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摘要：目前钻孔灌注桩广泛应用于建筑工程围护结构和桩基施工，其工法较为简单，但成桩过程中受地质条件的影响，很难保证桩体垂直度满足设计和规范要求。本文以南京地铁宁溧线TJ07标溧水站围护结构钻孔灌注桩施工为例，简要总结对桩体垂直度进行控制和检测的一些常规手段以及桩体侵限后的处理措施。
关键词：垂直度；控制；检测；侵限桩
1工程概况
溧水站为地下二层单柱双跨岛式站台车站。车站长306.6m，标准段宽19.2m，基坑深16.86m，小里程段基坑宽23.9m、深度约为16.48m，大里程盾构段基坑宽24.2m，深度约为19.86m。标准段基坑围护结构采用Ф800mm@1000mm钻孔灌注桩+内支撑，南北两个端头基坑围护结构采用Ф1000mm@1200mm钻孔灌注桩+内支撑。
2工程地质与水文地质概况
2.1施工场地内地层分布
溧水站基坑开挖范围地层从上到下依序为：①～1杂填土、②～1b2、②～2b2～3软～可塑粉质黏土、④～3a+b1～2可～硬黏土、塑粉质黏土、J31w～0可塑（局部硬塑）残积土、J31w～2强风化安山岩及J31w～3R中风化安山岩，渗透性不透水～弱透水。
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图2.1-1溧水站主体结构标准断面地质图
表2.1.2溧水站地层分布及地质特征一览表
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2.2水文地质条件
根据地下水赋存条件，场区地下水类型主要为松散地层中的孔隙水，其次为基岩裂隙水。
2.2.1松散地层中的孔隙水
松散地层中的孔隙水是本段地下水的主要类型，根据其埋藏条件和水力性质，为潜水，含水层为坳沟范围的人工填土、②～1b2、②～2b2～3黏性土层中。
2.2.2基岩裂隙水
基岩裂隙水按含水岩层划分为碎屑岩类裂隙水。岩层风化强烈，强风化岩层中含有少量风化裂隙水；深部风化裂隙减弱，存在构造裂隙，但裂隙呈闭合状，多泥质充填，根据区域水文地质资料，渗透性较差，基岩出水量一般。
3钻孔灌注桩成孔垂直度的控制措施
溧水站围护桩含钻孔灌注桩和冲孔桩（扩大端）两种形式，钻孔灌注桩成孔垂直度的精准与否，既影响成桩的效果，又影响到后期主体结构施工质量和进度，按施工阶段划，钻孔管垂直度的控制可划分为施工前控制、过程中控制和成孔后控制三个阶段。
3.1成孔前控制
钻孔灌注桩成孔垂直度的成孔控前制为施工各项技术准备、施工设备准确就位、场地整平、测量放线和资料准备等各项准备工作，主要包括以下内容：
3.1.1设备准备及检查
桩机进场后，应对打桩设备进行检查维修，根据不同地层选择不同类型的钻头，钻头、钻杆接头逐个检查调正，不得使用弯曲的钻具，全面检查后应进行运转调试。
钻头选型：
a、粘土：选用单层底的旋挖钻斗，如果直径偏小可采用两瓣斗或带卸土板的钻斗；
b、淤泥、粘性不强土层、砂土、胶结较差粒径较小的卵石层，可用双层底的钻挖钻斗；
c、硬胶泥：选用单进土口的（单双底皆可）旋挖钻斗，或斗齿直螺；
d、冻土层：含冰量少的可用斗齿直形螺钻斗和旋挖钻斗，含冰量大的可用锥形螺旋钻头，需要说明的是，螺旋钻头用于土层（除淤泥外）皆有效，但一定有在没有地下水的情况下使用，以免产生抽吸作用造成卡死；
e、胶结好的卵砾石和强风化岩石：需要配备锥形螺旋钻头和双层底的旋挖钻斗（粒径较大的用单口，粒径小的用双口）；
f、中风基岩：配备截齿筒式取心钻头--锥形螺旋钻头--双层底的旋挖钻斗，或者截齿直形螺旋钻头--双层底的旋挖钻斗；
g、微风化基岩：配备牙轮筒式取心钻头--锥形螺旋钻头--双层底的旋挖钻斗如果直径偏大还要采取分级钻进工艺。
3.1.2技术资料准备
施工技术人员必须查阅当地工程地质资料，熟悉各土层的分布位置和土质情况，并向
有关人员进行详细交底。尤其应重点注意软硬土层交界的位置，以便在钻进过程中及早采用应对措施，防止由于地质情况不明造成桩的垂直度偏差。
3.1.3场地及打桩设备就位
打桩设备就位前，应整平场地，铺好枕木后用水平尺校正，保证钻机平稳牢固以防止钻机倾斜或移位。桩机就位过程中，应采用经纬仪等测量仪器以保证桩机位置准确、机架垂直。
若表层土质较软，应采取可行的技术措施消除表层软弱土质，防止钻机在钻孔过程发生钻机沉陷或倾斜。
3.2过程中控制
3.2.1对钻机采取防振措施
钻机在施工过程中的振动和晃动幅度过大将对成孔质量造成严重影响。为保证钻机在成孔过程中的稳定，可采用U型卡槽、千斤顶、垫枕木等多种措施防止钻机在钻孔过程中振动和移动，并通过在钻机上安装吊锤和水平尺的方式监控钻机的振动和移动情况，如有异常及时调整。
3.2.2对钻进速度的控制
在成孔之前，施工人员应首先熟悉当地工程地质资料，根据地质情况选择合理的钻进速度，在钻进开始阶段应低速钻进，逐步转入正常钻速。在钻杆进入硬土层时，若进尺较快，钻机的钻进阻力较大，钻机易表现出较大幅度震颤，导致钻进极不平稳，此时若不减慢进尺速度，则会使钻杆在钻进中难以保证竖直，从而使成孔产生偏斜。同时，由于不同土层的交界面通常不是严格的水平面，导致在软硬土层交界处同一孔深土质不均，容易使钻头偏心受力，于是钻头在钻进过程会在软土一侧产生侧向压力，从而使其向软土侧倾斜，因此在软硬土层交界处必须减缓钻进速度，待完全进入硬土层后，再转入正常钻速。成孔过程中，若施工人员发现钻杆摇晃或钻进困难时，应放慢进尺，待稳定后再按正常速度钻进。钻进过程中遇到障碍物时应停止钻进，分析原因，排除地下块石或障碍物后再继续钻进，切忌强行钻进。
钻孔偏斜时，可提起钻头，上下反复扫钻几次，如纠正无效或偏差较大时，则回填粘土到偏差大的地方以上1～2m，待沉积密实后重新钻进。
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图3.2.2桩机内部垂直度控制系统
3.3成孔后控制
即成孔垂直度检测，从从操作的可行性上来看，一般使用探笼和超声波检测。
3.3.1探笼法
探笼法是工程中最常见的简易测量成孔垂直度的方法，其所需原材简单，可由施工单位自行设计。通常情况下探笼的直径与设计桩径相同，长度为3～5d（d为设计桩径），主筋直径以不小于16mm为宜，为使探笼具有足够的刚度，其内部可设有强箍筋或内支撑，以防止探笼在入孔检测的过程中发生形变。探笼法是利用重锤原理，根据相似三角形等几何关系近似求得钻孔的垂直度偏差。下图为最简单的理想几何关系，若吊绳固定点（A点在原设计桩位中心线上，由于△ABO∽△ACD，则该钻孔的斜度i=BO/AO，其中BO、AO均可由现场量测。该方法不但能够粗略计算钻孔斜度，还可以通过试笼下放时的难易程度，定性判断是否存在缩径现象。
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图中：A为吊点，O为原桩位设计中心，C为探笼中心线上一点，实线为实际桩体轮廓线。
图3.3.1
3.3.2超声波检测法
超声波检测的基本原理是利用超声波反射技术，对成孔质量进行综合检测。将超声波探
头沿充满泥浆的钻孔中心以一定速率下放，在连续下放过程中，发射探头垂直孔壁发射超声波脉冲，接收探头接收孔壁反射信息，同时测出4个方向的侧壁数据，现场可将结果直接打印在记录纸上或直接储存在与其相连的PC上，从而根据记录结果测定钻孔孔壁状态（垂直度、崩塌、直径，孔底状况）的技术指标。
4.侵限桩案例
此处以溧水站临时盖板处侵限桩为例，简要分析其侵限原因及处理措施。
4.1围护桩侵限概况
基坑开挖后发现部分围护桩侵限，大多侵限尺寸均小于7cm，局部存在2根以上桩体连续侵限，个别桩最大侵限尺寸为10cm~40cm，且随着围护桩长度增加，侵限尺寸逐渐变大。侵限示意图见图4.1.1、图4.1.2。
4.2围护桩侵限原因
通过对施工过程及以往类似工程施工总结分析，旋挖桩成孔围护桩的侵限的只要原因有以下3个方面。
a.测量放线：施工测量放样偏差过大导致桩位向基坑内偏移时，往往导致围护桩从桩顶处开始侵限；
b.地质条件：地质条件不良引起塌孔或偏钻，从而引起桩孔向基坑内倾斜侵限；
c.设备本身的误差：旋挖钻机成孔的倾斜率为0.3％，施工中钻杆可能发生倾斜以及自动调平仪存在误差。
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图3.3.2 图4.1.1
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图4.1.2
4.3侵限桩处理措施
根据侵限桩体的数量、侵限尺寸大小、侵限桩体平面布置来确定不同的处理措施，具体措施如下：
侵限≤10cm
对于侵限小于10cm的钻孔灌注桩，一次凿除到位（保证主体侧墙厚度），喷射砼可不喷或扫喷，不能有明显的凹凸面，然后再架设钢围檩及钢支撑。
10cm＜侵限≤20cm
对于侵限桩两侧各有2根以上完好的围护桩，由于土压力拱现象，侵限桩所承担的土压力可由两侧完好的围护桩承担，所以这部分桩体可直接凿除围护桩侵限部分砼和割除侵限钢筋；对于侵限桩两侧没有2根以上完好的围护桩，在其侵限部位采取并撑，即在水平方向增加一道钢支撑。
方案一：凿除后加筋+封钢板
将侵限部分桩体砼、钢筋割除后，按与割除钢筋相等数量和直径的钢筋配置，将割除的主筋上下焊接，增加水平筋同桩体钢筋进行点焊，在其侵限部位增加一块1200*1000*10mm的钢板，钢板两侧需打孔插入钢筋锚进两侧围护桩内，且钢板同两侧桩体主筋进行焊接，钢筋型号为C25，锚入深度为25cm，钢板设1m/道。
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图4.3.1
方案二：侵限桩破除后增加锚杆，锚杆采用HRB400级C25钢筋，长度为3米，锚杆倾角为20°～30°，沿高按1m/道布设，锚杆锚固体采用水泥砂浆，锚孔直径为,100，锚杆安装完成后，进行挂网喷锚。
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图4.3.2
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图4.3.3
方案三：对于部分侵限大于40cm的钻孔灌注桩，可分二次处理
a.开挖后凿除桩面和桩间喷锚阶段初凿
开挖后侵限桩体可先凿除一部分，满足单根钢围檩架设要求，两根钢围檩连接处可焊接斜钢板，钢围檩背后用C20混凝土填充密实；
b.主体结构施工阶段凿除处理
凿桩时沿桩从下向上逐段进行凿除，第一次凿除：土方开挖至垫层底，凿除高度满足底板及侧墙施工，一次凿除到位（保证主体侧墙厚度），根据现场具体情况，确定需割除的钢筋数量，为保证围护桩的强度不变，人工割除侵限桩体的砼和钢筋，凿除到结构边线后，继续凿除10cm砼，按与割除钢筋相等数量、直径的钢筋配置，将割除的主筋上下焊接，焊缝长度满足单面焊10d，凿除面进行砂浆找平，不能有明显的凹凸面，然后再铺设防水卷材绑扎主体钢筋。为确保施工安全，可在侵限侧墙处增加暗柱来进行加强。
凿一段应立即施工一段，不可放置时间过长，并进行桩体观测和基坑监测（如开裂、位移、掉块等）做好注浆准备。
4.4凿除过程中可能出现的问题及处理措施
4.4.1基坑出现桩体位移量过大影响基坑安全的处理措施
a.在凿除部位架设一道水平或者垂直方向的斜撑或直撑，确保桩体位移量得到有效控制。
b.加强基坑监测频率，根据监测数据综合分析，并及时上报监理及业主，同时安排专职人员对基坑及周边进行24小时巡视。
c.现场储备一定数量的钢支撑，以满足基坑临时架设的需要。
4.4.2凿除部位出现渗漏水情况处理措施
根据渗漏水大小采取不同方式进行堵漏。渗漏水小时采用堵漏灵进行堵漏，并埋入引流管；渗漏水大时埋入镀锌注浆管，采用聚氨酯进行压浆。
5.总结
灌注桩垂直度的控制和检测方法灵活多变，一方面受制于地质条件，遇到不同的地质时，宜选用不同类型的设备和钻头，同时合理控制钻进速度；另一方面桩基自身调垂系统也起着至关重要的作用，桩基使用前应进行严格检验和调试，确保自身调垂系统无误。从溧水站侵限桩处理的案例来看，桩体侵限增大了施工难度，影响了主体结构整质量和整理进度，其处理要点在于对凿除后的桩体进行加固，根据侵限量大小，采取不同的加固处理措施。不论是垂直度的控制检测，还是后期侵限桩的处理措施，都为今后类似工程案例提供了可参考的宝贵经验。