浅析土木工程中灌注桩施工技术
摘要： 灌注桩能适应各种地层的变化， 无需接桩， 施工时无振动、无挤土、 噪声小， 宜在建筑物密集地区采用。灌注桩是直接在桩位上就地成孔， 然后在孔内安放钢筋笼(也有直接插筋或省缺钢筋的)， 再灌注混凝土而成， 根据成孔工艺不同，分为干作业成孔、 泥浆护壁成孔、 套管成孔等， 本文将从这三个方面进行论述其各自的施工技术特点。
关键词： 土木工程； 灌注桩； 施工技术
Abstract: the piles of various stratum can adapt to the change, need not take pile construction, no vibration, when no soil compaction, the noise is small, appropriate is used in building populated areas. Filling pile is in a spot on the pile directly into the hole, then put in hole reinforcing cage (also have directly interpolated tendons or lack of reinforced province), reperfusion concrete and become, according to different into hole process, divided into dry operation into holes, slurry supporting into holes, casing into holes etc, the paper will be from the three aspects of their respective discusses the technical characteristics.
Keywords: civil engineering; Filling pile; Construction technology
一、 干作业成孔灌注桩施工技术
干作业成孔灌注桩是利用成孔机具， 在地下水位以上的土层中成桩的工艺， 适用于黏土、 粉土、 填土、 中等密实以上的砂土、 风化岩层等土质。目前常采用螺旋钻机成孔， 它是利用动力旋转钻杆， 使钻头的螺旋叶片旋转削土体， 土块沿螺旋叶片上升排出孔外。钻头是钻进取土的关键装置，有多种类型，常用的有锥式钻头、平底钻头、 耙式钻头等， 锥式钻头适用于黏性土；平底钻头适用于松散土层；耙式钻头适用于杂填土，其钻头边镶有硬质合金刀头， 能将碎砖等硬块削成小颗粒， 螺旋钻机成孔直径一般为 300～600 mm。干作业成孔灌注桩的工艺流程为： 测定桩位→钻孔→清孔→下钢筋笼→浇注混凝土。 钻孔操作时要求钻杆垂直稳固、 位置正确。如发现钻杆摇晃或难以钻进时， 可能是遇到石块等异物，应立即停机，检查排除。 钻孔时应随时清理孔口积土， 遇到塌孔、缩孔等异常情况， 应及时研究解决。 当螺旋钻机钻至设计标高后， 应在原位空转清土， 以清除孔底回落虚土。钢筋笼应一次扎好， 小心放人孔内， 防止孔壁塌土。 混凝土应连续浇筑， 每次浇筑高度控制在 1．5m 以内。
二、 泥浆护壁成孔灌注桩施工技术
泥浆护壁成孔灌注桩是利用原土自然造浆或人工造浆护壁， 并通过泥浆循环将被切削的土渣排除而成孔， 再吊放钢筋笼， 水下灌注混凝土成桩， 它不论在地下水位高或低的土层皆适用。
1、 泥浆护壁成孔灌注桩施工要点
(1)埋设护筒
钻孔前需在桩位处埋设钢护筒， 护筒的作用有固定桩位、 钻头导向、 保护孔口、 维持泥浆水头及防止地面水流入等。护筒一般用 4～8mm 厚钢板制成，内径应比钻头直径大 20cm 以上。埋设护筒常用挖埋法， 埋设深度黏性土不宜小于 1.0m， 砂土中不宜小于 1.5m， 孔口处用黏土密实封填。筒顶高 m 地面 0.3～0.4m， 泥浆面应保持高出地下水位 1.0m 以上。
(2)护壁泥浆
泥浆在桩孔内会吸附在孔壁上， 甚至渗透进周同土孔隙中， 避免内壁漏水。它具有保持孔内水压稳定、 保护孔壁以防止塌孔、 携带土渣排出孔外以及冷却与润滑钻头的作用。
在砂土中钻孔， 需在现场专门制备泥浆注入， 泥浆是由高塑性黏土或膨润土和水拌和的混合物， 还可在其中掺入其他掺合剂， 如加重剂、 分散剂、 增黏剂及堵漏剂等。在黏土中钻孔， 也可采用输入清水，钻进原土自造泥浆的方法， 注入的泥浆相对密度应控制在 1.1 左右，排出泥浆的相对密度宜为 1.2～1.4。
(3)成孔
成孔机械有回转钻机、 潜水钻机、 冲击钻机等， 其中以回转钻机应用最多。
①回转钻机成孔： 该钻机由动力装置传动， 带动带有钻头的钻杆强制旋转， 钻头切削土体成孔， 切削形成的土渣通过泥浆循环排出桩孔。 根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机和反循环同转钻机。泥浆或高压水由空心钻杆内部注入，并从钻杆底部喷出， 携带钻下的土渣沿孔壁向上流动， 由孔口将土渣带出流入沉淀池， 沉渣后的泥浆循环使用。 该法是依靠泥浆向上的流动排渣， 其提升力较小， 孔底沉渣较多。
泥浆带渣流动的方向与正循环工艺相反， 它须启动砂石泵在钻杆内形成真空， 土渣被吸出流入沉淀池。反循环工艺由于泵吸作用， 泥浆上升的速度较快， 排渣能力大， 但土质较差或易塌孔的土层应谨慎使用。 回转钻机设备性能可靠， 噪声和振动较小， 钻进效率高， 钻孔质量好。它适用于松散土层、 黏土层、 砂砾层、 软质岩层等多种地质条件， 应用比较广泛。
②潜水钻机成孔： 潜水钻机是一种旋转式钻孔机械， 其动力、变速机构和钻头连在一起， 并加以密封， 可下放至孔内地下水中切土成孔， 采用正循环工艺注浆、 护壁和排渣。 潜水钻孔适用于淤泥、 淤泥质土、 黏性土、 砂
土及强风化岩层， 不宜用于碎石土。
③冲击钻机成孔。
冲击钻机成孔是用动力将冲锥式钻头提升到一定高度后， 靠自由下落的冲击力来掘削硬质土和岩层， 然后用淘渣筒排除渣浆。它可用于黏性土、 粉质黏土，特别适用于坚硬土层和砂砾石、 卵漂石及岩层。
(4)清孔
钻孔达设计标高后，应测量沉渣厚度，立即进行清孔。以原土造浆的钻孔， 清孔可采用射水法， 此时钻头只转不进， 待泥浆相对密度降到 1．1 左右即可；注入制备泥浆的钻孔， 采用换浆法清孔， 即用稀泥浆置换出浓泥浆，待泥浆的相对密度降到 1.15～1.25 即认为清孔合格。在清孔过程中通过置换泥浆， 使得孔底沉渣排出。剩余沉渣厚度的控制是： 对端承桩不大于 50mm，对摩擦端承桩及端承摩擦桩不大于 100mm，对摩擦桩不大于 300m。
3、 泥浆护壁成孔灌注桩常见质量问题及处理
(1)坍孔
坍孔产生的原因主要有： 护筒埋置不严密而漏水或埋置太浅， 孔内泥浆面低于孔外水位或泥浆密度不够； 在流砂、 软淤泥、 松散砂层中钻进，进尺、 转速太快等。 避免坍孔的措施是： 护筒周围用黏土填封紧密； 钻进中及时添加泥浆， 使其高于孔外水位； 遇流砂、 松散土层时， 适当加大泥浆密度， 且进尺不要太快。
(2)吊脚桩
吊脚桩即在桩的底部有较厚泥砂而形成松软层。 其产生原因有：清渣未净， 残留沉渣过厚； 清孔后泥浆密度过小， 孔壁坍塌或孔底涌进泥砂， 或未立即灌筑混凝土； 吊放钢筋骨架、 导管等物碰撞孔壁， 使泥土坍落孔底。 防止吊脚桩的措施是：注意泥浆浓度， 及时清渣； 做好清孔工作， 达到要求立即灌筑混凝土；施丁中注意保护孔壁， 不让重物碰撞。
(3)断桩
断桩指因有泥夹层而造成桩体混凝土不连续。造成断桩的原因有： 首批混凝土多次灌筑不成功， 再灌筑上层时出现一层泥夹层而造成断桩， 孔壁坍塌将导管卡住， 强力拔管时泥水混入混凝土内； 导管接头不良， 泥水进入管内。避免断桩的措施是： 力争混凝土灌筑一次成功； 选用较大密度、 黏度和胶体率好的泥浆护壁； 控制钻进速度， 保持孔壁稳定； 导管接头应用方丝扣连接， 并设橡皮圈密封严密。灌注桩严重塌方或导管无法拔出形成断桩， 可在一侧补桩；深度不大时可挖出； 对断桩作适当处理后， 支模重新浇筑混凝土。
三、 套管成孔灌注桩施工技术
套管成孔灌注桩是利用锤击沉管法或振动沉管法，将带有活瓣的钢制桩尖或钢筋混凝土预制桩靴的钢套管沉入土中，吊放钢筋笼，然后灌注混凝土并分段拔管而成。用锤击法沉管、 拔管的称为锤击沉管灌注桩，用激振器沉管、拔管的称为振动沉管灌注桩。
1、 锤击沉管灌注桩
在锤击沉管灌注桩施工时，用桩架吊起钢套管， 关闭桩尖活瓣或安放到预先设在桩位处的钢筋混凝土预制桩靴上。套管与桩靴连接处要垫以麻、 草绳等， 以防地下水渗入管内。然后缓缓放下套管， 压进土中。套管顶端扣上桩帽， 检查套管与桩锤是否在同一垂直线上， 其偏斜不大于 0.5％时， 即可起锤沉套管。先用低锤轻击， 若无偏移， 才正常施打， 直至符合设计要求的贯入度或标高。在检查管内无泥浆或水进入后， 即可灌注混凝土。 套管内混凝土应尽量灌满， 然后开始拔管。拔管时应保持连续低锤密击不停。拔管时要均匀， 不宜过高过快； 拔管的速度对一般土层来说， 以不大于 1 m/rain 为宜，在软弱土层及软硬土层交界处应控制在 0.8 m/rnin 以内。 拔管中要随时探测混凝土落下的扩散情况， 注意使管内的混凝土保持略高于地面， 直到全管拔出为止。桩的中心距小于 5 倍桩管外径或小于 2m 时， 均应采取跳打的方式， 且中间空出的桩需待邻桩混凝土达到设计强度的 50％以后方可施打， 防止因挤土而使前面的桩发生桩身断裂。
为了改善灌注桩的质量、 扩大桩径和提高桩承载能力， 常采用复打法， 包括全长复打和局部复打。复打的施工程序： 在第一次灌注桩施工完毕拔出套管后(单打)， 及时清除管外壁上的污泥和桩孔周围地面的浮土，立即在原桩位安好桩靴和套管或关闭活瓣， 进行复打， 使未凝固的混凝土向四周挤压扩大桩径， 然后第二次浇筑混凝土。 拔管方法与单打相同。复打时要注意： 前后两次沉管的轴线应重合； 复打必须在第一次灌注的混凝土初凝之前进行； 如有配筋的桩， 钢筋笼应在第二次沉管后灌注混凝土之前就位。 施工中应做好施工记录， 包括每米的锤击数和最后 1m 的锤击数；最后 3 阵， 每阵 10 击的贯入度及落锤高度。锤击沉管灌注桩适用于一般黏性土、 淤泥质土、 砂土和人工填土地基。
2、 振动沉管灌注桩
振动沉管灌注桩大多采用激振器(振动锤)沉管， 其激振器、 套管、活瓣桩尖可依次联结在一起， 并能利用滑轮组整体提升(故能拔管和反插施工)。施工时， 先安装好桩机， 关闭活瓣桩尖或安放好钢筋混凝土预制桩靴， 徐徐放下套管， 压入土中， 即可开动激振器沉管。 套管受振后与土体之间摩阻力减小， 同时在振动锤自重的压力下， 即能入土成孔。沉管时， 必须严格控制最后两分钟的贯入速度， 其值按设计要求， 或根据试桩和当地的施工经验确定。
振动沉管灌注桩可采用单打法、 复打法或反插法施工工艺。 单打施工时，在沉入土中的套管内灌满混凝土， 开动激振器振动 5～10s后开始拔管， 然后边振边拔， 每拔 0.5～lm 停拔振动 5～10s， 如此反复，直至套管全部拔出。单打法施工，在一般土层内拔管速度宜为1.2～1.5m/rain，在较软弱土层中宜控制在 0.6～0.8m/min。在拔管过程中，应分段添加混凝土，保持管内混凝土面高于地面或地下水位1.0～1.5m。复打法施工与锤击沉管灌注桩相同。反插法施工时，在套管内灌满混凝土后， 先振动再开始拔管， 每次拔管高度 0.5～1.0m， 向下反插深度 0.3～0.5m， 如此反复， 并始终保持振动， 直至套管全部拔出。反插法的拔管速度应小于 0.5m/min。由于反插法能扩大桩径， 使混凝土密实，从而提高桩的承载能力， 宜用于较差的软土地基， 振动沉管灌注桩的适用范围除了与锤击沉管灌注桩相同外，还包括稍密及中密的碎石土地基。
四、结束语
总而言之， 灌注桩施工技术是土木工程施工中的重要组成部分，因此要熟练的掌握施工技术， 才能保证施工质量， 提高施工水平。
参考文献：
[1]赵志缙，应惠清， 建筑施工， [M]上海： 同济大学， 2003
[2]肖金媛、 魏霍霖主编， 建筑施工技术， [M]北京理工大学出版社， 2010
