砂性土地层钻孔灌注桩的质量控制及桩基础缺陷处理

　　砂性土具有粘聚力小，比重大，不易成型，在外力作用下会松散变形，遇水的作用会产生流动性，在水中沉淀速度快等特点。因此，在砂性土地层进行钻孔灌注桩施工相对困难。钻孔灌注桩施工需要从钻机选择、施工工艺等各方面综合考虑，优化施工方法，才能确保成桩质量。本文结合工程施工经验，对砂性地层的钻孔灌桩桩的施工质量控制及桩基础缺陷处理方法进行分析。

　　一、砂性土地层钻机的比较与选择

　　根据钻机的特点，最适合砂性土地层的钻机为全套管冲抓钻机。此钻机具有不用泥浆护壁，成孔质量高，能有效防止流砂、坍孔、缩径、露筋、断桩等事故的优点。但目前国内全套管钻机的数量有限，而且套管和主机进场所需运输费用高昂，导致钻孔单价相对偏高。

　　其次为正循环钻机，包括正循环回转钻、潜水钻、正循环卷扬机牵引式冲击钻。由于正循环使用的泥浆比重大，护壁效果好，钻孔过程中孔壁稳定，不易发生坍孔、漏水现象，成孔质量高。正循环具有清孔时间长、粘土用量大等缺点。潜水钻机遇到比较密实的砂层时，进尺缓慢。

　　旋挖钻机也适用于砂性土地层，旋挖钻机钻进速度快，成孔时间在3小时左右(以直径1.2米，孔深30米为例)，但旋挖钻机钻进后孔壁稳定性差，砂性土地层钻孔时需要有优质的泥浆进行护壁。采用稳定性强、固壁能力高的膨润土泥浆时，成孔质量可以得到充分的保证，某桥的桩基采用旋挖钻机成孔，膨润土泥浆护壁，成孔后9小时回淤不足10厘米，孔壁稳定。

　　非循环冲击钻机(乌卡斯)用于砂性土地层的钻孔时，由于钻头上下运动对孔壁的扰动大，泥浆比重较小，且在钻孔时孔内上部泥浆缺乏搅动，出现沉淀，钻进过程中容易造成坍孔、扩径，成孔后孔底沉渣厚度难以控制，砼灌注过程中容易出现事故。

　　冲击反循环钻机在砂性土地层施工时，虽然进尺较快，但在钻头的扰动和泥浆泵向下的吸力作用下，孔壁极不稳定，不易成孔。

　　某工程，地层为细砂，选用的钻机有全套管冲抓钻机、正循环钻机、旋挖钻机和冲击钻机。从施工情况看，全套管冲抓钻机和正循环钻机的成孔和成桩质量最好，旋挖钻机由于对泥浆性能要求高，个别桩因泥浆质量欠佳，砼灌注前沉渣严重超标，进行了第二次甚至第三次清孔。冲击钻机成孔后，孔内回淤速度快，回淤量大，砼灌注困难，灌注砼充盈系数为1.36，在进行第二棵桩基钻孔时，由于操作手在休息间隙没有把钻头提升至孔口，造成回淤埋钻，经过三天打捞才将钻头提升上来，冲击钻机不得已停止施工。

　　二、施工过程中的质量控制

　　桩基础质量控制的关键点是①桩位坐标控制②垂直度的控制③孔径的控制④清孔质量⑤钢筋笼接头质量⑥水下砼灌注质量。针对砂性土地层的特点，分析如下。

　　1、桩位坐标控制

　　砂性土地层中泥浆护壁相对比较脆弱，在钻孔过程中要对钻头的中心位置严格控制，防止因纠偏二次对中后，钻头偏向一侧孔壁，造成孔壁破坏发生事故。因此要采取可靠措施控制钻头中心与桩位中心保持一致。

　　(1)、由于从中心引出的拴桩容易被破坏，特别砂性土中，拴桩更容易松动、移位，导致桩中心偏差。所以拴桩用的木桩或钢筋要有足够的长度，选用80cm～100cm的长度比较合适，并在四周用砼加固效果更好。同时，为避免拴桩丢失，应采取“米”字拴桩法，因为米字拴桩法中组成米字的任意两条线的交点都是桩的中心，拴桩丢失后能及时进行补救。可靠的拴桩能方便钻头对中检查和钢筋笼对中检查。

　　(2)、钻孔前应严格进行钻头的对中，确保钻锥的中心与桩中心一致。钻机钻孔过程中要每进尺2m～3m利用拴桩进行一次钻头对中检查，如果发现钻机因机械震动而发生偏位，应及时进行纠正，重新进行钻头对中。要防止大量进尺后再进行二次对中，造成孔壁的危险。正循环冲击钻机震动大，机身容易移动，旋挖钻机频繁进行掏渣、卸土，也容易造成移动，更应该加强对中检查。

　　2、垂直度和孔径控制

　　砂性土地层中钻孔的垂直度控制与其它地层基本相同。

　　砂性土钻孔过程中，由于钻头对孔周土体的扰动，容易使孔壁砂土脱落，造成扩径。因此，在钻孔过程中要控制钻进速度，使孔壁得到充分的保护，防止在泥浆护壁不稳定的情况下大量进尺，造成坍孔、扩孔。

　　泥浆的性能直接影响护壁的效果，在砂性土地层进行钻孔桩施工，需要提前在泥浆池搅浆，泥浆的相对密度、粘度取高限，相对密度一般为1.4～1.45为宜，并在使用过程中勤测泥浆的各项性能指标，及时调整泥浆性能，才能确保钻孔护壁可靠，减小坍孔、扩孔的可能。砂性土地层钻孔施工，向孔内填粘土直接造浆的方法不可取。

　　3、清孔质量控制

　　清孔主要控制孔内泥浆指标和孔底沉淀厚度。砂性土地层清孔后泥浆的相对密度、粘度一般取高限，防止泥浆比重小，在灌注水下混凝土前发生坍孔。泥浆的含砂率需要经过长时间的循环清孔才能满足要求，一般清孔时间在12～20个小时之间。

　　从施工实践看，砂性土地层清孔后泥浆的性能直接影响孔底沉淀厚度。如果采用粘土泥浆多数情况下需要进行二次清孔才能确保沉淀厚度满足要求，采用膨润土泥浆时，一次清孔基本能保证沉淀厚度不超标。泥浆的相对密度、粘度过小，会加快砂粒沉淀速度，旋挖钻机在进行某桥桩基钻孔施工时，操作人员擅自减少膨润土和外加剂用量，成孔1小时后，沉淀厚度达4米，为避免严重坍孔，使用粘土填埋了钻孔。

　　4、钢筋笼接头质量控制

　　由于砂性土地层的不稳定性，清孔后要在最短的时间内灌注水下混凝土，否则随着间隔时间的增长坍孔的危险性越大，此段时间不宜超过2～3小时。因此安放钢筋笼的时间非常有限，在钢筋笼较短(25米以内)时，钢筋笼一次起吊，不分段拼装。根据实践经验，一台16吨吊车，采用双滑轮六吊点方法，或两台吊车配合可以实现钢筋笼一次起吊。

　　当钢筋笼过长需要分段拼装时，钢筋接头可以采用等强墩粗直螺纹接头技术，不仅钢筋接头质量可以得到保证，而且可以大大缩短钢筋接头时间，实现水下混凝土的及早灌注。

　　5、水下混凝土灌注质量控制

　　砂性土在水中沉淀迅速，且比重较大，因此当砼灌注间隔时间过长，可能导致混凝土顶部沉淀厚度较大，出现混凝土灌注困难的情况。因此水下混凝土灌注的第一个关键是灌注连续性，避免出现长时间待料情况。

　　水下混凝土灌注前要对导管进行严格的水密和接头抗拉试验。混凝土灌注过程中，对每车到场的混凝土进行检查，如果混凝土的和易性、坍落度不符合要求坚决不允许灌注。当混凝土灌注过程中出现意外情况要及时处理。现结合实践就导管漏水的处理措施进行分析。

　　杨柏公路田家店桥2-3桩基础在灌注第三车水下砼过程中由于导管接头松动出现漏水现象，事故发生后采取以下措施及时进行了处理：①拔出导管，卸除受损导管，更换为备用新导管。

　　②将导管重新下落到距离混凝土顶面20厘米的位置，并灌注约2方混凝土，确保导管下口完全被新鲜混凝土掩埋，导管内的泥浆完全排出，导管内为混凝土。

　　③继续下落导管1米，并灌注混凝土。直到混凝土顶面标高超出设计桩顶标高大于2.5米。

　　由于采取了以上措施，2-3桩基础混凝土灌注质量得到了保证，经过桩基础无破损检测，桩身完整，满足要求。

　　三、桩基础缺陷处理

　　由于桩基础的隐蔽性，水下混凝土灌注过程中很可能由于某些意外因素导致桩身缺陷，以下根据施工实践对常见的桩身缺陷处理进行分析。

　　1、注浆法处理断桩、夹泥

　　当桩身不完整，推断为断桩或夹泥时，用钻芯机在桩身四周共3点钻取芯样，确定断桩、夹泥的确切位置和夹泥厚度，钻芯直径11厘米。当小区段夹泥、断桩时，可以采用注浆法进行处理。

　　施工机械为旋喷机械，钻芯完成后，用高压清水(20～30kPa)对断桩位置进行清洗，清洗时在断桩位置上下2米范围内升降高压水喷头，将孔内的泥砂和松散砼冲洗出来，直到孔口稳定上返清水为止。三个钻孔分别进行清洗。

　　清洗完成后，及时向孔内喷注高标号水泥浆，水泥浆要经试验确定配比，强度大于桩身混凝土强度一个等级。喷注水泥浆时先从一个孔内注浆，直至其它两个孔稳定出浆，然后再从另外两个孔注浆，其余孔稳定出浆为止。注浆喷头喷射有效作用半径30厘米，因此对1.2米直径桩注浆处理后，桩身能修整完好。经无破损检测后，桩身完整，满足使用要求。

　　2、旋喷法处理缩径、露筋

　　当桩身出现缩径、露筋现象时，可以采用旋喷机械，在桩周旋喷形成水泥帷幕，能对桩身起到补强作用，并包裹钢筋。施工时同样先在桩周钻孔，同时用高压水泥浆护壁及冲洗桩身表面，当高压水作用半径为30厘米时，确定钻孔间距为50厘米，确保10厘米的搭接宽度。每钻1个孔并清洗干净后即高压喷注高标号水泥浆。此方法尤其适合砂性土地层，砂性土中钻孔速度快，旋喷能连续快速进行，两孔搭接处水泥浆衔接良好，即使水泥浆中混入少量砂粒也不影响强度。

　　结语：

　　综上所述，由于砂性土地层具有不稳定性，施工时要合理选用施工机械，施工过程中严格控制各项指标，力求安放钢筋笼、灌注混凝土的高效快速，并及时处理各种故障，才能顺利完成桩基础施工任务，确保桩基础的质量。