王兵
中煤长江基础建设有限公司 江苏南京 210046
摘要：成孔灌注桩有着施工工艺简单和施工造价低的优势，因此被广泛应用于建筑工程中。沉渣与孔壁泥层的厚度都会影响到钻孔灌注桩的承载力。为了保证工程的质量，相关的设计和施工人员需要注意对这两种影响因素的控制。
关键词：成孔灌注桩；沉渣；泥层厚度
引言：
在建筑工程的施工中，桩基的施工环节是整个工程的基础和重点。在桩基的施工工艺中，钻孔灌注桩有着施工工艺简单和施工造价低廉的优势，因此在当前的建筑工程中具有广泛的适用性。但是与其他桩基施工工艺相区别，钻孔灌注桩的施工都是在隐蔽的状态下进行的，因此对于桩基的设计以及施工都提出了较高的要求。桩基承载力是桩基质量检测的重要指标，在钻孔灌注桩的施工过程中，由于受施工设备以及施工环境等因素的影响，往往难以对桩底的沉渣以及孔壁的泥层厚度进行有效的控制，这些沉渣与孔壁的泥层会在很大程度上影响到桩基的承载力，进而影响到整个工程的质量。为了保证钻孔灌注桩的施工质量，在最大限度上克服沉渣以及孔壁泥层的影响，需要对不同厚度条件下沉渣与孔壁泥层对桩基承载力的影响大小进行探究并提出相应的解决策略。
一、沉渣厚度对承载力的影响
（一）工程概况
本文选择某地的施工工程作为研究对象，该处工程采用钻孔灌注桩的施工工艺。该处工程的桩基为混凝土灌注桩，总共包括5根桩体，桩体的直径均为1.5m，深埋深度为45m，5根试验桩的具体参数表1所示：
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（二）测试结果分析
经过对不同厚度沉渣条件下桩体承载力的测试发现，试验桩的竖向承载力受到桩底沉渣厚度的影响相对更大。在桩体沉渣厚度较小的条件下，试验桩的承载力变化相对较小，呈现出平缓型的变化。而随着桩体沉渣厚度的不断增加，试验桩的承载力变化幅度也随之加大，呈现出陡降型的趋势。结合不同测试桩承载力变化的观察可以发现，桩体沉降的荷载作用随着荷载程度的不断加大而呈现出突变的趋势，而导致这种现象发生的根本原因便在于桩体的沉渣厚度。在试验桩沉渣比较厚的条件下，单桩的荷载量也相应的增大，从而导致桩体发生明显的位移变化[1]。在试验桩体的阻力值超过一定数值后，荷载力便会由桩体向顶端移动。桩体下的沉渣由于性质和厚度的差异性，会导致整个工程桩基的承载力分布不均，影响到工程的施工质量。同时，在建筑工程中桩基顶部的摩擦阻力对于保证桩基的稳定性有着重要的作用，但是由于桩体下沉渣的物理性能以及强度相对较差，在沉渣厚度较大的条件下，桩体顶部也会发生显著的位置变化，从而严重影响到桩基的施工质量。在桩体下的沉渣厚度过厚的条件下，在加载时桩基顶端的荷载力会在一部分转化成为桩体四周的摩擦阻力，这部分的摩擦阻力会在很大程度上降低单桩承载力。桩体沉渣的厚度不仅会对桩体的承载力产生影响，还会在很大程度上影响到桩基的轴向力。由于桩体下沉渣的物理性能和强度较差，在桩基顶部载重的条件，沉渣会随之发生塑性变化，无法对桩顶提供相应的承载力，因此会降低桩体的轴向力。并且，这种轴向力的数值会随着桩体的直径的增加而呈现出较大差异性。
（三）优化改进策略
通过测试可以得出钻孔灌注桩桩底的沉渣厚度越厚，对于桩基质量的影响便越大。因此，为了有效降低桩体底部的沉渣厚度，需要从施工工艺等多个方面进行改进和优化。
1.强化对钻孔的清孔处理
为了有效降低沉渣厚度对于桩基质量的影响，首先在混凝土浇筑时需要强化对钻孔的清孔工作。清孔工作的质量会直接影响到桩底的沉渣厚度，因此在清孔作业中应该选择效率和清孔质量更高的施工工艺。在当前的桩基施工中，气举反循环的施工工艺在沉渣的清理方面有着相对更为理想的效果，基本实现了成渣零残留的要求。气举反循环清孔施工工艺是利用空气压缩机将压缩空气输入到风管中并由风管底部的混合气体阀门排出。在使用气举反循环清孔时，钻孔灌注桩的桩孔内主要包括泥浆，沉渣以及空气等物质。在压缩空气进入桩孔后，导管的内部与外部会产生一定的比重差，在比重差的作用下，桩体底部的沉渣会进入到沉渣的收集容器中并同时对泥浆中的沉渣进行过滤。经过过滤后泥浆会再次返回孔内，并进行第二次的过滤[2]。在反复经过几次沉渣过滤处理后，桩体底部的沉渣厚度会被限制在最小的范围之内。桩孔内空气的气流量与清孔质量有着密切的联系，因此在气举反循环清孔处理时需要注意必须合理控制气压量，并且还需要注意将风管外部的泥浆控制在稳定的条件下。同时，在桩孔内的泥浆供应量不足的情况下，沉渣的清除效果同样会受到严重的影响。因此，气举反循环施工工艺需要保证桩孔内部可以得到稳定充足的泥浆供应。最后，如果桩孔内的泥浆固相比例过大时，气举反循环的清孔质量也会受到严重的影响。因此在桩基的清孔作业时，需要结合孔深以及泥浆的比重来选择相应的空气压缩机，在桩体深度较深或者桩体直径过大，泥浆比重较大的条件下，需要选择压力较大的空气压缩机。在清孔作业中，相关的施工人员还要注意对风管外观的完整性以及连接处的密封性进行检查，避免因为漏气而导致的压力损失。在清孔工作中，如果经过测量分析发现桩孔内部泥浆的含砂量或者沉渣的厚度发生变化，则需要结合具体的施工条件来作出处理。如果在清孔工作的前期作业中发现泥浆的含砂率不足标准值或者在后期的作业中降低桩孔内泥浆密度后底部沉渣厚度增加，则表明砂粒与泥浆并没有实现完全的融合，泥浆的粘度或者稠度过低，清孔的目的并没有实现。在这种情况下，需要对相关的施工工艺进行及时的调整。在第一次清孔作业结束后，相关的测量人员需要对桩体底部的沉渣厚度进行再次的测量。经过测量如果发现沉渣的厚度不符合相关的质量要求时，需要进行再次的清孔工作。直至桩体底部的沉渣厚度符合相关的质量要求。
2.优化桩体的灌浆施工工艺
为了有效控制桩体底部的沉渣厚度，需要在灌浆施工中严格遵循科学的施工工艺。首先在钻孔灌注桩的钻孔施工中，如果钻机的钻进速度过慢的话，不利于工程进度的推进，影响到施工的效率。而如果钻机的钻进速度过快时，往往会破坏到桩孔四周土质的稳定性，从而导致泥浆的循环时间过短，导致大量沉渣的形成。因此在钻孔灌注桩的施工中，钻机的钻进速度必须要结合桩基周围土质条件的稳定性进行控制。一般而言，在桩基施工环境为土层条件时，钻机的钻进速度应该控制在7m/min左右，而在砂层条件中则需要适当的降低钻进速度，一般控制在4m/min左右更为合理[3]。
其次，在对成孔的深度以及沉渣的厚度测量时，需要注意测量结果的精确性。如果相关的质量检验人员选择了错误的测量方法，则往往会导致产生较大的误差，从而误判沉渣的厚度。在对桩体沉渣厚度进行测量时，首先需要对桩体的终孔深度进行精确的测量和计算。在测量桩体的终孔深度时，通常选用丈量钻杆长度的方式进行确定。在具体测量时，选择钻杆与钻头长度的二分之一。在桩体的终孔深度达到相关的标准之后，将钻头提高脱离孔底。在钻头距离孔底大约15cm的位置时空转进行清孔作业。在清孔作业结束后在对桩体的深度进行测量，用终孔的深度减去清孔后的深度便是最终沉渣的厚度。在每次清孔作业结束后，相关的质量检验人员都需要对沉渣的厚度进行一次测算，直到符合相关的质量标准后方可进行下一步的施工作业。相关的质量检测人员在对桩体进行清孔换浆时需要注意对泥浆比重的控制，间距十五分钟对泥浆的比重进行一次测量，每次返回泥浆的比重应该小于1.2g/m3。孔内返回的泥浆在外观上应该质地均匀，并且钻具在起升应该顺畅，没有受到明显阻力的影响。在符合以上两个标准的情况下，可以判定清孔工作完成并符合相关的质量要求，在此 基础上再对桩体底部的沉渣厚度进行测量。
最后，对于首盘灌注的混凝土，应该尽量增加灌注量。在埋管的深度上首盘灌注的混凝土灌注的深度不得低于2m。并且在灌注作业时需要尽可能保证整个作业的连续性，在首盘灌注结束后需要及时进行第二盘的灌注。只有保证混凝土灌注连续性，才能在最大程度上提高对孔底沉渣的冲击力，保证清孔处理的效果。结合对具体施工工程的分析可以发现，连续灌注的施工方法可以有效地减少桩体底部的沉渣厚度，极大地提高了桩基的施工质量。
二、孔壁泥层厚度对承载力的影响
（一）工程概况
对于孔壁泥层厚度影响的分析同样选择该处工程中的钻孔灌注桩。经过对桩体的检测，试验桩的物理外观完整，桩身质量符合相关的质量标准要求。经过对试验桩的静荷载测试和低应变力测试得到表2的结果。从检测的结果来看，几处试验桩的检测结果均符合相关的设计要求，但是通过对单桩承载力的比较却发现几处试验桩存在着明显的差异。几处试验桩在施工工艺方面具有同一性，并且沉渣的厚度也符合相关的标准，桩基施工区域的土质条件并没有显著的差异性。通过对基础试验桩孔壁泥层厚度的比较，发现基础桩基的孔壁泥土厚度均不相同，具体的检测结果如表3所示。由此可以发现，单桩承载力同样会受到孔壁泥层厚度的影响。
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（二）孔壁泥层厚度对承载力的影响
钻孔灌注桩孔壁泥层对于桩基承载力的影响主要体现在桩身摩擦阻力方面。孔壁泥层的形成与桩基施工区域的地质条件以及施工工艺有着密切的联系。在钻孔灌注桩的施工过程中，通常需要进行对孔底沉渣的清理，在清孔处理时往往需要借助液态的泥浆来进行对桩底沉渣的清洗。这部分液态的泥浆虽然可以在很大程度上降低沉渣的厚度，但是在同时这部分泥浆对桩体周围的土质也起到了湿润润滑的效果，因此也无法避免形成了孔壁泥层。除了施工工艺的影响之外，钻孔灌注桩的成桩时间以及成桩的方法同样会导致孔壁泥层的产生。在空气湿度不变的条件下，桩体的成桩时间越长就越容易形成较厚的孔壁泥层。在钻孔灌注桩的施工中，成桩的施工方法是影响时间长短的重要因素，因此成桩施工方法的选择也会间接对孔壁泥层的厚度产生影响[4]。在钻孔灌注桩的施工中，通常需要使用循环液的辅助，循环液的类型以及性能差异同样会影响到孔壁泥层的厚度。在当前的工程施工中，循环液通常使用泥浆的类型，在泥浆性能优秀的条件下，孔壁泥层的厚度就越小。
除了施工工艺会导致孔壁泥层形成外，桩基周围的地下水条件以及土质条件同样会导致孔壁泥层的形成。孔壁泥层在物理外观上表现为粘性极强的泥土，这部分泥土中含有十分丰富的粘性土壤。孔壁泥层在水分饱和的条件下，其具有十分强的可塑性。相对于混凝土，孔壁泥层的静切力值十分小，因此其不具备足够的抗剪切性能。因为孔壁泥层的强度相对较差，并且具备较强的可塑性，因此在外力的作用下其较容易发生塑性的变化。这种变化尤其在地下水位相对较深的条件下更加明显。在桩基周围的地下水位相对较深的情况下，桩体周围的孔壁泥层需要相对较长的时间才能凝结成固态的土质，并且其物理性能的恢复也需要相当长的时间。桩基周围这部分塑性土质的存在会在很大程度上影响到桩基的质量，其中最为突出的影响便是降低了单桩的承载力。在一般的条件下，桩身的摩擦阻力主要来自于与桩体周围地基土的相互作用，而孔壁泥层的存在则减低了这部分摩擦阻力值，从而进一步的影响到了桩体的承载力。
（三）降低孔壁泥层厚度的优化策略
在理论上，钻孔灌注桩孔壁泥层的厚度与桩体的承载力呈反比的关系。因此，为了提高桩体的承载力和保证桩基施工的质量，需要在施工中选择更为有效的工艺在最大限度上降低孔壁泥层的厚度。首先，在循环液的选择上应该选择性能更高的优质粘土或者膨润土等泥浆，保证施工所使用的泥浆具备较高的造浆率。同时，为了提高泥浆的性能，在施工中可以在泥浆中增加适量的处理剂，进一步强化泥浆的性能。并且施工人员要结合具体的施工条件，强化对泥浆的管理和维护。在钻孔灌注桩的施工中，施工人员要针对具体的施工设计完善的泥浆循环系统，保证泥浆的高效率使用。其次，在钻孔灌注桩施工之前，相关的施工设计人员必须要对桩基周围的土质条件以及地下水等条件进行充分的勘察评估，并结合相关的勘察分析结果优化和调整相关的施工工艺[5]。在施工方法的选择上，应该尽可能选择效率更高的成桩施工方法，结合桩体的深度以及直径大小来选择相应的钻机和钻头。在施工安排时，相关的管理人员要对施工的流程以及各环节的衔接进行有效的安排，保证施工的连续性，尽可能缩短成桩的时间。最后，为了降低孔壁泥层的厚度，在成孔后的清理工作是极为重要的。在桩孔施工结构后，需要及时安排相关的人力对成孔周围的泥皮进行清理。在清理完成后，相关的技术人员要对孔壁的泥层厚度的进行验收测量，确保泥层厚度符合相关的质量标准。
三、结束语
钻孔灌注桩以其突出的优势被广泛应用于各大建筑工程中，尤其是随着我国建筑工程规模的不断扩大，其适用范围也将越来越广。通过对影响钻孔灌注桩承载力大小的因素分析可以得出，沉渣以及孔壁泥层的厚度是影响承载力大小的重要因素，因此在具体的施工中相关的设计和施工人员必须要对这两方面的因素进行有效的控制，保证工程的施工质量。
参考文献：
[1]高正利. 谈影响钻孔灌注桩承载力的因素[J]. 山西建筑, 2004.
[2]舒翔, 刘利民. 钻孔灌注桩承载力的成孔效应[J]. 建筑技术, 2003.
[3]周红波. 桩侧泥皮和桩底沉渣对钻孔桩承载力影响的数值模拟[J]. 岩土力学, 2007(05):956-960.
[4]戴洪军, 郭纪中, 韦华. 砂土地层中沉渣对旋挖桩承载力的影响[J]. 岩土工程技术, 2007(04):209-213.
[5]刘英驹. 桩基承载性能受钻孔灌注桩护壁泥浆的影响研究[J]. 粘接, 2020, v.41;No.313(03):125-128.