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浅谈正循环钻孔灌注桩施工工艺

发表时间：2020/6/11 来源：《基层建设》2020年第6期作者：李亚楠

[导读] 摘要：在建设工程施工阶段，钻孔灌注桩的施工与各个工作环节密切相关，对工程质量影响很大。

        上海建工集团股份有限公司
        摘要：在建设工程施工阶段，钻孔灌注桩的施工与各个工作环节密切相关，对工程质量影响很大。基于此，本文结合上海民办兰生复旦学校青浦分校新建工实例，论述了正循环钻孔灌注桩的优点，明确了正循环钻孔灌注桩施工技术的具体工艺流程，希望能为相关人员提供参考。
        关键词：正循环钻孔灌；护筒埋设；钻进成孔；水下混凝土浇筑
        1工程概况
        上海民办兰生复旦学校青浦分校位于上海市青浦区朱家角新镇区 D07-04 地块，其东至港周路（现状道路）、南至朱家角路（规划）、西至淀园路（规划）、北至 D07-01 地块(住宅用地)（规划）。项目用地面积 53581 平方米，建筑面积约 80000 平方米。根据招标文件及设计建筑总平面图，本工程主要包括新建幼儿园、中小学、体育馆、实验楼、专业教室、宿舍、地下车库、剧院，地下室及相关配套设施。地下室基坑维护结构部分采用的是直径 800MM钻孔灌注桩维护结构，总钻孔灌注桩桩长5784米。
        2钻孔灌注桩施工工艺优点分析
        钻孔灌注桩施工技术采用泥浆护壁，可以维持孔壁坍塌，便于桩的成孔，维持地基的稳定性。同时，钻孔灌注桩施工技术采用可减少人员挖孔带来的安全风险和孔壁坍塌，提升了桩基的施工效率，降低了桩基的成孔成本。
        钻孔灌注桩施工技术的应用范围非常广泛，该技术简单安全，即使在一些较为复杂的地质环境中也可以应用。此外，无论在建筑工程还是在道路桥梁的基础施工中，钻孔灌注桩施工都是非常基本的基础措施，可以优化多个工作环节，避免施工问题，提高施工效率。
        3正循环钻孔灌施工技术
        3.1护筒埋设
        通常情况下，护筒一般会选择3mm钢板卷制成，其一般需要在上口边缘位置按照要求开设2个溢浆口，内径比钻孔桩直径要求大100mm。对于护筒坑一般会选择人工开挖的方式，而且要保证挖孔直径超过护筒0.4m左右，对于开挖深度一般是以进入下部原状土0.2～0.3m，且挖尽上部杂填土为宜，并做好坑底平整工作。在进行护筒埋设施工过程中，需要按照要求对预先引放的4个纵、横向护桩点进行调整，并保证护筒中心与桩位中心偏差小于20mm，最好重合，该过程还需要对护筒的垂直度给予严格控制，周边用黏土进行回填、夯实处理，在钻孔施工阶段，还需要确保护筒稳定，不会出现下落或周边跑浆现象。
        护筒埋设完成后，需要对桩位进行复核处理，如果误差超过规范要求时，需要给予重新埋设。本次施工过程中，由于位于旧建筑物处，因此在对护筒进行埋设时，要查看地下是否有障碍物，在正式钻孔施工过程中，还需要避免由于地下障碍物的存在，而对后续正常施工产生不利影响。本工序施工的重点内容如下：（1）保证护筒顺利进入原土200mm的位置；（2）回填工作要保证均匀、对称，避免护筒出现跑位现象；（3）确保桩位位置不存在地下障碍物。
        3.2钻机就位
        钻机就位后，还需要采取有效措施来保证机架的转盘、天车中心桩位中心处于同一铅垂线上，并将其误差控制在20mm内；同时，钻机就位后，需要对钻机平台标高进行测量后，来对钻孔深度进行控制，以免出现超钻或少钻现象。按照要求填写报验单，并上报经监理工程师，以便对钻机的平台水平、对中、钻杆垂直度等进行检查，符合要求后才允许钻孔施工。在钻孔施工前，还需要对其开展运转试验，并对钻机的稳定和机况进行详细检查和记录，以确保后续成孔施工的顺利进行。
        3.3泥浆护壁及成孔
        3.3.1泥浆配制和管理
        本工程施工阶段选择了原土造泥浆，并借助专用设备、仪器，委派专业人员对再生泥浆和新制泥浆质量进行检查和控制。根据本工程的地层特点，来对新制泥浆进行配制，其一般需要在每台桩机第一根桩施工过程中，按照要求拌制一部分，或者可以直接从外运进带粘性土的泥浆，而且在具体成孔施工阶段，可以借助孔内黏土自成泥浆，以期满足施工要求。
        本工程施工过程中，可以选择废浆池及泥浆循环（沉淀）池。在成孔施工过程中，由泥浆泵将循环池泥浆输送入钻杆内腔，然后通过钻头出浆口顺利的射出，这样可以沿孔壁与钻杆间的环状空间带动钻渣上升到孔口溢后，顺利的进沉淀池，最后再到循环池就构成了一个完成的循环系统，如图1所示。

        图1钻孔泥浆循环示意图
        在成孔施工阶段，还需要按照要求做好泥浆性能指标的控制与检测工作，并结合不同地层的实际情况，来对泥浆指标进行调整和记录。在施工过程中，还需要定期对循环沟、泥浆池进行疏通处理，以保证泥浆循环畅通。用泥浆罐车将沉淀池的废浆和沉渣运到指定地点，以确保泥浆池具备足够的容积，进而确保后续成孔施工的顺利进行。
        3.3.2钻进成孔
        钻进成孔一般会选择正循环钻机，并按照要求一边钻进，一边注入泥浆护壁。通常情况下，在开孔前，需要先将泥浆泵起动，待泥浆正常循环后，开动钻机缓慢钻进，直至钻至孔底。实际上，在开孔前，最好轻压慢钻，待钻至2～3m后，才可以逐渐提升钻压和转速正常钻进。在钻进过程中，还需要按照要求对钻机钻杆的垂直度、成孔泥浆状况及回转平台的水平进行检查，根据检查结果进行相应的调整和记录，以确保钻进施工的顺利进行。
        借助GPS-10型工程钻机进行钻进施工，并选择了泥浆护壁正循环成孔工艺，为了提高成孔质量，可以选择清孔泵清砂，这样可以降低循环泥浆含砂率，以期更好的满足施工要求。成孔过程中，需要严格按照规范进行操作，并采用减压低速钻进的方式来确保开孔的垂直度。成孔施工时，一般设计桩径为￠800mm，并保证钻头直径与桩的设计直径相匹配，具体施工过程中，锥形钻头夹角最好超过120度。钻进施工阶段，需要对钻杆和钻具长度进行准确计算，并对杆上余尺给予准确丈量，从而得到正确的孔深。
        结合钻孔施工情况来对钻进压力及转速进行科学、合理的控制，同时，结合不同地质特点，对钻压、钻速等参数进行控制，对于粘土层等一般土层，可以选择Ⅱ档（70转/分），并适当的降低钻压，提升钻进速度；而对于砂层土等特殊情况，可以选择Ⅰ档（40转/分），并适当的减慢钻进速度，提高钻压。在钻进施工过程中，如果想要加接钻杆，需要按照要求将钻具提离孔底，并且在泥浆循环2～3min后，才可以拧卸钻具。
        钻孔深度要尽可能的大于设计孔深，但是超深要小于30cm，而且要求成孔垂直度偏差尽可能控制在0.5/100范围内。对于缩孔部位，一般会选择Ⅰ档（40转/分），并适当的减慢钻进速度，提高钻压，并按照要求对该部位进行多次扫孔处理，以此来提高其施工质量。在成孔过程中，要确保孔内泥浆稳定，如果遇到松软易塌土层时，需要对泥浆性能指标进行调整，经常对泥浆循环池中存在的多余废浆进行疏通处理。
        成孔至设计深度后，需要按照要求对其质量进行检查，然后会同工程各单位来开展孔深检查，检查结果符合要求后，才允许开展下一道工序施工，该过程还需要采取有效措施来对孔口进行保护，避免杂物掉落孔内而影响施工质量。
        3.3第一次清孔、提钻杆
        在正循环钻孔成孔结束后，需要按照要求略提高钻杆0.2～0.3米，并借助钻杆进行第一次清孔，该过程中要确保第一次清孔时间大于30分钟，其既能够对成孔时产生的沉渣给予有效清除，而且还可以捣碎较大泥块，以确保较小的泥块能够从孔口随泥浆泛出。实际上，第一次清孔的主要目的是通过清孔的方式可以充分置换成孔阶段的超标泥浆，以确保清孔后的泥浆满足施工要求。
        根据钻杆的长度和钻机平台标高，来对钻孔深度进行准确判断，当钻孔深度满足设计要求时，可以停止钻进，并按照要求提高钻头至孔底200～300mm，该过程仍然需要维持泥浆正常循环，以确保孔底沉渣得到有效清洗。起钻时要小心操作，避免钻头拖到孔壁，同时还需要按照要求向孔内补入泥浆，以确保孔内水头高度符合设计要求。
        3.4钢筋笼安放
        在进行钢筋笼制作过程中，一般选择分节制作的方式，然后由钢筋工班长对其质量进行检查，安放前还需要质量员会同监理、业主对其进行检查和验收，只有验收结果符合要求后才允许下放。对于钢筋笼堆放场地要尽可能保证平整，而且堆放层数要低于2层，并按照要求做好状态标识。要想使钢筋笼的标高满足设计要求，需要委派专业测量人员对钻机平面标高进行测定，并由施工员按照要求对焊接吊筋长度进行测定。在吊车的辅助下，对钢筋笼进行吊放，选择垂直对中法对钢筋笼孔口进行焊接，并保证上节笼垂直于下节笼，同时还需要按照要求保证上、下节笼中心轴线重合，且位于孔的中心位置，随后就可以用吊机将钢筋笼吊放至孔内设计深度，即完成了钢筋笼安放工作。
        3.5导管安装和第二次清孔
        3.5.1导管安装
        本次工程施工过程中，￠800mm以下桩均选择了200mm直径导管来对水下砼进行浇筑，而超过（包含）￠800mm的桩一般会选择250mm直径导管水下砼进行浇筑。下导管前，需要对导管的密封性能进行详细检查，查看其导管连接密封圈是否完好、导管质量是否存在漏水现象等。导管安装时，需要保证导管接头垂直且不存在漏水问题。当钢筋笼下放至孔内设计标高时，要在地面对其进行固定处理，并且在钢筋笼安装完成后，及时下放导管，并将清孔器与泵进行连接。在导管吊放过程中，要保证其轴线顺直，位置居中，稳步沉放，避免碰撞孔壁和卡挂钢筋笼。安放结束后，还需要在导管下口离孔底大概30cm的位置，借助3PNL泵来开展泥浆循环清孔处理，并结合实际情况调整泥浆循环池内泥浆指标，及时将不符合要求的废浆排除。
        3.5.2第二次清孔
        在进行第二次清孔过程中，主要是将砼导管及钢筋笼安放过程中产生的沉渣及时清除，而且第二次清孔一般是对第一次清孔至导管下完后这段时间内泥浆的新沉淀物进行上泛或置换处理，以确保孔底附近的沉渣厚度及泥浆指标满足规范要求。第二次清孔一般会选择正常循环的方式，以确保孔底沉渣得到彻底排出，同时还可以有效降低孔内泥浆密度。在进行第二次清孔过程中，要求返浆比重小于1.30、泥浆比重小于1.15、泥浆黏度小于25S、沉渣厚度应小于5cm。清孔时间最好控制在20～30min范围内，以此来有效提高清孔质量。
        3.6水下混凝土浇筑
        在进行水下混凝土浇筑过程中，一般需要按设计强度等级来确定混凝土强度等级，粗骨料最好选择粒径为5～25mm的碎石，砂通常选择级配良好的中砂，优先采用矿渣水泥，并将混凝土水灰比控制在0.6以下，坍落度控制为20±2cm。浇砼过程中，要对井口台板的质量及导管吊绳进行检查，一旦发现问题要给予及时的更换。浇筑时，最好对初灌量给予准确计算，并对集料斗进行加工处理。首次浇筑时，一般会选择隔水球和盖板，具体如图2所示，其一般是先把隔水球放入导管口内，随后在混凝土漏斗下口位置盖上盖板，当混凝土装满漏斗后，需要缓慢拉起盖板，以确保混凝土可以顺利的下入到孔底。

        图2隔水栓构造示意图
        在进行混凝土连续浇筑过程中，一般需要随浇随拔管，而且要求中途停息时间低于30min，以免诱发断桩事故。在混凝土浇筑过程中，需要将导管埋入混凝土中1.5～4m，并借助导管内外混凝土压力差来逐渐提升混凝土的浇筑面，并保证其上升速度超过2m/h，直至超过设计标高2m为止。在浇筑接近完成时，需要将适量清水注入在孔内，以便稀释槽内泥浆并顺利的排出槽外，这样可以确保泥浆全部排出。图3描述的是导管法灌注流程图。

        图3隔水栓导管法施工程序图
        4结语
        钻孔灌注桩应严格按照规范和设计文件进行施工，每一个差错和偏差都会造成巨大的经济损失。正循环钻孔灌需要环环相扣连续的工艺操作，对混凝土的质量、钢筋笼的制作、钻孔的形成、泥浆的配制、混凝土的浇筑等都有严格的规范要求。合理规划施工方案，加强施工过程主要控制点的质量控制，最大限度地提高施工效率，提高工程质量。
        参考文献:
        [1]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012[S].
        [2]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012[S].
        [3]《钻孔灌注桩施工规程》（DGTJ08-202-2007）[S].