上海建工集团股份有限公司总承包部
摘要：本文以世博会地区B02、B03片区地块工程为例，从护筒埋设及钻孔、清孔及钢筋笼施工、水下混凝土浇筑等方面，分析了钻孔灌注桩技术的具体应用，最后总结了钻孔和施工质量的控制措施。
关键词：钻孔灌注桩；施工技术；水下混凝土浇筑；质量控制
1工程概况
本工程位于上海市浦东新区世博会地区B02、B03片区地块内，东临规划一路，西至长清北路，南临博成路，北至世博大道。工程采用?750、?600设计直径钻孔灌注桩，钻头直径应等于桩的设计直径，施工时锥形钻头夹角应大于120°；对塔楼下桩端位于7-2层的?750桩，采用桩端、桩侧复式注浆补强；对地下室下?600桩，采用桩端、桩侧复式注浆提高承载力。
本工程?750工程桩为抗压桩，共计221根，桩身有效长度为42米，根据灌注桩桩顶标高和南北楼其中又分为A、B、C、D四类桩，试桩、锚桩共8根，工程桩单桩竖向抗压承载力特征值为3900KN，试桩估算极限承载力为8500KN；?600工程桩为抗拔桩，共计331根，桩身有效长度为32米，其中试桩、锚桩共计18根，试桩估算极限承载力为4300KN，单桩竖向抗拔承载力特征值为1900KN，单桩竖向抗压承载力特征值为2800KN。
2施工难点
2.1钻孔灌注桩施工在砂质土层中施工困难
根据工程设计所需，需要的是?750、?600型号的灌注桩，属于细长超深类型的钻孔桩，这类钻孔桩往往对施工技术要求更高。再加上钻孔桩施工所处位置属于砂质土层，进一步增大钻孔灌注桩施工的难度，不管是桩身垂直度控制，还是桩底沉渣厚度控制都有着较高的难度。
2.2桩身垂直度控制要求高
本次灌注桩施工最高深度达到57m，在粉砂层中钻进时，很难使其达到设计的垂直度要求，这也是施工的重大难点之一。
2.3孔壁的稳定性要求高
由于钻孔深度较大，因此在对其进行浇灌时所花费的时间更长，从成孔到灌注混凝土结束，中间会经历提钻、下导管、下钢筋笼等过程，由于孔深的原因，这些操作过程时间都会增加，经对操作时间的大致估算，在完成这些过程所需要时间在10h左右，因此要求孔壁具有较高的稳定性。
3钻孔灌注桩施工
本工程钻孔灌注桩桩径主要为Ф600、Ф750，有效桩长32、42米，采用6台GPS-10型钻机施工桩机，原土造浆，正循环成孔反循环清孔。选用主要机械有：GPS-10型
3.1施工工艺
本次钻孔灌注桩施工采用的是正循环施工工艺，应用GPS-10型钻机原土造浆，然后完成所需钻孔，施工工艺过程如图1所示。
图1正循环成孔施工步骤
3.2护筒埋设
在本次钻孔灌注桩施工中所用护筒使用4mm钢板进行加工制作，护筒制作长度为2m，其内径在钻孔直径上增加10mm，并在上口边缘部位设置2个溢浆口。护筒埋设所需孔洞采用人工开挖的方式完成，开挖孔洞的直径相较于护筒直径大40cm左右，挖掘深度在1.5m以上，将表层杂填土挖尽，挖入到原状土为宜，并保持坑底部位平整。在对其进行埋设时应当保证护筒中心与桩位中心吻合，二者之间出现的偏差应控制在20mm内，保证护筒垂直埋设于孔洞之中，然后对其进行稳固，然后在其周边回填土并充分夯实，以保证后期钻孔施工过程中护筒具有较高的稳定性。
当护筒埋设完成之后，需对其再次进行位置确认，如果与桩位之间的偏差过大，应立即按照规范要求重新处理。其次在埋设的过程中还需注重检测地下情况，避免其下面存在障碍物影响到钻孔灌注桩正常施工。在本次施工工序之中值得引起注意的是：所埋设的护筒必须进入到原状土层之中，保证其下无障碍物，并采用对称回填的方式，避免埋设护筒时位置发生偏移。
3.3钻机就位
在指定位置进行钻机安装，做好钻机就位工作，确保转盘中心、桩位中心、机架的天车等处于相同的垂直线上，保证钻机钻孔中心与设定桩位中心的误差低于20mm；当钻机就位之后，对钻机平台的标高展开测量，通过此来测量钻孔的实际深度。同时以报验单的形式申请监理工程师进行现场审核和检查，在其核定无误之后才可进行正式的钻孔。此外，在正式开始钻孔前，还需对钻机设备做试运转检查，以免在施工过程中出现中断的情况。
3.4泥浆护壁及成孔
3.4.1泥浆配制
在本次工程中采用黏土泥浆作为护壁，并确保黏土中含胶体率≥95%，含砂率<6%，造浆能力≥2.5L/Kg。在进行泥浆配制之前，首先需将黏土弄碎，以易于搅拌成浆，缩短泥浆配制时间，如果遇到新制泥浆或再生泥浆时，需安排专门的人员进行质量配制质量管理。结合本次钻孔灌注桩施工的实际土层情况，在钻进过程中只在每台桩机第一根桩钻进时使用新制泥浆，后期钻进施工主要通过孔内自成泥浆进行保护。此外，为保证期间泥浆的质量，可对泥浆指标进行检测，然后适当添加黏土来做调整。
3.4.2泥浆管理
因为在本次钻孔灌注桩施工中，各个桩位之间所处的位置较为分散，因此采用如下的方式进行泥浆管理。首先，在施工场地上设置一个泥浆循环池；其次在离泥浆池较远的位置设置泥浆箱（规格：2.0m×2.5m×6.0m容积：30m3）。在本工程中一共设置有8个泥浆箱，并使用软管将其与泥浆池进行连接。在进行钻孔施工时，启动设置的泥浆泵，将循环池中的泥浆输送到钻杆的内部，然后从钻头底部位置喷出，使得孔内产生的钻渣受空间挤压不断上升，然后从上方设置的孔口进入到沉淀池之中，然后经适当处理之后进行到循环池，从而形成一个泥浆循环管理系统，如下图2所示。
图2钻孔泥浆现场管理图
泥浆对钻孔施工起到较好的保护作用，为保证钻孔施工能够正常进行，在实际钻孔施工中还需注重对泥浆性能指标的检测。当钻孔深入到不同部位时，所需要的泥浆指标存在一定差异，此时对泥浆稍作调整，并将调整情况做好记录。此外，在施工期间需加强对沉淀池、循环池、管路等的维护，确保整个循环过程处于畅通状态。尤其应当注意检测沉淀池的沉渣量和废浆量，及时对其做出清理，以保证整个循环有足够的容积量。
3.4.3钻进成孔
在此次的成孔施工中采用的是正循环钻进工艺，在钻进的同时注入适量泥浆进行孔壁保护。在正式开始钻进施工前，先让泥浆泵运转工作，使泥浆循环处于正常运转之后，再缓慢下沉钻头进行钻进施工。钻进之初以轻慢为主，在钻入土层2-3m之后，再逐渐加大钻进的压力和钻进的速度。在整个钻进的过程中应经常对钻杆的垂直度进行检测，并根据土层不同调整钻压、转速、钻进速度等，具体参数设置如表1所示。
表1钻进参数表
在钻进的过程中，当需要加接新的钻杆时，应当先保证钻杆处于停止状态，然后将钻杆适当提高，然后维持泥浆循环3min左右，以便将孔底部区域的钻渣排出，然后再安装新的钻杆，并确保连接的牢固可靠。
3.5第一次清孔、拆杆、移机
根据钻杆的长度和钻机平台的标高可以顺利计算出已钻孔深度，当钻孔深度达到设计的要求深度之后，需先停止钻机钻进，将钻头适当提离孔底（100-300mm），然后采用反循环的方式来排出孔底的沉渣，然后检测反出泥浆的沉渣含量，当其含量低于4%时停止此过程。
3.6成孔检测
在整个成孔施工完成之后，需使用专用测量仪器对其施工尺寸进行复核，主要检测其深度、垂直度、沉渣含量以及泥浆相对密度。
3.7钢筋笼安放
钢筋笼采用分节制作方式，在向孔内安放前需先由质量检测人员检测，然后由建设单位人员、监理人员进行验收，在签字确认之后再将其放入到孔内。现场进行钢筋笼堆放时，其堆放的层数一般不超过2层，使其平整堆放于供地上。在进行钢筋笼吊装时，需对其标高、中心位置允许的偏差数值引起注意（见下表2）。
表2钢筋笼吊放后质量检测
在进行钢筋笼吊放时采用吊车进行辅助下吊，在对其进行焊接时使用垂直对中法，确保所焊接的上下节笼中心轴线重合，然后缓慢吊入孔内，并对其进行固定。在完成此施工步骤时，应当注意钢筋笼应缓慢下放，保持垂直居中，不可强行沉入到孔内，以免对孔壁造成损伤；需保证吊筋具有足够高的强度，以免吊放过程中断裂致钢筋笼坠入孔内。
3.8二次清孔
当钢筋笼下放到指定的位置之后，应当立即向孔内放入导管，并连接清孔设备和砂石泵，进行第二次清孔。此次清孔主要采用的是泵吸反循环方式，进一步降低孔内的泥浆占有密度。
3.9混凝土浇筑
在进行混凝土配制时需保证其强度等级高出设计强度一个等级，粗骨料选用粒径5mm≤d≤25mm的碎石，砂以中砂为宜，并将混凝土的含砂占比控制在40%-45%之间，保证混凝土初凝时间在8-10h范围内。
制作专门的浇筑漏斗，然后计算浇筑的初灌量，然后由漏斗灌入，在灌入时需具有一定冲击力，以促进孔内剩余沉渣能够从导管中排出。在进行首次浇筑时使用混凝土隔水栓，先将其吊装在漏斗下方位置，先让漏斗装满混凝土之后，再将其连接的钢丝剪断，让混凝土能够具备更大的冲击力，促进孔底泥浆的排开。
整个混凝土浇筑过程应当保证较高的连续性，避免中途停止时间过长，一般不能中途停止15min以上，否则可能初断桩的情况。在此项施工工序中，应当注意的是在浇筑前做好充分的准备工作，计算好初灌量，保证整个浇筑过程的连续性；计算好导管拔出时的实测数据，避免拔出导管的过程中出现断桩情况。
4钻孔灌注桩施工质量保证措施
4.1防坍方措施
由于本次钻孔灌注桩施工所在位置较为特殊，属于砂质土层结构，其稳定性相对较差，因此在施工过程中应重点防止出现坍方的情况。首先，需对护壁泥浆的各项性能指标达到设计的要求，在施工过程中做好检测调整工作，以保证钻孔过程中孔壁具有较高的稳定性。其次两相邻钻孔灌注桩施工应保持一段位置距离或者时间间隔，避免在施工过程中因为串孔引起坍方；再次，清孔时、钻进时都需保证孔内泥浆页面稳定，以形成对孔的良好保护。
4.2孔壁垂直度控制措施
为保证钻孔过程中具备较高的垂直度，首先需做好钻机的定位工作，保证钻机钻孔中心与设定桩位中心的误差低于20mm，且处于垂直的状态。如果在钻进的过程中发现孔桩存在倾斜的情况，需立即停止钻进过程，利用钻杆进行往复扫孔的方式来进行修正校直。如果产生的偏移量过大，则需要向孔内填入石子黏土，使其沉积密实之后再进行钻进施工。在进行钻孔施工前应当探明地下是否存在障碍物，并将其提前清楚，以免在钻进过程中影响到钻进连续性，影响到孔壁垂直度。最后，还应当注意对钻杆、接头的检查工作，当发现钻杆弯曲时应立即进行更换。
4.3防露筋措施
在进行钢筋笼制作时需严格按照相关工艺要求进行制作，并对成型后的钢筋笼进行检验，保证制作质量达到施工设计要求。其次在对上下两钢筋笼焊接时，应当尽可能保证笼身处于垂直状态。在吊装进入孔洞内时，还需再次对其外形进行检查，如果发现有变形之处，需对其作出修整之后再沉入孔内。
4.4防夹泥断桩
混凝土坍落度应严格按设计或规范要求控制。在进行混凝土浇筑之前应当对其流动度进行检测，确保其在进行浇灌时不会出现堵管的情况。在浇筑的过程中做到拔管和浇筑同时进行，保证整个作业的连续性。同时注意勘测导管埋入深度和混凝土顶面高度，控制好拔管的速度，以免导管脱离混凝土表面。对于钢筋笼的主筋接头部位应当保证焊接平整，导管法兰部位应当以圆锥形白铁罩进行保护处理，并固定在套管头上，以免在提导管时该位置挂在钢筋笼上。
5结语
该工程采用钻孔灌注桩技术施工，不仅缩短了工期，而且提高了工程质量，施工效果显著。建议可以积极将钻孔灌注桩技术应用到施工过程中。通过现场平整放样，提高了施工参数的合理性。通过埋设防护筒、钻孔、清孔、混凝土工程，提高了施工技术的合理性。为我国建筑领域全面提高施工质量打下了坚实的基础。
参考文献
[1]《钻孔灌注桩施工规程》DG/TJ08-202-2007[S]
[2]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008[S]
[3]《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002[S]
[4]建筑工程中钻孔灌注桩施工质量控制[J].张志新.绿色科技.2018（12）
[5]建筑工程施工中钻孔灌注桩技术分析[J].刘峻住宅与房地产2018-09-05