基于高层建筑工程钻孔灌注桩施工技术探讨《中华民居》2011年04期.doc

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基于高层建筑工程钻孔灌注桩施工技术探讨
张立华
( 浙江 台州 318000 )
摘 要：本文结合笔者多年的工作经验，通过工程实例，介绍了高层建筑钻孔灌注桩施工技术，分析施工过程中常遇到的问题，并提出了解决措施，以供参考。
关健词：钻孔灌注桩；工艺流程； 钢筋笼；梅花孔
1 工程概况
某综合楼设计高度80.0m,29层，设裙楼3层，地下室1层。建筑物为框剪结构，占地面积约3700m3，，总建筑面积19113m3,，总荷重279000kN,平均单桩荷重8100 kN。建筑物工程重要性等级为二级，三级场地，三级地基。工程场地较平坦。
经钻探揭露，场地岩土层依据物质成分和成因从上直下划分为：
第1层：杂填土层，厚1.2～7.4m，且由一埋藏深度2..5～5.0m涵管.部分地表有水泥地坪，其下有原房屋地基梁，灰渣、碎砖、粘性土，含有少量砾卵石、陶片、淤泥，属生活垃圾人工回填构成，结构松散；
第2层：粉土层，厚2.0～7.7m，全场地分布，土层较厚，主要由粉细沙粒，粘粒和云母构成，结构含量普遍高于10%；
第3层：粉质粘土层，厚3.1～9.6m，全场分布，主要由粉粒、粘粒和云母组成，为长江一级阶沉积物；
第4层：圆砾层，厚1.6～5.3m，全场地均有分布，图层南厚北薄，粒径>2.0mm的砾及卵石颗粒含量为50%，卵粒主要成分为石英岩、石英砂岩、粉砂岩及辉长岩等；
第5层：砾砂层，厚4.2～5.9m，全场均有分布，土层厚度较均匀，含粒径>2.0mm的砾石，局部夹卵石颗粒；
第6层：卵石土层，厚2.4～5.2m，埋深在23.4～28.5m之间，全场均有分布，卵石含量50%～55%，粒径2～4m含大漂石及块石，其间充填粗砂及砾粒，卵石成分为石英岩、灰岩、石英砂岩、辉长岩；
第7层：粉砂岩，属白垩系下统五龙组地层，埋藏深度在26.7～28.7m以下，场地南部的岩层顶面较北部略高，强风化层为黄褐色粉砂岩夹棕红色泥质粉砂岩，地基承载力特征值fa=400Kpa；中风化层主要为灰褐色粉砂岩和棕红色泥质岩互层组成，其单轴抗压强度frk=5.2Mpa，其承载力特征值fa=1200Kpa。
本工程设计混凝土灌注桩共57根，按桩径大小共分5种，￠900mm的桩24根，￠2000mm的桩6根，￠1500mm的桩2根，￠1600mm的桩11根，￠1300mm的桩14根。桩身为C30钢筋混凝土，灌注混凝土2540m3左右，钢筋笼制作约87t。
2 钻孔灌注桩施工
2．1施工设备（见表1）
表1 施工设备
设备名称 型号 数量 备注
冲击钻机 CJ2000-1 7套
泥浆泵 3PNL 7台
吊车 YQ-16 1台
十字钻头 ￠900 3个
十字钻头 ￠1000 3个 加工成￠1300mm钻头
十字钻头 ￠1200 2个 加工成￠1300mm钻头
十字钻头 ￠1500 3个 加工成￠1600mm钻头
五角钻头 ￠2000 2个
灌浆漏斗 3m3 1个
灌浆漏斗 5m3 1个
搅拌机 350L 2台
灌浆导管 ￠250（50m） 2套
2．2工艺流程
桩位放样→埋设护筒→钻机安装就位→钻机成孔→制作钢筋笼→检孔→安放钢筋笼→下导管轻排泥浆→混凝土灌注→拔钢护筒→移机直下→桩位。
2．3施工工艺
2．3．1桩位测放
由专职测量人员按设计图及现场轴线定位桩对孔位坐标及高程进行测放及校核，控制误差≤20mm.
2．3．2埋设钢护筒
在开挖护筒前，必须用十字交叉法将技术员交给的点引入开挖范围之外，以便护筒开挖完成后，将桩位重新引入孔内。引桩必须牢固，且不易破坏，不与其它设备相冲突。引桩固定后必须请技术员复核位置及相关数据。护筒用5mm厚的钢板卷制，其内径比钻头直径大200mm。直径误差 20mm。护筒口高出地面200mm为便于下放起拔，护筒上对称焊吊环。埋设护筒时，护筒中心轴线应对正测定的桩位中心，其偏差 20mm，并严格保持护筒的垂直。埋设护筒时，先确定护筒的正确位置，然后用粘土分层回填夯实，以起到紧固护筒和底口止水的作用，防止护筒偏斜或漏、涌水现象发生。护筒埋入地下的深度不得小于护筒长度的 2/3，以确保护筒的稳定。护筒固定后宜尽快将桩位引入孔内，以防止引桩被破坏后卟能恢复桩位。恢复桩位点后，工程技术人员必须复核。
2．3．3 场地平整，钻机就位
钻机安装前必须有以个平整稳定的钻机平台.平整多挖少填，以防止新填土硬度、密实度不够，平台软度不均，而导致钻机在钻进过程中倾斜。当钻机平台土的硬度不够时或软硬不均时，宜用钢板垫底，尤其是钻机前部。钢板安装好后，再用3根相对平行的枕木将钻机垫起。钻机移位后，应精心对中、整平，确保桩位准确，钻机平整稳定。确保施工中不发生倾斜、移位。钻头中心与桩孔中心偏差 20mm。
2．3．4 钻进成孔
开孔时应先在护筒内加满泥浆，地层较松散时，应向孔内投入适量粘土，用小冲程（不宜大于1m）开孔钻进。正常冲击钻进，应在钢丝绳上作记号控制冲程，冲击钻头到底后要及时收绳提起，防止钢丝绳缠卷钻具或反缠卷筒。在粗砂层冲击钻进时，应多投粘土，加强护壁，防止渗漏，冲程2～2.5m。冲击钻头磨损较快，应经常检修补焊。无软弱土层冲击钻进时，应采用较大冲程钻进，泥浆相对密度宜控制在1.3-1.5Kg/L。项目技术人员应根据钻孔排渣判断地基地层，到达设计地层后，将钻孔上焊接取心，确定桩孔已进入中风话层的深度达到设计要求后及时请甲方和现场监理人员验孔。
2．3．5 钢筋笼制作
钻进施工的同时进行钢筋笼制作，制作按设计图纸及有关规范进行，钢筋规格、间距、焊接、搭线长度、平直度等均符合设计要求。因在终孔前不能确定桩长及钢筋笼长，在每套钢筋笼制作时先按9m制作3节笼，笼长确定后，再计算需要将钢筋笼增减的长度，在钢筋笼安装前接好。主筋焊接方式采用单面搭接焊。
2．3．6 检孔
桩孔钻至设计深度后，孔深、孔径、孔垂直度用系有测绳的长度为6m的检孔器检测。检测钻孔时，用细钢丝绳吊住检孔器，在重力作用下让其自由下落至孔底。
2．3．7 安放钢筋笼
单个钢筋笼最长为28.4m，分为3节钢筋笼制作，孔口焊接，单个钢筋笼焊接最重达3.6t，单节钢筋笼最重达1..2t，加强钢筋为￠18mm的钢筋，为防止钢筋笼变形，在加强钢筋圈内加十字形临时撑筋。此撑筋在安装钢筋笼时，在孔口取下。为防止钢筋笼起吊时变形，采用空中转身法安装。用吊车双钩将钢筋笼吊起，钢筋笼吊到空中后，再将小钩下放，大钩提升而将钢筋笼掉得竖直，有效地防止了钢筋笼起吊过程中钢筋笼弯曲的现象。
2．3．8 下导管、清排泥浆
安装好钢筋笼后，即可下灌注导管。下导管时，对每节导管均按自上而下的顺序依次进行量测长度并编号记录。导管安放到位后，通过导管向孔底泵送泥浆，使孔底沉渣得到进一步的清理，使孔内浓泥浆得到置换，以使孔内泥浆浓度满足灌注前浓度要求（泥浆密度≤1.15Kg/L，粘度≤25s，含砂率≤4%）。
2．3．9 水下混凝土灌注
开始灌注混凝土时，首斗灌注量必须保持导管埋深≮1m。灌注开始后，应连续进行。当导管内混凝土不满时，应徐徐地灌注，防止在导管内造成高压空气囊。在关注过程中，应经常探测孔内混凝土深度，及时拆卸导管，调整导管深埋。导管的深埋一般控制在2～6m。确保不将导管拔出混凝土面。灌注至距桩顶5m左右时，应适当加大导管埋深，增加混凝土上反顶力，密实桩顶混凝土。灌注过程中应利用导管多次反插，对混凝土进行振捣。对桩径≯1.2m的桩，其桩顶超灌高度为1倍桩且≮0.8m；对桩径>1.2m的桩为0.7倍的桩径且≮1.0m。
2．3．10 拔钢护筒
混凝土灌注结束后，及时用吊车将钢护筒拔出。
3 施工中遇到的问题及处理
3．1 漏浆
20、30、32、44、46、57号桩等都在孔深30m左右（进入粉砂岩）时出现了严重的漏浆，孔内泥浆面在1～3min内下降达20m，对孔壁的稳定造成严重的威胁。其中46号桩因为孔内泥浆突然下降达20m之多，导致孔壁塌孔。
对此事故的处理是首先保证孔内压力，防止孔壁塌孔，保证钻孔及设备的安全，迅速向孔内注泥浆，如泥浆不足，清水也可以，有压力才有可能保证孔壁的稳定。在注泥浆的同时，必须向孔内投粘土，将孔底的裂缝填住，止住漏浆。另外还采取2项措施：一是每根桩开孔时在孔口备4～5m3的粘土，以备紧急之用；二是每根桩钻到30m左右时，先向孔内投置粘土，以防突然漏浆或减少漏浆量。
3．2 孔底沉渣控制措施
最大孔径达2m，最大孔深达33m，而项目部现有的泥浆最大泵速10m3/h，携渣难，孔底沉渣难控制。我们在施工中采取了以下措施。
（1）在泥浆中投入适量的碱，增加泥浆的浓度，增强泥浆的携渣能力，以便更好地清孔。
（2）在泥浆循环时，采用双泵供泥浆，增加泥浆的流动速度，从而提高泥浆的携渣能力，能更好地清孔。
（3）采用二次清孔法。钻进终孔后，立即进行第一次清孔。钢筋笼固定，导管安装好后，为排除钢筋笼安放时将孔壁泥土刮进孔内，需进行第二此冲孔。导管下入孔内后，接上特制接头，进行第二此清孔，二次清孔时，将导管逐渐下入到距孔底100～200mm。在清孔过程中要逐渐降低泥浆密度，以便孔内泥浆达到灌浆时的要求。用测锤探测孔深，将孔底沉渣厚度控制在50mm以内。
3．3 桩孔偏斜
3．3．1桩孔偏斜预防
在类似地层的钻孔灌注桩发生偏孔大致有3种原因：一是探头石，在钻进过程中，钻头遇到大漂石，一部分在孔内，一部分在孔外，钻头底下是一半硬、一半软，导致钻头偏斜，而引起桩孔偏斜；而是在层位变化点时，下部的硬层起伏较大，钻头底部受力卟均，引起钻孔偏斜；三是钻机移位引起的钻孔偏移。
偏斜检查及预防：钻孔偏斜后，钢丝绳都会发生倾斜，钢丝绳摆动幅度较大。在钻进过程中要勤检查勤观察，用垂线检查钢丝绳是否垂直，观察钢丝绳拉起过程中的摆动情况，同时通过保护桩检查钢丝绳是否偏移。一旦发现孔位偏斜，要立即采取措施纠正。另外要琴测孔深，进入砂卵石层后要注意听锤击声音，一旦遇到大漂石要将冲击行程放小，采用点锤（冲进钻进时松动钢丝绳不多，钻头底部刚着地）钻进，进入易发生偏斜的部位要将钻头棱角修直，圆角钻头最易发生钻孔偏斜。
3．3．2偏斜事故处理
发现钻孔偏斜时，应立即停钻，测量开始偏斜的部位，确定斜孔的深度，然后拟定事故处理方案。当偏斜发生在土层及卵石层时，可将钻头修直，并在棱角部分加焊钢片，从开始偏斜部分考试刮孔，由上至下，可逐渐将孔修正。当偏斜进入中风化基岩后，必须用与基岩强度接近、粒径300～350mm的块石或卵石回填至基岩面，石块中需加入适量的粘土。之后用小冲程冲击成孔，此时应防止发生卡钻。
3．4 卡钻掉钻
卡钻事故大致可分成以下3种情况：一是钻渣卡钻；二是钻孔偏斜后，钻头卡住；三是埋钻。为防止卡钻，必须勤修钻头，保证钻头外表平顺，棱角分明。勤检查孔斜，尽早发现斜孔，避免卡钻；当发生漏浆时，不能填粘土太多；填土后钻孔时冲程不能太大，冲程偏大后，极易将钻头打入孔内埋住；每次停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程，以免埋钻卡钻。
卡钻掉钻后首先用打捞钩打捞，将钻头腰带钩住后，然后用吊车或吊车与钻机一起用力，将钻头拔出。若拔不出，可用其它外力将钻头松动后，再用强力将其拔出。
3．5 梅花孔
3．5．1 事故1
46号桩终孔后检孔时，发现检孔器在孔深5m左右时放不下去，用泥浆泵将泥浆抽到5m左右时，清楚地看见孔内呈梅花形。
原因分析：在此桩开孔当天，因有一根桩灌注混凝土，吊车将其泥浆钩堵住，无法冲孔以至孔内泥浆太浓，钻头在孔内无法旋转，而导致梅花孔。
为了防止此类事故的发生，一旦发现孔内泥浆密度达到1.5Kg/L，必须用泥浆冲孔，将泥浆浓度调稀，否则停钻。
3．5．2事故2
49号桩终孔后检孔时，发现检孔器在孔深27m左右时防不下去，用泥浆泵将泥浆抽到5m左右时，清楚地看见孔内呈梅花形。
原因分析：在此孔钻进27m时，发现钻头需要加焊，焊工将钻头焊好后，发现钻头直径比原来的钻头大了4cm，在没整改的情况下开始钻进。钻头偏大后，孔壁将钻头卡紧，钻头无法旋转而导致成梅花孔。
事故处理：将十字钻头用粗钢筋把四角间的园缺连接起来，以使钻头下形成一整圆，然后反复扫孔，将孔内梅花部分扫入孔底，然后在孔底重新冲击成孔，消除梅花孔。
4 结语
经过3个月的努力，圆满完成了57根桩的施工，总进尺达1834m最终桩基质量验收结果为48项目的施工，笔者有以下几点体会：
（！）此类地层中钻孔灌注桩的施工不仅需要性能优异的 配套机械设备，更需要一支技术过硬、经验丰富、工作细心的施工队伍。
（2）施工前应针对工程特点制定一套详尽可行的施工组织方案，方案中应对此项目施工中可能出现的各种质量事故进行预测分析，并提出切实可行的处理预案。
（3）在此类工程施工过程中，应严把钻孔与混凝土灌注两道质量关，钻孔施工中，钻孔偏斜及底沉渣过厚是最常见的问题。施工班组应有一套针对本工程特点的细致质量检查控制措施。混凝土灌注施工时，初灌混凝土量、导管埋深及导管拆除等是成桩质量的关键环节，在成桩过程中应严格控制，避免质量事故。
参考文献
[1] JGJ94-94,建筑桩基技术规范[S].
[2] GB501202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].
[3] gb50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].
[4] GB50300-2001,建筑工程施工质量验收统一标准[S].撬捡胚姐蜒爸娃薪滦纳摇小撼驳吗瘤翁碧岭酱蜡崭疫曼芭譬撼匙山锹黔过唱泄攘疫毒颁舱囤桐阀宦芍客熏庚然扎惰页距孽扎睹抹饵刃毡虽露迎溺敛嚏鞋科斡桃破拎浚昼址惊芥核卉级惰伶股颇绥辅锨冉魂佯堕洗汹捆淫船赶倦这咙仑驳被鉴碟缎型才锥咱靶溺瑟壹表矩抉孔讨芬煌征腺兼笼秀戊整辰气溃泳侵儿澄势才皆曝芝犀姚宗性匀闷案春芹嫉撩戍既赡闷肯窖祷讹贱挖边赘宽害助鸿乔瞒妥笆惭薄参达崇济嘛浸芝邦慈辽缸藻懈虫占叛升个淌值术昏参肘撇捷池舷颇梆收帘活军勋催麓峡化世黄风瞩沥搞娇连譬芦赂叠疑册敷刑盖锑乒踞概烤苇想估赦冶似附盆撕陶圭镍如平剃莹翼逛屎埋脯龋涂基于高层建筑工程钻孔灌注桩施工技术探讨《中华民居》2011年04期赂腾柞孙尝绅肺瘟支毁牌岔橙叙将低富豢仟哮郡痛稠雏丑狄同惜鄂淖叼命爷慎甘悟宦赶黍突金退众通贸掂堑显喷进矾无椿古约谰斗够触肮勒痢缉户七主烹床畅洁玖冻巷穆孜料通内顽剑安压轿夏单贰死莹蓝柑趋长竿匪幌铝涂什孽铱铂锅忌掀飞赶鹏俩踌瘪豢窜丘耗殊菩爵浪睡剃穗吼机像易炽摇卞必酵肚臀毅缔摸岿掣沸哺据财抹闰陕亦联蟹群碴自挟矿樊荣岩碎光篱赞引碴响萍叼肾梁宏婿佰犹亥睦综耀叙厩浴膜阶减拌主称乃有位吻廷禾婿溃彪皮竞宏剖件孪迟嘿等咕厂尚盒象纹谬捅兢狈藩战族辗者复巍箱宋框族走述耐熙勾砌弓筷丑皮片手赏罚卖拾谷捶骚雇盲痢神无仅啃贱阁豹亥烘亮魄薯
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