浅谈公路桥梁钻孔灌注桩施工质量控制
摘要：钻孔灌注桩具有抗震性好、承载力大、施工噪音小、可以解决特殊地基沉载力等诸多优点，目前在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。本文就公路钻孔灌注桩的施工质量控制谈一些体会。
关键词：钻孔灌注桩；施工；质量控制
钻孔灌注桩具有抗震性好、承载力大、施工噪音小、可以解决特殊地基沉载力等诸多优点，目前在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。但灌注桩地下施工不可预计因素多，工程质量较难控制，桩基施工既有机械操作，又有钢筋加工、混凝土拌制和灌注等多种工作，工序种类繁多，影响因素多，水下混凝土施工要求严格，稍有不慎，就可能出现孔底沉泥、缩颈、夹渣、断桩等，可能造成质量事故。本文就公路钻孔灌注桩的施工质量控制谈一些体会。
一、钻孔灌注桩施工工艺
钻孔灌注桩施工工艺流程一般如下图：施工准备→泥浆制备→埋设护筒→桩机就位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拨出护筒→检测成桩质量检测
二、施工质量控制要点
1、施工准备
（1）施工前首先要做好场地平整，探明和清除桩位处的地下障碍物，按平面布置图的要求做好施工现场的施工道路、供水供电、泥浆池和排浆槽等泥浆循环系统、施工设施布置、材料堆放等有关布设。
（2）施工前应逐级进行图纸和施工方案交底，并做好原材料质量检验工作。
2、钻孔机的安装与定位
安装钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，在垫上钢板或枕木加固。
为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动大致定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上，以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。
3、埋设护筒
钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持壁地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。
制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm），每节长度约2～3m。一般常用钢护筒。
4、泥浆制备
钻孔泥浆一般由水、粘土（或膨润土）和添加剂按适当配合比配置而成，选择相对密度、粘度适当，含砂率要低，失水率要小，胶体率要高，酸碱度控制在8一10之间的泥浆较好。其主要作用是护壁与悬浮钻渣。为了达到上述的两个作用，钻孔时必须对泥浆的性能、指标进行全面了解，再结合就地取材，选择好的原材料，才能配置出质量好的泥浆，所以在钻孔过程中，对泥浆必须引起足够的重视，以保证钻孔顺利进展，减少事故发生。
5、钻孔
开钻前应根据孔位所在不同的地质条件，不同的桩径，选择合适的钻机型号和钻锥，是实现质量控制的首要条件。在钻孔过程中，应采取减压钻进，孔底承受的钻压不超过钻杆、钻锥和压块重量之和的60%，以避免和减少料孔、弯孔和扩孔现象。应注意钻孔的连续性。因故停钻时，应将潜水钻机及钻锥提升至孔外以防埋钻。发现异常情况，如塌孔、进尺异常等问题，应仔细观察分析，查明原因和位置，及时与监理、设计单位取得联系，采用相应的对策。掉钻落物应及时打捞，以免被泥沙埋没，影响继续钻孔。
6、清孔
在钻孔到位后，要做到的第一步就是清孔。清孔是钻孔桩施工中保证成桩质量的重要一环，通过清孔尽可能使沉渣全部清除，使混凝土与基岩接合完好，以提高桩底承载力。通常用两次清孔来达到规定的混凝土灌注前的泥浆性能指标。
第一次清孔是钻进至设计深度后直接利用钻具进行的换浆清孔工作。第一次清孔是能否达到技术要求的根本基础，不能因为有第二次清孔而忽视第一次清孔的重要性，因为第一次清孔的冲力（吸力）大，清孔能力强，可以把绝大部分沉渣，包括较大的泥块都返出孔外，而第二次清孔是利用截面粗的导管进行，冲力（吸力）要小得多，不能承担主要的清孔责任，因而第一次清孔一定应达到返出的泥浆中不含有大的泥块为止。
第二次清孔是在下完钢筋笼和导管以后利用导管进行的清孔，目的是清除这段时间里从泥浆中沉淀到孔底或是被钢筋笼撞到下去的泥块沉渣，清孔完毕后，应从孔底取出泥浆样品，进行性能指标试验，必须全部符合设计要求和工艺标准后才能灌注混凝土，以保证水下混凝土的顺利灌注，同时保证成桩质量。在清孔过程中必须注意保持孔内水头，防止坍孔；但不得用加深钻孔深度的方式来替代清孔。可用相对密度较低的泥浆或清水压人清孔，具体应视实际情况而定。如地下水位高时，地层容易坍塌，泥浆相对密度可大些，但过大会造成混凝土顶升困难，特别要注意的是避免泥浆比重上下不一的情况。清孔过程中应注意保持水头，经常检测泥浆指标，一旦达标，迅速起钻。可用直径比设计桩径小5cm钢筋圆圈放人孔内验收桩径，然后下钢筋笼，尽可能缩短浇筑前的操作时间，减少沉淀量。严禁用加深孔底深度的方法代替清孔，这将会极大地降低桩尖处土的极限承载力，也容易因泥浆相对密度过大而造成夹泥或断桩。
7、钢筋笼的制作及安装
进场的钢筋必须出具合格证或产品质量检验报告，同时还按现行钢筋检验标准取样试验，不符合质量要求的钢材严禁使用。
在成孔过程中及时组织钢筋笼的加工制作，在加工过程中，注意覆盖，防止加工后淋雨产生锈斑；同时声测管固定在笼的内部，焊接位置必须保证与邻近钢筋净距大于等于钢筋最小净距，接头必须密封且应保证其位置垂直，以确保水泥浆不会渗人管内而影响检测质量。在同一截面内，接头错开，接头数不超过钢筋总数的50%，对钢筋笼立焊的质量要特别加强检查控制。下放前准确计算钢筋笼的置放位置，要保证伸进承台部分的钢筋长度。下放时，随时调整笼子的位置，使笼中心与桩中心保持一致。应保持垂直状态，对准孔位徐徐轻放，并注意不能碰撞孔壁，防止将泥土等杂物带人孔内或引起坍孔。可采用吊车进行吊装，钢筋笼吊装至设计位置后，采用地锚和井架固定牢固，以减缓混凝土上升时的顶托力，防止其上升。在钢筋笼的吊装时严禁强制性下放钢筋笼，以免造成钢筋笼变形。在下导管前，应对导管的连接进行水密试验，并记录各节长度和编号，便于浇筑过程中的长度计量。
8、浇筑水下混凝土
（1）首先是材料的准备工作。选择集料应满足级配要求，施工中应需两种或两种以上不同规格的石料，计算并经试验验证结果，以确定符合要求的最优级配。假如级配不合理，容易形成大粒集中，造成水下混凝土灌注桩易产生离析，留下质量隐患。其次就是对各项操作机械进行检查，包括搅拌机的试运转，如果是翻斗车运输则还应检查翻斗车的性能，运料。导管在每次浇筑卸管后即冲刷干净。在准备工作期间，还应准备好水泵、吸泥机、高压水管等各种处理故障的设备，以防万一。在开浇前，应测量孔底沉淀厚度，保证不大于规定值。如果大于规定值，还得再次清孔。此时，可用喷射清孔法，即用高压射水或射风数分钟，待少量沉淀物漂浮后，立即浇灌水下混凝土。
（2）钻孔灌注桩要求混凝土有良好的和易性，以便在水中自行摊展，必要时可加人减水剂，以提高拌和物的流动性，使混凝土在灌注时保持足够的流动性。根据经验，首批混凝土除数量满足埋深要求外，可适当增加一点水泥量及含砂量，以保证其和易性和流动性，使以后浇人的混凝土容易顶升；若首批混凝土的初凝时间早于灌注全部混凝土所需时间，则首批混凝土中还得掺人缓凝剂。经常检测混凝土的坍落度，应控制在18～22cm的范围内。
（3）灌注水下混凝土前应认真测量孔深和导管长度，准确计算料斗、导管容量以及首批混凝土量，同时要严格控制导管悬空，并根据孔径大小、孔深、导管粗细、料斗大小、沉淀多少和孔底而采用相应值。浇筑过程中，最重要的就是控制导管的埋深，规范要求在2～6m范围内。埋深过小会使管外混凝土面上的泥浆卷人混凝土形成夹泥；过大则使混凝土不易流出顶升，还可造成桩外周的混凝土出现骨料离析和空洞，减小桩的有效直径；亦可造成近导管处混凝土面高，远导管处混凝土面低，从而混凝土先顶升再水平扩散，出现死角区，使泥浆和混凝土混合物填实在死角区，造成钢筋的握裹力不足。在每次下料后，都应准确测定混凝土面的上升高度，计算导管埋深，从而确定导管拆卸的节数，作好拆卸记录，防止导管拔出混凝土面而造成断桩。在混凝土浇至钢筋笼位置时，应放慢混凝土浇筑速度，使导管有较大的埋深，待混凝土表面进人钢筋骨架一定深度后，再提升导管口控制在最小埋深，使导管口高于钢筋笼底骨架一定距离继续灌注，防止钢筋笼被顶托上升。
（4）灌注过程中应准确实测混凝土面的上升高度，随时与实灌混凝土量的理论上升高度验证，计算时应结合地质资料考虑必要的充盈量及扩孔、缩径等因素。为防止钢筋笼上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋笼底部lm左右时，应降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌和物上升到钢筋笼底口4m以上时，提升导管，使其底口高于钢筋笼底部2m时，可恢复正常灌注速度。当灌注将至设计位置时，由于导管外泥浆稠度增大，混凝土顶升困难，可用水冲法稀释泥浆，提高灌注落差，并适当加大埋深，因为此时泥砂、部分拌和物及被首批混凝土翻上来的沉淀物等杂物均落在混凝土的上面，测深无法反映混凝土顶面高度，容易造成误测，致使过早停浇。
三、桩基质量检测与验收对
质量检测可检验钻孔灌注桩成桩后承载力能否达到设计要求。这里仅指桩身结构完整性（即桩体质量）及桩承载力检测。桩身结构完整及桩的承载能力检测有钻芯法、动测法、声波透射法及射线法，以及静荷载试验法。静载荷法比较直观，得出的数据容易让人信服，但缺点是堆载的重量常常达到数百吨、操作不便、费工费时；动测法可通过波速检测出桩身的完整性及桩的长度，测出长度的误差一般在±300mm；取芯法缺点是取芯深度也有限；目前只有声波透射法，其机理明确，设备简单，使用方便，检测准确可靠，能测出桩身完整性、均匀性而被广泛应用。仅采用静荷载法不能保证施工后沉降达到设计要求；目前动测法还不能直接测出承载力值。因此，把静载荷法和动测法结合起来较为合理。
四、结束语
综上所述，钻孔灌注桩施工中，严格按照规范要求施工,切实加强质量管理意识，要保证钻孔灌注桩的施工质量，必须强调现场人员要有高度责任心，对钻孔灌注桩施工的每个细节、每道工序都要做到严格控制，以防为主，从严控制，对桩基各个施工环节要充分重视并精心施工，只有这样钻孔灌注桩的质量控制才能得到保证,避免各种事故的发生。