浅析钻孔灌注桩承载力的影响因素

周鹏

广西壮族自治区农业科学院广西南宁530007

摘要：钻孔灌注桩是目前南方逐渐兴起的一种桩施工技术。它与传统的人工挖孔桩、静力压桩相比，具有适应性强、应有广泛、工艺技术可靠、施工效率高、工程质量好的特点。是一种具有较好发展潜力的桩施工技术。

关键词：钻孔灌注桩、清孔、成孔、泥浆护壁

引言：

任何建筑工程施工必须有一个切实可行的施工方案作为其技术保障。优秀的施工方案必定是能充分考虑工程实际、有预见性的。在工程实践中影响钻孔灌注桩承载性状的因素是十分复杂的，即使同一工程，由于施工工艺的差别，往往会造成桩承载力的很大差异。因此，深入研究不同施工因素对钻孔灌注桩承载力的影响，可以深化对钻孔灌注桩承载性状的认识，推动钻孔灌注桩理论研究和工程应用水平的不断提高。

1、施工机具对钻孔灌注桩承载力的影响

选用钻进平稳的钻机可保证施工安全，因此施工规程对钻机的稳定性提出了要求。但是有不少资料及对比试验证实，在其他条件相同时，桩孔孔壁粗糙度增大，桩－土接触面抗剪强度明显提高，桩的极限承载力也能得到提高，因此钻机摇摆情况下桩的承载力要比钻机平稳情况下摇摆情况下桩的承载力高。

单腰带钻头导向性相对较差，钻进过程中钻杆有摇晃现象，这就使得孔壁的起伏较大，粗糙度较高，增强了桩侧摩擦力，使得采用单腰带钻头施工的桩的承载力就比较高；双腰带钻头导向性能好，钻进平稳，钻机的垂直度容易得到保证，但孔壁的起伏较小，粗糙度较低，采用双腰带钻头施工的桩的承载力就比较低。采用潜水钻机成孔时，由于钻机的剧烈摇动，会对孔壁形成比较大的冲击，造成孔壁凹凸不规则，增强了大侧摩擦力，这样形成的桩的承载力往往比较高。

2、清孔方式对钻孔灌注桩承载力的影响

在冲（钻）孔灌注桩施工中，正循环和反循环清孔是常用的两种清孔方式。不同的清孔方式对冲（钻）孔灌注桩承载力有着不同的影响。其主要表现在清孔效率提高，有效降低孔底沉渣厚度；清孔对孔壁的扰动破坏，增强孔壁粗糙度两个方面。

正循环清孔：冲洗液是从钻杆空腔进入孔底并携带沉渣从孔底由钻杆与孔壁之间的环状空隙返回地面。反循环清孔：冲洗液是从钻杆与孔壁之间的环状空隙进入孔底并携带沉渣从孔底由钻杆空腔返回地面。由于钻杆空腔的横截面面积比钻杆与孔壁之间的环状断面面积要小很多，冲洗液在从钻杆空腔返回地面时可以获得较大的速度。一般情况下，反循环施工时冲洗液的上返速度是正循环施工时的40倍。此外，由于在反循环施工时，冲洗液是从钻杆中间返回地面的，冲洗液及其携带的孔底沉渣对孔壁的扰动破坏较小，反循环清孔时形成的孔壁粗糙度就比较低。

采用何种清孔方式，主要依据桩端岩土层的性质。

当桩端附近为沙层时，由于反循环清孔排渣效率高，较大的抽吸作用使得可能会引起桩端土层的扰动，桩端附近的沙层应力松弛，端阻力降低，造成桩的承载力降低。当桩端附近为碎石和卵石层时，反循环清孔会使清孔效率得到很大提高，降低孔底沉渣厚度，从而使桩的承载力得到提高。

桩底沉渣不仅对桩端阻力的发挥及破坏有较大的影响，同时对桩侧阻力也有一定的影响。研究表明，桩底沉渣不仅可以降低桩端阻力，而且会降低桩侧阻力。当桩底有沉渣时，桩侧阻力比计算得到的数值低；当桩底无沉渣时，桩侧阻力比计算得到的数值高。这种桩端附近的桩侧阻力受桩端条件影响而增强的现象称为“桩侧阻力的强化效应”。

因此，合适的清孔方式既要尽量减小沉渣厚度，同时又不能扰动桩端土层。因此，究竟采用何种清孔方式对提高桩的承载力有利，取决于桩端土的条件。当桩端为沙土时，一般应采用正循环清孔；当桩端为卵石时，一般应采用反循环清孔。此外，从提高孔壁粗糙度的角度出发，反循环清孔时，冲洗液及其携带的孔底沉渣对孔壁的扰动破坏较小，反循环清孔时形成的孔壁粗糙度就比较小。

大量工程实践证明，不管采用何种清孔方式，二次清孔是提高软土地区灌注桩施工质量的行之有效的方法。

3、成孔时间对钻孔灌注桩承载力的影响

成孔时间较长，孔壁侧向应力解除，孔壁周围出现应力松弛，从而影响各土层极限阻力，成孔时间越长，应力松弛越明显，孔壁泡水软化现象越严重，影响桩侧阻力的发挥；而且，较长的成孔时间会加大泥皮和沉渣厚度。另一方面，当钻机进尺较慢时，钻进过程对孔壁的扰动较大，孔壁的粗糙度较大，这对提高桩的承载力是有利的。但总体上说，成孔时间过长，桩的承载力将会明显降低。大量工程实践证明：钻孔灌注桩的成孔工序应快速连续进行，尽量避免成孔中断，否则将使桩的承载力出现明显降低，导致废桩。

4、泥浆护壁对钻孔灌注桩承载力的影响

在钻孔灌注桩成桩过程中，投入一定数量的粘土可以改善泥浆的性能，有利于沙、粉土类地层中的钻孔保持孔壁的形状和稳定性，同时也有利于沉渣的上返。但泥浆往往会在孔壁沉积，形成过厚的泥皮，降低了桩身混凝土与桩周土之间的摩擦力。因此，即使采用自然造浆护壁，也要控制泥浆性能指标，使其满足施工规范要求。

通过对钻孔灌注桩工程的桩侧护壁泥皮的现场实测和室内试验发现（参见《钻孔灌注桩泥浆护壁性状试验研究》李小勇、谢康和、曾国熙等著）：泥浆护壁与桩间土相比，具有含水量高、空隙比大、压缩性高、抗剪强度差等性状；泥浆护壁的存在严重影响桩侧摩阻力的充分发挥，降低了钻孔灌注桩的承载力；并建议在泥浆制备、清孔、混凝土浇注等过程中保证施工质量，一旦泥皮过厚，则应采取可行的措施予以清除，或采用高压灌浆提高泥皮的强度，改善泥浆护壁的性能。

施工机具类型、清孔方式、成孔时间、护壁方式等许多施工因素都会对桩的承载力产生一定的影响。因此，在实际施工中，必须根据场地的具体情况，选择合适的施工机具、保证孔壁一定的凹凸和起伏，避免孔壁过于平直，以增大桩侧阻力。同时，也要选择合适的清孔方式，以确定合理的成孔时间，最大限度地控制桩周泥皮的厚度和桩端沉渣的厚度。

参考文献：

[1]周明荣.后注浆钻孔灌注桩承载性状试验分析[J].山西建筑，2018，44（25）：72-74.

[2]陈洪胜.软土地区钻孔灌注桩后注浆技术在工程中的应用[J].安徽建筑，2018，24（05）：190-192.

[3]樊鑫.土木工程中钻孔灌注桩施工技术的应用分析[J].建材与装饰，2018（34）：31.

[4]姜宁林，李存兴.中英规范大直径钻孔灌注桩竖向承载力设计对比[J].水运工程，2018（07）：138-142.

[5]周杰刚，周洋，罗亚明，易钊，刘玮，陶云兵.灌注桩复式注浆技术对单桩承载力的影响[J].建筑施工，2018，40（06）：857-858+870.