钻孔灌注桩与三轴搅拌桩止水帷幕之浅谈

钻孔灌注桩与三轴搅拌桩止水帷幕之浅谈

吉志明、凌士平

（扬州市桩基有限公司，江苏 扬州 225002）

[摘 要]：重点结合扬州市苏北医院急诊中心基坑支护工程的施工实践，介绍一种新型的深基坑开挖施工中的围护结构，解决了城市深基坑开挖防护及降水对周边建筑设施的沉降影响问题

[关键字]：深基坑支护 钻孔灌注桩 水泥搅拌桩 冷接缝 混凝土

1.前言

本工程位于扬州古运河旁边，地下水水位较高，深基坑围护形式需兼具挡土与止水的双重作用，从经济、安全及适用性考虑大致有以下三种类型，即钻孔灌注桩与三轴搅拌桩围护、钢筋混凝土支撑。

围护采用钻孔灌注桩配合三轴水泥搅拌桩止水帷幕。工程场地位于江苏省扬州市南通路与汶河南路交叉口西北角，苏北人民医院内(见图1)。

图1 工程周边环境图

（1）本工程基坑侧壁安全等级为一级、支护结构有效使用时效为12个月。

（2）基坑各侧均采用Ф850@1200三轴水泥搅拌桩阻水，钢筋混凝土钻孔灌注桩加一层钢筋混凝土内支撑支护结构形式，基坑东北侧三轴水泥搅拌桩与土钻孔灌注桩之间采用高压旋喷桩加固桩间土（见图2）。

图2 内支撑支护结构形式图

为了避免出现塌孔，钻孔灌注桩在施工时必须采用跳打法，如：先施工1、3、5„„号桩，当这些桩达到强度后，再进行2、4、6„„号桩施工。在各钻孔灌注桩间加设旋喷桩，密封各桩之间的缝隙，使搅拌桩与钻孔灌注桩完全连接。下面重点介绍三轴搅拌桩和钻孔桩的施工工艺。

2.轴水泥土搅拌桩

水泥搅拌桩是我国在20世纪年代发展起来的地基处理新技术，它是通过特制的深层搅拌机械在地层深部就地将软土和水泥强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于软弱地基的处理，对于淤泥质土、粉质粘土及饱和性土等软土地基的处理效果显著，处理后可以很快投入使用，施工速度快；在施工中无噪音、无振动，对环境无污染；投资省。三轴搅拌桩的施工时技术步骤一般如下：

1、障碍物清理。因该工法要求连续施工，故在施工前应对围护施工区域地下障碍物及管线进行清理或移位，以保证施工顺利进行。

2、测量放线。施工前，先根据设计图纸和业主提供的坐标基准点，计算出围护中心线角点坐标（或转角点坐标），利用测量仪器精确放样出围护中心线，并进行坐标数据复核，同时做好护桩，做好工程测量复核单。

3、开沟槽。在三轴搅拌桩施工过程中会涌出大量的置换土，为了保证桩机的安全移位和施工现场的整洁，需要使用挖机在搅拌桩桩位上预先开挖沟槽（图3）。

根据放样出的水泥土搅拌桩围护中心线，用适当型号的小挖掘机沿围护中心线平行方向开掘工作沟槽，根据搅拌桩直径，挖取槽宽，深度约0.6～1.0m。场地遇有地下障碍物时，利用镐头机将地下障碍物破除干净，如破除后产生过大的空洞，则需回填压实，重新开挖沟槽。开挖沟槽余土应及时处理，以保证工法正常施工，并达到文明施工工地要求。

图3 桩机钻进过程中

4、水泥浆液拌制。施工前应搭建好拌浆施工平台，平台附近搭建水泥库，对全体工人做好详细 的施工技术交底工作，水泥浆液的水灰比必须严格控制，具体根据可现场实际情况调整。

5、 喷浆、搅拌成桩。启动电动机，根据土质情况计算速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土下沉，直到钻头下沉钻进至桩底标高。按照技术交底要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。

6、搅拌桩施工顺序。

施工顺序（见图4）

图4 施工顺序图

7、 特殊情况处理措施。

（1）有异常时，如遇无法达到设计深度进行施工时，应及时上报甲方、监理，经各方研究后，采取补救措施。

（2）施工过程中，如遇到停电或特殊情况造成停机导致成墙工艺中断时，均应将搅拌机下降至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆钻搅，以防止出现不连续桩体；如因故停机时间较长，宜先拆卸输浆管路，妥为清洗，以防止浆液硬结堵管。

（3）施工冷接缝处理

施工过程中一旦出现冷接缝则采取在冷缝处围护桩外侧补旋喷桩或者搅拌桩，在围护桩达到一定强度后进行补桩，以防偏钻，保证补桩效果。

（4）渗漏水处理

在整个基坑开挖阶段，组织工地现场小组常驻工地并备好相应设备及材料，密切注视基坑开挖情况，一旦发现墙体有漏点，及时进行封堵。

3.钻孔灌注桩、立柱桩

3.1钻孔灌注桩通常为非挤土桩，具有以下技术优缺特点：

（1）施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移，因此对环境和周边建筑物危害小；

（2）大直径钻孔灌注桩直径大、入土深；

（3） 施工设备简单轻便，能在较低的净空条件下设桩；

3.2施工准备

施工准备包括：选择钻机、钻具、场地布置等。

钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备，可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。

3.3钻孔灌注桩桩机施工

（1）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并正确的安装钻孔机，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。

（2）泥浆制备

钻孔泥浆一般是原土造浆，若遇到砂性类土质，则需要参加粘土和添加剂进行调制。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。

（3） 钻孔

钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量，首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。采用冲击式或冲抓式钻机施工时，附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应实事先规划好，既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔，又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。

（4） 清孔

钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此，除了钻孔过程中密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm；当孔壁不易坍塌时，不大于20cm。对于柱桩，要求在射水或射风前，沉渣厚度不大于5cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔，所需设备不多，操作方便，清孔也较彻底，但在不稳定土层中应慎重使用。

（5）灌注水下混凝土

清完孔之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。

钻孔灌注桩施工时属于隐蔽工程，而且成桩深度往往较深，在施工过程中稍稍不仔细，就容易造成成桩质量问题，软土地基钻孔灌注桩工程施工质量通病主要有：缩径、断桩、桩顶冒水、桩身孔洞、钢筋笼“上浮”、“烂桩头”、桩孔坍孔、孔位倾斜等。就其形成原因逐一进行剖析，并提出了相应的防治措施。

3.4钻孔过程中出现的施工质量问题及处理措施

（1）护筒冒水

问题：护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉，护筒倾斜和移位，造成钻孔偏斜，甚至无法施工。

造成原因：埋设护筒的周围土不密实，或护筒水位差太大，或钻头起落时碰撞。

处理措施：在埋筒时，坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实。在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持1.0～1.5m的水头高度。钻头起落时，应防止碰撞护筒。发现护筒冒水时，应立即停止钻孔，用粘土在四周填实加固，若护筒严重下沉或移位时，则应重新安装护筒。

（2）孔壁坍陷

问题：钻进过程中，如发现排出的泥浆中不断出现气泡，或泥浆突然漏失，则表示有孔壁坍陷迹象。

造成原因：孔壁坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。

处理措施：在松散易坍的土层中，适当埋深护筒，用粘土密实填封护筒四周，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度，保持护筒内泥浆水位高于地下水位。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，钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。成孔后，待灌时间一般不应大于3小时，并控制混凝土的灌注时间，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。

（3）缩颈

问题：缩颈即孔径小于设计孔径。

造成原因：塑性土膨胀。

处理措施：采用优质泥浆，降低失水量。成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，在成孔一段时间内，孔壁形成泥皮，则孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀。或在导正器外侧焊接一定数量的合金刀片，在钻进或起钻时起到扫孔作用。如出现缩颈，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。

（4）“烂桩头”

问题：由于清空不彻底，首批混凝土冲入桩底后四处扩散，将底部成渣托到混凝土顶部，出现桩顶混凝土强度不够或者中高边低的畸形桩头。

①清孔不彻底，桩顶浮浆过浓过厚，影响水下砼灌注时测量桩顶位置精度。

②导管起拔速度过快，尤其是桩头直径过大时，如未经插捣，直接起拔导管，桩头很容易出现砼中间高、四周低的“烂桩头”。

③浇筑速度过快，导致孔壁局部坍塌，影响测量结果。

处理措施：

①认真做好清孔工作，确保清孔完成后孔口没有泥块返出；在空孔较长的桩内测量砼上升面时，应控制好测量重锤的质量。通常认为使用5～40mm碎石砼时，重锤的质量可以控制在1.5kg 左右；使用5～25mm 碎石砼时，重锤的质量可以控制在1kg 左右。在设计桩顶与地面距离

②砼终灌拔管前，应使用导管适当地插捣砼，把桩身可能存在的气泡尽量排出桩外后，以便精确测量砼面。也可通过导管插捣使桩顶砼摊平。

3.5桩顶冠粱及支撑梁施工

施工工艺流程如下：

开挖土方→清洗调直桩顶钢筋→测量放线、找平绑扎冠粱钢筋→立模→浇筑混凝土→拆模养护

4.结束语

为了保证钻孔灌注桩和搅拌桩的成桩质量，必须严格按质量控制程序运作。加强各项环节的质量管理，采取有效的防治措施。要求在基础实施前，施工方、设计方、监理方、业主应根据工程地质勘察报告所提供的地质情况仔细审阅，熟悉设计图纸及有关施工、验收规范，核查与地质有关灌注桩和搅拌桩方面的技术方案。施工方应根据地层条件采取相应的施工工艺或进行试桩。并论证施工工艺的可行性，布设合理施工顺序，在施工过程中只有抓好施工过程中每一个环节，力争将隐患消除在成桩之前。才能充分发挥出它的优点，使整个工程施工达到安全优质、经济高效的预期目的。

参考文献

[1]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版）

[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

[3]《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）

[4]《扬州地区建筑地基基础设计规范》（DGJ32/J-2005）