浅谈钻孔灌注桩施工质量问题及预防措施

摘要：钻孔灌注桩自问世以来，具有入土深、能入岩、刚度大、承载力高、桩身变形小，可方便地进行水下施工等优点，广泛应用用于工业建筑、高层楼宇、水利水电及桥梁码头等工程建设中。同时，在这些工程实践活动中，钻孔灌注桩的设计理论和施工技术也在不断发展和完善。虽然钻孔灌注桩施工正日益完善，但往往由于工艺不当、管理不严及对土层不够了解，断桩、堵管、夹泥、蜂窝、超灌量不足等质量问题时有发生。因此，运用科学的施工工艺，加强过程控制以确保工程质量显得极为重要。本文通过阐述钻孔灌注桩施工工艺，根据现场实际施工经验分析、归纳质量控制点，总结常见质量问题，分析质量事故发生的原因，研究相应的处理对策，找出了质量控制的途径，从而保证了钻孔灌注桩施工质量，对钻孔灌注桩各质量问题起到预防的作用。

关键词 钻孔灌注桩，施工工艺，质量控制，质量预防。

一、绪论

（一）研究背景

近年来,随着工业化和城市化进程加速,人口和交通两大问题日益凸显,公路桥梁、高层建筑发展迅速,但是,在我国大部分地区,存在地质条件差,软土地基现象普遍,给工程建筑施工带来不便,结合地质特点的建筑物施工地基处理成为研究的热点。随着我国工程建设事业的蓬勃发展，在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口等工程中大量采用桩基础，桩基已成为工程中重要的基础形式，在所有桩基类型中，灌注桩应用最为普遍，其中尤以钻孔灌注桩为主。

（二）选题的目的和意义

钻孔灌注桩具有低噪音、小震动、无挤土，对周围环境及邻近建筑影响小，能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点。这种施工方法，可以变水下作业为水上施工，从而大大简化施工，缩短工期，降低工程造价，而且所需设备简单，操作方便。随着经济发展和技术进步，钻孔灌注桩的桩长和桩径不断加大，单桩承载力也越来越高。由于钻孔灌注桩的施工大部分无法观察，成桩后也不能进行开挖验收，尤其对于长桩、大桩，其施工难度大，易发生质量事故。发生质量事故后，加固处理难度大，而且费用较高。如果施工中的任何一个环节出现问题，都将直接影响整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大经济损失和不良社会影响。因在施工过程中其施工技术性要求较高，影响成桩质量的因素也较多，质量不够稳定，有时候会发生孔壁坍塌、断桩等现象，现就钻孔灌注桩常见的质量问题进行分析并提出防治措施。

（三）研究方法和内容

本论文主要通过网页浏览、图书查询、教师指导、同学讨论等途径，收集了钻孔灌注桩的发展历史、设计理论、施工工艺、检测技术、事故处理等方面的资料。结合实际案例和自身的施工经验，对钻孔灌注桩的质量问题及其预防措施进行论证阐述。

二、钻孔灌注桩概述

（一）钻孔灌注桩发展历史及动向

钻孔灌注桩在国外的发展历史美国在20世纪初、欧洲于20世纪40年代初已开始使用,但当时的钻孔工艺和设备尚不完善,钻孔的直径也较小,桩的承载力不高,因此使用不多。钻孔灌注桩在我国的发展历史我国在公路桥梁上采用钻孔灌注桩基础始于20世纪50年代末期,当时河南省首创用人工转动钻头钻孔,后逐渐在全国发展到冲抓锥、冲击锥、正反循环回转钻、潜水电钻等多种设备和钻孔工艺,应用规模不断扩大。到20世纪90年代初,钻孔直径已达到300cm以上,桩长已达到100m以上。目前在国内公路桥梁基础工程领域中,钻孔灌注桩基础已占据了重要地位,并向大直径、多样化(变截面桩、空心桩、变截面空心桩)方向发展。[1]

（二）钻孔灌注桩特点

1、适应性强。不受地下水位、地质条件、桩径、桩长等限制。可以在各类基土或基岩中采用。特别是桩端持力层高低起伏变化或条件复杂时尤为适用。

2、施工噪音低、震动小、无挤土。在施工过程中，机械噪音较低，震动小，对周围环境影响不大。钻孔过程中无挤土，相邻桩施工只要相隔一定时间就可以，对临桩影响小。

3、抗震性能好。嵌入土层基岩并能与基岩形成一体，具有较大的抗水平荷载的能力。

4、单桩承载力大。钻孔灌注桩的设计可以采用任何尺寸的桩径、桩长和合适持力层深度，因此单桩承载力大。并且可通过入岩和桩底注浆的方式降低沉降量。

5、水下浇筑混凝土，质量不易控制。由于采用水下混凝土浇筑，一般来说桩身质量低于预制混凝土桩。当施工过程中操作不当时较容易产生断桩、凝固不良等隐患，对承载力影响极大。

三、钻孔灌注桩施工工艺

（一）钻孔灌注桩施工准备工作

1、技术准备

工程开工前，项目经理部应组织有关人员熟悉施工图纸和工程地质水文资料，收集当地技术规程并组织管理人员学习，配合业主进行图纸会审及设计交底工作，编制施工方案并进行技术交底。

2、现场准备

①施工前做好场地平整及铺筑砼硬化道路准备工作。做好设备进场、安装、调试工作；做好供水供电、夜间照明等工作；做好施工区域内施工道路、施工设施、材料堆场、泥浆循环系统、钢筋笼制作区及生活办公等布置安排。

②施工测量仪器（全站仪、经纬仪、水准仪）提前校准检验，根据业主提供测量控制点施工桩位基准轴线、基准点，并做好基准点保护措施。

③施工机械设备检修保养完成，另备好处理各种孔内事故所需用的器具，备足施工用的原材料和易损坏机械配件。

④预先探明和消除桩位处的地下障碍物，进行地下障碍物清障工作。

（二）钻孔灌注桩施工工艺简介

1、工艺概述

钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方法，在地层中按要求形成一定形状（断面）的井孔，达到设计高程后，将钢筋骨架吊入井孔中，再灌筑混凝土，成为桩基础的一种工艺。钻孔灌注桩由于其施工速度快，质量相对稳定，受气候影响小，因而被普遍采用。钻孔灌注桩施工前得准备工作十分重要，只有条件充分才能保证施工顺利进行。

2、各成孔工艺及适用范围

钻孔灌注桩按成孔工艺和成孔机械不同分为：正循环钻孔灌注桩、反循环钻孔灌注桩、钻孔扩底灌注桩和冲击成孔灌注桩。其适用范围如下：

① 、正循环钻孔灌注桩适用于粘性土、砂土、强风化、中等到微风化岩石。可用于桩径小于1.5m、孔深一般≤50m场地。

② 、反循环钻孔灌注桩适用于粘性土、砂土、细粒碎石土及强风化、中等-微风化岩石，可用于桩径小于2.0m，孔深孔深一般≤60m的场地。

③ 、钻孔扩底灌注桩适用于粘性土、砂土、细粒碎石土、全风化、强风化、中等风化岩石时，孔深一般≤40m。

④、冲击成孔灌注桩适应于粘性土、砂土、碎石土和各种岩层。对厚砂层软塑～流塑状态的淤泥及淤泥质土应慎重使用。

四、案例分析——钻孔灌注桩施工质量问题及预防措施

由于灌注桩施工属隐蔽工程，施工结果往往是不可见的，就具体的灌注桩施工项目而言，由于受不同地质工程条件限制，所采用的施工工艺和方法也有所不同，这就使得过程控制方法、控制要点因不同项目特点而有所不同。如何落实标准，规范过程，如何针对不同项目的特点有针对性的进行施工管理，作到重视细节、预防质量事故是当务之急。下面以我所在的项目杭州久光广场为例，对施工过程中遇到的质量问题进行归纳总结，起到预防质量问题的作用。

（一）工程概况

本工程位于杭州市上城区钱江路与侯朝路交叉口，建筑类别为商业办公楼，建筑面积约13万㎡，地上19层，地下4层，建筑（构筑物）高度79.4米。基坑开挖面积为13620㎡，开挖深度裙房为16.8m、主楼为17.8m，电梯底坑为19.5m。本工程桩基础采用钻孔灌注桩，桩基影响范围内的土层共计12层，由于地质条件复杂，施工过程中遇到诸多质量问题，在施工过程中逐步改善。

（二）施工过程中的质量问题及预防措施

1、孔壁坍塌及其预防措施

钻进过程中，回旋钻如发现排出的泥浆中不断出现气泡，或泥浆突然漏失，旋挖钻下钻时比上提钻时孔深浅，则表示有孔壁坍陷迹象。根据对此类问题的分析，发现造成施工事故的主要原因如下：

①、护筒的长度不够，护筒变形或形状不合适。

②、施工过程中孔内泥浆面高度不足。

③、地下水位有较高的承压力。

④ 、泥浆的比重及黏度不足。

⑤ 、成孔速度太快，在孔壁中来不及形成泥膜。

⑥ 、沉放钢筋时，碰撞了孔壁，破坏了泥膜及孔壁。

预防措施：

①、施工现场在埋设灌注桩的护筒时，坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实，必须注意保持护筒安装垂直，在护筒的适当高度开孔。

②、在施工过程中始终保证孔内泥浆面高度。

③、当发现地基有地下水时，应密切注意是否夹有不透水层。当下层的承压地下水的水头比下层的地下水位高时，必须能保持足够的泥水压力。

④、泥浆的比重以1.05~1.2左右为宜。另外，在成孔时，如果遇到砂层和淤泥等土层时，应加大泥浆比重和黏度。

⑤、沉放钢筋时，碰撞了孔壁，破坏了泥膜及孔壁；在钢筋笼的沉放过程中，要保证垂直度，不能左右晃动。

为避免此类问题的发生，在施工中，要求施工人员要严格按施工规范进行施工，深入理解设计意图是确保成功施工的关键因素，塌孔的桩孔应及时回填，当地层呈现稳定状态后，应适当的停置10～15天后再度施工为宜。

2、桩身偏斜及其预防措施

成孔后出现较大垂直或弯曲。造成原因：

①、在钻孔的过程中遇到障碍物或孤石，以及在软硬土层交界处和岩石倾斜处，钻头受阻力不均而偏移。

②、由于钻杆弯曲或连接不当，使钻头钻杆中心线不同轴线。

③、场地不平整或钻架就位后没有调整，地面不均匀沉降使钻机，转盘，底座不平而倾斜。

预防措施：先将场地夯实平整，轨道沈木宜均匀着地；安装钻机时要求转盘中心与钻架上起吊滑轮在同一轴线，钻杆位置偏差不大于20cm.在不均匀地层中钻孔时，采用自重大、钻杆刚度大的钻机。进入不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，钻速要打慢档。另外安装导正装置也是防止孔斜的简单有效的方法。钻孔偏斜时，可提起钻头，上下反复扫钻几次，以便削去硬土，如纠正无效，应于孔中局部回填粘土至便孔处0.5m以上，重新钻孔。

3、断桩及其预防措施

断桩是指桩身混凝土在某一部位出现不连续或某一部分的混凝土严重变质导致整根桩承载力达不到设计要求，甚至不能使用，造成质量事故。造成原因：

①、混凝土原材料不符合规定，配合比不当，混凝土的和易性、坍落度不符合要求，在灌注混凝土过程中，发生卡管事故。

②、由于导管底端距孔底过远，混凝土被冲洗稀释，使水灰比增大，造成混凝土不凝固，形成混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土填充。

③、受地下水活动的影响或导管密封不良，冲洗液浸入混凝土水灰比增大，形成桩身中段出现混凝土不凝体。

④、由于在浇注混凝土时，导管提升和起拔过多，露出混凝土面，或因停电、待料等原因造成夹渣，出现桩身中岩渣沉积成层，将混凝土分开的现象。

⑤、浇注混凝土时，没有从导管内灌入，而采用从孔口直接倒入的办法灌注混凝土，产生混凝土离析造成凝固后不密实坚硬，个别孔段出现疏松、孔洞、蜂窝的现象。

预防措施：

①、清孔时要及时调整孔内泥浆的相对密度，清孔后泥浆的相对密度要满足设计要求。

②、严格控制混凝土初灌量，保证导管出灌后埋入混凝土1m。

③、在地下水较为丰富的地段，应设降水井进行降水处理，降水成功后方可灌注混凝土。

④、灌注前应全面检修设备，灌注时严格控制混凝土原材料、混凝土配合比，尽可能使灌注连续快速，炎热季节在灌注初期可在混凝土中掺入适量缓凝剂，以避免混凝土过早初凝而造成卡管事故的发生。并应避免停电停水等现象。

⑤、必须严格按照规定用测量锤测量孔内混凝土表面高度，并认真核对，保证提升导管不出现失误。

⑥、在灌注混凝土过程中，要定时测量导管内外混凝土的深度。

4、缩径、扩径及其预防措施

缩颈是钻孔灌注桩最常见的质量问题，主要由于桩体周围土层在桩体清孔和浇注过程中产生的膨胀造成。造成原因：

① 、成孔速度过快，对原淤泥层形成挤压，在孔内压力小的情况下向孔壁扩张或局部范围坍塌。

② 、孔壁泥层在护壁泥浆的作用下形成一定的稳定体，在灌注过程中由于混凝土的压力作用向四周扩张，形成护壁，在灌注过程中拔起导管过快造成缩颈。[2]

③ 、护壁泥浆性能好坏直接决定了护壁效果，泥浆比重过小时会导致缩颈甚至孔壁坍塌。

预防措施：

① 、钻孔成型后不立即进入下一道工序，可在提钻杆时在缩颈部位反复扫孔。

② 、加强桩工序的施工效率，做好工序衔接，缩短成孔时间。

③ 、护壁泥浆比重适当调大，使护壁效果增强，避免缩颈。

5、桩底沉渣过多及其预防措施

清孔是灌注桩施工中保证成桩质量的重要环节，通过清孔应尽可能的使桩孔中的沉渣全部清除，使混凝土与土层结合完好，提高桩基的承载力。施工中发生桩底沉渣的主要原因及处理的措施如下：

① 、桩底的沉渣过多主要由于施工中违犯操作规定，清孔不干净或未进行二次清孔造成的。

② 、当使用的泥浆比重过小或泥浆注入量不足时，桩底的沉渣浮起困难，沉渣将堆积在桩底，影响桩与地基的结合。

③ 、钢筋笼吊放过程中，时间过长，致使泥浆沉积。

④ 、清孔达到要求后，未持续进行清孔，待灌时间过长，致使泥浆沉积。

预防措施：

① 、施工中应保证灌注桩成孔后，必须进行二次清孔灌注前孔底的沉渣不大于5cm。

② 、工程中需采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不能用清水进行置换。

③ 、下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，使用方法是用泥浆升液排渣法。这种方法是用已有的泥浆泵，在导管上备有承接管，它无需特殊设备，在任何施工方法中均可采用。

④ 、清孔达到要求后，待混凝土车到场后才停止清孔以免待灌时间过长，致使泥浆沉积。

6、护筒失效及其预防措施

在钻进过程中护筒变形或突然往下沉，护筒外壁冒水，刃脚或钻孔壁向孔内外漏浆。在施工中应重视漏浆事故，严重的漏浆若不处理，可引起坍孔。

造成原因：埋设护筒时，回填土夯实不够，埋设太浅，护筒脚漏水；护筒制作不良，接缝不密合或焊缝有砂眼等，造成接缝漏浆；由于护筒下方孔内大面积坍孔，致使地层发生变化，从而使钢护筒下沉并倾斜，失去护筒作用；由于地下障碍物或护筒内外压力差过大，使护筒局部变形、开裂、漏水，失去护筒作用。

预防措施：采用粘土加固护筒周围时，若漏水严重，应将护筒拔除，然后回填重新埋设；在顶入钢护筒时，尽量将钢护筒埋得深一些，增加其稳定性和抵抗局部冲刷的能力；如果护筒的下沉量较少，通过提高泥浆密度和粘度的方法，改善泥浆指标后，继续钻孔；护筒变形处理可以根据其变形的部位进行灵活处理（氧割、千斤顶校正、套筒法等）

7、钢筋笼浮笼及其预防措施

钢筋骨架上升是施工中遇到的难题之一。造成原因：

①、钢筋笼放置初始位置过高，混凝土流动性过小，导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升。

②、当混凝土灌至钢筋笼下，若此时提升导管，导管底端距离钢筋笼仅有1m左右时，由于浇筑的混凝土自导管流出后冲击力较大，推动了钢筋笼的上浮。

③、由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已接近初疑，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定的握力，如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上升。

预防措施：

① 、下放导管时，应使导管确保在孔位的中心上。在灌注混凝土中，当混凝土面接近钢筋骨架底口时，应放慢混凝土的灌注速度。

② 、灌注桩混凝土施工应本着改善混凝土的流动性、初凝时间及改进灌注工艺的原则，严格按配合比配制混凝土，灌注应迅速连续进行。经验证明：灌注速度快的，质量事故少。

③ 、适当减少钢筋骨架下端的箍筋数量，也可以减少混凝土对钢筋骨架上的顶托力。

④ 、一旦发现钢筋骨架上升，必须放慢灌注速度，查明原因及时处理，首先选用预压措施，如将钢筋骨架顶端固立于导管上等，或仔细计算量测导管和钢筋骨架的埋置深度，尽可能调整导管管口到钢筋骨架下口的距离。

8、导管进水及其预防措施

在浇注混凝土过程中，有时会发生由于过量上提导管，使接头部分产生漏水等情况，将造成混凝土离析、流动等质量事故，在桩身上留下致命的质量隐患。因此要严格施工管理，不得发生泥浆水进入导管的质量事故。一旦生发上述事故，可采取如下的处理措施：

浇筑混凝土之前，若发现导管口出现漏水现象时，应立即提起到导管进行检查，对漏水部位进行严格的防水处理后，再重新放入桩孔中，浇筑混凝土。在任何情况下，都应该尽可能的将导管底部深深的埋在混凝土中，当发现导管上提明显过量时，应迅速将导管插到混凝土中，利用小型水泵或小口径的抽水设备，将导管中的水抽掉之后，再继续浇筑混凝土。

五、结论与展望

（一）结论

综上所述：本人根据杭州久光广场工程钻孔灌注桩施工经验及参考了相关书籍、期刊，分析了影响钻孔灌注桩施工质量的几种因素。初步得出以下结论：

1、钻孔灌注桩质量问题与地质环境有关，特别是淤泥质土对钻孔灌注桩施工尤为不利；

2、钻孔灌注桩质量问题与施工工艺有关，针对不同土质选择适当的施工工艺特别关键；

3、钻孔灌注桩质量问题与班组的水平和管理者的经验有关，施工班组水平低下，管理者经验缺乏，在遇到质量问题时无法处理或处理不及时；

4、桩基工程事故的处理方法要充分考虑现场施工条件、地质环境等。

钻孔灌注桩施工中，事故时有发生，常见的问题有塌孔、桩底沉渣过厚、孔斜、扩颈缩颈、钢筋笼偏位、断桩等，通过完善施工前的准备工作，高度重视施工关键环节，精心施工重要工序，切实加强质量管理意识，严格按照施工技术规范执行，不断提高施工管理水平。以事前预防为主、事后处理为辅，就能有效的保证工程质量。

（二）展望

本文的不足之处在于：通过实际工作经验及其他期刊、书籍的参考，多从地质环境、机械因素等造成的钻孔灌注桩质量问题进行阐述防治，而人为因素如测绳打结作假、钢筋笼焊接水平低下等阐述过少，其中的很多工作有待进一步研究。

随着高层建筑及桥梁建设的日期增多，钻孔灌注桩的施工越来越普及，遇到的质量问题也会随之多元化，对质量问题的预防措施及处理方法尚有进一步整理、挖掘和研究的必要

参考文献：