人工挖孔灌注桩的施工特点（岩土工程之冲孔灌注桩特点）

01、钻孔灌注桩简介

钻孔灌注桩的问世：

在100多年前由于工业发展以及人口增长，高层建筑不断增加，但是因为好多城市的地基条件比较差，不能直接承受高层建筑所传来的压力，地表以下存在着厚度很大的软土或中等强度的粘土层，建造高层建筑如仍沿用当时通用的摩擦桩，必然产生很大的沉降。于是工程师借鉴了掘井技术发明了在人工挖孔中浇筑钢筋混凝土而成桩。

于是在随后的50年之后，即20世纪40年代初随着大功率钻孔机具的研制成功首先在美国问世，二战后，世界各地特别是欧美发达国家经济复苏与发展，时至今日，随着科学技术的日新月异发展，钻孔灌注桩在高层、超高层的建筑物和重型构筑物中被广泛应用。

钻孔灌注桩的定义：

在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人工挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而成的桩。

钻孔灌注桩的分类：

按成孔方法不同，灌注桩可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩和冲孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。

钻孔灌注桩的用途：

用作桩基础（抗压桩及抗拔桩），支护体系（常与搅拌桩及高压旋喷桩配合使用）。

02、冲孔灌注桩的特点

优点：

1、用冲击方法破碎岩土，尤其是破碎有裂隙的坚硬土和大的卵石所消耗的功率小，破碎效果好；同时，冲击土层时的冲挤作用形成的孔壁较为坚固；

2、在较大的卵石层、漂砾石层中施工成孔率较高；

3、设备简单、操作方便，钻进参数容易掌握，设备移动方便，机械故障小。

4、钻进时孔内泥浆循环的作用，使得悬浮钻渣循环至地面排除，并保持了孔壁稳定，泥浆用量小。

5、冲进过程中，只有提升钻具时才需动力，钻具自由下落是不消耗动力的，能耗小。和回转钻相比，当设备功率相同时，冲击钻能施工较大直径的桩孔。

缺点：

1、利用钢丝绳牵引冲击头进行冲击钻进时，大部分作业时间消耗在提放钻头和掏渣土上，钻速度较低。随桩身加深，掏渣时间和孔底清渣时间相对较长。

2、容易出现桩孔不圆的情况，扩孔l率较高。

3、遇岩层不均匀时容易出现斜孔、卡钻等事故。

4、由于冲击锤能量的限制，孔深和孔径均比回旋钻施工适应性小。

适用范围：

冲击钻成孔适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层和碎石层；也适用于卵石层、岩溶发育岩层和裂隙发育的岩层施工，而后者往往是回旋钻进和其他钻进方法施工困难的地层。桩孔直径以600-1500mm，深30-50m为宜。

03、冲孔灌注桩施工流程

1、钻孔定位

施工过程中采用联测，复测方法以控制桩位。测量给定孔位中心点后，钉一中心木桩，在木桩顶钉一铁钉确定孔位中心点，再按“十字线”法向四周返出四个点钉“骑马桩”，并记录与中心点的距离，当中心桩挖掉后以这四个点测量孔位中心点，确保孔位准确无误。

2、埋设护筒

冲孔灌注桩护筒一般采用钢护筒，也有部分采用钢筋混凝土结构的，护筒作用1、定位；

2、保护孔口，以及防止地面石块掉入孔内；

3、保持泥浆水位（压力），防止坍孔；

4、桩顶标高控制依据之一；

5、防止钻孔过程中的沉渣回流。

护筒必须进入原土200mm；回填必须对称进行，以免护筒跑位；保证桩位位置地下无障碍物。

3、钻机就位

钻机就位平、稳、对、正等，铅锤吊对位、水平尺操平，钻机基础稳固。冲击钻就位应对准护筒中心，要求偏差不大于±20mm，钻机就位后，进行孔位复测，复测完毕合格后方可进行施工。

泥浆：

泥浆密度的控制：

桩基泥浆实际有三大控制指标：比重、稠度、含沙（渣）量。

比重

清孔时泥浆应不断置换,在保证不塌孔的前提下,尽量降低泥浆的密度、粘度。清孔时泥浆密度宜为1.15～1.2 。根据现场地质情况，要求一清控制沉渣，比重1.25左右为宜。

泥浆的比重越大，孔壁越安全。片面的降低含沙量而不断的抽取泥浆会造成泥浆的稀释，如果泥浆的比重小于1.1，接近1的时候，这时的孔是十分危险的，随时都会塌孔，后果很严重。

稠度

稠度和比重在一定程度上越大，越有利于孔壁的安全，其悬浮能力和排渣能力越强，但是这个量越大，施工的成本越高，能耗也越高。同时，含泥砂量亦会大，其附着于钢筋上而影响与砼间握裹力。

含砂（渣）量

泥浆的沉渣是一个时间相关的量，如果在灌注的阶段，比如终孔到灌注的2小时内不超过5cm就可以灌注，不影响施工质量。含沙量越大就越容易沉渣，所以施工时要控制其量小于8%。但是如果片面的追求含沙量低于8%的标准，就会影响到泥浆的比重。

在端承类灌注桩的施工中，沉渣的厚度不能超过5cm，如果超过5cm就会影响到灌注桩的端承效果及钢筋与砼间握裹力。

4、冲孔施工

开孔时应低锤密击，锤高0.4～0.6m，并及时加石块或粘土泥浆护壁，使孔壁挤压密实，直至孔深达护筒下3～4m时，才加快速度，加大冲程，将锤提高到1.5～2m以上，转入正常连续冲击，在造孔时要及时将孔内残渣排出孔外，以免孔内残渣太多，出现埋钻现象。

桩机冲进过程中应进行两次验收，分别为遇岩深度验收和入岩深度验收，根据地质报告的资料与实际冲机施工资料进行对比分析岩样是否一致。

5、清孔

孔内泥浆清孔保证孔内泥浆性能指标符合要求：粘度小于28秒，比重小于1.25Kg/L，含砂量≤8%，孔底沉渣≤50mm。

清孔的方法：1、抽浆法 2、换浆法 3、掏渣法

清孔后沉渣厚度的测量方法,有吊锤测量、超声波、电阻检测等,其中简便常用的是吊锤测量法。方法是: 用吊锤吊至孔底,轻触沉渣面,并记录深度;再牵绳使吊锤抖击孔底沉渣,使其液化,直至坚硬岩面(或其它坚硬土层) ,再次记录深度。2 次记录深度的差值即为沉渣厚度。当沉渣厚度较小时,可通过吊锤感触到孔底坚硬清爽的状况。需要指出,沉渣厚度的检测不宜在二次清孔停水泵后立即进行,而宜以停泵后滞后5min 左右的测量值作为控制。这是因为:清孔后至混凝土浇注前往往有几分钟的时间间隔,如果这时泥浆粘度过高或含砂率过高,就会在这段时间内在孔底积起较厚沉渣或淤泥。

6、吊放钢筋笼

1、钢筋笼整体吊装

2、当钢筋笼过长时可进行分段吊装，需要焊接时，可先将下段挂在孔内，吊高第二段进行焊接，而后放下。骨架外侧应绑扎水泥垫块或在钢筋笼主筋上焊有一定数量的加筋环用以确定保护层。吊放时应垂直放入，避免钢筋笼末端碰到孔壁造成土块塌落至孔低。若钢筋笼在泥浆面以下，应在钢筋笼顶端焊接标志物，露出泥浆面，以确定钢筋笼是否到底。吊入后校正位置垂直，勿使扭曲变形。

7、安放导管

导管用法兰盘进行连接，“O”型圈密封，严防漏水，当清孔完成，应立即吊装导管，导管应事前拼分成几段，依次放好，以便吊装。导管要求垂直平正，不应弯曲，以免妨碍隔水栓的下落，接口密实，不漏水不露浆。导管安放时，先使导管接触孔底，灌注混凝土前提离孔底30cm高。

8、二次清孔

下导管完毕，需进行二次清孔工作，现将泥浆调稀至密度为1.1g/cm3左右，二次清孔清孔结束时必须测定孔低沉渣厚度，要求沉渣厚度＜10cm（一般是5cm左右）时，才能灌注水下混凝土，否则，继续清孔直到合格为止。

9、灌注混凝土

导管法灌注水下混凝土：是将密封连接的钢管作为水下混凝土的通道，其底部以适当的深度埋在灌入的混凝土拌合物内，在一定的落差压力作用下，形成连续密实的混凝土桩身。

在水下灌注混凝土前必须安装隔水栓，料斗装满后，打开隔水栓，让混凝土顺导管向下走（初灌量尤其重要，一定要保证混凝土下落后，埋没导管下端1-2m深），浇筑开始后，应连续不断灌混凝土至漏斗，勿使在导管内中断，以防回水进入管内，并注意控制导管内混凝土的高度，经常保持＞1.5m，当管外的混凝土埋管达2-2.5m深时，即可将导管提升，提升时不得过头，务必使导管下端埋于混凝土中1m以上的深度，以免翻浆。

10、测量检查

混凝土面灌到预定高度，一般可用测量绳检查，检查时要注意：

1、必须保证测量绳准确，由于使用时间较长或其他原因，测量绳上的标尺数字可能模糊不清或发生滑动，这样会影响测量精度。

2、测锤必须重些，且体积不能过大，否则会浮在泥浆表面，影响测量精度

3、测量时如泥浆较稠，一定要上下抖动测量绳，使测锤靠自重向下移动，接触到真正的混凝土面。

04、冲孔灌注桩质量控制要点

1、泥浆质量：

冲孔灌注桩主要靠泥浆的静压力来平衡土对孔壁的侧压力。泥浆占有重要地位，它直接影响桩的质量。泥浆形成的护壁皮薄而坚韧，可使桩身混凝土与原始地层接触紧密，提高桩身摩擦力。特别是浇灌混凝土时，要控制泥浆的性能指标（密度1.05-1.2，粘度17-20s，含沙率＜4%），以减小被压和混凝土灌注时的阻力，保证首灌混凝土的冲击力挤开孔底沉淤，并有利于克服夹泥、断桩等质量问题。但对刚开始时的杂填土层和一些特殊的地层（如砂层、卵石层）应适当加大泥浆比重和粘度，以防止漏浆和塌孔

2、沉渣厚度：

冲孔灌注桩承载力达不到设计要求，多为孔底沉渣过后照成。规范规定：当桩以端承载力为主时，沉渣厚度应≤100mm。一般控制在50mm以内。沉渣少，嵌岩密实，有利于减少桩在长期荷载下的最终沉降量，以及减少整个建筑物的不均匀沉降

3、混凝土质量：

1、原材料、配合比的控制。

2、首灌：首灌混凝土和易性和流动性一定要好。首灌混凝土量要经过计算确定，要保证首灌后混凝土埋管2.0m左右，否则会影响首灌混凝土的冲击力和排淤能力，进而影响桩尖嵌岩质量，对于一些泡水易软化的软质岩还应控制从终孔到首灌的时间。

3、导管埋深的控制。导管埋深对混凝土的浇灌质量有很大影响。根据混凝土的流动扩散规律，埋深过小往往会使管外混凝土面上的泥浆和泥渣卷入混凝土中形成夹层，造成断桩；埋深过大则混凝土不宜流出，易堵管。导管埋深应控制在2-6m范围，最小应≥2m。

05、冲孔灌注桩病害

1、孔壁坍塌：

原因：泥浆浓度不够，护筒埋深不够，成孔速度太快，孔内水位高度不够，在地质不好的情况下处理不及时

技术措施：在松散的砂土钻进时，控制钻进速度，选用较大密度、粘度、胶体率的优质泥浆；确定护筒埋设已进入硬土层；钻进时及时补充泥浆，保证孔内水位高于承压水位。

2、斜孔：

原因：当遇到岩面倾斜，一边软一边硬，如稍有不注意就会造成斜孔。

技术措施：在有倾斜状的软硬地层钻进时，往孔内填入片石，使孔底表面略平，先进行低锤快击造成一个较紧密的平台后，再提高锤正常冲击加快速度。

3、卡锤：

原因：钻进速度太快，地质情况不明，岩面倾斜、孤石和溶洞时等

技术措施：在松散的砂土钻进时，控制钻进速度，选用较大密度、粘度、胶体率的优质泥浆；确定护筒埋设已进入硬土层；钻进时及时补充泥浆，保证孔内水位高于承压水位。

4、沉渣过厚：

原因：泥浆指标不符合要求，含砂率过大；下放钢筋笼时间过长或钢筋笼碰撞孔壁，造成塌孔。

技术措施：清孔时严格控制泥浆指标，保证清孔后，孔内泥浆各项指标符合设计要求；尽量缩短下放钢筋笼的时间，应徐徐放下，不得快速冲下，如钢筋笼下放完毕后，孔内沉渣扔超出要求，应采取二次清孔的方法，直至沉渣符合要求为止。

5、灌注时浮笼：

原因：灌注混凝土时，埋管过深，或混凝土供应不上，混凝土已初凝，混凝土抱死导管；浇筑速度过快，混凝土塌落度小等。

技术措施：经常上下提动导管，控制埋管深度在2-6m，混凝土供应要连续；混凝土塌落度不能太小，宜在18-22cm。

6、断桩：

原因：导管提升过猛，其再次插入混凝土时将泥浆带入；混凝土浇筑时间长或混凝土浇筑中间停顿时间长，而导致初凝混凝土破坏，使泥浆进入。

技术措施：注意提拔导管不可过猛，并勘测混凝土顶面高度，随时掌握埋管深度，避免塞管及导管脱离混凝土面；做好混凝土供应工作，保证混凝土的连续供应。

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