旋挖钻孔灌注桩施工工艺及质量控制

2022-12-19符燕佳

广东土木与建筑 2022年11期

符燕佳

（肇庆市高要区工程质量监督站广东肇庆 526100）

随着现代建设行业的高速发展，旋挖钻孔桩作为一种成熟的桩基施工技术大量用于建设项目的基础工程中，并取得很好的应用效果。旋挖钻孔虽然施工过程不复杂，但要达到预期的效果，必须严格管控施工中的各个关键控制点。结合本地区某工程实例，本文对旋挖钻孔灌注桩的施工技术和质量控制进行了详细的论述。

1 工程概况

1.1 项目简介

本项目总用地面积约4 500 亩，分多个区域进行开发建设，首期开发的地块为17 地块，拟建设8 栋26层商住楼，建筑面积106 019.54 m2，建设周期约3 年，其中1#住宅楼，地上26层，基底面积约487.81 m2，建筑面积12 683.05 m2，采用框架剪力墙结构；基础形式为旋挖灌注桩基础，端承桩，桩直径790 mm，持力层为微风化花岗岩，单桩承载力4 500 kN。17 地块钻孔位置平面图如图1所示。

图1 钻孔位置平面图Fig.1 Drilling Position Plan

1.2 工程地质

地形地貌：拟建筑场地在区域属珠江三角洲平原腹地，本场地地处区域的丘陵地带，场地经平整后地势略有起伏，大部分较平坦，钻孔孔口标高为8.88～20.05 m 之间。地层岩性：根据本次钻探结果显示，本场地之地基由人工填土、第四系冲淤积层、残积层及第三系风化基岩组成。工程地质综合剖面共分主层6层和1个夹层（见图2）。

图2 工程地质剖面图Fig.2 Engineering Geologic Profile

不良地质作用与特殊岩土：场地未发现岩溶、滑坡、泥石流、采空区、地面沉降和活动断裂等不良地质现象和地质灾害；勘探区及附近未发现有埋藏的河道、墓穴、防空洞等对工程不利的埋藏物。场地局部地段有旧建筑拆迁场地，建筑旧基础为不利埋藏物，建议把旧基础开挖换填。在钻探揭露深度范围内，特殊性岩土主要有：人工填土、残积土及风化岩。

1.3 水文地质

场地内地表水不发育，场地周边河涌距离场地近，对场地有一定的影响，场地地表水主要受大气降雨补给。地表水对地基土有软化作用，对桩基的影响较小。

经勘探，场地地下水类型主要有人工填土的上层滞水、第四系冲积层的孔隙潜水以及风化基岩中的裂隙水。

上层滞水赋存于人工填土层中，含水量的多少受大气降水及地下水位的影响大，涌水量较小；孔隙潜水主要赋存于第四系土层孔隙水、基岩裂隙水及风化成土状、砂土状的基岩孔隙水；由于本场地为透水性较差的粘性土为主，地下涌水量较贫乏。而基岩裂隙水赋存于中风化岩裂隙中，富水等级为水量较贫乏。总体评价本场地地下水水量较贫乏。地下水主要靠大气降雨、地下径流补给，靠蒸发、渗透及地下径流排泄。

2 旋挖钻孔灌注桩优缺点分析

本工程所使用的旋挖式钻孔灌注桩具有较高的单桩承载力、桩径和桩长的选择较为自由和较低沉降量的优点，其可以很好地满足该项目的最大载荷需求；在施工过程中，不用开展降水工作、不会产生挤土作用、不会对周围环境造成影响；此外，其还具有施工速度快、泥浆排量小等优点。但是，旋挖式钻孔灌注桩也存在一些缺点：

⑴桩的成型工艺较高，施工工艺水平和泥浆质量对桩质量有很大的影响（工艺不当容易出现沉渣、断桩、夹泥、缩径、垮孔等情况的出现）；

⑵工程造价比较高，在选择此种桩型时，应采用合适的施工技术，防止桩基础存在质量问题。

3 旋挖钻孔灌注桩施工工序

本桩工程的施工过程为：前期准备、测量放线、埋钢护管、钻机到位、泥浆调配、钻完钻孔、孔洞检查、清理孔洞、制作钢筋笼并进行吊装、管道安装、浇筑混凝土、拔除导管和护管［1］。

4 旋挖钻孔灌注桩施工质量控制

4.1 依照工程区域实际地质条件来对钻机进行选择

为了保证整个施工过程的顺利进行，提高其成孔质量，必须根据现场的地质情况，合理地选择合适的钻机，以便对钻机的性能和参数进行精确的分析，为整个项目的施工提供了有力的保证。如果选用不当，不但会造成最终的沉孔质量降低，还可能会造成质量事故的出现。因此，在进行钻孔作业前，应全面勘察和分析施工现场，获得充分的水文、地质数据，为钻井设备的选用提供可靠的参考。由于场地狭窄，所以桩基的施工都是现场平整后立即进行，而上部的空桩最大长度为8.65 m。通过对工程特点和市场上旋挖钻机性能的调研，确定了该工程采用徐工XR320D 旋挖钻机，该设备可以达到本项目钻孔的要求。XR320D旋转桩的具体参数如表1所示。

表1 XR320D挖钻机的具体参数Tab.1 Specific Parameters of XR320D Drilling Rig

4.2 护筒埋设

为了避免孔壁崩塌，在实际工程中必须对护筒进行保护。在开展旋转钻井工作时，通过埋设护筒进而确保护壁泥浆与地下水的水位差，提高井眼的静水压，确保了孔壁的稳定性。待地面护筒到位后，在护筒外侧用粘土进行分层回填加固，以护筒套管周围发生渗漏的情况；回填土层厚度为40～45 cm，护筒的上端应比施工地面高出0.3 m，护筒的位置与孔心之间的偏差不能超过50 mm，同时必须保证护筒的垂直，以避免泥浆的流失［2］。目前施工中常用的护筒材料是以钢板制作为主，其制造出的护筒必须坚固耐用，不漏水，与桩径相比，护筒的内径应该比桩径大20～40 cm，每节的最优长度在2～3 m之间，此外，孔底要用400 mm厚的粘土回填。

4.3 泥浆制备

在旋挖桩施工中，为避免发生塌孔的情况，必须选用高质量的泥浆对孔壁进行保护，其主要功能是护壁和沉渣。在施工期间，要及时补充高质量的泥浆，保证钻孔的标高不低于地下水位1.5～2.0 m 之间，进而防止钻孔出现坍塌［3］。

根据旋挖钻机的施工特性，泥浆材料选用膨润土、水、纯碱、聚丙烯酰胺等。泥浆性能指标选择要根据钻井地质条件的不同而适时调整，其性能指标可参照泥浆控制指标［4］。经地质勘查，该项目的泥浆比重和粘度分别为1.17、21 Pa·S，在施工过程中，钻孔工艺进行得很好，没有出现扩孔、塌孔等问题，取得了较好的钻孔效果。

4.4 加强钻孔控制力度，为钻孔工作提供有效保障

首先要全面了解工程地区的实际地质条件和水文条件，根据桩径的大小来确定钻头的直径，在进行钻孔时要对钻头的整体磨损情况进行全面的了解，如果发现钻头磨损严重，必须及时进行更换。若施工区域出现缩径现象，要合理控制下钻速度，减缓施工速度，进而起钻和钻进中发挥扫钻作用，确保整体孔径得到合理控制。钻井时要注意钻机的纵向调整，防止出现偏差等问题。在进入空中前，必须严格控制钻进的速度，保证其以均匀的方式开展钻进工作，同时要注意起落问题，避免出现快速上升和快速下降的情况，造成孔壁压力过大［5］。

4.5 一次清孔

清孔是保证成桩质量的一个关键工序，它可以通过清孔来去除孔底的沉渣，从而达到混凝土与基岩紧密结合的目的。钻孔结束后，要从钻孔深度、孔径、垂直度等方面检验孔洞的质量。待桩孔验收合格之后才可以开展清孔工作，清孔方法通常采用换浆、抽浆、掏渣等［6］。在正循环中，清孔方法使用最多的是换浆清孔法，该方法的工作原理是用泥浆泵将新的泥浆经钻杆压入孔底，再将钻头提升至距孔底30 cm的位置，空钻搅拌孔底部的沉渣，使沉渣在孔中呈环形上升至护筒孔口，最终进入沉淀池，如此反复，直到泥浆中的沉渣量达到规定的指标才能结束清孔。该工程使用正向循环法对旋挖钻孔灌注桩进行了清孔工作。

4.6 钢筋笼制作及吊装

钢筋笼的制造工作必须在平坦的场地内开展，同时，钢筋的各项性能都要经过进场复检，检测合格方可使用。在钢筋进场的时候，要按照规格将钢筋分别整齐地摆放在一起，例如，不同的钢筋强度、不同长度的钢筋，这样才能防止在钢筋笼的制造过程中出现问题，从而确保钢筋笼的质量。钢筋笼的规格、间距、间距、数量、焊接口、搭接长度等均应按照设计图纸及技术规范进行制作［7］。

钢筋笼的吊装方式有两种：第一种为整体吊装；第二种为依据实际情况进行分节吊装，该吊装方法必须确保接头质量符合规范要求，上下主筋轴线在一条直线上，两面焊缝不得少于5d，单面焊缝不得少于10d，且焊缝截面积不得少于所焊钢筋的截面积，主筋在同一截面处的焊缝数量不得大于总数的50%。在吊装工作过程中，钢筋笼要用吊车对齐孔洞，防止钢筋笼在此过程中发生弯曲变形，为了提高工作的连续性，应尽可能缩短两节钢筋笼的焊接时间［8］。

4.7 二次清孔

由于钢筋笼和导管的安装时间与首次清孔之间的间隔较长，在这段时间内，孔底会出现现新的沉渣，因此，要开展二次清孔工作。二次清孔采用的方法是将泥浆通过导管压入孔底置换沉渣进而达到清孔的目的，当沉渣厚度达到要求后，立刻进行混凝土的水下灌注。

4.8 混凝土灌注控制要点

该工程的灌注桩采用商品混凝土浇筑，经搅拌车运至工地后，利用提升导管的方法开展水下混凝土的灌注施工。在进行混凝土灌注前，应按桩孔直径、管径等因素计算第一批混凝土的工程量，确保第一批混凝土在浇筑时，能将管道埋入1 m以上。

为保证在输送过程中不出现混凝土离析，应缩短拌和以及运送至工地的时间。在浇注前，混凝土的坍落度损失应与出罐时的相比不超过2 cm。在进行水下混凝土的灌浆时，用吊车的主钩将料斗吊起，并在料斗的底部放置隔水栓堵塞，然后将混凝土注入到料斗中，通过吊车的副钩快速地将隔水栓提出，使混凝土快速地落到孔底从而完成封底，并进行快速、连续的灌浆［9］。在进行混凝土浇筑时，要注意观察钻孔内的水位和混凝土的下落。每一次灌浆结束后，都要用检测绳检查混凝土表面的上升情况，然后再计算混凝土中的导管的埋入深度，并依据计算的结果进行导管的提升和拆除。通常，导管埋入最佳深度在2～6 m 之间，拆除导管之前的埋设深度应保持6 m左右，拆除导管后埋设深度应保持2 m左右［10］。

5 注意事项

要想保证工程质量的前提下提升工期，就必须采取有效的措施，强化工程质量的管理。具体做法包括：技术交底、检查原材料、检查钢筋笼焊缝、做好清孔和二次清孔工作和做好混凝土灌注记录等。工程的整体工作是由项目经理负责，对施工班组的现场工人进场前做好三级教育，技术交底，熟悉掌握技术要求，做好工程数据资料的收集，即时反映现场的情况，做到万无一失。

在钻孔结束后，应检查孔深，孔径，底部泥浆沉渣的厚度，保证其质量达到设计要求。钻孔的直径通常比设计的要大一些，而且在桩身的垂直度、钢筋笼的吊入角度、顶部高度等方面也要严格控制［5］。

水下混凝土的浇筑过程必须合理安排施工时间，连续施工，严禁中断浇筑，否则，在第一次注入的混凝土达到了初凝状态，就会阻碍后续注入的混凝土通过管道排出，从而引起断裂的情况。在混凝土浇筑接近尾声时，混凝土可能会产生很大的上浮难度，因此，可以通过吊钩将导管上下抬起，增加钻孔中的混凝土高度，从而加快混凝土的升速。

在施工中，要对导管的抬高速率进行严格的控制，并使其与混凝土的流速保持合理的匹配度，以免发生由于导管的抬高过快而造成导管从混凝土表面被拉出的现象。