上海基强建设工程有限公司
摘要：钻孔灌注桩施工在工程建设中应用较普遍，它具有承载力高、适用性强、设备简单、经济效益好等特点。但是，又因为钻孔灌注桩施工周期长、工艺复杂、施工质量控制难度比较大，就需要加强对钻孔灌注桩施工的研究和分析，提升其施工质量。本文以正循环成孔钻孔灌注桩施工为研究对象，从护筒埋设、钻进成孔、钢筋笼吊装、钢格构柱吊装、灌注水下混凝土关键点着手，分析了正循环成孔钻孔灌注桩工艺的关键流程，以提高工程施工效率。
关键词：正循环成孔；钻孔灌注桩；护筒埋设；钻进成孔；灌注水下混凝土
引言
由于钻孔灌注桩施工工具相对简单，对周围建筑物的噪声影响很小，一般可以保证地基加固施工的安全性。但是，钻孔桩的施工环节多，步骤多，施工工艺复杂，技术要求高，特别是水下混凝土浇筑施工难以在短时间内完成，而且受施工人员水平的影响，施工质量控制困难。如果施工操作错误将导成严重的施工质量问题，并可能导致质量事故，例如断桩以及病桩等。所以，在施工过程中应对关键技术点进行控制，并提出相应控制措施，以保证钻孔灌注桩施工质量。
1钻孔灌注桩正循环成孔原理及优缺点
钻孔灌注桩成孔宜使用正循环成孔，泥浆通过泥浆泵以高压的方法输进钻杆内腔中，由钻头的出浆口发出。利用底部钻头的旋转使土层松驰变为钻渣，悬浮在泥浆中，跟随泥浆的上升而涌出，通过沉浆池净化沉淀，循环使用泥浆。通过水头和泥浆达到保护护壁的效果。鉴于正循环成孔是依靠钻井液（泥浆）的循环方式排除钻渣，故而排渣与循环能力都很差，钻渣只可以排出少部分，并且较大颗粒的钻渣是无法排出的，致使钻井里的钻渣残留的过多，妨碍了钻进速度，钻具的磨损程度较厉害。正循环成孔的优点是，正循环速度较慢，正循环钻进过程中泥渣多留在孔中，护壁效果好，安全性高，不易塌孔，有利于成孔，适于于地质环境不是太好的桩基作业。
2正循环成孔钻孔灌注桩桩施工技术
2.1正循环钻孔灌注桩施工注意事项
围护桩正式施工前要充分了解土层情况、施工特性及进行孔壁稳定性测试，应进行试成孔，数量不宜少于2个，以确定适合本地层特点的钻孔灌注桩施工参数，另外，在钻孔灌注桩桩成孔过程中应根据实际的地质情况在护壁泥浆应掺入一定量的膨润土。
2.2正循环成孔钻孔灌注桩施工流程
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图1 钻孔灌注桩施工流程
2.3测量定位桩位与护筒埋设
依椐桩位放样，护筒的埋设需要人工开挖，桩位中心和护筒中心与误差≤2厘米，复核位置正确无误后进行周边匀称回填粘土，每层都要压实。使用4毫米～8毫米钢板制作成护筒，内径大于桩径100毫米，护筒口开设1个溢浆孔。护筒埋设采取成行挖埋方法，务必使护筒下口位置埋入原来土中，确保埋入的护筒的稳定、牢固，因为工程正循环成孔要求孔内水位与地面的间高差不得大于30厘米，保持孔内水位高度满足相关要求，保证孔壁稳固。埋设护筒后，要架设道轨和枕木等，继而钻机就位，准备开孔施工。施工操作前，使用水准仪测试钻机转盘面、护筒口与地面标高，使钻进成孔深度能够被及时掌握。
2.4配制泥浆
钻孔选用泥浆护壁的方式。使用淡水配制泥浆，为了满足施工需求泥浆池要具备足够大的容量。泥浆选用膨润土和高塑性黏土配制，比重控制在1.15～1.2之间即可，而粘度保持在18～22S，依据施工情况适当调整指标，从而满足成孔稳固的要求，为了避免钻孔桩的泥浆污染周边环境，施工现场要设定沉淀池与泥浆池，清孔产生的泥浆倒入沉淀池，最终泥渣留池中，循环采用泥浆，以免糟蹋，泥浆的处置需要配置泥浆废储池（使用专用移动箱）、泥浆沉淀池与泥浆循环池。循环池的容积应为同时施工钻孔桩体积的2倍；废储池视泥浆外排运输能力定其体积。为避免泥浆影响土路的质量，泥浆循环直接使用泥浆泵进行循环替换施工，泥浆管完全使用新管进行循环替换，施工过程确保不漏浆，现场保持整洁干净。
2.5钻机就位和成孔
钻机就位钻机需要吊车协助进行，使钻机到达指定位置。其间要确保钻机的转盘中心、桩位中心、天车滑槽缘三点保持在同一铅垂线上，与桩位中心点误差小于或等于2厘米，而后调平钻机转盘，确保钻机的垂直度。开钻前要查验钻机的所有组成部分，确保管路连接紧密，通过试运行正常后开始钻进施工，钻进过程中，时刻测量钻机水平状态，并且记录好相关数据。
正式开钻前，务必要清楚标注好道轨与地面标高、钻具总长度、孔底标高、机上剩余尺寸、转盘面标高等相关数据信息。保证成孔深度达到相关设计要求，孔深偏差务必限制在0毫米～+300毫米之间，钻孔完成后，需要施工技术员和现场监理对泥浆性能、孔深、剩余尺寸和第一次清孔结果进行验收，满足相关设计要求后将钻具拔起，从而进行后续工序施工。
该工程按以下流程施工成孔：⑴起初开机钻进要轻压、慢钻进、低转速，钻进状态正常后，渐渐加快速度钻进。全程控制钻进参数、钻速，操作时注意减少钻机晃动。⑵控制钻进的速度，保证孔内能够顺利排出泥渣，而在钻到进尺比较块的地层时是允许适当上下移动钻具的，从而避免造成螺旋状孔的出现。⑶钻进换层时，需要将钻压减弱与转速减慢，避免钻孔产生倾斜的现象。⑷成孔施工过程中要对泥浆循环槽频繁疏通，定期清理沉淀池与泥浆池。⑸钻杆加接前，先要把钻具稍微提起缓慢转动，等候2～3min后对钻杆加接，使孔壁产生锯齿形状，有助于加强桩体摩擦力，进而保证整个桩体的承受力。⑹依据设计要求的标准，保持钻头直径大小，并且定时核查钻头直径，从而确保孔径符合相关规定标准。⑺完成成孔到开始灌砼的时间，掌握在16H之内，灌砼每根桩时间掌握在4H～6H之间。
2.6制作与吊装钢筋笼
2.6.1制作钢筋笼
务必依照设计图纸制作钢筋笼，制作钢筋笼时使用机械焊接加强箍筋与主筋的焊缝距离为10d（所采用钢筋的直径表示d，下同），焊缝厚度与宽度分别为0.3d和0.7d，在孔口处完成钢筋笼对接，同一截面对接的接头数量要小于或等于主筋数量的一半。主筋接头距离大于等于42d。制造时使用模具架，确保加强箍筋与主筋位置正确，成型后的钢筋笼要没有扭曲且保持平整和美观。钢筋笼制作时误差应控制在：钢筋笼直径间距误差为±10mm，箍筋之间距间距误差为±20mm，主筋之间间距误差为±10mm，钢筋笼长度误差为±100mm，钢筋笼制造完毕后需要进行自检，之后再通知监理复检，并填写钢筋笼验收记录。
2.6.2钢筋笼吊装
利用钻机对钢筋笼吊装就位时，要保证钢筋笼能够快速正确地进入孔内，吊放时要避免碰撞孔壁，不允许强行冲放。使用“垂吊对中法”进行对接，让上下两段钢筋笼中心位置线重合，确保钢筋笼进行平直对接。孔口对接钢筋笼的时候，要对每段钢筋笼加焊二组砼保护块其直径为140毫米即可（如下图1），且每组保护块不可少于4块，要在截面上焊接匀称，确保钢筋笼始终在钻孔中央方位，促进钢筋笼成桩后的主筋保护区达40毫米厚。
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图2 砼垫块结构图
如遇缩颈钢筋笼放不下，则将钢筋笼吊出，重新扫孔再下放钢筋笼。每节钢筋笼焊接后由监理复检后方能下至孔内。所有钢筋笼都安装入孔后，依照地面标高与笼顶标高选择适当的钢筋做吊筋，居中固定钢筋笼，防止砼灌注时出现上浮与钢笼下沉。
2.7清孔方法
清孔要进行二次，在成孔完成后，首次清孔采用钻具直接进行施工。清孔时要把钻头移动离孔底10厘米～20厘米之间即可，钻进要缓慢且要空转，与此同时使用比重为1.15～1.25的浓泥浆进行施工循环清孔。特别情况时适当移动钻具对孔底进行缓慢搅动，使充孔内泥块充分碎裂，，尽量足够多的排出孔外。灌浆导管安装完毕后进行第二次清孔，使用灌浆导管进行清孔。与此同时输入泥浆比重掌握在1.15之下，正常情况下清孔需要的时间大于30分钟之上，在一次检测孔底沉渣情况，直到桩底沉渣厚度不大于10cm，并且现场监理确认后，清孔才完成。
2.8水下混凝土灌注
灌注混凝土时务必一次性浇筑完成，期间不可中断，并且掌握在八小时之内完成，从而确保整根桩混凝土的匀称性。混凝土采用商品混凝土，输送车运输混凝土。要先计算好初期灌注需要混凝土的量，确保初灌导管埋入混凝土中的深度大于0.8米～1.3米之间。浇筑施工过程中掌握好导管埋入混凝土中为3～10m之间，最小埋深不得小于 2m，埋入太深，将会影响混凝土的流动度。导管边浇筑边升高，防止升高过快，形成混凝土落空的情况，或者升高缓慢导致埋管无法拔出的事件。配比混凝土要精心设计，在浇筑现场测定混凝土的坍落度，一般宜控制在 18～22cm 内，粗骨料粒径宜优先采用 5～25mm 碎石。灌注时要派专人测量导管埋入混凝土的深度与混凝土面高度，并且记录好相关数据，便于导管的拔出，避免埋管太深导致升高困难与导管拔出混凝土面而形成断桩事件。
初灌混凝土的用量要确保混凝土灌入后，导管埋入深度要大于0.8米～1.3米，管外泥浆压力与导管内混凝土压力要均衡，水下浇筑混凝土要掌握好最后一次的灌注需要的用量。桩顶不可偏小，凿除的泛浆高度要大于0.5米，并且务必确保暴露的桩顶混凝土强度达到相关设计要求，砼灌注到达规定标度时及时测量，确定符合相关规定要求后，就可以结束灌注。结束灌注后拔起导管，使用导管适当地插捣桩顶，确保桩顶的紧密性。
灌注整个过程是连续进行的，并且实时填写灌注记录表，完成砼灌注后，要把吊筋割断，护角及时拔出，同时去除砼残浆与孔口泥浆，维持现场整洁干净，若是桩顶混凝土面低于自然地面，要及时在桩顶上面加盖厚的钢板（木板），或者及时给予回填，避免物、人、车掉入孔里。依据本工程的初灌量和钻孔桩的数据参数确定的公式为：
V≥1/4πh1·d2+1/4πkD2·h2
式中：V——混凝土初灌量（m³）；
h——桩孔深度（m）；本工程立柱桩LZ1为18米，LZ2为35米。围护桩GZ1为22米，GZ2为24米，GZ3为23米。
h1——管外泥浆柱平衡所需高度和导管内混凝土柱，h1=（h-h2）rw/rc（m）
h2——初灌混凝土下灌后导管外混凝土面高度，取1.3~1.8m，本处取1.5m；
d——导管内经（m），本次取0.25m；
D——桩直径（m）；本工程立柱桩为0.8m，围护灌注GZ1为0.90m、GZ2为0.95m、GZ3为0.95m；
k——充盈系数，取1.3；
rw——泥浆密度，取1.15X103kg/m3；
rc——混凝土密度，取2.3X103kg/m3。
3结语
在钻孔灌注桩施工过程中，由于施工难度大，不可控因素多。但是只要做好充分准备，尤其要足够熟悉地质情况，做好针对质量的方案与预防方法，与此同时针对在施工过程中发生的问题，实时采用有效的方法给予解决，从而使桩基施工任务能够高效率与高质量的完成。
参考文献：
［1］《钻孔灌注桩施工规程》（DG/TJ08-202-2007）［S］.
［2］《建筑地基基础工程施工规范》GB51004-2015［S］.
［3］钻孔灌注桩施工技术在房建中实例分析［J］.王军. 房地产世界.2021-02-05