旋挖钻孔灌注桩常见工程质量问题及其预防措施

旋挖钻孔灌注桩常见工程质量问题及其预防措施

旋挖钻孔灌注桩具有高效、节能、低噪音、低污染、小震动、无挤土，对周围环境及邻近建筑物影响小，能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点，在公路、桥梁、水利、建筑等桩基工程中得到广泛应用，已成为一种重要的桩型。随着社会经济发展的需要，旋挖钻孔灌注桩的桩长和桩径不断加大，单桩承载力也越来越高，单柱单桩的设计逐渐增多。单柱单桩的设计，对桩的质量要求高，对于长桩、大桩，其施工难度大，易发生质量事故。因此，有必要对旋挖钻孔灌注桩的常见质量问题加以分析，找出质量事故发生的原因，研究相应对策，尽可能防止质量事故发生。

旋挖钻孔桩成孔原理：旋挖成孔首先是动力头转动底门镶嵌斗齿的桶式钻斗切削岩土，并将原状岩土装入钻斗内，然后再由钻机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。

下面就对旋挖钻孔灌注桩中常见的工程质量问题及预防措施进行探讨。

1.地质勘探资料和设计文件存在的问题

地质勘探主要存在勘探孔间距太大、孔深太浅、土工试验数量不足、土工取样和土工试验不规范、桩周摩阻力和桩端阻力不准等问题。设计文件主要存在对地质勘探资料没有认真消化、桩型选择不当、竣工地面标高不清等问题。因此，在桩基础开始施工前，应对地质勘探资料和设计文件进行认真审查。另外，对桩基础持力层厚度变化较大，土层中含有较多软弱层（如煤夹层）的场地，应适当加密地质勘探孔，必要时还应进行施工补充勘探（即超前钻），防止桩端落在较薄的持力层上而发生桩端冲切破坏。场地有较厚的回填层和软土层时，设计者应认真校核桩基是否存在负摩擦现象。

2. 孔口高程及钻孔深度的误差

2.1 孔口高程的误差

孔口高程的误差主要有两方面，一是由于有些工程在进行工程地质勘探后场地要开挖，或者进行工程地质勘探后场地要回填平整，然后才进行旋挖钻孔桩的施工，造成施工时场地标高与勘察时的场地标高不一致。因此当工程地质勘探采用相对高程时，施工应把高程换算一致，避免出现孔口高程误差。二是由于施工场地在施工过程中土方的堆积，地面不断升高，孔口高程发生变化造成的误差。其对策是认真校核原始水准点和各孔口的绝对高程，每根桩钻孔前应复测一次桩位孔口高程。

2.2 钻孔深度的误差

钻孔深度的误差主要是由孔口高程误差引起的。另外，现在的旋挖钻孔机一般都配有电子控制系统显示钻进的深度，但终孔时，还应用测绳检测复核孔深。钻孔的终孔标准应以桩端进入持力层深度为准，不宜以固定孔深的方式终孔。因此，钻孔到达桩端持力层后应及时取样鉴定，确定钻孔是否进入桩端持力层。

3.孔径误差

孔径误差主要是由于工人疏忽用错其他规格的钻头，或因钻头陈旧，磨损后直径偏小所致。对于桩径800～1200mm的桩，钻头直径比设计桩径小20mm以内是符合规范要求的。每根桩钻孔时，合同双方的技术人员应验证钻头规格。

4.钻孔垂直度不符合规范要求
规范要求垂直度不大于1%，虽然旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度，但是还是应该通过电子控制和仪器观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证了成孔的垂直度。造成钻孔垂直度不符合规范要求的主要原因及技术控制措施如下：
4.1场地平整度和密实度差，钻机安装不平整或钻进过程发生不均匀沉降，导致钻孔偏斜。因此施工场地需压实、平整好。
4.2钻头磨损不一，钻头受力不均，造成钻头偏离方向。应定期检查钻头、钻杆，发现问题及时维修或更换。
4.3钻进遇软硬土层交界面或倾斜岩面时，钻压过高使钻头受力不均，造成钻头偏离方向。在软硬土层交界面或倾斜岩面处钻进，应低速低钻压钻进。发现钻孔偏斜，应及时回填粘土，压平后再低速低钻压钻进。
5.钻孔塌孔与缩径
旋挖钻孔灌注桩的塌孔与缩径主要是地层复杂、钻进进尺过快、成孔后放置时间过长没有灌注砼等原因所造成。
钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进；穿过较厚的砂层、砾石层时，成孔速度应控制在2米/小时以内。没有特殊原因，钢筋笼安装后应立即灌注砼。
6.桩端持力层判别错误
持力层判别是钻孔桩成败的关键，现场施工必须给予足够的重视。对于非岩石类持力层，判断比较容易，可根据地质资料的深度，结合现场取样进行综合判定。
对于桩端持力层为强风化岩或中风化岩的桩，判定岩层界面难度较大，可采用以地质资料的深度为基础，结合钻机的受力、主动钻杆的抖动情况和孔口捞样进行综合判定，必要时进行原位取芯验证。
7.桩底扩大头尺寸不足
如旋挖钻孔桩底部采用扩大头设计，扩底钻头使用前，应先在地面上做扩张、收拢试验。扩底时，易发生一次扩底不到位的情况，此时土方已填满扩底钻头中的空隙，使扩底钻头无法继续下压（即无法继续扩张），这时就需提起扩底钻头，更换清孔钻头进行清孔后，再进行二次扩底。另外，应计算扩大头的土方量（松散值）和清孔钻头的容量，比对清出的土方量是否与计算的土方量相当。
8.孔底沉渣过厚
桩底沉渣过厚的原因主要是：清孔钻头无法清理扩大头位置的浮土，清孔钻头清孔不干净，清孔的标高未控制好，一般应比钻孔标高低下去100~200mm。另外，吊放钢筋笼的过程中，孔壁和桩孔周围的松土容易掉入孔内。应做好桩孔周围的围护及松土的清理工作，钢筋笼的保护层厚度应控制好。孔底沉渣厚度不应大于50mm，施工过程中应保证桩端持力层不被扰动，如采用干法成孔，扩大头部位宜采用水钻。
9.水下砼灌注和桩身砼质量问题
砼配制质量关系到砼灌注过程是否顺利和桩身砼质量两大方面。要配制出高质量的砼，首先要设计好配合比，注意砼的初凝和终凝时间与单桩灌注时间的关系，必要时应添加砼缓凝剂。采用商品砼的，应要求砼供应商掌握好砼的和易性及砼的坍落度（如采用水下灌注方法塌落度宜控制在160-220mm），防止砼在灌注过程发生离析和堵管。
9.1 初灌时埋管深度达不到规范值
我国《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）规范规定，灌注导管底端至孔底的距离应为300～500mm，初灌时导管埋深应≥800mm。
因此灌注前应计算砼的初灌量，避免初灌量不足造成埋管深度达不到规范值。有时施工单位准备的导管长度规格太少，安装导管时配管困难，有时导管低至孔底的距离偏大，而导管安装人员没有及时把实际距离通知砼灌注班，形成初灌量不足导致埋管深度达不到规范值。
初灌砼量V应根据设计桩径、导管管径、导管安装长度进行计算，V≥V0+V1。
          V0为1.3m桩长（500mm+800mm）的砼量，V0＝1.2×1.3×πD2/4
1.2－桩的理论充盈系数；
D－设计桩径（m）。
V1为初灌时导管内积存的砼量，V1＝(hπd2/4) h－导管安装长度（m）；
D－导管直径（m）；
9.2 灌注砼时堵管
灌注砼时发生堵管主要由灌注导管破漏、灌注导管底距孔底深度太小、完成二次清孔后灌注砼的准备时间太长、隔水栓不规范、砼配制质量差、灌注过程灌注导管埋深过大等原因引起。
灌注导管在安装前应有专人负责检查，可采用肉眼观察和敲打听声相结合的方法进行检查，检查项目主要有灌注导管是否存在小孔洞和裂缝、灌注导管的接头是否密封、灌注导管的厚度是否合格。必要时采用试拼装压水的方法检查导管是否破漏。灌注导管底部至孔底的距离应为300～500mm，在灌浆设备的初灌量足够的条件下，应尽可能取大值。隔水栓应认真细致制作，其直径和圆度应符合使用要求，其长度应≤200mm。
9.3 灌注砼过程钢筋笼上浮
引起灌注砼过程钢筋笼上浮的原因主要有如下三方面：
9.3.1砼初凝和终凝时间太短，使孔内砼过早结块，当砼面上升至钢筋笼底时，砼结块托起钢筋笼。
9.3.2砼灌注至钢筋笼底部时，灌注速度太快，造成钢筋笼上浮。若发生钢筋笼上浮，应立即查明原因，采取相应措施，防止事故重复出现，且桩顶应采取防止钢筋笼上浮的可靠措施。
9.4 桩身砼强度低或砼离析
发生桩身砼强度低或砼离析的主要原因是砼配合比控制不严、搅拌时间不够和水泥质量差。商品砼每车均做塌落度检测是防止桩身砼离析和强度偏低的有效措施。
9.5 桩身砼夹渣或断桩
引起桩身砼夹泥或断桩的原因主要有如下四方面：
9.5.1初灌砼量不够，造成初灌后埋管深度太小或导管根本就没有入砼内。
9.5.2砼灌注过程拔管长度控制不准，导管拔出砼面。
9.5.3砼初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使砼上部结块，造成桩身砼夹渣。
砼灌注过程拔管应有专人负责指挥，并分别采用理论灌入量计算孔内砼面和重锤实测孔内砼面，取两者的低值来控制拔管长度，确保导管的埋管深度≥2米。单桩砼灌注时间宜控制在砼初凝时间内。
9.6 桩顶砼不密实或强度达不到设计要求
桩顶砼不密实或强度达不到设计要求，其主要原因是超灌高度不够、砼浮浆太多、孔内砼面测定不准。
对于桩径≤1000mm的桩，超灌高度不小于桩长的4％。对于桩径＞1000mm的桩，超灌高度不小于桩长的5％。
10.砼灌注过程因故中断的处理办法
砼灌注过程中断的原因较多，在采取抢救措施后仍无法恢复正常灌注的情况下，可采用如下方法进行处理：
10.1若刚开灌不久，孔内砼较少，可拔起导管和吊起钢筋笼，重新钻孔至原孔底，安装钢筋笼和清孔后再开始灌注砼。
10.2迅速拔出导管，清理导管内积存砼和检查导管后，重新安装导管和隔水栓，然后按初灌的方法灌注砼，待隔水栓完全排出导管后，立即将导管插入原砼内，此后便可按正常的灌注方法继续灌注砼。此法的处理过程必须在砼的初凝时间内完成。
10.3砼灌注过程因故中断且砼已经凝结，则此桩只能做废桩处理，需在原桩位采用金刚钻头重新钻孔，如有扩大头，因原扩大头处无法扩孔，需更改扩大头的位置。
11.结语
引起旋挖钻孔灌注桩质量事故的原因较多，各个环节都可能会出现重大质量事故。因此，在桩基工程开工前应做好各项准备工作，认真审查地质勘探资料和设计文件，实行会审和技术交底制度，做好现场试桩工作。施工过程抓好砼质量，详细做好各项施工记录，牢牢把好钻孔、清孔和砼灌注等关键工序的质量关，是防止质量事故发生的行之有效的措施。