大直径基桩施工浅述

任江涛1朱圣奎2谢山立3

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1河南省地矿建设工程（集团）有限公司河南省450007

2河南省新开元路桥工程咨询有限公司河南省450007

3河南省地矿建设工程（集团）有限公司河南省450007

摘要：通过大型公路桥梁桩基施工、检测及事故处理的一些工程实例，利用大直径灌注桩荷载传递机理，阐述了桥梁基础采用大直径冲钻孔灌注桩施工时应着重控制的几个问题和采用低应变动测检测桩身完整性的原理，并介绍压力注浆法处理桩基质量事故的原理及具体施工方法。

关键词：冲钻孔灌注桩；施工控制；低应变动测；压力注浆法

大直径冲钻孔灌注桩因地质适应性强、承载力高、施工方便，为大中型桥梁基础的首选形式。但其施工质量受工程地质条件、水下混凝土灌注工艺、现场管理等因素的影响，桩质量离散性大，缺陷事故时有发生，工期及造价也因此较难控制。为保证工程的质量，必须加强灌注桩施工现场质量控制，严格执行成桩后的桩身质量检测制度，发现质量事故应及时采取有效方法进行补救，确保工程万无一失。

1灌注桩的施工控制

根据大直径灌注桩的荷载传递特性可知，基桩承载力除了与桩身混凝土强度、桩径、桩长、长径比等内在因素有关外，还与桩穿越的各土层的层厚和力学性质、嵌岩段的长度和力学性质等地基强度因素，孔壁泥皮、清孔、水下混凝土灌注等诸多外部因素有关。这些外部因素是我们在施工过程中必须注意并严格控制的。

1.1钻进参数选择与孔径控制

开孔时必须以主动钻杆自由对中转盘中心的办法，来调平钻机底座。开钻时应轻压慢转，及时加入重块，降低钻具重心，防止倾斜。

正常钻进时，应根据土层变化、孔径、孔深等因素，合理地选择钻进参数，现结合河南省济邵高速公路某座桥的地质特点作阐述：

（1）杂填土，松散，厚度1.5～2m，该层钻进速度快，钻进参数选用中等压力，快转速，大泵量，采用高粘度、大密度的泥浆护壁，力求快速钻穿；

（2）粘土，可塑，厚度2～3m，钻进参数选用中等压力，快转速，大泵量，低密度泥浆；

（3）淤泥，饱和，软塑，厚度10～15m，宜用笼式钻头钻进，采用快转速，大泵量，低密度泥浆并反复扫孔；

（4）粉质粘土，中硬塑，厚度3～5m，选用中等压力，快转速，大泵量，低密度泥浆；

（5）强风化花岗岩，厚度变化大，为本工程部分工程桩的持力层，采用四翼刮刀钻头钻进，钻进参数选用中等压力，中等转速，大泵量，优质高密度泥浆；

（6）中风化花岗岩，为本工程大部分工程桩的端承力层，要求嵌入1.5m，采用金刚牙轮钻头钻进，选用中等压力，中-慢转速，大泵量，优质高密度泥浆。

孔径的大小与钻头的直径有直接的关系，选用钻头的直径宜比设计桩径小50mm，为减少因钻头晃动而产生超径，应使用同心度好的钻头。钻进时，应保持孔内有足够的水头高度和合理的泥浆技术指标，平衡土层压力，防止缩孔及塌孔。施工时应经常测定泥浆比重，定期测定粘度、含砂量和胶体率，及时调整泥浆技术指标，必要时使用泥浆添加剂。优质泥浆对孔壁既有良好的保护作用，又不产生泥皮效应，也不影响桩周摩阻力。

终孔时应测量孔径，采用探笼器检测孔径，利用钻孔的钢丝绳把探笼器放入孔内，如上下顺畅即符合要求，否则进行扫孔。

1.2终孔鉴定及孔底沉渣控制

在终孔鉴定中，渣样是判断的首要依据。对于嵌入中风化岩层的基桩，根据捞取的渣样进行岩面的判别，确定嵌岩的深度，终孔时测量孔深，并二次判别渣样是否符合要求。钻孔原始记录和钻渣的捞取要及时、准确，决不允许回记记录及假造钻渣。对于持力层落在强风化岩层上的基桩，根据渣样判别进入岩层，要注意强风化岩与残积土的区别，一般强风化岩渣样含有小块状次生矿物，用手可扳断，而残积土渣样除了石英外，基本不含坚硬块体。施工过程中钻进的速度与阻力对于判断岩土层的穿越，定性较可靠；对泥浆循环的观察也是重要的辅助手段。

孔底沉渣直接影响着嵌岩桩端承作用的发挥，必须进行严格控制。下钢筋笼、导管后，在灌注混凝土前，进行二次清孔，同时调制优质泥浆，使其能降低颗粒下沉速度；采用先进的反循环清孔工艺，沉渣测定符合要求后，立即灌注混凝土，保证二次清孔后至第一盘混凝土剪球时间不超过30min，防止土渣回落；尽量加大混凝土初灌量，利用初灌量的冲力，冲开残余孔底的少量沉渣。

1.3水下混凝土灌注控制

水下混凝土灌注是成桩的最后一道工序，也是保证桩身质量的最关键的工序。本工程采用导管法灌注水下混凝土技术进行灌注。第一盘混凝土的灌注采用剪球工艺，根据不同桩径计算混凝土的初灌量，保证第一盘混凝土灌入时能将导管埋入2m以上的深度。灌注混凝土时，随着灌注高度的不断上升，要及时提升导管，提升时要保证导管底端埋入管外混凝土以下的深度不少于4～6m，但也不宜大于8m，严禁将导管底端提出混凝土面，避免造成断桩或局部离析。混凝土灌注时应随时上下抽动导管，确保混凝土的密实性。混凝土灌注时应经常测量导管内外混凝土面高度，控制导管在混凝土内的埋深，避免出现质量事故。

2灌注桩的桩身质量检测

根据大直径灌注桩荷载传递原理，桩身质量是制约基桩承载力的一个主要因素，对桩身完整性、桩底沉渣等情况进行检测是必不可少的一项工作。

低应变应力波动力检测应用于桩身完整性检测，能准确地确定桩身缺陷类型及其在桩身的具体位置，定性分析桩底沉渣的厚度，评定桩身质量等级。其原理是在桩顶施加一脉冲力，应力波沿桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和混凝土严重离析等部位）或桩身截面变化部位（如缩径或扩径），将产生反射波，经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此判断桩身完整性、确定缺陷类型及具体位置。由于低应变动测检测面广，准确性较高，操作方便，价格低廉，越来越广泛地应用于大直径冲钻孔灌注桩的桩身质量检测。另外，可采用钻孔取芯法对个别桩进行检测，直观地判别桩身混凝土的完整程度，并通过芯样抗压试验定量评定桩身混凝土强度等级，同时对低应变动测的准确性加以检验。

3桩身质量事故的补救方法

桩基施工中，因受诸多因素的影响，发生桩身混凝土严重离析甚至断桩、桩底沉渣过厚等工程事故是在所难免的。如何可靠、快速、低耗地处理桩基质量事故，直接影响到工程的质量、工期及造价。钻孔压力注浆法处理桩身质量事故有一定的优越性。

3.1压力注浆法处理桩身质量事故的原理

浆体在压力的作用下通过充填、渗透和挤密作用使桩身混凝土离析部位形成浆液与碎石的固结体，恢复和提高桩身混凝土的强度。对桩底注浆通过浆液对沉渣的置换、挤密和固结作用消除桩底沉渣对端承力的影响，并改善持力层的物理力学性能，恢复和提高持力层土体强度。同时，桩底注浆在压力作用下浆液沿桩侧向上流动，通过渗透、劈裂、充填、挤密和胶结作用，对桩周泥皮置换和空隙充填，在桩周形成脉状结石体，使桩侧摩阻力大大提高。

3.2压力注浆施工要点

经低应变检测有问题的基桩，首先，对基桩进行钻孔取芯，确认缺陷的位置及缺陷的程度，钻孔孔径为8cm，对于桩径小于1m的桩一般只需钻一个孔，大于1m的桩需钻2～3个孔，以保证注浆的质量。然后，埋设注浆管，注浆管直径一般为2cm；开始对缺陷部位或桩底进行洗孔，目的是将其中的泥砂冲洗干净，保证水泥浆渗透胶结良好；当孔中冒水变清时，洗孔完毕，将孔上端封闭，并插上一根出气管。注浆采用纯水泥浆，水灰比为1：1至0.6：1，并添加高效减水剂。开始注浆，水泥浆把孔中水赶出并从出气孔冒出时，将出气孔封闭，进行高压注浆。注浆过程中，以注浆量和注浆压力进行双控，作好现场记录。当压入足够的量，注浆压力达到3～5MPa时，可终止注浆。

4结论

（1）根据大直径灌注桩的荷载传递特性可知，基桩承载力除了与桩身混凝土强度、桩径、桩长、长径比等内在因素有关外，还与桩穿越的各土层厚度及强度、孔壁泥皮、清孔、水下混凝土灌注等诸多外部因素相关。在施工过程中，应着重对孔径、钻进参数、泥浆配比、持力层判别、孔底清渣、水下混凝土灌注等关键工序进行控制，确保工程质量。

（2）采用低应变应力波动测对桩身完整性进行检测是一项必不可少的工作，根据低应变动测的典型曲线，结合实际施工情况，作出准确而合理的判断。

（3）当桩身出现质量事故时，采用钻孔压力注浆能有效弥补缺陷，恢复和提高基桩的承载力。

参考文献：

[1]铁路桥涵地基和基础设计规范中华人民共和国铁道部J464-2005

[2]建筑地基基础设计规范住建部质量监督检验总局GB50007-2011