浅谈灌注桩施工工艺

摘要：目前，在高层建筑、重型厂房等工程中大量采用桩基础，桩基已成为我国工程建设中最为重要的基础形式，在所有桩基类型中，灌注桩应用较为普遍，其中尤以钻孔灌注桩为主。本文对其施工工艺进行了探讨。
　　关键词：灌注桩；施工；方法
　　1成孔
　　1.1成孔工艺选择
　　灌注桩成孔工艺应根据工程的具体情况，并结合现有的技术和装备水平，进行经济技术分析，合理选择。一般来讲，根据地层情况，应用较多的成孔方法有:
　　(l)正循环回转泥浆护壁适用于粘土、砂、含少量砾石、卵石(含量少于20%)的土、软岩等地层。
　　(2)反循环回转泥浆护壁适用于粘土、砂类土、含少量砾石、卵石(含量少于20%、砾径小于钻杆内径66%)的上、软岩等地层。
　　(3)潜水电钻正循环适用于淤泥、粉土、砂类土等地层。
　　1.2正循环钻进成孔施工要点
　　(l)钻头回转中心对准护筒中心，偏差不大于允许值。开动泥浆泵使冲洗液循环2-3分钟，然后再开动钻机，慢慢将钻头放至孔底。在护筒刃脚处应低压慢速钻进，使刃脚处地层能稳固地支撑护筒，钻至刃脚下lm后，可根据土质情况以正常速度钻进。
　　(2)在粘土层中钻进时，由于土层本身的造浆能力强，钻屑成泥块状，易出现钻头泥包、憋泵现象，且回转阻力矩增大。出现这种情况时应选用尖底翼片数量少的钻头。对于正循环来说，块状粘土钻屑不可能上返出来。大口径粘土层钻进的孔底过程实际上应是将孔底粘土切削成不致产生泥包的粘土块，而粘土块在孔底不断地被钻头搅成泥浆并被钻杆送到孔底的稀泥浆稀释。因此，应采用低钻压、快转速、大泵量的钻进规程。如地层中夹羌石，地层软硬不均时，应适当降低转速。关键问题是不断稀释泥浆，因为粘土颗粒不易沉淀。
　　(3)在砂层钻进时钻进速度快，回转阻力较小，但砂粒颗粒直径比粘土颗粒大，不易上返，且泥浆含砂量大，孔壁不稳定，容易坍塌。循环停止时，大量砂粒迅速沉降，易导致埋钻事故。为此，应采用较大的密度、粘度和静切力的泥浆，以提高泥浆悬浮、携带砂粒的能力。要加强泥浆管理，经常清理泥浆循环槽和沉淀池内的积砂，并定期检查、清洗泥浆泵。在坍塌段，必要时可向孔内投入适量粘土球，以帮助形成泥壁。要控制钻具升降速度和适当降低回转速度，减轻钻头上下运动对孔壁的抽吸和回转对孔壁的水力冲刷作用。
　　(4)在碎石土层钻进时，易引起钻具跳动、整车、整泵、钻头切削具崩刃、钻孔偏斜等现象，宜用低档慢速、优质泥浆、慢进尺钻进。
　　(5)加接钻杆，应先将钻具稍提离孔底，待冲洗液循环3-5分钟后，再拧卸加接钻杆。
　　(6)钻进过程中，应防止扳手、管钳、垫叉等金属工具掉落孔内，损坏钻头。
　　1.3潜水电钻成孔
　　潜水电钻的成孔工艺实际上就是正循环或反循环成孔工艺，因其设备简单、操作方便，在大部分地区得以使用。
　　(l)潜水电钻成孔特点
　　①潜水电钻适应于淤泥、粘土、粉土、砂土、砂夹小卵石层和强风化基岩。
　　②安装潜水电钻、卷扬机、泥浆泵的电缆要求接入配电箱，便于操纵。潜水电钻电缆不得破损、漏电，须指定专人负责收、放电缆和进浆胶管。
　　③安装钻锥、潜水电钻和钻杆，钻进时钻杆不转动，只起导向作用，产生反转矩，须将钻杆卡在钻架底层铁门的导向滚轮内。
　　④将钻锥、电钻吊入护筒内，起动泥浆泵(正循环)，或吸浆泵(反循环)，稍吊起钻锥，使电钻空转。待泥浆压进钻孔(正循环)或泥浆被吸出孔外(反循环)后，放下钻锥开始钻进。
　　⑤根据钻杆进尺放松电缆线，不可过多，防止缠绞。
　　⑥接长钻杆时，先停止电钻转动，提升钻杆，泥浆继续循环。然后按正、反循环钻机的方法加接一节钻杆，放下电钻、钻锥继续钻进，如此连续作业直达设计标高为止。
　　(2)潜水电钻钻进时应注意事项
　　①为防止潜水电钻因钻杆折断或其他原因，而掉入孔中，应在电钻上加焊吊环，系一保险钢丝绳通出钻孔外吊挂;
　　②电缆和进浆胶管上应用油漆标明尺度，便于和钻杆上所标尺度相校核;
　　③在钻进时，一般钻机电流为30-40A，如果突然上升说明电钻超负荷，应将电钻上提，相应收回电缆线及进浆胶管，并应设自动跳闸装置，以便钻进遇到阻碍，电流大大地超过负荷时，能自动停转。
　　④应根据土层情况控制电钻进尺.
　　2清孔
　　2.1清孔的目的及清孔质量标准
　　(l)清孔目的
　　①清除孔底沉碴。提高桩端承载力。
　　②清除孔壁泥皮，提高桩身摩阻力。
　　③减小孔内泥浆相对密度，便于导管法灌注水下混凝土。
　　(2)清孔质量标准
　　GBJ202-83规定:孔壁土质较好，用原土造浆的钻孔，清孔后泥浆相对密度应控制在1.1左右;孔壁土质较差时，清孔后的泥浆相对密度应控制在1.15-1.25;灌注混凝土前.对于以摩阻力为主的桩，孔底沉碴厚度不得大于300mm;对于以端承力为主的桩，孔底沉碴厚度不得大于100mm。
　　JTJ041-89规定:清孔后泥浆的相对密度为1.05-1.2，粘度为17-20s.含砂率小于4%;孔内沉碴厚度摩擦桩不大于0.4-0.6d(d为设计桩径)，端承桩不大于设计规定，一般不大于50mm。
　　JGJ94-94建筑桩基技术规范规定:清孔后泥浆的相对密度为1.1-1.15，粘度为10-25s.含砂率小于6%;孔内沉碴厚度摩擦桩端承桩≤50mm，摩擦端承、端承摩擦桩≤100mm，摩擦桩≤300mm。
　　GB50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范规定:清孔后泥浆的相对密度为1.15-1.2，孔底沉碴厚度端承桩≤50mm、摩擦桩≤150mm。
　　2.2清孔方法
　　清孔方法麻根据设计要求，钻孔方法，机具设备和土质情况决定。钻孔灌注桩常采用换浆法清孔。正循环钻进，正循环清孔。目前施工单位一般采用两次清孔，第一次清孔是在钻孔终孔进行:终孔后，停止进尺，将钻头提离孔底10~20cm，以中速压入相对密度1.15左右、含砂率<4%的泥浆，把孔内悬浮钻碴多的泥浆换出。第一次清孔的重点是搅碎孔底较大颗粒泥块，同时上返孔内尚未返出的的钻碴。第二次清孔是在安放好钢筋笼和灌浆导管后进行:导管就位后在导管上装上配套盖头，以大泵量向导管内压入相对密度1.15左右的泥浆，把孔底部在下钢筋笼和灌浆导管过程中再次沉淀的钻碴和仍然悬有钻碴的相对密度较大的泥浆换出，沉碴厚度和孔内泥浆相对密度均达到清孔标准后，立即开始灌注水下混凝土。
　　3钢筋笼制作与吊放
　　3.1钢筋笼的制作要求
　　(l)钢筋笼所用钢筋规格、材质、尺寸应符合设计要求。
　　(2)钢筋笼的制作偏差应符合下列规定:
　　主筋间距±10mm;
　　箍筋间距±20mm;
　　钢筋笼直径±10mm;
　　钢筋笼长度±100mm。
　　(3)钢筋笼的直径除按设计要求外，还应符合下列规定:
　　①用导管灌注水下混凝土的桩，其钢筋笼内径应比导管连接处的外径大100mm以上，钢筋笼的外径应比钻孔直径小100mm左右;
　　②沉管灌注桩，钢筋笼外径应比钢管内径小60-80mm。
　　(4)分段制作的钢筋笼，为防止在吊装过程中发生变形，其长度以　　3.2钢筋笼的保护层。
　　钢筋笼的保护层厚度以设计为准，一般为50mm。保护层厚度的允许偏差水下灌注混凝土的桩±20mm;非水下灌注混凝土的桩±10mm。为此下放钢筋笼时，必须采用相应措施，保证钢筋笼中心与钻孔中心重合。使钢筋笼四周保护层均匀一致。否则将会影响钢筋笼在桩身中的作用，受横向荷载的桩的桩身混凝土有可能在保护层太厚的一侧开裂;保护层太薄一侧的钢筋则可能锈蚀。
　　钢筋笼保护层的设置方法有
　　①绑扎混凝土预制块。混凝土预制垫块为15×20×8cm，靠钻孔壁的方向制成弧面，靠钢筋笼的一面制成平乒，并有十字槽，纵向为直槽，横向为曲槽。槽的曲率同箍筋的曲率相同，深度和宽度，以能容纳主筋和箍筋为度。在纵槽两旁对称地埋设两根备绑扎用铅丝。
　　垫块在钢筋骨架上的布置依钻孔土层变化而定，在松软土层垫块应布置较密。一般沿钻孔竖向每隔2m左右设一道，每道沿圆周对称地设置4块。
　　这种垫块的优点是同孔壁接触面大，制作简单，设置方便。其缺点是用铅丝绑扎在钢筋笼上，遇碰撞易碎落。
　　②焊接钢筋混凝土预制垫块。
　　③焊接钢筋“耳朵”。钢筋“耳朵”用断头钢筋(直径不小于10mm)弯制成，长度不小于15cm，高度不小于5cm，焊接在钢筋笼主筋外侧。这个方法克服了上述两法的缺点，但与孔壁的接触面较小，易陷入孔壁土中，故布置时宜适当加密些或在钢筋“耳朵”上面加焊扁钢或在钢筋“耳朵”上加预制砼轮。
　　3.3钢筋笼的吊放
　　钢筋笼的吊放，可用双吊点或单吊点，吊点位置应恰当，一般在箍筋处。对于直径大、笼身长的钢筋笼，必须采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼起吊时不致变形，吊放入孔时应对准钻孔中心缓慢下放至设计标高。对分段制作的钢筋笼，当前一段放入孔内后即用钢管穿入钢筋笼上面的箍筋下面，临时将钢筋笼搁支在钻机大梁或护筒口上。再起吊另一段.对正位置焊接后逐段放入孔内至设计标高。钢筋笼全部入孔后，应按设计要求检查安放位置并作好一记录，符合要求后，可将主筋点焊于孔口护筒上或用铁丝牢固绑扎于孔口。以便使钢筋笼定位，防止钢筋笼因自重下落或灌注混凝土时往上串动造成错位。当桩顶标高离孔口距离较大时，就必须在主筋上焊接或用螺纹联接2-4根吊筋，吊筋上部与护筒口点焊。吊筋与主筋之间用螺纹联接(主筋上焊螺母、吊筋上车螺纹)时，混凝土初凝前可回收吊筋，可重复使用。
　　下放钢筋笼过程中费时较多的是钢筋笼之间的焊接。因此，钢筋笼的分段长度应按钢筋笼总长、起吊高度和孔口焊接每段所需花的时间合理选定;也可采用部分焊接部分绑扎的方法来缩短孔口焊接时间;也可考虑用两名以上电焊工加快焊接进度。
　　下放钢筋笼时，应防止碰撞孔壁，下放过程中要观察孔内水位变化。如下放困难，应查明原因，不得强行下放。一般采用正反旋转，慢起慢落数次逐步下放。桩身混凝土灌注完毕，达到初凝时即可解除钢筋笼的固定措施。
　　参考文献
　　1史佩栋主编.实用桩基工程手册.北京:中国建筑工业出版社，1999
　　2中华人民共和国行业标准.港口工程桩基规范.北京:人民交通出版社，2004
　　3林大健、熊厚金、王利群编著.桩基础设计指南.北京:中国建筑工业出版社，2005