摘要：100多年前年，因为工业的发展以及人口的增长，高层建造不断增加，但因为很多城市的地基条件较差，地表以下存在厚度很大的软土或中等强度的粘土层，不能直接承受由高层建造所传来的压力，建造高层建筑如仍沿用当时通用的摩擦桩，必然产生很大的沉降。于是工程师们借鉴了掘井技术发明了在人工挖孔中浇筑钢筋混凝土而成桩，至此灌注桩登上了建筑业这个大舞台。20世界40年代初随着大功率钻孔机具的研制成功在美国首先问世，钻孔灌注桩因其独特的技术特点及经济效益在高层、超高层的建筑物和重型构筑物中被广泛应用，在世界各地的经济复苏及发展中成为不可或缺的角色，随着科学技术的日新月异钻孔灌注桩又分为冲击钻和正反循环钻，本文着重介绍冲击钻孔灌注桩的成桩工艺。
关键词：钻孔；发展；前景；广泛
一、技术特点
1、施工时与沉入桩中的锤击法相比，施工噪音和震动较小、地面无隆起或侧移，因此对环境和周边建筑物危害小；
2、大直径钻孔灌注桩直径大、入土深；
3、对于桩穿透的土层可以在地面上作原位测试，以检测土层的性质；
4、可以穿越各种土层，更可以嵌入基岩；
5、施工设备简单轻便，能在较低的净空条件下设桩；
6 、钻孔灌注桩在施工中，影响成桩质量的因素较多，质量不够稳定，有时候会发生缩径、桩身局部夹泥等现象，且对于施工操作要求较高。
二、适用范围
在工程建筑中天然地基经过简单人工处理也无法满足上部荷载要求的情况下，一般采用桩基础利用桩身将荷载力传送到更深的能满足荷载要求的地层中去，钻孔灌注桩因其技术特点适用于地质条件复杂、持力层埋藏深、地下水位高，所以钻孔灌注桩自问世以来，广泛应用于工业建筑、高层楼宇、水利水电及桥梁码头等工程中。
三、工艺原理
冲击钻孔灌注桩是采用冲击式钻孔，在地层中按要求形成一定形状的井孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而成桩的一种工艺。
四、工艺流程及操作要点
工艺流程图：
施工方法及操作要点：
1、测量放样：严格审核设计图纸，对钻孔桩设计坐标、高程进行复核计算，确认无误后采用总监批复的控制点进行测量放样，设置桩位控制点埋设护桩，每点四个，护桩要做到稳固易于保存。
2、护筒埋设：护筒埋设是重要的一环，起到定位、导向的作用，护筒埋设一般埋置深度2-4m宜高出地面0.3m，埋设时位置要准确，护筒要竖直。护筒中心竖直线应与桩中心线重合，平面允许误差50mm，竖直线倾斜不大于1%，钻进过程中要经常检查是否发生偏移和下沉，并及时纠正。
3、钻机就位：钻机就位前对钻孔各项准备工作进行检查，包括场地与钻机座落处的平整和加固，主要机具的检查与安装。冲击钻头中心位置准确，偏差不大于1CM，升降钻头时要平稳，不得碰撞护壁和孔壁。
4、开孔：开孔时先在孔内灌注泥浆，泥浆比重指标根据土层情况而定。
5、钻孔作业：冲程的选择要根据土层情况分别而定，为准确控制钻机的冲程，在钢丝绳上绑扎红布条为标记，在通过卵石或岩层时，如表面不平整，先投入粘土和小片石将表面垫平，注意防止发生斜孔，塌孔事故。钻孔过程中，冲击锥起吊平稳，钻孔作业连续，进入岩层后每进0.5-1m掏渣一次，泥浆内含渣显著减少，无粗颗粒，比重恢复正常为止。钻孔过程中作好施工记录，对各土层资料与设计资料进行对比若发现实际地质情况与设计情况不符时，应及时报告监理工程师，经常对钻孔泥浆进行检测和试验，不符合要求时更正。
6、成孔：达到设计深度后检查掏渣筒情况和钻进速度等以综合判断是否已达到设计要求，上报监理工程师检孔合格后方可进行下道工序。
7、清孔：成孔检测合格后进行清孔，清孔方法一般有换浆、抽浆、掏渣、空压机喷射等。清除孔底钻渣沉淀厚度小于30cm，并使孔内泥浆比重处于1.1-1.2之间，即满足清孔标准。
8、钢筋笼的制作与吊装：钢筋的下料、焊接及绑扎要严格按设计图纸及施工规范要求进行。要求主筋平直，箍筋圆顺，尺寸准确，接头位置相互错开，保证同一截面内的接头不多于主筋总数的50%，为使钢筋笼达到图纸要求的保护层，在钢筋笼主筋上每隔2米左右对称设置四个水泥垫块。钢筋笼的运输总原则是不得使骨架变形，采用汽车吊安装，孔口焊接接长，起吊时可采用双吊点，吊点位置恰当，第一吊点设置在骨架的上部，使用主钩起吊，第二吊点设在骨架的中点到三分点之间。起吊时，先起吊第一吊点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊，待骨架离开地面后，第一吊点停止起吊，送第二吊点，直到骨架与地面垂直。钢筋笼吊入孔内时应对准孔位，轻放慢放，若遇到阻碍，可徐起直落和正反旋转使之下放防止碰撞孔壁因而引起坍塌，下方过程中要密切注意观察孔内水位情况，如发生异常马上停止，检验是否发生坍孔。钢筋笼入孔后采用四根定位钢筋将钢筋笼固定在护筒顶的钢管上，以防止钢筋笼下沉或上浮。
9、安放导管：导管在使用前除对其规格质量和拼装构造进行认真检查外，还需做拼装、过球和水密性试验，导管吊放时应位置居中、轴线顺直、稳步沉放、防止卡挂钢筋骨架及碰撞孔壁，导管底口距孔底控制在25-40cm之间。
10、灌注水下混凝土：水下混凝土的配合比由实验室提供，交付搅拌站严格按配合比送料，并不定时的检测坍落度，以保证混凝土的灌注质量。灌注前根据导管下端距孔底距离计算第一次下料混凝土初存量，保证首批砼灌注后导管埋入砼的深度不小于1.0m其最小的初存量可按下式计算：
V=1/2*L*A1+K*（1+t1+t2）*A2
式中V：砼初存量（m3）；
L：灌注砼前导管在水中的长度（M）；
A1：导管断面面积（m2）；
K：超灌系数，一般取1.2-1.3；
t1：导管下端至沉渣距离（m）；
t2：沉渣厚度（m）；
A2：设计钻孔断面面积（m2）；
计算出砼初存量后，选用符合容量要求的储料斗储料，并做好泥浆排放措施。开始灌注后，应连续进行直至完成，中途任何原因造成灌注中断的时间不得超过30分钟，灌注过程中测量水下砼面的位置采用测绳吊着测锤进行，测锤重量宜2-3公斤，过重则陷入砼内，过轻则浮在泥浆中沉不下去，由经验丰富者操作，并以灌注混凝土的数量校对。灌注过程中导管埋入砼深度取决于灌注速度和混凝土性质，一般控制在2-4米，任何时候不得小于1米大于6米，拔导管前需仔细探测混凝土面的深度，保证导管埋深。灌注标高应高出桩顶设计高程0.5-1.0m，已保证桩顶质量。拔出最后一段导管时，拔管速度要慢以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。灌注过程中按规范要求制作试件。孔桩灌注应尽量缩短作业时间，使灌注工作在首批混凝土初凝以前完成。灌注过程中应有专人记录有关砼灌注情况，灌注时间，砼面的深度，导管埋深，导管拆除及发生的异常现象等。
11、拔出护筒：处于地面及桩顶以上的井口整体式护筒，应在灌注完后立即拔出，处于地面以下护筒，需待砼抗压强度达到5mpa后拆除。
12、破桩头：由人工或汽镐、电镐进行，直至设计高程，要保存钢筋的完整，桩顶基本平整、干净。
13、成桩检测：砼强度达到75%后，请检测中心对成桩进行检测，检测时通知监理工程师及相关单位，合格后方可进行下道工序。
五、质量事故的预防及处理
1、成孔质量问题
塌孔
根据不同地层，控制使用好泥浆指标。在松散的粉砂土、淤泥层或流砂中钻进时，应控制进尺，选用较大比重、粘度、胶体率的优质泥浆。地下水位过高，应升高护筒，加大水头。地下障碍物处理时，一定要将残留的砼块处理清除。如孔口坍塌，可回填重新埋设护筒再钻，或下钢护筒至未坍处以下至少1米。如孔内坍塌不严重者，可加大泥浆比重继续钻进，较严重者，可回填粘土到坍塌位置以上1-2米，甚至全部回填再钻，若坍塌埋住钻头，应先清孔，后提起钻头。
缩径
选用带保径装置钻头，钻头直径应满足成孔直径要求，并应经常检查，及时修复。易缩径孔段钻进时，可适当提高泥浆的粘度。对易缩径部位也可采用上下反复扫孔的方法来扩大孔径。
钻孔漏浆
在透水性强或有地下水流动的地层中，稀泥浆会向孔外漏浆，一般有护筒底漏浆和护筒接缝处漏浆两种情况，严重漏浆为坍孔的先兆，应及时处理。漏浆的主要原因是：护筒埋置太浅、回填土不密实或护筒接缝不严密、或水头过高等等。补救的办法是：加稠泥浆或倒入粘土慢速转动、或回填土增加护壁；护筒本身漏浆则可用棉絮堵塞。此外护筒内掉落物也会造成漏浆。
桩孔偏斜
保证施工场地平整，钻机安装平稳，机架垂直，并注意在成孔过程中定时检查和校正。钻头、钻杆接头逐个检查调正，不能用弯曲的钻具。在坚硬土层中不强行加压，应吊住钻杆，控制钻进速度，用低速度进尺。对地下障碍行预先处理干净。对已偏斜的钻孔，控制钻速，慢速提升，下降往复扫孔纠偏。
2、钢筋笼安装质量问题
钢筋笼安装与设计标高不符
钢筋笼制作完成后，注意防止其扭曲变形，钢筋笼吊装时要保存垂直，砼保护层垫块设置间距不宜过大，吊筋长度精确计算，并在安装时反复核对检查。
钢筋笼上浮
严格控制砼质量，坍落度。砼进入钢筋笼后，砼上升不宜过快，导管在砼内埋深不宜过大，严格按照规范控制在2-4m之间，提升导管时，不宜过快，防止导管钩钢筋笼，将其带上等。
3、水下砼灌注质量问题
堵管
商品砼必须由具有资质，质量保证有信誉的厂家供应，砼的级配与搅拌必须保证砼的和易性、水灰比、坍落度及初凝时间满足设计或规范要求，现场抽查每车砼的坍落度必须控制在钻孔灌注桩施工规范允许的范围以内。灌注用导管应平直，内壁光滑不漏水。
桩顶部位疏松
首先保证一定高度的桩顶预留长度。因受沉渣和稠泥浆的影响，极易产生误测。因此可以用一个带钢管取样盒的探测，只有取样盒中捞起的取样物是砼而不是沉淀物时，才能确认终灌标高已经达到。
桩身砼夹泥或断桩
成孔时严格控制泥浆密度及孔底沉淤，第一次清孔必须彻底清除泥块，砼灌注过程中导管提升要缓慢，特别到桩顶时，严禁大幅度提升导管。严格控制导管埋深，单桩砼灌注时，严禁中途断料。拔导管时，必须进行精确计算控制拔导管后砼的埋深。
六、工具设备
冲击钻孔灌注桩施工时所需要的工具设备：钻机（根据实际情况选择设备型号及性能）、护筒、导管、储料斗、汽车吊、履带式挖掘机、钢筋弯曲机、钢筋调直机、切断机、电焊机、全站仪、水准仪、卷尺、测量绳、测量锤等。
七、安全注意事项
1、施工前与通信、电力等管理部门联系，详细调查工点地下埋设电力、通信光缆等地下管线情况。
2、各种机械操作人员和车辆驾驶员，必须取得操作合格证，不得操作与证不相符的机械，不准将机械设备交给无证人员操作。
3、挖掘机、吊车、钻机等必须验收合格并挂牌。操作人员必须严格按照操作规程进行操作。
4、驾驶室或操作室要保存整洁，严禁存放易燃易爆物品，严禁酒后操作机械，严禁机械带病运转或超负荷运转；机械设备在施工现场存放时应选择安全的停放地点，定期组织机电设备、车辆安全大检查。
5、加强作业人员岗前培训工作，增强作业人员的安全意识，特种作业人员必须经培训和审证做到持证上岗。
6、对施工现场的各种用电设备制定定期检查制度和检查记录。
7、钻机在转移及进行时，应制定加固措施，防止钻机倾倒等事故发生。
8、钻机就位后，对钻机及配套设施进行全面的检查。钻机安设平稳、牢固。
9、钻机使用的电缆定期检查，确保接头牢固，挪移钻机时不挤压电缆线及水管。
10、钻进时，严密监视，观察孔内有无异常情况，钻架是否倾斜、各连接部位是否松动、是否有坍孔征兆等。
11、钻机停钻时，将钻头提出孔外放置于钻架上，不得滞留孔内。
12、对于已埋设护筒未开钻或已成桩护筒尚未拔出，加设护筒顶盖或设安全网罩。
13、为确保夏雨季正常的施工生产、工程质量及安全生产，现场需制定夏雨季施工技术措施。
14、项目建立防火责任制，职责明确，重点部位必须建立有关规定专人管理，设置警示标志，配置相应的消防器材。
八、施工相关规范文档
建筑桩基施工技术规范《JGJ94-2008》
建筑桩基基础工程质量验收规范《GB50202-2002》
钢筋混凝土用热轧带肋钢筋《GB1499.2-2007》
钢筋混凝土用热轧光圆钢筋《GB1499.1-2008》
钢筋焊接及验收规程《JGJ18-2003》
九、环境要求
1、生活区选址避开各种生态敏感点，尽可能避开农、林等生产用地，污水不得排入，地面水环境质量标准《GB3838-88》所规定的I、II类水域。生活垃圾堆放点应选址30m范围内无生活用水，堆放点应无直通沟道与邻地相连。自建宿舍应配套建设简易厕所，简易厕所尽量建成有冲洗水和粪便回收装置的流动厕所。
2、临时施工便道应尽量减少植被破坏，减少扬尘污染，施工噪音应控制在规定范围内。
3、排污口设置必须符合“一明显、二合理、三便于”的要求，污水处理后排入市政管网的，出水水质应满足，污水综合排放标准《GB8978-1996》的相关规定，排入附近农田的，出水水质应满足，农田灌溉水质标准《GB5084-92》中的要求，排入附近水体的，出水水质应满足，污水综合排放标准《GB8978-1996》的相关要求。
4、施工过程中产生的固体废物必须有相应的处理措施，合理堆放、回收利用或运至指定地点倒弃。
十、前景展望
虽然钻孔灌注桩的持力层是较为完整的岩石层，桩长和桩径尺寸做的很大，使地下部分的造价在整个工程总造价中占有较大的份额。且其工艺本身存在缺陷对于施工操作要求较高，影响成桩质量的因素很多，但因其优秀的技术特点、良好的承载性能及工程师们对于施工工艺的进一步改良，它在建筑史中仍会占据很多的篇章。
参考文献：
[1]曾文瑞.浅谈软土层的处理【J】.山西建筑.2006
[2]王云岗，章光，胡琦.钻孔灌注桩孔壁稳定性分析【J】.岩石力学与工程学报.2011
[3]金志坚，李志桥.浅谈不良地质条件下冲孔灌注桩施工技术【J】.建筑安全.2011
论文作者:韩民阳,杨正平,李强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/22
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