泥浆护壁冲（钻）孔灌注桩施工及质量控制

泥浆护壁成孔：是用成孔机械成孔，在成孔过程中通过泥浆保护孔壁并排出土渣。主要有正循环钻孔法、反循环钻孔法、冲击成孔法及旋挖成孔法等几种。泥浆作用：具有保护孔壁、防止塌孔、排出土渣以及冷却与润滑钻头的作用。泥浆一般需专门配制，当在粘土中成孔时，也可用孔内钻渣原土自造泥浆。工艺流程：所有泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺流程大致都一样，如下图所示。要点：钻头选型、泥浆指标参数控制和清孔是泥浆护壁灌注桩施工控制的关键环节。
泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺流程图

（一）正、反循环钻成孔法
正、反循环钻成孔法区别在于正循环钻成孔时，泥浆循环方向为泥浆池、泥浆泵、钻杆而由钻头进入孔内，在完成护壁功能的同时将渣土悬浮带出地面，再靠重力作用流回泥浆池，在渣土泥浆池中沉淀后，经重新稀释后再注人孔内。反循环钻成孔时，泥浆的循环方向正好与上述相反，泥浆从孔壁与钻杆间的空隙注人孔内，携带渣土的泥浆由泵或空气(气举法)经钻杆排出孔外至沉淀池，经处理符合要求后，再流回孔内。反循环钻进按孔内和钻杆内冲洗液动力来源与工作原理不同分为：泵吸反循环钻进、气举(压气)反循环钻进和喷射(射流)反循环钻进等三种方式。适用范围：正循环钻孔法受其排渣方式的限制，其成孔深度和适用地层都受一定限制，一般仅适用于粉砂、黏土等细粒土，成孔深度一般在30~40m。相对于反循环钻孔，该方法设备简单、钻机小、适用较狭窄的场地，但对桩径较大、桩孔较深及容易塌孔的地层，这种方法钻进效率较低，排渣能力差,孔底沉渣多。反循环钻成孔法适用范围较广，从软土、粉细砂到软砾石层、风化岩层，成孔深度可达100m，最大孔径达5m，是其他机械成孔工艺难以达到的。

（二）冲击成孔法
冲击成孔灌注桩施工法是采用冲击式钻机或卷扬机带动一定重量的钻头，在一定的高度内使钻头提升，然后突放使钻头自由降落，利用冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔,再用掏渣筒或反循环抽渣方式将钻渣岩屑排除。每次冲击之后,冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下转动一定的角度，从而使桩孔得到规则的圆形断面。冲击钻头形式有十字形、一字形、工字形、人字形、圆形和管式等。其中以十字形钻头应用最广，其接触压力较大，冲击成孔形较好，适用于各类土层和岩层。遇到回旋钻及其他钻进方法难以施工的卵砾石层或岩层时，选用冲击成孔施工法，常能取得较理想的结果。

（一）施工流程
（1）测定桩位根据设计图纸对桩位进行放线，严格控制桩位精度，是保证桩基础施工质量的前提条件。所有桩点一次性全部测放、复核，每天对预钻进桩点进行二次复核检查，确保桩位准确，桩点放线偏差应≤10mm,采用4根木桩加钉小钉（即定位桩）十字法定位，如下页图所示，并防止车辆、机械、人员等碾压、踩踏移位、破坏。

（2）埋设护筒

护筒是用4～8mm厚钢板制作，内径应大于钻头直径100 mm，上部宜开设1～2个溢浆孔。
护筒的设置不仅仅起到桩孔定位及护口作用，在地下水位较高或水下施工中，还起到隔离水流渗入孔内的作用。埋设护筒时，先挖去桩孔处表土，将护筒埋土中，保证其准确、牢固、稳定，倾斜率≤5‰。检查并控制护筒中心与桩中心点的偏差不得大于50mm，护筒与坑壁之间用粘土填实，必要时在面层铺设20mm厚水泥砂浆，以防漏水。护筒的埋设深度，在粘性土中不宜小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m，护筒顶面应高于地面0.4～0.6m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1.0m以上，受水位涨落影响或水下施工的灌注桩，护筒应加高加深，保证泥浆面高出最高水位线1.5m以上。在正式施钻前，复核检查每一个桩中心与护筒中心偏差值，控制其在规范或设计要求范围内。（3）桩机就位桩机就位时，精心调平，保证钻头中心与桩位中心相重合，偏差≤20mm；垂直度偏差＜1%，并确保成孔机械在整个钻孔过程中的稳定性，避免其产生前倾和侧倾，以至影响桩孔的垂直度。为此，对于土质软弱的施工现场需要对地面进啊行适当的加固处理，并适当加大承重枕木的面积。 （4）成孔钻孔机具及工艺的选择，应根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放及处理等条件综合确定。如果是端承为主的结构桩，地基土中含有碎石土、砂卵石、土层较坚硬及风化岩比较多，则适宜选用冲击钻机成孔方式，即冲孔桩；（5）清孔当钻孔达到设计深度要求后，即应进行验孔和清除孔底沉渣、淤泥。在灌注混凝土之前，孔底沉渣应符合下列规定：端承型桩≤50mm；摩擦型桩≤100mm；抗拔、抗水平力桩≤200mm。为此，在清孔过程中要不断置换泥浆，直至浇筑水下混凝土，并保持孔底500mm以内的泥浆比重应＜1.25。含砂率不得大于8%；黏度不得大于28s；在容易产生泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施。孔底沉渣可用重锤法或X-2型沉渣仪检测。重锤法是依据手感来判断沉渣表面位置，然后凭测锤重量夯入沉渣的厚度作为测量值。重锤法要求经验丰富，否则测量误差较大。X-2型沉渣仪是利用测试探头和仪表量测。如下图所示

（6）钢筋笼的制作和安装钢筋笼制作：制作时，箍筋与主筋隔点点焊；预制环形保护层垫块纵向设置间距5～6m一组，一组不少于4档，沿钢筋笼周围均匀分布，距笼顶2m另加设1道。垫块环径即为保护层厚度。环形垫块可以减少孔壁的刮伤及增加钢筋保护层的均匀性。分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接或机械连接（钢筋直径大于20mm），并应遵守国家相应的现行标准《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107、《钢筋焊接及验收规程》JGJ18和《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204的规定。钢筋笼制作允许偏差：

钢筋笼的吊运、安装：为了防止钢筋笼在吊运过程中发生纵横向不可自动复原的变形，要采用临时加强刚度的措施。一般采用体直、质轻、便于安装的杉木杆，安装时注意杉木杆的大头朝上且吊运绳索连同钢筋、杉木杆一起捆绑，并要逐一检查保护层垫块是否完好、数量足够，否则补绑弧形垫块。 钢筋笼的安放：钢筋笼竖直对准孔口中心后，要缓缓下放，避免碰撞孔壁或自由落下；两段钢筋笼孔口焊接时，要保证其稳定性，下放到位后，检查并控制笼顶标高偏差值在±100mm以内，然后再用吊杆安置牢固，严防下落和灌注混凝土时上浮。

（7）浇筑水下混凝土 为保障灌注顺利，混凝土必须具备良好的工作性。《建筑桩基技术规范》JGJ94对水下混凝土的多项关键指标进行了界定和要求：其中坍落度宜为180~220mm；水泥用量不应少于360kg/m3(当掺入粉煤灰时水泥用量可不受此限)；含砂率宜为40%~50%，并宜选用中粗砂；粗骨料的最大粒径应满足 “其粒径不得大于钢筋间距的1/3”的要求。水下混凝土灌注根据工程条件不同进行选择，如刚性导管法、柔性导管法、袋装法、开底容器法、泵送法、倾注法等，常用的是刚性导管法。其特点是：混凝土沿竖向导管下落，利用导管隔离泥浆，使其不与混凝土接触，导管内的混凝土依靠自重压挤下管口的混凝土，并在已灌入的混凝土内流动、扩散，保证混凝土的整体性。刚性导管法：导管壁厚不小于3mm，直径宜为200～250mm；直径制作偏差不应超过2mm，底管长度不小于4m。导管内宜采用球胆设隔水栓，用细钢丝悬吊在导管下口，待导管内有足量混凝土时剪断钢丝，其被冲出，混凝土随即冲出导管。混凝土灌注：在施工中应该注意混凝土的浇灌速度。初灌时，灌注速度要快，防止堵管。在灌注过程中，应保证注浆顺利，导管在提升捣实混凝土时，不得猛提或超量提升，否则易造成断桩、夹泥等事故，影响桩体质量。 灌注水下混凝土的质量控制应满足以下要求：①开始灌注水下混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为300～500mm②首次灌注时，导管的下口埋入混凝土灌注面以下深度≮0.8m；③导管埋入混凝土深度宜为2～6m。灌注时要保持孔内混凝土面均匀上升，导管的提升速度应与混凝土上升速度相适应。 ④应控制最后一次灌注量，超灌高度宜为0.8～1.0m，，浮浆层凿除后必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计等级。

（二）质量控制
冲击成孔灌注桩施工注意事项1、在钻头锥顶和提升钢丝绳之间应设置保证钻头白动转向的装置。2、冲击成孔质量控制应符合:开孔时,应低锤密击,当表土为淤泥、细砂等软弱土层时,可加黏土块夹小片石反复冲击造壁,孔内泥浆面应保持稳定；进入基岩后,应采用大冲程、低频率冲击,当发现成孔偏移时,应回填片石至偏孔上方300~500mm处,然后重新冲孔；应采取有效的技术措施防止扰动孔壁、塌孔、扩孔、卡钻和掉钻及泥浆流失等事故；每钻进4~5m应验孔一次,在更换钻头前或容易缩孔处,均应验孔；进入基岩后。非桩端持力层每钻进300~500mm和桩端持力层每钻进100~300m时，应清孔取样一次,并应做记录。3、冲击成孔操作要点

4、排渣可采用泥浆循环或抽渣筒等方法,当采用抽渣筒排渣时，应及时补给泥浆。5、冲孔中遇到斜孔、弯孔、梅花孔、塌孔及护筒周围冒浆、失稳等情况时，应停止施工，采取措施后方可继续施工。6、大直径桩孔可分级成孔，第一级成孔直径应为设计桩径的0.6~0.8倍。7、清孔宜按下列规定进行：（1）稳定性差的孔壁应采用泥浆循环或抽渣筒排渣,清孔后灌注混凝土之前的泥浆指标应满足规范要求；（2）清孔时，孔内泥浆面应符合规定要求；（3）灌注混凝土前，孔底沉渣允许厚度应符合《建筑桩基技术规范》JGJ 94的规定。8、浆渣处理《建筑桩基技术规范》JGJ94规定：应对废弃的浆、渣进行处理，不得污染环境。不经处理的泥浆如果直接排放，会对环境造成污染，随着环保意识及文明施工要求的提高，对废弃泥浆、渣土的处理越来越受重视。

1.孔壁坍塌：指成孔过程中孔壁上土层不同程度的坍落
1）产生：常出现在冲（钻）孔桩施工现场地质环境中带有较厚的砂层、淤泥层、卵石层等夹层部位的成孔过程中，由于砂层、淤泥层和卵石层的整体性较差，当施工至夹层时．桩孔位置被掏空，遇到冲（钻）孔桩施工的外力作用，夹层部位的孔壁不稳定而又采用一般地质条件中使用的泥浆，护壁不能保持完整性而向桩孔内塌落；若在石灰岩地区施工，当桩孔碰到地下溶洞、溶槽、井或地下河时，桩孔内泥浆面会因泥浆漏走而骤然下降，使桩孔壁上部突然失去泥浆静压力的作用而向桩孔内坍塌。2）处理：常用的处理方法是选用胶体率较高的粘土块来造浆，同时增大泥浆比重，塌孔较严重的可向桩孔内加粘土块夹小石片，反复冲击造壁。在孔壁坍塌段用石子粘土投入，重新开钻，并调整泥浆比重和液面高度；使用冲孔机时，填入混合料后高低锤密击，造成坚固孔壁后，再正常冲击。若以上方法仍没有效果。那么，征得设计人员同意采用其它有效的处理方法。
2.偏孔：指成孔过程中出现孔位偏移或孔身倾斜垂直度不满足规范的要求。
1）产生：引起斜孔的原因有以下几种：土层软硬不均、桩架不稳固、导杆不垂直等。桩孔位置有较大的探头石，或桩施工现场地质岩层走向的坡度很大，桩孔内出现一边软一边硬的地质情况，使钻头或冲锤挤向软的一边而引起斜孔；在粉细砂或石泥软土层中成孔，冲进或钻进过快，都会引起轻微的塌孔，使孔径增大，此时，孔壁对钻头或冲锤的约束减少，如不及时控制好进尺速度，很容易使冲锤或钻头因摆动偏向一方，导致偏孔。
2）处理：发生斜孔后，将桩架重新安装牢固、平稳垂直，若是钻孔成孔的多改用冲锤成孔来矫正；斜孔不严重的可用低锤密冲矫正。若斜孔较严重的可向桩孔内回填充石和枯土块，然后用低锤密冲，反复矫正。如偏移过大，应填入石子粘土，重新成孔；如遇孤石，而又是采用普通的GJC-40HF、SPJ-300或CPS-10(15)回转钻机、CZ-22型冲击钻机等设备施工的，因进尺慢(通常每小时进尺仅10-20cm)且钻头损耗严重，可参照钻探取岩芯的原理，在原回转钻机上安装一个大直径的钢筒套(直径同设计桩径)，套筒端部焊上合金钢，并配上大功率电机，这样可以使钻岩速度提高数倍，将岩芯取出地面；遇基岩倾斜，可投入毛石于低处，再开钻或密打。
3.孔底沉渣隔层：指孔底残留石渣过厚，孔脚涌进泥沙或坍落泥土沉底。

1）产生：这是泥浆护壁成孔灌注桩施工容易出现的较严重的施工质量问题，造成这种施工质量问题的原因主要有以下几种：

a．清孔阶段的遗留因素。岩渣粒径过大，清孔的泥浆无法使其呈现悬浮状态并带出桩孔而成为永久性沉渣；清孔后的泥浆比重过大，以致在灌注混凝土时，混凝土的冲击力不能完全将桩孔底部的泥浆反起，造成混浆；清孔之后到灌注混凝土期间的间歇时间过长，使原来已处于悬浮状态的岩渣沉回桩孔底部。这些沉淀的岩渣过厚不能被反起而成为永久性沉渣，造成施工质量问题。
b．混凝土灌注阶段的影响因素：浇筑混凝土、安放钢筋笼时碰撞孔壁造成坍孔落土；导管下端距离桩孔底部过高，影响了混凝土的冲击力对桩孔底部泥浆的反起效果，并可能造成初始灌注的混凝土无法包裹住导管的下端，造成混浆或夹层；初始灌注的混凝土的塌落度过小，流动性差，影响了混凝上的冲击作用而造成底部混浆；导管内壁过于粗糙，“光洁度”不足，减小了初始混凝土灌注时球胆在导管中的下落速度，影响了混凝土的冲击作用，造成桩底部混浆。2）防止和处理：防止和处理桩底沉渣过厚或混浆的措施有如下几种：①认真检查清孔阶段的岩渣粒径，以及清孔后的泥浆比重。为了提高泥浆的清孔效果，可在泥浆中加入外加剂碳酸钠，一般掺入量为0．l％～0．3％。外加剂碳酸钠可以提高泥浆的胶体率和稳定性。②严格控制好清孔后的停置时间，若时间过长，应利用灌注混凝土的导管重新清孔，再进行水下混凝土的灌注工作。③严格控制好导管下端到桩孔底部的距离，通常为30～50cm，且不超过50cm。确保初始灌注的混凝土数量能盖过导管下端，且使导管的初始埋置深度不小于lm。 ④严格控制好混凝土的塌落度，确保混凝土的流动性。经常清理导管内壁，以确保其“光洁度”，从而避免初始混凝土灌注时减小球胆在导管中的下落速度，或造成导管堵塞，影响了桩芯混凝土的灌注质量。⑤对于桩长大于35m的冲（钻）孔桩，在采用正循环施工清孔没有把握时，应利用真空泵采用反循环施工对桩孔底部沉渣进行清孔，以确保成桩后的桩底沉渣厚度不超过施工规范的允许厚度。⑥注意泥浆浓度及孔内水位变化，施工时注意保护孔壁；第二次清渣时设置专用泥管，同时下混凝土导管及做好混凝土浇筑的准备工作，在高压泥浆泵作用下，孔中碎渣处于悬浮状态，此时立即浇筑混凝土，这样桩底沉渣可减少到最小程度。⑦做好清孔工作，使沉渣厚度在规范允许范围内：端承桩≤50mm，摩擦桩≤100mm。
4.夹泥或软弱夹层：指桩身混凝土混进泥土或形成浮浆泡漆软弱夹层。
1）产生：浇筑混凝土时孔壁坍塌，或导管下口埋入混凝土高度太小，泥浆被喷翻，掺入混凝土中。

2）措施：经常注意混凝土表面标高变化和保持导管下端埋入混凝土中的深度，一般宜控制在2-4m间；在钢筋笼放入孔内4h内应浇筑混凝土。
5.流砂：指成孔时发现大量流砂涌塞孔底
1）产生：孔外水压力大于孔内水压力，孔壁土松散。

2）措施：流砂严重时可抛入碎砖石、粘土，用锤冲入流砂层，阻止流砂涌入。
6.断桩: 即是桩身混凝土带有软弱夹层

1）产生：造成这一质量问题的常见原因是在水下混凝土的灌注过程中，导管的提升控制不当，致使导管下端提离了混凝土面，然后不作任何处理又插回混凝土中继续施工；或出现导管堵塞后无法疏通，需要将导管提出桩孔疏通，致使混凝土灌注工作中断，而继续施啊工时对前后的衔接问题处理不当，造成前阶段混凝土面的泥浆等杂质不能被完全反起排出而遗留在衔接面上。

2）处理：断桩质量问题的处理采用与孔底沉渣隔层相同的处理方法。（1）在施工全过程中，应严格执行有关机械的安全操作规程，由专人操作并加强机械维修保养，经安全部门检验认可，领证后方可投入使用。 （2）电气设备的电源，应按有关规定架设安装；电气设备均须有良好的接地接零，接地电阻不大于4Ω，并装有可靠的触电保护装置。 （3）注意现场文明施工，对不用的泥浆池应及时填平；对正在使用的泥浆池加强管理，不得任泥浆溢流，捞取的沉渣应及时清走。各个排污通道必须有标志，夜间有照明设备，以防踩入泥浆，跌伤行人。（4）机底枕木要填实，保证施工时机械不倾斜、不倾倒。 （5）护筒周围不宜站人，防止不慎跌入孔中。 （6）吊车作业时，在吊臂转动范围内，不得有人走动或进行其他作业。 （7）钻进岩石或地下障碍物时，要注意机械的震动和颠覆，必要时停机查明原因方可继续施工。 （8）拆卸导管人员必须戴好安全帽，并注意防止扳手、螺丝等往下掉落。拆卸导管时，其上空不得进行其他作业。 （9）钻孔时，孔口加盖板，以防工具掉入孔内。