钻孔灌注桩施工中混凝土充盈系数过大的原因分析和控制方法

钻孔灌注桩施工中混凝土充盈系数过大的原因分析和控制方法张伟文
【摘要】某工程地处大城市核心地带,且工程邻近多条地铁线,对工程附近的环境、周围管线有着严格的保护要求.由于工程应用的钻孔灌注桩桩长超深,其自身的质量控制有不确定性,施工工艺也极其复杂,容易产生许多问题.故此着重对超深钻孔灌注桩施工中容易出现的质量问题和产生的原因进行分析,并提出具体解决办法.
【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2017(039)002
【总页数】3页(P159-161)
【关键词】钻孔灌注桩;充盈系数;桩径;泥浆护壁;扫孔
【作者】张伟文
【作者单位】上海建工集团股份有限公司总承包部上海 200080
【正文语种】中文
【中图分类】TU753.3
1 工程概况
背景工程位于上海市徐汇区核心地带。

工程桩基采用钻孔灌注桩，其中，T1塔楼桩基（P2）桩径采用850 mm，桩长74.25 m，有效桩长41.65 m，桩底注浆，注浆水泥质量为4.3 t；T2塔楼桩基（P1、P2）桩径采用950、850 mm两种，桩长分别为83.35 m和74.35 m，有效桩长为41.65 m和49.15 m两种，桩底
注浆，注浆水泥质量为4.3 t和4.8 t；酒店桩基（P3A、P3B）采用桩径850 mm，桩长69.15 m，有效桩长为37.95 m和49.80 m两种，桩底注浆，注浆水泥质量为2.3 t；裙房抗压桩（P3B、P4）桩径850 mm，桩长69.15 m，有效桩长为47.20～67.90 m，桩底注浆，注浆水泥质量为2.3 t；裙房抗拔桩（P5A、P5B、
P5C）桩径800 mm，桩长69.15 m，有效桩长为37.95～55.10 m。

2 工程地质条件
本工程场地主要由黏性土、粉性土及砂土组成，从其结构特性、土性不同和物理力学性质上的差异可划分为9个工程地质层及若干亚层；场地内大部分区域原为停
车场，地表分布有大量混凝土块、砖头、石子等建筑垃圾。

本场地第⑥层土缺失，桩基进入砂层近40 m。

3 设计特别要求
1）桩身混凝土设计强度等级为水下C30及C45，但根据设计要求按照C45及
C55进行配制。

2）桩顶标高的施工误差不得超过100 mm，孔深施工误差范围为0～300 mm，桩径误差范围为0～50 mm。

3）多台钻机施工时，相邻钻机开孔距离（桩中心距离）不得小于4倍桩径，或最少时间间隔不应少于36 h。

4）800 mm裙房桩和T1、T2塔楼850、950 mm桩以及酒店850 mm桩桩径
均为设计桩径。

桩的最小成孔直径不得小于设计所注桩径，其中800 mm桩基设
计要求达到平均孔径826 mm；850 mm桩基设计要求达到平均孔径879 mm；950 mm桩基设计要求达到平均孔径976 mm。

5）第1次清孔裙房桩采用气举正循环，其余桩型第1次清孔采用气举反循环；第2次清孔所有桩型均采用气举反循环。

6）灌注桩的灌注充盈系数不得小于1，也不得大于1.3。

7）需做注浆的工程桩预留2根注浆管，注浆管采用内径不小于25 mm、壁厚不小于3.2 mm的钢管，沿钢筋笼对称布置。

8）灌注桩成桩后的7～8 h，应对注浆管进行清水开塞，桩身混凝土达到设计强度的70%后方可注浆。

4 施工步骤及控制措施
1）测量放线。

2）护筒埋设、钻机就位。

① 钢护筒长度一般不小于1.2 m（如遇地下障碍，随实际情况进行调整），壁厚不小于2 mm。

φ950（850、800） mm桩钢护筒内径为1 050（950、900）mm。

钢护筒加工标准，垂直度偏差不超过1/200。

椭圆度不大于2 cm，焊接采用坡口双面焊，所有焊缝连续，以保证不漏水。

② 钢护筒采用埋入法，确保垂直度控制在设计及规范要求以内。

3）钻进成孔。

① 采用正循环成孔。

② 及时提交钻杆，导管清单，提请技术人员复核。

③ 每更换一节钻杆即用水平尺找平，钻杆密封圈安放。

④ 根据不同的地质特点，钻孔时合理控制钻进参数（钻速、钻压等）。

根据成孔情况调整相关参数设置。

为满足成孔要求且根据试桩经验，P1、P2桩70 m以上部分成孔采用自然造浆，P1、P2桩70 m以下部分采用人工造浆；其余桩型均采用自然造浆，新造泥浆需静置膨胀24 h以上方可使用。

施工过程中，需根据实测泥浆指标及时抽除废浆，补充新浆。

如表1、表2所示。

表1 注入孔内泥浆性能指标（正循环）项次项目技术指标1泥浆相对密度
1.10～1.15 2黏度/s 18～22 3含砂量/% ＜3 4 pH值 7～9
表2 排出孔口泥浆性能指标（正循环）?
4）终孔一清和成孔检测。

① 钻孔完成，经测量检查达到设计标高并经成孔质量检测后，即可进行清孔。

② 用测绳测量孔深，根据机余标记核算孔深。

③ 一清合格指标：泥浆相对密度1.25～1.35，含砂率≤4%，黏度18～22 s。

④ 提前2 h通知成孔质量检测，检测过程旁站，检测结果必须合格，垂直度不大
于0.5；孔深超深量不大于30 cm，沉渣厚度不大于10 cm。

⑤ 成孔检测不合格（垂直度、沉渣、孔径）的孔应重新下钻杆重复扫孔直至合格；超深的孔根据实测孔深加长钢筋笼和声测管，确保声测管安装牢固并插入到原土中。

5）下置钢筋笼及导管。

6）导管下放及二清。

本工程水下混凝土灌注采用导管法，本工程投入的导管为内径258 mm的丝扣连接导管。

放导管前，根据孔深配备所需导管，准确测量并记录所用导管的长度与根数；导管下入孔内后，底端距离孔底不大于30 cm；导管应位于钢筋笼中心位置。

二次清孔在钢筋笼、导管下置完毕后利用导管进行，采用气举反循环，二次清孔完毕，自检合格后，报监理验收，合格后，经监理同意，方可进行下步工序的施工（表3）。

表3 二清后的泥浆性能指标项次项目技术指标1泥浆相对密度 1.15～1.20 2黏
度/s 18～22 3含砂量/% ＜3 4 pH值 8～10
7）水下混凝土浇筑。

水下混凝土施工时，应按混凝土强度等级配料。

灌注水下混凝土时，需将导管提高孔底20～30 cm，然后将灌注漏斗和储料斗装
满混凝土之后方可开始浇筑水下混凝土。

灌注前，应计算好混凝土的初灌量，保证首斗灌注埋管深度在1.0～1.3 m，二次
清孔结束与首斗灌注间隔时间不应超过30 min。

在混凝土灌注过程中，实测实量
正在浇筑的混凝土面的标高，控制导管埋深在2～6 m，最小值不小于2 m，一次提高拆管不得超过6 m。

混凝土灌注应连续进行，不得中断，在混凝土浇捣过程中，混凝土不得加水，混凝土的坍落度控制在18～22 cm之间。

5 部分灌注桩混凝土充盈系数过大原因及解决措施
桩基施工前期，出现部分桩基充盈系数大于1.3的情况，为此，我们进行了初步分析。

找出主要原因是：在成孔检测时，未能满足设计要求值（φ800 mm桩基设计要求达到平均孔径826 mm；φ850 mm桩基设计要求达到平均孔径879 mm），从而被要求进行扫孔。

扫孔后，虽孔径实测值满足设计要求，但由于扫孔后，孔壁的稳定性减弱，砂层区域桩径扩径较为明显，致使最终混凝土充盈系数大于
1.3[1-3]。

例如：
1）从5A-334#桩成孔质量检测报告成孔数据来看，从进入到⑦2-1粉砂土层后，孔壁稳定性较差，泥浆护壁效果不佳，孔径最大值达到1 379 mm。

由于在第1
次桩孔成孔后进行成孔检测时，不满足设计要求值，在此情况下采取二次扫孔措施。

但在扫孔过程中，施工钻进速度过快，导致砂层区域桩径扩径较为明显，导致最终混凝土充盈系数大于设计最大值1.3。

2）再从5A-1039#桩成孔质量检测报告成孔数据来看，进入黏土层后，桩径扩孔
不明显；再进入到砂层土（深度55～60 m）后，桩径扩径最大值达到1 282 mm，桩径扩径明显增大；而进入到粉砂土（深度61 m）后，桩径又回到800 mm。

泥浆密度及黏度均比正常情况下的值偏小，故泥浆护壁效果较差，导致砂层段产生一定的颈缩，没有达到设计要求规定的826 mm桩径最小设计值。

根据充盈系数大于1.3的桩基位置分布过程记录及检测单位成孔检测速报分析，我们认为混凝土充盈系数超过1.3的原因主要是由于桩基二次扫孔造成的。

1）由于大部分需重新扫孔的桩基均为该桩架在本工程施工的前几个桩孔，泥浆相对密度及黏度均比正常情况下的值偏小，故泥浆护壁效果较差，导致砂层段产生一
定的颈缩。

2）部分需扫孔的桩基在成孔过程中施工钻进速度过快，导致砂层段孔径不符合试成孔工艺确定的孔径控制指标。

3）本工程地下土层分布不均，先期桩基施工中的部分区域有着较厚的砂层，且砂砾的硬度较大，钻头在砂层钻进过程中磨损较为明显（部分桩基钻头提钻后钻头直径已小于设计孔径）。

针对上述质量上出现的问题，我们进行了针对性的现场交底（针对施工机长及班组人员），并采取了一些保障措施[4-5]：
1）后续桩基施工中成孔至砂层段后，当循环泥浆指标（相对密度、黏度）不符合确定的施工工艺时，掺入黏度及密度较好的黏土层泥浆以调整循环泥浆指标，确保泥浆的护壁效果。

2）向现场施工桩架的机长及班组人员明确交底，在成孔至砂层时，一定要放慢钻进速度，增大桩架输出扭矩，避免钻进过快对孔壁稳定性产生不利影响。

3）重新制作了一批符合本工程特点的钻头用于后续桩基施工（腰箍适当放大，钻头直径不小于设计桩径）。

在采取了上述保障措施后，孔壁稳定性较好，泥浆相对密度及黏度符合设计要求，泥浆护壁效果好。

孔径达到设计要求规定数值。

施工中的二次扫孔情况基本杜绝，混凝土充盈系数也满足小于1.3的设计要求，
6 结语
在钻孔灌注桩施工中，影响施工质量的因素很多，只有充分了解地质情况，采取有针对性的工艺措施，才能保证灌注质量达到规范及设计要求。

参考文献
【相关文献】
[1] 刘璇.某核电站冲孔灌注桩混凝土充盈系数分析[J].工程技术(文摘版),2016(9):298.
[2] 路必恩.冲孔灌注桩充盈系数过大的原因分析及控制措施[J].工程技术(引文版),2016(6):176.
[3] 穆文林.公路桥梁钻孔灌注桩施工质量控制[J].交通世界,2016(21):66-67.
[4] 李永华.上海市轨道交通明珠线东宝兴路站基坑围护灌注桩超径原因分析及处理[J].探矿工程:岩土钻掘工程,2002(S1):173-174.
[5] 孟庆伟,田向阳,石东山.混凝土钻孔灌注桩质量监理实践[J].平顶山工学院学报,2005(1):72-73.。