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摘要：钻孔灌注桩是高层建筑的主要基础形式之一。提高钻孔灌注桩承载力对降低工程造价具有重要意义。但钻孔灌注桩在软土地基施工中容易产生孔底沉渣以及泥浆护壁作用降低等问题，从而使钻孔灌注桩的侧阻系数和端阻系数相对较低；而且钻孔灌注桩施工技术要求高，工艺复杂，如不严格监控，容易出现夹泥断桩、缩径露筋、虚土吊脚等严重质量问题，大大影响钻孔灌注桩的承载力。
关键词：钻孔灌注桩；软土地基；应用
随着我国基础建设的飞速发展，在软土地基中建设工程已十分普遍，但由于其特殊的地质特性，容易对整体工程产生安全患和质量隐患。因此，对于钻孔灌注桩及其在软土地基中的应用进行深入探究具有重要意义。
由于钻孔灌注桩施工工艺流程相互衔接紧密，且多在水下进行，施工技术复杂，很容易出现各种质量缺陷，影响桩身的完整性和桩的承载能力。为避免出现质量事故，应在施工前对各种质量影响因素进行缜密的考虑，在施工中严格控制各施工环节，并加强施工质量管理，确保工程质量和施工进度。
一、软土地基的土质特性
软土是压缩性高，湿度大，含有泥沙颗粒和少量腐殖质的土壤，具有渗透性弱，高压缩性、低抗剪强度性。由于这些独特的性质，因此不能直接作为地基。软土含有50%-70%的天然水分，通常最高甚至超过200%，几乎贯穿，加上该土壤类型渗透系数很小，不仅使整合过程和加荷初期延迟高、易变形、孔隙水压力大，而且不均匀，严重影响地基的强度。
二、钻孔灌注桩在软土地基中的应用要点
1.加强试成孔及试桩效果分析
（1）试孔目的：
1）检验所选的设备施工工艺及技术要求是否适宜；
2）检测桩基对各个土层的钻进压力、钻速以及成孔所需时间；
3）检验成孔的孔径、垂直度、孔深、孔底沉渣、孔壁稳定性；
在通过试成孔施工并获取上述资料信息后，根据相关数据对场地布置、机械配备、材料计划等一系列后续工程桩施工的准备工作提供参考依据，确保顺利完成桩基工程。
（2）试桩目的：
通过试桩可以验证桩基施工工艺、注浆工艺和打桩钻孔机具是否合理，以及混凝土的供应能力，以便在施工中加以改进。
试桩检验和确定桩基础的施工工艺，包括泥浆配方、钻进工艺、清孔效果以及成桩后质量等。
（3 ）试桩应取得的具体指标：
1 、对不同地质状况的机具选型。
2 、钻进时的参数：进尺、钻压、泥浆性能等。
3 、灌注前二次清孔后的泥浆指标及清孔方法。
4 、成孔质量控制的措施（孔径、倾斜度、中心偏位等）。
5、地基承载力的检测。
6、为设计提供实际地质情况、优化设计。
①严格保证钻孔深度在0～15m时的钻进速度在7m/h-8m/h之间，钻孔深度在15m-58m时的钻进速度在10m/h-12m/h之间。
②钻孔所用泥浆密度宜大于等于1.2，以提高泥浆的护壁功能，防止孔壁坍塌。这样可以防止孔壁出现严重的坍塌，保证孔径、垂直度、孔深和沉渣厚度达到设计和规范要求。
2.加强测量定位监测
在对初始测量资料进行复核之后，可对各个灌注桩的中心点位进行定位，并在其核心部位处埋设和固定钢护筒，且在正式钻孔之前，再次校核桩位的中心位置和钻头的中心位置，确认两者保持重合。在钻进过程中，定期检测钻具的垂直度和位置，避免出现倾斜等问题，用以提升成孔的质量。
3.加强护筒埋设质量
在施工过程中，护筒主要用于维持孔内水位高差、桩孔定位和防止孔口坍塌。护筒尺寸需要针对软土地基的具体土层情况，借助试成孔实验确定。护筒埋设要结合实际情况采用挖埋或者打埋等方式，确保坑壁与护筒之间粘土填实的质量，并设置彩带圈围或者标示牌等方式加以安全警示。
土坑开挖前，需在桩位中心点处，借助线绳以十字交叉外引点法复位测量标志，并借助撒灰圈定钻孔的位置。为确保护筒掩土固正的实际需求，相应的土坑开挖半径需要在护筒筒径尺寸的基础上增加150mm。土坑开挖时，坚决避免出现过大的凹凸情况，确保坑壁的顺直特性。在遇到废弃管线通道等地质情况时用黏性土进行封堵处理，开挖的土坑深度应保证护筒底部所埋设的原状土高度大于500mm。
埋设护筒前，需在筒顶部位处用十字钢筋环架扣，合理调整桩位的偏差，并保证控制在20mm范围内；定位完毕后，采用分层夯实的方式夯实护筒周边的黏性回填土，确保护筒埋置的质量。
4.成孔施工
在成孔施工过程中，为了确保挖机基础的平整性和稳固性，避免其在钻孔施工过程中出现倾斜或者位移，需要保证护筒中心点和挖机中心两者重合，此时通过借助护筒顶部所设置的十字钢筋环架中心点进行修正，直至护筒中心点和钻头中心点基本重合为止，同时将十字架撤去。
找平机座底架时，需要借助水平尺进行合理调整，直到钻头、回钻盘、天车吊轮三者中心处于同一铅垂线为止。挖机正式就位后，需要及时核准机座底架平整，借此对成孔孔深进行合理控制。拟用钻具的同心度和垂直度要满足规定要求，相应的钻头和钻杆连接也要保证可靠性，且需要在钻头部位处安置保径装置。
在每次开钻前对钻具的垂直度、连接牢固性以及钻头直径的磨损情况进行仔细调查，避免出现钻具脱落、缩径或者钻孔跑斜等钻孔问题。在主动钻杆进入孔洞前，需要对泵量进行合理控制，确保钻杆的垂直度以及钻进的均匀性和缓慢性，直至钻杆全部进入到钻孔为止，而后逐步加大钻压和加快钻进的速率。
实际的钻孔过程中，需要结合工程地质的实际情况合理确定进尺的速度，具体做法为：若地层硬度由大到小变化，可以适当地加快钻进速度；若地层硬度由小到大变化，可以适当降低钻进速度；若容易出现缩径情况，需要适当增加扫孔的次数；采用加速钻进的方式对硬塑层进行钻进施工，而砂层地质则需要采用缓慢钻进的方式，且需要适当地增加泥浆的黏度和密度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，钻进过程中，回转斗的底盘斗门需要始终保持关闭状态，避免回转斗内部的粘土或者砂土进入护壁泥浆中。严格控制钻进尺度，避免出现埋钻事故；严格控制回转斗的提升速度，避免因提升钻头过快而对孔壁泥皮造成破坏，防止钻孔坍塌。
5.制备泥浆
在钻孔灌注桩施工时，为了避免钻孔出现坍塌，需使用以膨润土为主要成分的泥浆进行护壁，借助泥浆密度的压力差增加孔壁的稳定性。保证泥浆的品质关键在于及时清理泥浆池沟中的沉淀物，施工过程中应配备专职劳动力以及排浆设备并保证废浆运输能力。
6.清孔施工
清孔是影响钻孔灌注桩施工质量的一个重要施工环节，是确保孔底沉渣厚度以及桩孔质量指标等满足质量要求的关键一环。待桩孔终孔完毕后，需要将钻具适当地提高20-50mm高度，并采用大泵量泵入新泥浆，以确保桩孔内的泥浆满足实际的施工需求。另外，如果桩孔部位处存在比较厚的松软坍土层，那么在清孔后不可立刻进行终孔施工，需要在钢筋笼下入孔内，安装好灌浆导管之后继续开展二次清孔施工作业，确保混凝土成桩质量。
7.制作和安装钢筋笼
钻挖钻机的最大优点就是成孔快，且成孔后的孔底沉渣比较少，所以在制作和安装钢筋笼的过程中需要采取合理的措施避免钢筋笼安装过程中对孔壁造成刮伤，以便防范塌孔问题的出现，这就需要严格控制钢筋笼的制作环节，确保钢筋搭接、交叉以及焊接等的质量，同时还要确保钢筋笼保护层垫块设置的准确性。而在起吊钢筋笼时，需要采用三点起吊方式来确保钢筋笼轴线和点位中心位置保持重合，避免其在下放过程中因晃动而碰撞孔壁，切不可出现强行冲击下放问题。
8.水下混凝土灌注
灌注桩采用商品混凝土，施工前协调好交通运输，确保灌注桩连续浇筑混凝土。水下混凝土灌注是混凝土桩施工的关键工序，应在灌注前做好一切准备工作，落实完备各项技术措施后方可开灌，二清后与混凝土灌注之间的间隔时间一般不超过30min，开灌后必须做到连续灌注，从而保证灌注成桩质量，具体施工操作要求如下：
（1）采用水下导管法灌注混凝土工艺，导管为外径φ258 mm 的无缝钢管，管端粗丝扣连接。钢筋笼下入就位并固定后，逐节下导管到孔底，导管间连接必须保证牢固、密封良好。混凝土浇注前，须进行第二次清孔，直至沉渣符合设计和规范验收要求。
（2）桩身混凝土采用商品混凝土，隔水栓采用球胆的方式。混凝土车运输至灌注机旁，直接放料倒入漏斗内，初灌量通过导管进行连续灌注，以确保完全排除导管内泥浆，混凝土的初灌量经计算工程桩为3.0 m3混凝土，相当于6 m的混凝土桩高。
（3）导管埋深应控制在3m-6m，在整个灌注过程中，严禁将导管拔出混凝土面，埋入深度不得小2m。利用导管内外混凝土的压力差使桩身混凝土扩散，浇筑面逐渐上升与泥浆隔离，与此同时顶着桩孔内泥浆上升，提升导管使导管埋深符合要求。如此逐节拔出导管直至全桩混凝土灌注完毕，灌注要连续进行。
（4）所有工程桩灌注混凝土面必须高于桩顶标高2 m以上，以保证桩顶标高处混凝土强度等级符合设计要求。
（5）现场随机对商品混凝土取样，每桩一组，试块按规定要求制作、养护以及做抗压强度试验，并及时做好试验报告的统计评定工作。
总之，钻孔灌注桩施工工序涵盖了测量定位、埋设护筒以及灌注混凝土等诸多施工工序，所以为了确保其应用质量，必须要结合实际的工程施工情况，合理制定施工方案，同时要加强施工过程中的管理力度，以全面提升旋挖钻孔灌注桩施工的质量。
3在软土地基中的常见问题及预防措施
3.1缩径
产生原因：主要是由于在清孔工作时清理不够彻底，因为泥浆中的杂质较多，在终灌拔管过快的情况下容易导致桩顶周边夹带泥土，使得保护层的厚度达不到施工的要求。同时，当孔中水头出现下降时，孔壁所承受的静水压力也随之减小，引起部分孔壁土层区域上的失稳与坍落进而产生缩径。
防治措施：控制与预防的最好办法是对泥浆的比重进行有效控制，使泥浆能够保持孔壁的平衡。同时，通过地层土质的变化对泥浆进行有针对性的调整，并选择直径合适的钻头进行成孔。此外，在成孔施工环节，必须充分重视清孔质量，真正达到清渣而不清泥的施工要求，避免在清孔后由于浇筑混凝土等问题导致局部坍塌而引起缩径。
3.2断桩
产生原因：混凝土拌和物在发生离析时会引起钻孔灌注桩桩身的中断。灌注施工中，有时很难避免导管堵塞、导管卡挂钢筋笼、坍孔、误埋导管等问题的发生，但是如果不及时发现并采取有针对性的处理对策，就很有可能会引起桩身严重夹泥或断桩的严重施工质量问题。
防治措施：首先，保证导管的抗拉强度能够满足自身的重量。其次，保证内径的一致性误差要控制在之内，并保证内部的光滑度。在组拼完成后要借助检查锤等工具对其进行试验。在浇灌前，必须对导管进行试拼，施工过程中对拔管的速度和导管的埋深进行科学、严格的控制，确保深浅适当。定期对混凝土浇灌的深度进行测量，避免导管拔空现象的出现。此外，对混凝土拌和物的配合比进行监控，确保其性能能够满足施工的基本需要。
3.3发生塌孔
产生原因：由于淤泥层和粉质黏土层软土极厚，且局部夹砂，易出现液化、塌孔现象，而旋挖成孔速度快，且出渣时钻斗反复提钻直接出渣，当提钻速度过快时，会在钻头下部产生负压，形成活塞式地抽吸作用。泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，反复冲刷孔壁，破坏泥皮，而旋挖钻孔护壁泥浆为静态泥浆，钻挖过程中泥浆不携带泥渣循环，仅在提钻过程中不断补充泥浆以置换挖取的土层，同时起到保护孔壁的作用。因此造成护壁泥皮厚度较薄，护壁效果较差，易在软弱土层出现严重塌孔现象。
应对措施：（a）针对孔口出现的局部塌孔，根据孔口地层地质情况确定增加护筒长度方案，尽量使钢护筒深入5m以下，同时确保护筒四周回填土密实，有效防止旋挖机械开钻后机械振动对孔口及以下部位成孔质量造成影响。（b）针对20 m以下出现的严重塌孔现象，对施工工艺参数进行重新调整，同时，由于旋挖钻没有自动造浆功能，护壁性能较常规钻机差，故考虑适当提高其泥浆相对密度至1.15～1.25，并在泥浆中增加适当的纤维素以增加泥浆黏性，使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。
钻孔灌注桩在软土地基中作为结构物的基础，其质量的好坏事关重大，关系到整个结构物的承载能力以及地上部分的质量品质。所以我们在实际工程中应不断积累经验，改进工艺，加强控制，最大限度地防止质量事故的发生。
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论文作者:张洪鹏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第33期
论文发表时间:2019/3/5
标签：钻孔论文; 泥浆论文; 混凝土论文; 导管论文; 质量论文; 钢筋论文; 钻头论文; 《建筑学研究前沿》2018年第33期论文;