浅析旋挖桩基施工问题及防治措施

姜 亮，宋园园

(中国十九冶集团有限公司勘察设计分公司，四川成都611730)

旋挖钻机在国际上的发展已经有几十年的历史，在中国也是在最近四、五年才被逐渐认识和应用，成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法。旋挖钻孔浇筑桩技术被誉为“绿色施工工艺” ，其特点是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少。旋挖钻机是一种多功能、高效率的浇筑桩桩孔的成孔设备，可以实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的计量；旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。此方法自动化程度和钻进效率高，钻头可快速穿过各种复杂地层，在桩基施工特别是城市桩基施工中具有非常广阔的前景。

但是，旋挖钻孔浇筑桩这种比较成熟的施工工艺，在实际施工中还是会出现很多比较棘手的问题。旋挖钻孔浇筑桩在钻孔、清孔、吊放钢筋笼、浇筑混凝土这四个工序当中，任何环节出现施工问题，都有可能导致该桩的报废。因此，本文针对这些问题，分析了其出现的原因，并采取了相应的处理措施，现将其总结出来。

1 工程简介

本工程位于成都市二环路东段解放路口东侧起，沿刃具立交桥、桃蹊路、建设北路、建设路、建设南路至杉板桥(不含杉板桥)，主线全长3.615km，高架桥标准段为双向6车道高架快速路。设置有7个匝道(上行3个匝道。下行4个匝道)，3个BRT公交车站。工程全线高架桥，跨越一个刃具立交桥、一条河流、一个地铁站以及多个平交道口。工程设计桩基818根，设计桩径分别为1.2m、1.5m、1.8m、2.0m。全部采用旋挖钻孔工艺施工。

2 旋挖钻孔过程中出现的问题

2.1 钻孔桩中心偏位

2.1.1 中心偏位的原因

旋挖钻机在实际钻孔时，桩中心都会有不同程度的偏位，这种情况将影响钢筋笼的吊放和桩的承载力，造成这种偏位的原因有：

(1)测量放线的误差。

(2)钻机埋设钢护筒后，重新开钻时无法再核对测放的点位所出现的偏移。

(3)钻进过程中在钻遇硬度不均匀的地层时，钻头会向较软一侧的地层方向偏移，造成斜孔，从而导致钢筋笼无法下放至孔内。

2.1.2 防治措施

针对以上问题，在施工中采取了以下防治措施。

(1)严格要求测量人员按规范把每一个桩位测放出来并核实。

(2)在测放点位后，现场的施工员通过该点位向不同方向延伸引点2～4个，并记录各引点到桩中心点的距离，尽量选取开钻时不易被破坏的地方引点，在埋设好钢护筒后，在钢护筒上放一较宽的木板，通过几个引点及相对应的距离再将孔位复原在木板上，最后用旋挖钻机的钻头中心再次校准木板上的孔位，便可开始钻进。

(3)由于地层原因造成的斜孔，可采用C15的素混凝土或砂浆，用导管通过水下浇筑的形式，将钻孔回填至孔位开始偏移的深度往上1～2m处即可，然后用钢筋防护网盖住孔口，静置24h后便可再次开钻。

2.2 孔口坍塌

2.2.1 坍塌原因

本施工的场地在原二环路底层道路中间占道打围，由于原城市道路施工时回填的路基土未完全夯实，给旋挖钻孔带来了许许多多的困难，其最主要由两种情况造成。

(1)旋挖开始钻孔时，原混凝土路面以下的回填土坍塌，导致无法埋设钢护筒。若出现大面积坍塌时，甚至会影响到旋挖机及围挡以外的交通安全。

图1 回填土坍塌

图2 回填土坍塌处理

(2)钻孔过程中，旋挖机起下钻时会带动孔内的护壁泥浆反复冲刷钢护筒下的松散土层，使其不断的坍塌，造成钢护筒底部的悬空，从而导致钢护筒的下沉或偏移(图1)。

2.2.2 防治措施

(1)若现场出现较大的安全隐患时，在一般情况下采用C15的素混凝土或砂浆回填钻孔(图2)。但在回填处理之前用旋挖机在保证安全的前提下，继续往下扩孔钻进，取出松散的回填土，钻至相对较稳定的土层便及时回填混凝土至地面。将此孔放置1d后再重新放点开钻，为安全起见可多放置几日。

(2)在松散土层中埋设护筒时，首先要选择直径合适的护筒，一般护筒内直径比桩直径大10cm左右，护筒周围的土体要夯密实，可直接用钻头或钻杆头部墩实，或者在护筒外壁加些黄泥夯实使之不漏水。或用钢丝绳连接护筒引出固定，防止下沉。护筒内要保持一定的水位差，以保持在离护筒顶50～100cm的范围内为宜。钻孔过程中，钻头起落时，到护筒位置时应慢放慢提，防止碰撞护筒。

2.3 孔壁坍塌

2.3.1 孔壁坍塌原因

在钻孔的过程中，会出现连续起下钻后没有进尺或未达到预期的进尺的情况。其原因可能是钻遇松散的夹砂层，在护壁泥浆的冲刷下形成流砂，从而造成孔壁的坍塌，此情况可根据钻挖出的土渣进行判定。泥浆浓度过低，成孔后待灌时间过长和浇筑时间过长以及吊放变形的钢筋笼时都可能引起孔壁坍陷。

2.3.2 防治措施

提高护壁泥浆的浓度；搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，尽可能缩短从成孔到开始浇筑的时间；在钻孔过程中出现孔壁坍塌现象时，回填已准备好的黄泥，可通过测绳控制，每次回填2～3m后下放旋挖钻头至孔底来回搅拌并加压夯实，依照此方法连续操作几次，次数根据现场实际情况而定，经处理后的钻孔放置4～6h后可重新开钻。

2.4 桩底沉渣过多

2.4.1 桩底泥渣过多原因

在成孔后和混凝土浇筑前分别用测绳测出孔深，两次的数据之差即为钻孔的沉渣厚度。本工程在施工中很多桩孔都出现了沉渣过厚，已超出规范要求的情况。造成这种情况的原因有：清孔不彻底；钢筋笼吊放过程中，未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底；清孔后，待灌时间过长，致使泥浆在孔底沉淀。

2.4.2 防治措施

本工程的桩基设计深度大多在30m以上，最长达44m。钢筋笼过长，为防止钢筋笼起吊时由垂直刚度不够引起的钢筋笼变形导致的质量安全事故，采用在每个加劲箍中间加焊一个三角支撑，并在相邻两个加劲箍之间加焊一根斜支撑，其选用的钢筋与主筋规格一致，这样做出来的钢筋笼非常的牢固。在下放钢筋笼到孔底时，所有加焊的支撑都要割掉，这样就导致成孔放置时间过长，沉渣过厚，改进措施是在保证钢筋笼安全的前提下，在割掉所有支撑后钢筋笼重新起吊出钻孔并移至钻孔旁，用旋挖机再一次清孔，完成之后再将钢筋笼下放至孔内，减少空孔时间，从而减少沉渣。下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行二次清孔，直至孔口返浆密度及沉渣厚度均符合规范要求。

另外钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。开始浇筑混凝土时，导管底部至孔底的距离控制在50cm为宜。初始浇筑混凝土，应有足够的混凝土储备量，一般采用较大料斗，使导管一次性埋入混凝土面以下1m以上，以利用混凝土浇筑的巨大冲击力溅除孔底沉渣，达到清除孔底沉渣的目的。

3 钻孔桩吊放钢筋笼出现的问题

3.1 吊放钢筋笼出现问题的原因

钢筋笼吊放过程中不能下至孔底，其原因可以归结为以下几点：(1)钢筋笼在起吊过程中造成的变形导致钢筋笼轴线非直线；(2)孔径不一致；(3)钢筋笼下部插入孔壁。

3.2 防治措施

(1)钢筋笼在加工时，一定要保证每一个主筋和加劲箍之间的焊点质量。以及在起吊时，需专人指挥两吊车之间的配合，以避免钢筋笼不会因起吊操作失误而变形。

(2)为保持孔径基本一致，应当时常检查钻头的磨损情况，一旦钻头直径磨损超过1.5cm时，应适当补焊。

(3)为避免钢筋笼吊放过程中插入孔壁，吊放钢筋笼之前，将钢筋笼下端50cm范围内的钢筋围绕轴线向中心收缩15～20cm即可。

4 水下混凝土浇筑过程中出现的施工质量问题

4.1 卡管

4.1.1 卡管原因

水中浇筑混凝土过程中，无法继续进行浇筑；返浆不顺畅，甚至不返浆。其原因为：(1)起初浇筑时，隔水栓堵管；(2)导管冲洗不干净，造成导管内壁有混凝土凝结；(3)混凝土和易性、流动性差，造成离析；(4)混凝土中粗骨料粒径过大；(5)施工中等待混凝土的时间过长或混凝土在导管中停留时间过长而卡管；(6)清孔不彻底，导管插入过深。

4.1.2 防治措施

(1)确保导管连接部位的密封性，及时检查更换密封圈，导管接头丝扣良好无损，接管时要上紧丝扣，保证导管的密封性。

(2)拆卸导管进行冲洗时，注意导管内壁要彻底冲洗干净。

(3)加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。水下浇筑要求混凝土必须具备良好的和易性，配合比应通过实验室确定，坍落度宜为180～220mm。为改善混凝土的和易性和缓凝，水下混凝土宜掺外加剂。

(4)粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4，且应小于40mm。

(5)还要考虑混凝土的运输距离及道路拥堵情况，控制好混凝土到达现场时间，确保浇筑的连续性。在混凝土浇筑过程中，混凝土应缓缓倒入漏斗的导管，切勿封堵导管孔口，避免在导管内形成高压气塞。在施工过程中，应时刻监控机械设备，确保机械运转正常，避免机械故障的发生而导致水下浇筑混凝土不连续。

(6)保证清孔质量，导管长度宜适合孔深的要求，其底部至孔底的距离控制在50cm。

4.2 短桩

4.2.1 造成短桩原因

本工程由于在城区内施工，市政管线较多，而管线图上与实际中的距离有一定的误差，导致旋挖钻进时经常钻遇市政污水管、雨水管。这些管道的埋设一般在3～7m的范围，钻进中不易被发现，导致水下浇筑时混凝土顺着管道流失，从而造成短桩。

4.2.2 防治措施

首先要统计出管线图中桩位距离上述管道50cm内的桩，在其钻进施工时，一般采用干钻，缓慢地往下探钻。若已穿过管道的预设埋深后，未发现管道则直接向孔内加护壁泥浆继续往下钻进；若钻遇管道，则在现场立即采集管道与钻孔重合部分距离的资料，及时反馈给设计方进行设计桩位调整，而现场则马上用黄泥回填钻孔处理。还有一种情况是钻遇废弃或已迁改过的管道时，则采用扩孔下钢护筒的方式。钢护筒下到管道埋深的位置以下，堵住损坏的管道口，再继续钻进。之后混凝土浇筑完后不拔出钢护筒，从而避免混凝土的流失，钢护筒在破桩时其中的一部分可以回收再利用。

4.3 断桩

4.3.1 断桩产生原因

混凝土凝固后不连续，中间被泥浆、孔渣等疏松体及泥土填充，轻微者为夹泥，严重者为断桩。其原因：(1)导管底离孔底距离不合适，造成初埋导管深度不够；(2)断管；(3)灌桩过程中提升导管幅度过大；(4)孔中出现大窟窿。

4.3.2 防治措施

(1)前文中提到的，导管底部至孔底的距离控制在50cm为宜。如果导管底至孔底距离过大，造成首批混凝土入孔后，导管埋入长度小于80cm，或者更小，甚至埋不住导

管而断桩。一旦此类情况发生，应立即拔出导管，将钢筋笼提出孔外，用旋挖机重新清孔至预定深度，重新下钢筋笼及导管再次浇筑。

(2)断管是由于导管插入混凝土深度过大，导管下部分混凝土已有强度，增大了提升导管的阻力，提升导管时将导管从法兰连接处拔断形成断桩。断管的原因主要是因为导管埋入过深，因此施工时一方面要提高灌桩的速度，另一方面要勤于检查孔内混凝土的高度和导管埋入混凝土的深度，一旦埋入深度超过6cm，应及时提升导管并根据实际情况确定拆卸导管的节数。

(3)提升导管时，将管底提出混凝土面形成断桩。导管埋入混凝土内的长度过少，提升幅度过大是直接的原因。因此，施工时要求技术人员应时刻注意导管埋入混凝土内的深度不大于6m的同时，也不得小于2m。提升导管拆卸前，一定要探清楚导管在混凝土内的埋深度以便确定拆卸导管的节数。

(4)如果成孔上下基本保持规则的圆形断面，则混凝土上升的高度与拌合物的盘数有一定的比例关系。但实际施工时，有可能出现这样的情况：清孔时，由于地层松散的原因在孔的中或下部出现塌孔，造成孔径上下不一致，即所谓的“大肚子”，这时，混凝土在孔内的上升高度与拌合物料盘数的比例关系就发生了改变，倘若还以孔径较规则的比例关系推算混凝土用量，就会多计导管埋入混凝土内的长度，导致提升导管长度过大形成断桩。因此要求技术人员在灌桩过程中不仅要记录混凝土的浇筑次数，而且还要每车混凝土浇注后检查一次实际混凝土上升的高度。

5 结束语

上述是结合二环路高架桥桩基施工过程中常见的一些质量问题，分析问题原因，根据施工经验总结出的一些防治办法，取得了很好的效果，在避免更多的损失上，取得了一定的成效。在旋挖钻孔水下灌注桩施工中，针对具体的施工情况对各个环节都要有细微的控制，做到有的放矢，防微杜渐，有效的减小或避免工程质量事故的发生，对工程的质量、进度、效益都将起到积极的作用。

[1]JTJ94—2008建筑桩基技术规范[S]

[2] 刁坤林.旋挖机钻孔灌注桩施工质量控制[J].工程科技，2006，(3)

[3] 赵志学，李魁.旋挖钻机施工工艺[J].今日科苑，2010，(6)