钻孔灌注桩成桩质量解析.doc

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钻孔灌注桩成桩质量解析
摘要：介绍了泥浆、混凝土的可灌性和灌注技术对钻孔灌注桩成桩质量的主要影响，并提出相应的技术措施
关键词：钻孔灌注桩 质量
钻孔灌注桩在各种土木建筑工程中的应用越来越广泛，可以说每一个土木工程技术人员都会在施工实践中遇到钻孔灌注桩，而钻孔灌注桩的质量控制直观性差，技术环节多，容易出现问题。笔者通过近年来的施工实践，对影响钻孔灌注桩成桩质量的几个问题作一简略分析。
1 泥浆性能对成桩质量的影响
泥浆在钻孔灌注桩施工成孔中起携带泥渣、平衡稳定孔壁、冷却钻头和冲切土体的作用。泥浆由水、粘土(或膨润土)和添加剂组成，无论是成孔阶段还是灌注阶段，都对成桩质量有着重要影响，使用好泥浆是钻孔灌注桩施工中保证成孔成桩质量的关键因素。
泥浆的主要性能指标有:泥浆比重、粘度、静切力、含砂率胶体率、失水率和酸碱度(pH值)等。泥浆的性能指标是钻孔灌注桩施工的重要工艺指标，每一个性能指标的变化都直接影响着机械钻速、孔壁稳定、孔内净化、钻头寿命和预防孔内事故问题等一系列的成孔工艺问题，直接影响着孔深、孔径、孔的垂直度及混凝土灌注前的孔底沉渣厚度等成孔质量指标。特别是对钻孔直径>600ｍｍ，钻孔深度>20ｍ的桩孔的影响更大。
影响成桩质量的主要是泥浆的比重指标。在成孔过程中， 加大泥浆比重(多在1.25以上)更容易稳定孔壁，维持钻孔和地层间力的平衡，加大悬浮钻渣的能力，但泥浆比重加大，意味着泥浆中无用固相含量较高，这样容易造成附在孔壁的泥皮比较厚，而且泥皮松疏、韧性较低，不但会使钻孔缩径，而且会引起孔壁水化崩塌、泥皮脱落，致使孔内得不到净化，造成清孔困难；在清孔阶段，随着上返泥浆含砂量的减少，应逐渐减小泥浆的比重，以利于下一步灌注混凝土；灌注混凝土阶段，随着混凝土不断地灌注，也不断地挤出孔壁周围的泥皮，使之进入上部泥浆和浮浆中。这样，在整个灌注阶段，管外混凝土面以上泥浆相对密度在不断增大，对混凝土的升顶造成困难，容易造成导管堵塞。所以要求控制泥浆比重，利于导管外混凝土面上升。总之成桩的各个阶段都密切关注和控制泥浆比重，防止对成桩质量造成不利影响。
2泥皮对成桩质量的影响
泥浆的最大特点是:循环过程中在压差作用下能在孔壁上形成泥皮而引起孔内事故。在动水位压力的作用下，泥浆中的自由水不断地向孔壁渗透，同时泥浆中的土质颗粒不断粘附在孔壁表面上，形成一层比较柔韧的粘土膜，抵抗冲刷介质对孔壁的冲刷，直到稳定孔壁、防止坍塌的作用。随着钻孔的加深和循环时间的延长，泥皮也在不断地加厚。它渗透能力差、止水性能好、抗剪强度低，影响了混凝土与天然地基土的直接结合，从而削弱了混凝土灌注桩早期单桩极限承载能力。有资料显示，在相同条件下，沉管桩的单桩极限承载力是钻孔桩的1.5～1.7倍，排除沉管桩桩身截面不规则和对地层挤密作用的影响，其承载能力仍比钻孔桩高30%～40%。泥皮愈厚，单桩极限承载能力愈低。
2.1影响泥皮厚度的因素
受钻孔灌注桩成桩工艺的制约，在成桩过程中产生泥皮是不可避免的，而影响形成泥皮厚度的因素也是多种多样的。根据工程实践，归纳出以下几个主要方面：
（1）泥浆的循环方式与沉淀方式
采用长循环槽、大沉淀池、机械式捞砂的方式进行循环和清渣，在充分利用粉土和砂层中细小的胶泥颗粒作为循环介质同时，也可有效地降低泥浆比重，并保证孔壁稳定，有利于成孔和清孔，孔壁上形成的泥皮薄。在混凝土的固化作用下，泥皮内的水分很快被吸收，使桩与桩周原状土有效地结合，提高了桩的早期承载能力。
（2）泥浆参数
为防止孔壁坍塌，提高泥浆的密度和粘度是最简单的方法，其负作用是成孔和洗孔时间增多，泥皮厚度增加，单桩早期极限承载力降低。
2.2降低泥皮厚度、提高单桩承载力的措施
（1）优化泥浆循环系统和清渣方法，提高泥浆性能。
钻孔灌注桩，不采取泥浆护壁措施，几乎是不可能的；采用泥浆护壁，若泥浆的质量差、性能不好，则又会产生孔壁泥皮厚、成孔速度慢、成孔后沉渣厚度大等不良后果。因此必须优化泥浆循环系统，并采取合适的清渣方法，以提高泥浆性能，消除不良后果。
（2）提高成孔速度
泥皮是在泥浆动水位压力的作用下，泥浆中的自由水不断地向孔壁渗透，同时泥浆中的土质颗粒不断粘附在孔壁表面上形成的一层比较柔韧的粘土膜，时间的延长，泥皮也在不断地加厚。因此，提高成孔速度，能有效降低泥皮厚度。
（3）桩侧高压注浆
桩侧高压注浆是预埋注浆管，成桩并达到一定强度以后，通过高压泥浆泵对桩侧注入高压水泥浆液，水泥浆液楔入到桩身和孔壁的环状间隙中，改善桩周土的物理力学性能，使疏松的泥皮挤压密实固结，消除了桩周因泥皮对侧阻力的影响，从而改善了桩土关系，同时增大了桩的平面几何尺寸，使桩侧摩阻力得以充分发挥和相应提高。
3 混凝土的可灌性对桩身质量的影响
在钻孔灌注桩施工中，混凝土的可灌性对成桩质量有直接的影响。可灌性好的混凝土应是拌和均匀、和易性好、内阻小、初凝时间长、润滑性好且有较好的触变性能。可灌性好的混凝土可有效地保证混凝土灌注的连续性和密实性。要配制出可灌性好的混凝土来保证桩身质量必须做到以下几点：
（1）制作混凝土的原材料必须符合使用要求，特别是水泥的质量必须保证，粗骨料尺寸级配要合理，所使用的材料要进行二次复检方可投入使用；
（2）混凝土的配合比是由实验室根据混凝土标号和材料质量确定的；
（3）做好混凝土在现场搅拌的质量控制工作，严格按配合比进行投料。水泥、水按重量计，其误差≤2%，砂、石按重量计，其误差≤3%；当在阴雨天气施工时，砂内的雨水若不扣减，将会造成混凝土坍落度增大、混凝土离析、灌注不畅等问题而影响成桩质量。
（4）要选择分散性能好的缓凝型减水剂，并通过试验确定其添加量；
（5）混凝土在运输过程中，长期振动会使混凝土产生离析而导致堵管现象；要设有专人对搅拌完的混凝土进行坍落度等指标检验。
4 灌注技术对成桩质量的影响
灌注是成桩的最后一道工序，也是最为关键的一个环节。灌注技术是影响成桩质量的最重要的因素。
4.1二次清孔
在下笼和下管的过程中，泥浆中的砂粒不断地沉淀、析出，形成孔底沉渣。若孔底沉渣过厚，既影响桩长，又影响桩的承载能力，还造成桩头浮浆过高，不易掌握混凝土面高度。因此，在下完导管后，必须进行二次清孔。
4.2回灌泥浆
在地下水位低、透水性好的砂层中施工，由于水头压力的作用，下笼与下导管时，孔口的水位不断下降，在失去压力平衡的状态下，潜水面以上的孔壁极易坍塌，若不采取回灌泥浆措施，此处易形成蘑茹状桩身，当孔壁坍塌严重时，则要提出钢筋笼进行回填施工。
4.3灌注操作技术
水下混凝土的灌注是确保成桩质量的关键。开盘灌注前应做好一切准备工作，制定各种应急措施，保证混凝土的浇筑能连续紧凑地进行。在混凝土的搅拌、输送、浇筑过程中，任何一个环节发生毛病，都将使整个工作停顿，导致混凝土顶升困难或导管提升困难，甚至产生断桩等事故。
灌注前泥浆面要保持在孔口，隔水球必须与泥浆面接触，若中间存在大量空气，则会产生气垫作用，很容易堵塞导管。
混凝土的首灌量要达到一定的方量。首灌量大，一是保证混凝土面埋住导管底口，更主要的是大量的混凝土在自重力作用下通过导管内的泥浆对孔底进行猛烈的冲刷，可以溅开孔底的沉渣，保证桩端与地层之间较好的结合，提高成桩质量和桩端承载力。
混凝土灌注最好采用大体积冲击灌注法，这样功能大，冲击力强，在巨大的冲击力作用下，混凝土的向上顶升力和侧向挤压力就有了保证，从而保证桩侧摩阻力和桩身混凝土密实度。
在混凝土灌注中，严禁导管提出混凝土面。灌注中要专人负责测量导管埋深及管内外混凝土面的高差，导管应勤提勤拆，保证导管埋深在3～6ｍ之间，导管埋入太浅，孔深压力差大，新灌混凝土冲翻孔内混凝土项面，或者因操作疏忽将导管拔出混凝土面，而造成桩身夹泥甚至断桩事故；导管埋置太深，容易引起钢筋笼上浮，还会因混凝土顶升阻力太大产生局部涡流，而造成桩身夹泥，或因混凝土出管上泛阻力太大，上部混凝土长时间不动，坝落度损失而造成灌注不畅或其它质量问题。灌注完混凝土用专用工具检查混凝土面高度是否满足设计要求。
5 结语
钻孔灌注桩工程是一个系统工程，施工环节较多，制约工程质量的因素也很多，不同的工程，影响质量的因素也各不相同。因此在工程实践中要认真分析，根据实际情况采取相应的措施，来保证钻孔灌注桩的成桩质量，并及时做好桩基检测工作，发现有质量问题的桩基采取必要的技术措施进行补救。