规范要求，钢筋笼安装标高误差超标。
解决措施：中心点偏移规范要求必须小于5cm，钻孔放样时的十字交叉线的护桩要用混凝土固化，钢筋笼安装前复测钻孔中心，校核护桩，确保中心点位准确；钢筋笼上部加密钢筋笼保护层，确保钢筋笼垂直度；钢筋笼的顶部临时设置一个圈筋，在此圈筋中加设钢筋笼的中心十字，钢筋笼安放后通过调整吊筋的位置，使钢筋笼十字与钻孔十字重合，固定吊筋；在导管安装及水下混凝土浇注时，需要精心操作，确保钢筋笼中心点不发生偏移。标高偏差产生的原因主要是钢筋笼井口固定部位的承重构件产生沉降（标高偏低），或者是混凝土浇注问题出现的浮笼（标高偏高）。解决下沉的方法：进口加设30cm×30cm方木，加大承重构件的刚度，且构件与方木可靠接触。关于浮笼问题在“水下混凝土浇注质量问题”中详述。
5 钢筋笼上浮的预防及处理措施措
原因分析：在灌注混凝土时钢筋笼上浮主要是由以下原因引起：①当灌注的混凝土面接近钢筋笼底部时灌注上升速度过快，混凝土将钢筋笼托起；②提升导管速度过快，混凝土坍落度过小，混凝土带动上升，导致钢筋笼上浮； ③孔底沉渣超标，混凝土初灌时沉渣被混凝土冲泛后留滞于混凝土上部，由于沉渣不具活易性，混凝土上升至笼底时沉渣会顶住钢筋笼上浮；④在提升导管时，导管挂在钢筋笼上，钢筋笼随同导管一同上升。
预防及处理措施：①导管安装完毕后，应进行二次清孔，保证混凝土开始浇筑时孔底沉渣控制在规范允许的范围内。②严格控制混凝土的坍落度18-22cm。③当混凝土面接近钢筋笼底部时，要适当放慢混凝土的灌注速度，待混凝土顶面上升至钢筋笼内至少2m以上时方可恢复正常的灌注速度。③在安放导管时，应使导管的中心与钻孔中心尽量重合，导管接头处应做好防挂措施，以防止提升导管时挂住钢筋笼，造成钢筋笼上浮。若导管挂着钢筋笼，转动导管顶部，可以让导管的中心线产生一定的偏移，导管与钢筋笼接触部位即可分离。④事前预防措施，即：在钢筋笼安装完成后，钢筋笼顶端预留2-4根φ20以上的钢筋，与井口护筒刚性连接，若遇钢筋笼上浮则可以提供反力以抵消钢筋笼的上浮力，有效控制钢筋笼的上浮。
6 水下混凝土施工中断桩事故的预防措施
水下混凝土浇注过程中导致断桩事故的原因很多，在此不再赘述，本文仅探讨预防措施。因为水下混凝土浇注是一个不可逆的工序，如果出现断桩事故就是重大质量事故，造成重大经济损失。做事前预控，使断桩事故变成小概率事件，这是上策。作者结合自己多年的钻孔桩施工经验，总结了以下几条预防措施，供同行参考借鉴。
1）、加强终孔后的清孔控制，主要是含砂率及泥浆比重。泥浆比重 1.10—1.15，含砂率2%。导管安装完成后要求二次清孔，让孔内泥浆自上而下密度均匀，同时减小孔底沉淀厚度。有的钻孔工艺无泥浆循环系统，如旋挖钻机成孔、老式的冲击钻机成孔等，在编制施工方案时要求配备泥浆循环系统以备二次清孔。
2）、预备两台50t千斤顶，导管井口固定平台要求设计为可以承受两台50t千斤顶的顶升力的强度。此措施的目的是以防在水下混凝土浇注过程中卡管或导管埋深过大后，吊车提升力不够的情况下，可以将导管拔出。
3）、控制进料口与桩顶设计混凝土面的高差要求大于3米。当混凝土浇注接近设计桩顶时，如果高差过小，混凝土压力不够，混凝土则很难继续下料，往往导致混凝土无法完整浇注结束或者混凝土包裹泥浆，导致桩身完整性检查不合格。
4）、控制导管的密水性试验，试验压力1.5—2.0Mpa。冬季施工安装导管时，要求用喷灯烧烤导管接头，并用刚刷清理丝扣，保证丝扣干净。冬季施工由于气温较低，导管丝扣处往往结冰碴，如果冰碴未清理干净，导管安装时操作工人以为导管上紧密封了，但是导管进入口内泥浆中，温度升高融化，导管失去密封，漏水产生。
5）、预备大料斗，大料斗的容积所储备的混凝土，应该保证初灌结束后导管埋深不小于1米。两个作用，一是保证初灌时，下行混凝土具有足够的压力，冲开孔底的残余沉渣，二是保证初灌结束后导管有足够的埋深。料斗要求与导管可靠连接，吊车（或其他起重设备）的起吊能力大于料斗和导管全部注满混凝土的重量的2倍，以防初灌时导管底口离孔底太小，而混凝土不下行，若发生这种情况，可以适当整体提升导管及料斗，保证混凝土顺利下料。
6）、初灌结束后要求查看导管内是否漏水，如果漏水，应该终止浇注，取出钢筋笼，重新清孔。这样损失是最小的。如果强行浇注有可能中间堵管无法继续浇注而形成断桩；或者浇注结束后，由于混凝土离析桩身完整性检查不合格，做废桩处理，损失就更大了。
7 结束语
钻孔灌注桩基础是适用性较强、用途最广泛的一种桩基础，广泛运用于高层建筑、桥梁及港口工程中。钻孔灌注桩质量事故都不是孤立的，而是互为因果或多因一果的，除施工质量外，环境变异对钻孔灌注桩质量也不可忽视。通过对施工工艺及质量事故原因的分析，有利于质量控制的事前、事中控制工作。具有预防质量事故的作用。
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论文作者:郭月祥
论文发表刊物: 《建筑学研究前沿》2017年第10期
论文发表时间:2017/12/8
标签：钢筋论文; 钻孔论文; 导管论文; 混凝土论文; 泥浆论文; 土层论文; 质量问题论文; 《建筑学研究前沿》2017年第10期论文;