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钻孔灌注桩桩顶超灌控制初探

作者:连秀荣  
评论: 更新日期:2010年10月25日

  钻孔灌注桩可穿越各种土质复杂或软硬变化较大的土层,对地基进行加固处理。其对承载力的适应范围广(为300~20000公斤),施工机具简单,且施工过程具有噪音低、对相邻楼宇影响小、施工安全性好等诸多优点,因而在基础加固工程中得到广泛应用。但其施工环节较多,技术要求高,工艺较复杂,需在较短时间内快速完成水下灌注混凝土隐蔽工程的灌注,无法对质量进行直观控制。因此其人为因素影响较大,稍有疏忽,很容易出现质量弊病,其中以常见的桩顶超灌通病现象尤为明显。
  
  一、超灌成因分析

  1、浮浆层形成原因分析按照施工规范,钻孔后要彻底清除孔底淤泥。但在实际施工过程中,很难将淤泥彻底清除。在进行封底施工时,首批混凝土冲出导管底口向孔底四周流动扩散,与孔内冲洗液掺合形成一定厚度的浮浆稀释层。由于用导管灌注的水下混凝土从下往上顶升,当导管有一定埋深时,后续灌入的混凝土在已灌入混凝土内部流动,首灌的混凝土始终处在最上层,最终在桩顶凝固成浮浆、泥渣等混杂层。浇灌混凝土时,若导管插入混凝土之内过深,浇注速度又较快,容易在孔体深部沉积较多骨料,加上振捣过程混凝土的离析,也容易导致桩体上部强度较低。混杂层及其下的低劣混凝土层强度低,应予以凿除。
  浮浆层处于桩顶时,只要保持一定的超灌量,亦即保证设计标高位置的桩体强度,则能保证桩身质量。如果浮浆层处于桩底或桩身中间,则形成夹泥或断桩,桩身质量就无法达到要求。因此,混凝土灌注工艺显得异常重要。
  2、出露桩头分析
  1)受地层条件、施工机具、成孔工艺和冲洗介质等因素限制,排渣不彻底,清孔效果差,孔底沉淤多。在这种条件下,采用正确的水下灌注混凝土工艺,设计超灌量不小于50厘米,则既能满足桩身设计要求,又易于凿除超灌部分。
  2)成孔工艺合理,清孔彻底,孔底几乎没有沉渣或沉渣很少,同时严格按操作规程灌注混凝土,所形成的桩头浮浆层很薄,一般为10~20厘米,超灌的桩段大部分混凝土强度达到设计要求。
  3)清孔不彻底,桩底淤泥较多,又未能严格按照水下灌注混凝土工艺规程操作,这种情况下桩头浮浆层不厚,但却有桩底沉渣多、桩身夹泥甚至断桩的隐患,而且超灌部分也不易凿除。此外,灌注过程中对混凝土上升面测量不准,也会导致桩头高低不等,有的桩超灌2米左右,有的桩却达不到桩高。
  
  二、成孔工艺和灌注工艺的影响

  根据循环介质(泥浆)的流动方向,钻孔灌注桩分为正循环回转钻进和反循环回转钻进。正循环钻进时,泥浆由泥浆泵送入钻杆内腔,流经孔底悬浮并携带钻渣,再经钻杆与孔壁之间的环状空间返回地面,实现排渣和护壁。反循环钻进时,泥浆则从钻杆与孔壁间的环状间隙进入钻孔,再从钻杆内返回孔口以排出渣土。两种方法在机具配备、操作工艺、适应地层、成孔直径、作业深度等方面有所不同,对成孔成桩质量和施工速度有不同影响。
  正循环钻进的成孔方法工艺技术成熟,操作简便,适用于各类粘土层、砂土层和基岩,也可以在砂砾、卵石含量小于15%的土层中使用,故多年来一直被广泛采用。
  然而,对于大直径桩孔,为了提高泥浆悬浮和携带钻渣的能力,一般采用提高泥浆比重和粘度的方法,但泥浆稠度增大后,导致孔壁泥皮厚,清孔工作难度加大。若第二次清孔采用反循环方式,则孔底沉淤会减少,浮浆层相对缩小。
  近年来,高层建筑越来越高,工程桩直径越来越大,为保证桩身质量和承载力,国内外对大口径桩孔钻进施工工艺技术不断改进和完善,以排渣清孔为例,采用反循环钻就可得到有效解决。
  
  三、钻孔桩顶超灌量控制

  从上述分析可知,确立超灌量应综合考虑地层条件、孔径大小、泥浆性能、成孔工艺和灌注工艺等多种因素,尤其是成孔工艺。对正循环钻进成孔的灌注桩,超灌高度在50厘米左右较合理;而对反循环钻进,超灌量应有所减少,对于有丰富经验、技术力量雄厚、操作水平高的专业队伍,超灌量定在20厘米左右即能满足要求。应当指出的是,无论采取何种成孔工艺,均须严格按照规程灌注混凝土,务必不能出现桩身质量事故。

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