施纯德

泉州市建设工程质量监督站，福建 泉州 362000

1 工程概况

某工程共有工程桩248 根，其中：直径0.8m 工程桩74 根，直径1.0m 工程桩174 根，均为抗压桩，平均桩长约23m。由于场地周边存在大量石结构浅基础民房，最小距离5.8m，建设年代较为久远且年久失修，已存在不同程度安全隐患，对场地震动及地下水位变化较为敏感，故设计采用旋挖钻孔灌注桩孔泥浆护壁成孔，终孔条件为桩底进入中风化花岗岩1.5m，桩底沉渣厚度要求≤5cm。

2 工程地质情况

地勘报告揭示，该工程施工场地至上而下各土层分别为：杂填土，层厚0.2～3.5m；粉质粘土，层厚0.8～3.4m；淤泥，层厚1.0～7.60m；中细砂，层厚0.9～6.0m；淤泥质土，层厚7.2～17.5m；中粗砂，层厚1.1～6.9m；砂土状强风化花岗岩，层厚0.20～5.60m；以下为中风化花岗岩。地下水位埋深约1.5m。

3 旋挖钻孔灌注桩孔底沉渣产生的原因分析

3.1 桩孔孔壁塌落

（1）杂填土层较厚且不稳定造成孔口表土层塌落孔内；

（2）淤泥层及砂层由于钻孔过程的提、放钻具在孔内产生正、负压差所引起的抽吸作用，造成孔壁塌落；

（3）在提、放钻具及下放钢筋笼时刮蹭孔壁，造成孔壁砂土掉落孔内；

（4）成孔后未及时浇筑混凝土，空置时间太长导致泥浆分层离析孔壁失去稳定；

（5）孔口附近有较大的集中荷载作用压垮孔壁；

（6）泥浆比重过小，使得泥浆侧向护壁能力不足造成孔壁塌落；

（7）由于钻具转速过快、扰动过大引起砂层液化造成孔壁塌落。

3.2 泥浆沉淀

（1）由于泥浆粘度过低，悬浮能力差，使得泥浆发生分层沉淀；

（2）泥浆含砂率过高，造成孔底沉砂过多；

（3）混凝土浇注前的等待时间过长，使得悬浮物下沉堆积孔底。

3.3 钻孔残留

（1）因钻具磨损、变形过大造成渣土泄漏、残留而产生沉渣；

（2）受钻具自身结构限制，因钻齿间隙所造成的渣土残留。

3.4 清孔工艺

（1）清孔所用的水泵功率太大，其过强水流产生的冲刷作用引发孔壁剥落；

（2）采用钻具清孔时，其清孔工艺及钻具选择不合理，孔底沉渣无法清除干净；

（3）采用正、反循环清孔时，泥浆性能不达标造成沉渣无法携带出孔底。

3.5 施工人员量测误判

（1）由于施工员经验不足，在进行孔底沉渣厚度量测时误判，错误将清孔不合格的桩孔判断为合格孔；

（2）孔底沉渣厚度量测工具选择不当产生误判。

4 旋挖钻孔灌注桩孔底沉渣控制措施

（1）根据孔口土层情况适当增加护筒埋设深度，使其穿过杂填土层并高出孔口30～40cm，始终保持孔内水位高于地下水位≮1.5m，同时护筒直径比钻具直径大20cm 并防止碰撞及震动［1］；

（2）在钻进过程中慢提、慢放钻具，速度控制在70cm/s左右，在进入砂层时降低钻具转速，防止因扰动过大造成砂层液化；

（3）在提、放钻具及下放钢筋笼时注意保持对中和垂直，钻进过程中每三钻复核一次钻杆垂直度，将垂直度控制在1%以内，钢筋笼保护层垫块采用可转动的混凝土圆形垫块，减少刮蹭孔壁；

（4）合理组织，紧凑工序，在进行第一次清孔时即开始安排混凝土罐车到场等待，为预防不测，商品混凝土的缓凝时间设定在4h 以上；

（5）在旋挖钻孔桩机及混凝土罐车停放面的近孔口一侧安放较大钢板，钻进过程中孔内取出的泥土及时清离孔口，以减少孔口的集中荷载；

（6）在钻进过程中，根据地质情况适当加大泥浆比重至1.13～1.18，调整泥浆粘度至19～21Pa·s，增加泥浆的护壁及悬浮能力；

（7）采用泥浆分离机分离出泥浆中的砂及其它大颗粒物，将泥浆中的含砂率控制在4%以内；

（8）根据不同地层情况选用适当钻具，加强对钻底结构的检查、修补维护，减小转动底与固定底之间的间隙。

（9）安装混凝土浇筑导管时，严格控制导管距孔底在30～50cm 之间，同时加大混凝土料斗的体积达2m3，以增加首批混凝土的冲举力；

（10）进行清孔作业时合理选用水泵的功率，减少水流对孔壁的冲刷作用；

（11）当采用钻具清孔工艺（无泥浆循环清孔）时，必须先用截齿钻具修平桩底岩面，再用捞砂平斗以慢速档捞出沉渣，在清孔结束时，可适当降低泥浆比重至1.10～1.12，同时增加泥浆粘度至22～25Pa·s，使孔底泥浆状态处于絮状，保证泥浆中的粗颗粒处于悬浮状态，确保在安放钢筋笼及灌注导管后，孔底沉渣厚度满足设计要求；

（12）当采用正、反循环清孔工艺时，要根据具体情况调整与其相适应的泥浆参数并及时换浆；

（13）在浇筑混凝土前必须再次量测沉渣厚度，沉渣超标时应选择合适的清孔工艺进行二次清孔；

（14）选派经验丰富的施工员负责孔底沉渣厚度的量测判断，做到每根桩都有二位施工员分别量测，互相复核、印证；

（15）沉渣量测工具采用专用测绳下挂1kg 重铁自制。

5 工艺试验

为了检验上述控制措施是否适合本工程的具体情况，桩基正式施工前共选取2 根桩进行试打桩，其中直径0.8m 桩1 根，直径1.0m 桩1 根，分别采用不同的泥浆参数及清孔工艺进行比较。直径0.8m 桩采用泥浆比重1.10、泥浆粘度20Pa·s、正循环清孔工艺；直径1.0m 桩采用泥浆比重1.10～1.15、泥浆粘度20～23Pa·s、钻具清孔（无泥浆循环清孔）工艺。采用同一台徐工XR220 旋挖钻机进行施工，其他控制措施均同上文所述。

5.1 试桩情况

5.1.1 试桩施工过程

（1）直径0.8m 桩在钻进初期采用泥浆比重1.10、泥浆粘度20Pa·s，进入砂层时有出现冒泡现象，判断存在局部塌孔，加入膨润土将泥浆比重上调至1.13 后，该现象未再次出现，钻孔达到设计深度（约23.6m）后，量测孔底沉渣厚度约25cm，采用正循环清孔工艺进行第一次清孔1.5h，量测孔底沉渣厚度约4cm后，下放钢筋笼及导管，再次量测沉渣厚度约12cm（可能因时间太长造成局部护壁剥落），随即采用正循环进行二次清孔，当量测沉渣厚度小于5cm 后立即连续浇捣桩身混凝土，混凝土充盈系数1.15；

（2）直径1.0m 桩在整个钻进过程中采用泥浆比重1.15、泥浆粘度20Pa·s，未出现异常情况，当钻孔达到设计深度（约22.8m）后，量测孔底沉渣厚度约20cm，先采用截齿钻具进行第一次清孔并扫平孔底岩面凹凸后，量测孔底沉渣厚度约10cm，将钻具更换为捞砂平斗并慢速捞取孔底沉渣，量测沉渣厚度小于4cm 后，降低泥浆比重至1.10，同时泥浆粘度上调至23Pa·s，安放钢筋笼及导管，历时约25min，再次量测沉渣小于5cm，立即连续浇注桩身混凝土，混凝土充盈系数1.07。

5.1.2 试桩检验结果

为验证上述二种工艺对桩底沉渣厚度的影响，试验桩混凝土浇捣十日后，委托有资质单位进行抽芯。其中：直径0.8m 桩混凝土芯样完整无夹渣，桩底沉渣厚度3.8cm；直径1.0m 桩混凝土芯样完整无夹渣，桩底沉渣厚度2.0cm。均符合设计及规范要求。

5.2 施工工艺比较

（1）采用正循环清孔工艺：清孔时间较长护壁易因浸泡时间太长而塌落；清孔时未采用截齿钻具扫平孔底岩面凹凸，大大降低了首批混凝土对其孔底残渣的冲举效果；

（2）采用钻具清孔工艺：清孔时间短，不易发生孔壁塌落情况；采用截齿钻具先扫平孔底岩面凹凸后，首批混凝土对孔底残渣的冲举效果明显较好，但清孔后降低泥浆比重、上调泥浆粘度是一项关键工作，需有专人管理［2］；

（3）因本工程砂层太厚，若采用反循环清孔工艺极易因水流抽吸产生的负压作用引发孔壁塌落，故该类工艺不作为选项。

对上述三种清孔工艺进行综合评估后，选择与直径1.0m试验桩相同的施工工艺展开施工，工程完成后选取6 根桩进行静载试验，最小沉降值12mm，最大沉降值26mm；选取25 根桩进行抽芯检测，混凝土芯样均完整无夹渣，桩底沉渣厚度最大值3.5cm，最小值1.0cm。均符合设计要求。

6 结语

在旋挖钻孔灌注桩施工中能否有效控制孔底沉渣是其成败的关键，特别是在复杂地质条件下更要认真分析各种不利因素，制定详细的针对性措施，通过工艺试验合理选择施工工艺，提高成桩质量。