钻孔灌注桩孔底沉渣厚度控制探析

钻孔灌注桩孔底沉渣厚度控制探析
【摘要】钻孔灌注桩的孔底沉渣控制是确保灌注桩质量的关键环节，本文从灌注桩孔底沉渣过厚的原因及危害出发，从五大方面提出钻孔灌注桩孔底沉渣厚度的控制措施，有一定借鉴意义。

【关键词】钻孔灌注桩；孔底沉渣；厚度控制
钻孔灌注桩具有适应范围广、单桩承载力高、施工噪音低、振动小及单价低等独特优点，在各类桥梁、工业与民用建筑工程中得到广泛应用，是当前使用最为广泛的桩基形式。

但另一方面，因其施工工艺的特殊性，施工中的各项因素对灌注桩的承载力影响较大，特别是孔底沉渣层严重影响桩基承载力的发挥，沉渣过厚不但会造成桩基承载力不足，还会造成建筑物的过大沉降影响其稳定性。

因此，要确保钻孔灌注桩施工质量及桩基承载力，加强孔底沉渣厚度的控制意义深远，本文就此进行粗浅探讨。

1 钻孔灌注桩孔底沉渣过厚的原因分析
现行施工验收规范对钻孔灌注桩孔底沉渣厚度有具体要求，GB50202-2002规定，钻孔灌注桩孔底最大沉渣厚度允许值为：端承桩≤50mm；摩擦桩≤150mm；GBJ202.83及JGJ94-94规范对摩擦桩孔底最大沉渣厚度允许值均为300mm。

但在实际施工中，孔底沉渣过厚的情况仍时有发生，究其原因，具体如下：1）清孔方式选用不当。

钻孔灌注桩常用的清孔方法众多（如抽浆法、换浆法等），各种清孔方法都可能会对清孔效果造成直接影响，清孔方法选用不当则较难有效清除孔底钻渣和置换孔内泥浆，直接影响孔底沉渣层厚度。

2）清孔不彻底。

清孔不彻底或持续时间不够，未能将孔底钻渣清除干净，或孔内泥浆置换不充分，均会造成孔底沉渣厚度过大。

3）清孔泥浆指标控制不当。

清孔过程中采用的泥浆指标不符合要求，或孔内泥浆指标未达到终止清孔标准即结束清孔，从而造成孔底沉渣厚度增大。

4）孔壁剥落、坍塌。

施工过程中未采取有效固孔措施，或固孔措施未能保持连续；施工机具碰撞孔口或孔壁，导致孔口坍塌或孔壁泥皮剥落，使孔底沉淀物增多。

5）施工历时过长。

施工工序之间不紧凑，清孔结束至混凝土灌注之间的间隔时间过长，导致孔内泥浆中砂粒沉淀，或泥浆失水、沉淀。

2 孔底沉渣过厚的危害
灌注桩孔底沉渣过厚的危害，具体表现在如下三方面：1）孔底沉渣的存在对灌注桩的承载性状造成改变。

施工中一旦灌注桩孔底沉渣过厚，可能会造成桩身与桩周土体发生较大的相对位移，钻孔灌注桩靠相对位移发挥承载力，实际上变成了端承摩擦桩，甚至是纯摩擦桩，变更了原设计意图。

2）孔底沉渣会使桩产生较大的沉降，甚至可能产生刺入性剪切破坏，对桩端有一定沉渣的钻孔灌注桩，Q—s（荷载一沉降）曲线呈陡降型，破坏特征点明显。

3）孔底沉渣严重制约了钻孔灌注桩承载力的发挥。

孔底沉渣层由高含水量的泥砂和沉淀的护壁泥浆混合组成，其承载力很低，压缩性极大，据单桩竖向静力荷载试验表明，桩端承
载力仅为150～250kPa，约为预制桩和沉管灌注桩桩端承载力的10%～30%，桩侧摩阻力约为70%左右。

3 控制孔底沉渣厚度的措施
3.1 选择合适的清孔方式
如上所述，清孔方式对孔底控制有直接影响，因此施工中应结合工程实际情况（如钻孔方法、施工设备、设计要求及地层条件等）选择合适的清孔方法。

1）抽浆法。

该法清孔快且较彻底，可适用于各类土层、各种钻孔方法的摩擦桩或支承桩，尤适宜于采用反循环钻孔及孔底沉渣颗粒较大桩孔的清孔，但为防坍孔，在孔壁易坍塌的桩孔中应谨慎使用。

2）换浆法。

该法适宜于采用正循环钻进、以粘性土及细颗粒砂性土层为主的桩孔的清孔，优点是不易造成坍孔，但清孔速度较慢，为确保清效果，必须控制好泥浆指标及清控时间。

3）掏渣法。

该法适宜于冲击、冲抓、旋挖钻进的桩孔，待清理完大颗粒沉渣后可换用换浆法做进一步清理，同时降低孔内泥浆密度。

4）喷射法。

该法一般作为辅助手段进行，在已安装好导管等混凝土灌注设备却发现孔底沉渣厚度超出规定或设计要求，且二次清孔费时费力情况下可该法进行清孔，但需注意的是，采用该法清孔需确保不对孔壁的稳定造成影响，且应立即灌注水下混凝土。

5）砂浆置换法。

该法操作较难，因此除了在柱桩等一些有特殊要求的桩基中使用外实际工程中较少应用。

3.2 控制泥浆性能指标
泥浆在灌注桩成孔中作用较大，一是在孔壁形成泥皮保护孔壁，二是利用泥浆的溶胶特性将孔底的沉渣带出孔内实现清孔，三是润滑并冷却钻头，实际施工中一旦泥浆比重过小或注入量不足，往往会造成大量沉渣没有及时排除，导致孔底沉渣厚度过大，因此如何结合工程实际制备质量合格的泥浆对灌注桩工程的成败影响重大。

要制备质量合格的泥浆，关键是控制泥浆的各项性能指标，含泥浆比重、含砂率、粘度、胶体率等。

对以上性能指标，规范及实际工程中均没有统一要求，主要是结合设计文件上的要求进行配制。

关于泥浆材料，一般以塑性指数P≥17的粘土或膨润土为宜，切合工程实际经验，一般情况下第一次清孔所用泥浆比重应以1.15～1.25为宜，粘度为17～21S为宜，含砂率≤8%，采用泥浆泵循环返渣。

第二次清孔所用泥浆比重应≥1.12，粘度为17～21S，含砂率≤2%。

3.3 组织两次清孔控制孔底沉渣
灌注桩成孔至设计标高或预定层面后，应在原位进行第一次清孔，以排出孔内的大颗粒沉渣，节省第二次清孔时间。

第一次清孔一般无需调整泥浆比重，因为若太早调低泥浆比重会造成吊笼过程中泥浆里的颗粒沉淀加快，不利于二次清孔效果。

清孔时钻锤高度一般为0.5m以内，直到含砂率<2%，桩底沉渣<50mm 时清孔完成。

第二次清孔的目的是为了让孔内泥浆的比重、含砂率、孔底沉淀厚度符合灌孔要求。

在下放钢筋笼过程中，为避免碰到桩孔表层对其造成破坏，要确保钢筋笼中心和桩中心对准，钢筋笼下放完毕后，测量孔底沉渣，若发现沉渣过量则需通过导管进行再次清理。

由于第一次清孔后泥浆中的沉渣有了大幅度降
低，因此第二次清孔时应重新调整泥浆各项指标。

待二次清孔结束时，泥浆中的含砂率宜在1%以内，桩底沉渣<50mm，二次清孔完成后方可进行混凝土的灌注。

3.4 避免孔壁剥落及坍塌
（1）钻头提升、降落时保持垂直上下，尽量避免碰撞孔壁；（2）严格控制钢筋笼的吊放，吊放过程应缓慢、顺直、匀速，谨防碰触孔壁，焊接时应加快速度，缩短沉放时间；（3）重视护筒埋设，在松散易坍塌的土层中应适当加大埋置深度，并用粘土将周围紧密填封，确保埋置的稳固、严密；（4）钻进中及时添加新鲜泥浆，确保孔内水位高于地下水位（或河水位）不小于1.5～2.0m；（5）在松散粉砂土或流砂中钻孔时泥浆比重、粘度应适当增大，不使钻进过快或回转速度过快，或空钻时间过长。

轻度坍孔可提高水位和加大泥浆比重，严重坍孔可用澎润土或粘土膏投入待孔壁稳定后采用低速钻进。

3.5 混凝土首灌量的控制
若缓凝土首灌量控制不好，就会造成桩身混凝土夹泥，以及沉渣厚度达不到要求，使得桩质量不合格，因此施工中必须控制好混凝土首灌量。

水下混凝土初始灌注时，除了要求贮料斗内的混凝土及导管内泥浆面与面之间设置隔水栓外，《建筑桩基技术规程》还规定“应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下0.8m以上”。

因此，施工中应结合规范要求，增大混凝土首盘初灌量，确保首盘混凝土埋管深度在0.8m以上，且第二盘连续灌注，以增大混凝土对孔底残余沉渣的冲击力，使孔底沉渣在不间断的冲击下顺利排出孔外。

总之，孔底沉渣厚度控制是一个系统工程，施工中应结合施工工艺、具体土层条件及机具设备等，认真研究、分析，并采取有效的控制措施，将孔底沉渣厚度控制在规范允许范围内，确保桩基础施工任务高效优质的完成。

参考文献：
[1]李天宝.探析灌注桩孔底沉渣控制技术[J].建筑知识，2013（06）.
[2]黄玲彬，吴兰英.钻孔灌注桩孔底沉渣质量问题的探讨[J].山西建筑，2010（1）.。