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摘要：水下钻孔灌注桩施工简便、操作易控制,整体施工工艺较为成熟,建设成本适中,能适应各种不同类型条件，被广泛应用于工程建设中。本文依据具体工程与水文地质概况，对水下钻孔灌注桩施工工艺进行分析，对其质量控制措施提出探讨，希望能保障工程施工质量。
关键词：水下钻孔灌注桩；建筑工程；质量
前言
水下钻孔灌注桩技术是利用水下钻机钻杆和钻斗(钻头)的旋转,以钻斗自重和液压为钻进压力、通过钻斗的旋转、挖土、提升出土、泥浆置换护壁、反复循环而成孔的一种比较先进的施工工艺。随着我国城市建设的快速发展,水下钻孔灌注桩为可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的土层的一种基础形式,具有适应性强,设备投入一般不是很大,施工速度快,成本适中,施工简单易操作,施工过程具有噪音低,对相邻楼宇影响小,施工安全性好等诸多优点。
1.工程概况
某广场总占地面积约5万m2，总建筑面积约10万m2，由地下车库、商业裙楼和超高层塔楼以及高空连廊组成。基础型式主要采用水下钻孔灌注桩，共计800余根。桩底绝对标高在172.00m～148.49m之间。桩长最大为33.85m，最小5.8m，平均长度20m～25m;桩径最大为1.2m。持力层均为中风化泥岩，混凝土采用C30和C40。
2.水文地质
该场地位于国家级浙江省化工原料药基地北洋工业园区，疏港大道南侧，滨海第一大道东侧，地形较平坦。地貌类型属海积平原，勘探深度范围内地基土主要为第四纪滨海相沉积层（mcQ1)。场地地基土由上到下依序分7层如下：
（1）素填土
灰褐色，稍密。主要由碎石与泥浆组成，碎石大小不一，大者50cm以上。硬质物含量达20％以上。泥浆星流塑状。层厚0．40～0．90米。仅场地中南侧可见。该层土主要为临港新城居小区一期工程施工排放。
（2））粉质粘土
黄褐色，软塑，物质组分主要为粘粒、粉粒。该层局部夹有粘土。干强度中等，中等初性，切面光滑。层厚1．60～～1．90米。上部0.3m为耕土。
（3）淤泥质粉质粘士
灰色，流塑，物质组分主要为粉粒、粘粒，干强度中等，中等韧性，稍有光泽。层状构造，局部夹有粉质粘士、淤泥及粘质粉土。另外，该层含有贝壳碎屑。层顶埋深1．60
90米，层厚9．30～11．40米
（4）淤泥
灰色，流塑，物质组组分主要为粉粒、粘粒，干强度中等，中等韧性，切面光滑。层状构造，局部夹有淤泥质粘土、粘质粉土及淤泥质粉质粘土。另另外，该层含有贝壳碎屑。
层顶埋深10．90～13．20米，层厚12．70～～15．30米。
（5）粘土
灰褐色，软塑，物质组分主要为粘粒、粉粒，于强度中等，中等韧性，切切面光滑。
厚层状，局部夹有淤泥质粉质粘土、粉质粘土，且含量较高。层层顶埋深25．50～26．50米，层厚15．80～16．90米。
(6)粉质粘士
黄褐色，可塑，物质组分主要为粘粒、粉粒。该层局局部夹有粘土。干强度中等，中等韧性，切面光滑。层顶埋深41．70～～42．80米，层厚4．30～5．70米。
(7)粉质粘土
青灰色，软塑，物质组分主要为粘粒、粉粒，厚层状，局部夹有淤泥质粉质粘土、粘土。于强度中等，中等韧性，切面光滑。层顶埋深46．80～47、60米，揭露层最大厚度20米。
3．水下钻孔灌注桩的施工工艺
由于场地内原有基础等地下建筑物较复杂，根据前期试验桩施工情况，采用干作业成孔钻机钻进困难且需人工配合清障，施工进度缓慢;再加上场内表层存在较厚杂填土以及分布不均的厚度较大的砂卵石层，孔隙率较大，在成孔过程中泥浆通过孔隙渗透到周边土体，无法形成有效护壁，多处桩孔出现反复塌孔情况，进而最终选择全钢护筒水下成孔施工工艺进行桩基施工[2]。
根据场内工程地质条件及桩身直径，选择不同插拔护筒的施工工艺。对于桩径≤1.5m，护筒长度0m，土层相对较软的区域采用套管跟进即驱动器法施作;反之，对于土层相对较硬的区域便采用液压振动锤插拔护筒。本项目主要采用套管跟进法进行施工。
3.1 水下钻机全套管跟进工作原理
水下钻机全套管跟进施工基本原理是通过水下钻机改造后的套管驱动器与套管连接动力头向下钻动沉入钢套管，水下钻机管内取土，通过套管护壁成孔，清孔安放钢筋笼，再全套管内浇筑混凝土，最后经过液压振动锤拔护筒成桩。其主要施工工艺流程如图1所示。
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4.质量控制
4.1桩身混凝土缺陷
(1)造成原因混凝土浇筑过程中，护筒拔出脱离混凝土界面，周边流砂或杂填土垮孔，掉入混凝土内;成孔后桩底清孔不到位，存在淤泥，混凝土浇筑后桩底桩身存在质量缺陷。水下混凝土浇筑时，初灌混凝土方量不够，混凝土一次性上升埋管高度不够，导致混凝土离析;造成断桩;超灌高度不足，造成桩身混凝土质量存在缺陷。
(2)防止措施
成桩后，需采用清孔钻头将孔底沉渣取出孔外，在钢筋笼安放完毕后进行二次清孔，并对沉渣厚度进行检测，沉渣满足设计要求后方可进行混凝土的浇筑。水下混凝土浇筑过程中，采用边浇筑边拔护筒，且保持护筒底标高低于混凝土顶面标高，避免护筒脱离混凝土界面;初灌混凝土导管埋深应在1.2m～1.5m;导管提升时不得过快过猛，采用专业测绳及测锤测量混凝土面的标高。为了保证桩顶混凝土的质量，超灌高度宜为800mm～1000mm，下道工序施工时将其凿除即可。
4.2 钢筋笼上浮
(1)造成原因
当混凝土浇筑至钢筋笼下，若此时提升导管，导管底端距离钢筋笼底有1m～3m左右的距离时，由于浇注的混凝土自导管流出后冲击力较大，导致钢筋笼上浮。混凝土浇筑过程中导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已接近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定握裹力，如果此时导管底部未及时提到钢筋笼底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上移。
(2)防治措施
在孔底设置直径不小于主筋的1道～2道加强环形筋，并以适当数的牵引筋牢固地焊接于钢筋笼的底部;把钢筋笼上端焊固在护筒上。加快混凝土浇筑速度，缩短浇筑时间，或掺外加剂，防止混凝土顶层进行钢筋笼施工时流动性变小，当混凝土上升到接近钢筋笼下端时，控制导管埋深，并适当放慢浇筑速度，减小混凝土面上升的动能作用，以免钢筋笼顶被托而上浮。浇筑混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2m～3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m～6m，建议控制在4.5m左右，导管底不能脱离混凝土界面。当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇注，并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消除。
4.3 桩头渗水
4.3.1 桩头渗水原因
(1) 混凝土的原因
水下灌注的混凝土是高含水量、高灰量、高含气率、高流动、粗细骨料粒径差较小、自密实的混凝土。从混凝土施工的角度看，混凝土中的水分一部分向地层中渗透，一部分被蒸发，还有部分在混凝土中形成水囊。水囊中的水分在混凝土凝结、硬化过程中被吸收，造成大大小小的空洞，形成了各种微裂隙。
(2) 技术上的原因
由于混凝土搅拌时间不够，桩基施工队在灌注时又采用的是吊车灌注，在反插导管出现泌水的情况下，桩基施工人员更加不愿意加强导管的反插力度，桩身混凝土在震捣不足的情况下桩身密实度不够，加上混凝土水灰比较大，一部分多余的自由水在桩体内析出产生气泡，因此桩身混凝土的总的孔隙率较大，开挖后，一部分桩身混凝土有离析现象或者虽然没有离析但桩的混凝土总的孔隙率较大，形成毛细通道的桩在水压力下会在桩身内形成渗水通道，桩头破除后在桩顶形成渗水现象。
(3)地质条件的原因
地基土含水量高、水压大。出现桩头渗水的工程均为地基土含水量较高的场地，地下水丰富，基坑降水后使基坑内外产生水位差，在水头压力作用下，基坑内的水通过桩壁及毛细缝隙挤压上来，为桩头渗水提供了间接作用。
4.3.2 桩头渗水的处理方法
在分析混凝土出现质量问题的原因后，现场调整了混凝土搅拌时间及改用C35配合比，降低混凝土水灰比后，再没有发现在灌注过程中出现导管或者护筒周边冒水的现象，也没有出现导管埋管困难的情况，说明所采用的质量控制措施还是非常有针对性的。
但是施工开挖后还有非常少一部分桩存在桩顶渗水现象。对此，为防止桩顶渗水损害基础底板的耐久性，处理桩顶渗水采用以下两个方式结合，取得了很好的效果：一是在渗水桩的桩顶以下300~500mm处钻几个小眼让水从桩侧渗出（详见图3）。二是清除桩顶上的粉尘，稍微用水湿润后在桩顶连续涂刷渗透结晶性防水涂料，连续涂刷两层，待第二层防水涂料半干后喷水养护三天。
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图3 桩头渗水的处理
5.结束语
建筑桩基是建筑工程项目的重中之重，水下钻孔灌注桩基础是一种承载力高且安全可靠的基础形式,但是由于受到多种因素的影响,施工过程中容易出现缩颈、沉渣量偏大、承载力不足等一系列质量问题,因此有必要采取措施对施工质量加以控制，从而提升建筑物的质量，保障其安全性，促进建筑工程事业的健康发展。
参考文献:
[1] 周灿,刘美智,李中林,熊洁,熊启煜.混凝土防渗墙施工质量控制要点及事故预防[J].人民长江.2010(11) 57-59
[2] 周志宏.简述钻孔灌注桩施工及质量控制[J].科技创新导报.2009(07) 54
[3] 姚曙光.浅析南平某工程旋挖钻孔灌注桩的施工质量控制措施[J].建材与装饰.2016(23) 59-60
[4]曹慧明.水利施工中的钻孔灌注桩技术探析[J]. 建材与装饰. 2016(09)：281-282
论文作者:陶仕军
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/15
标签：混凝土论文; 导管论文; 水下论文; 钢筋论文; 钻孔论文; 粘土论文; 桩头论文; 《防护工程》2018年第23期论文;