钢筋混凝土灌注桩

混凝土灌注桩

混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇注混凝土而成的桩。与预制桩相比，具有施工低噪音、低振动、桩长和直径可按设计要求变化自如、桩端能可靠地进入持力层或嵌入岩层、单桩承载力大、挤土影响小、含钢量低等特点。但成桩工艺较复杂，成桩速度比预制打入桩慢，成桩质量与施工有密切关系。按其成孔方法不同，可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩灌注桩等。

⑴灌注桩施工准备工作

1)确定成孔施工顺序

钻孔灌注桩和机械扩孔对土没有挤密作用，一般可按钻机行走最方便等现场条件确定成孔施工顺序。沉管灌注桩和爆扩灌注桩对土有挤密、振动影响，可结合现场施工条件确定施工顺序：间隔一个或两个桩位成孔；在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔；五根以上单桩组成的群桩基础，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔；同一个桩基础的爆扩灌注桩，可采用单爆或联爆法成孔。

2)成孔深度的控制

摩擦型桩：摩擦桩以设计桩长控制成孔深度；端承摩擦桩必须保证设计桩长及桩端进入

持力层深度；当采用锤击沉管法成孔时，桩管入土深度以标高控制为主，以贯入度控制为辅。

端承型桩：当采用锤击法成孔时，沉管深度控制以贯入度为主，设计持力层标高控制为辅。

3)钢筋笼的制作

制作钢筋笼时，要求主筋环向均匀布置，箍筋的直径及间距、主筋的保护层、加劲箍的间距等均应符合设计规定。箍筋和主筋之间一般采用点焊。分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接并应遵守《混凝土结构工程施工质量验收规范》。

钢筋笼吊放入孔时，不得碰撞孔壁。灌注混凝土时应采取措施固定钢筋笼的位置，避免钢筋笼受混凝土上浮力的影响而上浮。

也可待浇筑完混凝土后，将钢筋笼用带帽的平板振动器振入混凝土灌注桩内。4)混凝土的配制

配制混凝土所用的材料与性能要进行选用。灌注桩混凝土所用粗骨料可选用卵石或碎石，其最大粒径不得大于钢筋净距的1/3，对于沉管灌注桩且不宜大于50mm；对于素混凝土桩，不得大于桩径的1/4，一般不宜大于70mm。坍落度随成孔工艺不同而有各自的规定。混凝土强度等级不应低于C15，水下浇注混凝土不应低于C20。水下浇注混凝土具有无振动、无排污的优点，又能在流砂、卵石、地下水、易塌孔等复杂地质条件下顺利成桩，而且由于其扩散渗透的水泥浆而大大提高了桩体质量，其承载力为一般灌注桩的1.5～2倍。

⑵钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是指利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中浇注混凝土(或先在孔中吊放钢筋笼)而成的桩。根据钻孔机械的钻头是否在土壤的含水层中施工，又分为泥浆护壁成孔和干作业成孔两种施工方法。

1)泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁成孔灌注桩适用于地下水位较高的地质条件。先由钻孔设备进行钻孔，待孔深达到设计要求后清孔，放入钢筋笼，然后进行水下浇注混凝土而成桩。为

防止在钻孔过程中塌孔，在孔中注入相对密度有一定要求的泥浆进行护壁。按设备又分冲抓、冲击、回转钻及潜水钻成孔法。前两种适用于碎石土、砂土、粘性土及风化岩地基，后一种则适用于粘性土、淤泥、淤泥质土及砂土。

①施工设备

泥浆护壁成孔灌注桩所用的成孔机械主要有冲击钻机、回转钻机、潜水钻机等。在此主要介绍潜水钻机。

回转钻机是由动力装置带动钻机回转装置转动，由其带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机和反循环回转钻机。正循环回转钻机成孔的工艺为由空心钻杆内部通入泥浆或高压水，从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，将土渣从孔口带出流入泥浆沉淀池。反循环回转钻机成孔的工艺为泥浆或清水由钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔，然后由吸泥泵等在钻杆内形成真空，使之携带钻下的土渣由钻杆内腔返回地面而流向泥浆池。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，能携带较大的土渣。

潜水钻机是一种旋转式机械，由防水电机、减速机构和钻头等组成。动力和变速机构装设在具有绝缘和密封装置的电钻外壳内，且与钻头紧密连接在一起，因而能共同潜入水下作业。目前使用的潜水钻机(QSZ一800型)，钻孔直径400～800mm，最大钻孔深度50m。潜水钻机既适用于水下钻孔，也可用于地下水位较低的干土层中钻孔。

冲击钻主要用于在岩土层中成孔，成孔是将冲锥式钻头提升一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩土层，然后用淘渣筒来淘取孔内的渣浆。

②施工方法

泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程如图2-24所示。

图2-24 泥浆护壁成孔灌注桩工艺流程圈

(a)钻孔；(b)清孔；(c)放入钢筋笼；(d)水下浇筑混凝土

1-钻机；2-护筒；3-泥浆护壁；4-压缩空气；5-清水；6-钢筋笼；7-导管；8-混凝土；9-地下水位

测定桩位根据建筑的轴线控制桩定出桩基础的每个桩位，可用小木桩标记。桩位放线允许偏差20mm。灌注混凝土之前，应对桩基轴线和桩位复查一次，以免木桩标记变动而影响施工。

埋设护筒护筒一般由4～8mm厚钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径，当用回转钻时，宜大100mm；用冲击钻时，宜大200mm，以方便钻头提升等操作。其上部宜开设1~2个溢浆孔，便于溢出泥浆并流回泥浆池进行回收。埋设护筒时先挖去桩孔处表土，将护筒埋入土中。护筒的作用有：成孔时引导钻头方向；提高孔内泥浆水头，防止塌孔；固定桩孔位置、保护孔口。因此，护筒位置应埋设准确并保持稳定。护筒中心与桩位的中心线偏差不得大于50mm。护筒与坑壁之间用粘土分层填实，以防漏水。护筒的埋深在粘土中不小于1.0m；在砂土中不宜小于1.5m。护筒顶面应高于地面0.4～0.6m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上。

制备泥浆制备泥浆的方法应根据土质条件确定：在粘性土中成孔时可在孔中注入清水，钻机旋转时，切削土屑与水拌合，用原土造浆护壁、排渣，泥浆相对密度应控制在1.1～1.2；在其它土中成孔时，泥浆制备应选用高塑性粘土或膨润土。泥浆的作用是将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实，使孔内渗漏水达到最低限度，并保持孔内维持着一定的水压以稳定孔壁。因此在成孔过程中严格控制泥

浆的相对密度很重要。在砂土和较厚的夹砂层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.1～1.3；在穿过砂夹卵石层或容易塌孔的土层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.3～1.5。施工中应经常测定泥浆相对密度，并定期测定粘度、含砂率和胶体率等指标，及时调整。废弃的泥浆、泥渣应妥善处理。

成孔桩架就位后，钻机进行钻孔。钻孔时应在孔中注入泥浆，并始终保持泥浆液面高于地下水位1.0m以上，以起护壁、携渣、润滑钻头、降低钻头发热、减少钻进阻力等作用。

钻孔进尺速度应根据土层类别、孔径大小、钻孔深度和供水量确定。对于淤泥和淤泥质土不宜大于1m／min，其它土层以钻机不超负荷为准，风化岩或其它硬土层以钻机不产生跳动为准。

清孔钻孔深度达到设计要求后，必须进行清孔。对于孔壁土质较好不易塌孔的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5Mpa，被搅动的泥渣随着管内形成的强大高压气流向上涌，从喷口排出，直至孔口喷出清水为止；对于稳定性差的孔壁应用泥浆(正、反)循环法或掏渣筒清孔、排渣。用原土造浆的钻孔，可使钻机空转不进尺，同时注入清水，等孔底残余的泥块已磨浆，排出泥浆比重降至1.1

左右(以手触泥浆无颗粒感觉)，即可认为清孔己合格。对注入制备泥浆的钻孔，可采用换浆法清孔，至换出泥浆比重小于1.15～1.25为合格。清孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，以保持浆面稳定。孔底沉渣厚度对于端承桩不大于

100mm，对于摩擦桩不大于300mm。清孔满足要求后,应立即吊放钢筋笼并灌注混凝土。

下钢筋笼，浇混凝土清孔完毕后，应立即吊放钢筋笼，及时进行水下浇注混凝土。钢筋笼埋设前应在其上设置定位钢筋环，混凝土垫块或于孔中对称设置3～4根导向钢筋，以确保保护层厚度。水下浇注混凝土通常采用导管法施工。导管法水下浇注混凝土方法见第四章。

2)干作业成孔灌注桩

干作业成孔灌注桩施工工艺如图2-25所示。与泥浆护壁成孔灌注桩类似而简单，适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的干土层中桩基的成孔施工。

①施工设备

主要有螺旋钻机、钻孔扩机、机动或人工洛阳铲等。目前常用螺旋钻机成孔。螺旋钻机利用动力带动螺旋钻杆旋转，使钻头上的叶片旋转向下切削土层，削下的土屑靠与土壁的摩擦力沿叶片上升排出孔外。适用于地下水位以上的一般粘性土、砂土或人工填土地基的成孔。在软塑土层含水量大时，可用疏纹叶片钻杆，以便较快地钻进。在可塑或硬塑粘土中，或含水量较小的砂土中应用密纹叶片钻杆，以便缓慢、均匀、平稳地钻进。常用的螺旋钻机有履带式和步履式两种。前者一般由W1001履带车、支架、导杆、鹅头架滑轮、电动机头、螺旋钻杆及出土筒组成。后者的行走度盘为步履式，在施工时用步履进行移动。步履式机下装有活动轮子，施工完毕后装上轮子由机动车

钢筋混凝土灌注是靠桩头和桩身共同承担荷载的一种基础，施工时应认真掌握其施工的每个环节，现以反循环钻机成孔泥浆护壁，水下灌注砼桩为例，介绍这种桩的施工方法。

反循环钻机泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺是：

钻孔→吊装钢筋笼→浇灌砼→抽出护筒成桩→处理桩头

一、钻孔

（一）挖泥浆池和制作泥浆

泥浆的作用是防止孔壁坍塌和对孔壁起保护作用，它既能使孔内的泥浆不致流入孔外，又能使孔外的水不致渗入孔内，它的具体要求为：

比重：1.3~1.5/Tm3 (用婆梅式比重计侧)

含沙率：≤4-8%

胶体含量：≥90%

塑性指数：IP＞17

1、挖泥浆池

泥浆池应设至距桩位6-8米以外的空地为宜，坑口尺寸大约4×5M（也可根据钻机多少确定），深1.5M为宜，四周用红砖铺砌，坡度大约600左右，上抹20厚1：2.5的水泥砂浆。

泥浆池必须保证一次施工30~40个桩的排放和需求，否则钻孔时，既浪费泥浆，又太麻烦。

泥浆池施工完毕，应从桩位至泥浆池施工两条排浆循环沟，以便泥浆循环使用，施工方法同泥浆池。

截面尺寸=宽×高=800~1000×500~600mm为宜。

2、制作泥浆

泥浆的制作选用自然水和粘土或黄土拌制而成，粘土必须取样送试验室鉴定，粒径≤5mm，粒径太大必须过筛。施工时将粘土送泥浆池搅拌使用。水的选用不得使用对砼有害的水。

（二）埋放护筒

护筒的作用是稳定孔口，提高水位，增加静水压力和维护孔壁，固定水位。

护筒一般用4mm~5mm的钢板压制而成，钢板太薄容易变形，其内径一般比钻孔大20cm，高度为1.5米~2米，埋入桩位后高出地面300mm~400mm，侧边开300×300mm左右的孔，距地面100mm~150mm为宜，护筒埋好后，在筒外垫20厚粘土，用脚踏实，以防地面水渗入，护筒中心线与桩位中心线距离≤50mm。

（三）反循环钻机成孔

1、待泥浆循环池及护筒施工完毕后，选择10kw的反循环钻机，用8T汽车起重机将其对准桩位就位，然后用水平尺校正机身及钻杆的水平及垂直度，开动电机，放下钻头，用泥浆泵注入泥浆，钻机将循循钻进，一节钻杆钻入后及时停机，接上第二节。如此反复钻至设计深度。

2、钻进过程中的注意事项：

a.由于整个钻孔过程是靠泥浆循环而完成的，所以应经常检查泥浆的稠度，如发现泥浆中杂物太多，必须及时清理排浆沟及泥浆池或更换泥浆。

b.钻机在钻孔过程中，如发现钻杆摇晃，可能遇到硬土或岩石等，应立即停机检查，待查清原因，处理后再钻，否则将会发生位移、坍孔壁、桩位偏斜，甚至扭断钻杆等事故。

c.遇有岩石时应尽量慢钻，同时适当加压，必要时更换钻头。常见的钻头有普通钻头，合金钢片钻头和合金钢压轮钻头，钻进时应根据土的坚硬程度选用钻头。

3、钻孔过程中的清碴：

钻机在钻孔过程中的泥碴，一部分同泥浆一起挤入孔壁中，另一部分随泥浆一起排出坑

外流入泥浆池，剩余的部分则沉积在孔底。所以在开钻后大约4m-5m深时，应清理一次钻孔，以后每钻2m-3m深清理一次为宜，清理的次数也可能根据土质现场确定。

孔内清碴是用钻机上的清孔器进行的，有时也可以用人工清理。

4.钻孔过程中常见的问题处理:

坍孔壁:

由于钻头上下移动,淘渣,泥浆稠度不够,钻杆偏位或流砂等,都有可能引起坍孔现象。所以施工时要经常投入一些石子，粘土等补充，如坍孔严重要立即停机，将钻杆提起一段，循循搅动泥浆，将坍孔部位补平后，继续钻孔。

钻机偏移：

由于机身不稳，钻机旋转位置地基松软等原因引起的钻机偏移，发现后要及时停机，校正钻机及钻杆。

孔底出现漂石：

若钻机振动或钻机速度迟缓，可能由于孔底存在漂石，出现后要及时停机检查，如有漂石应及时打捞出孔外。

漏浆：

漏浆是由于泥浆太稀，或孔底出现较大的洞等引起的，如孔内的泥浆突然下降，则必须在孔内加入一定数

数量的水泥，石膏或粘土，提起钻头搅拌进行封堵。

5.钻孔的施工质量检查：

孔的直径检查：

桩孔钻完后，用一个比钻孔小10mm-20mm的圆环拴上12#铅丝，垂直放入孔中上下移动进行检查，铁环重5--10Kg

孔深检查：

一般用5Kg的重锤拴12#铅丝检查，钻进过程中也可以根据钻杆的长短观察。

桩孔的允许偏差：

孔径：≤50mm

垂直度：桩长1%（根据钻机的钻杆测定）

孔位中心线：≤1/6桩的设计直径

孔底沉渣：≤100mm

二、混凝土灌注桩基础缺陷及防治措施

一人工挖孔桩：

桩身混凝土强度不足

原因：混凝土遭受孔内水的危害，引起砂浆稀释，砂石下沉，严重破坏混凝土的强度。

防治措施：

１、对于孔内有地下水，水位低、水量小的桩孔，在浇捣时把混凝土拌均，水抽干，可以采用串筒迅速浇捣，但是在水位以下部分，必须调整混凝土配合比，适当减少用水量并增加水泥用量等；

２、对于水位高、出水量大的桩孔，在水位下必须采用水下混凝土配合比与导管灌注法灌注，在水位之上，为了避免水下导管灌注通病——桩身上部混凝土强度低，则可采用简单串筒浇捣，但是水必须抽干，泥浆、浮浆要清除干净，两种不同方法施工的交接层，用插捣器穿过反复插捣。永安纺织厂剑杆车间出现4B桩质量事故后，施工单位依照提供的上述防治措施，既确保了质量，又不影响施工进度，经动测检验，所有桩的混凝土质量都很好。

二钻孔灌注桩：

桩底地基承载力不足

原因：桩端没有支承在持力层上面。

防治措施：这种情况一般出现在复杂地层，这种地层一般最好取芯检验，如不能孔孔取芯，要参照邻近取芯情况、钻速、泥浆返上的岩屑及钻进情况(一般钻进至微风化岩时，钻头不蹩钻，主动钻杆振动不很厉害，钻进声音感觉较好)、工程地质资料进行综合考虑。

缩径(孔径小于设计孔径)

原因：塑性土膨胀。

防治措施：成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间，孔壁形成泥皮，孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀，如出现缩径，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。

桩底沉渣量过大

原因：检查不够认真，清孔不干净或没有进行二次清孔。

防治措施：

１、认真检查，采用正确的测绳与测锤；

２、一次清孔后，不符合要求，要采取措施：如改善泥浆性能，延长清孔时间等进行清孔。在下完钢筋笼后，再检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，应进行二次清孔。二次清孔可利用导管进行，准备一个清孔接头，一头可接导管，一头接胶管，在导管下完后，提离孔底0.4m，在胶管上接上泥浆泵直接进行泥浆循环。二次清孔优点：及时有效保证桩底干净。

钢筋笼上浮

原因：１、当混凝土灌注至钢筋笼下，若此时提升导管，导管底端距离钢筋笼仅有1m 左右的距离时，由于浇注的混凝土自导管流出后冲击力较大，推动了钢筋笼上浮；

２、由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定握裹力，如果此时导管底端未及时提到钢筋底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上移。

防治措施：

１、灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2～3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上；

２、当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇注，并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消除。

在参加福州火电厂化学处理房桩基工程施工时，其中18号桩钢筋笼就出现上浮现象，

是因为搅拌机操与灌注平台卷扬机的操作工人，在这根桩灌注时临时换人，两个主要岗位的工人操作不熟练，所拌的混凝土和易性差，提管的卷扬机不灵活，出现第一斗剪球时，混凝土下不去经反复活动敲击导管，混凝土才下注，又注了好几斗，就发现在灌注中钢筋笼自然上升，将导管上提离孔底合适高度，钢筋笼才彻底止住上浮。

断桩与夹泥层

原因：

１、泥浆过稠，增加了浇注混凝土的阻力，如泥浆比重大且泥浆中含较大的泥块，因此，在施工中经常发生导管堵塞、流动不畅等现象，有时甚至灌满导管还是不行，最后只好提取导管上下振击，由于导管内储存大量混凝土，一旦流出其势甚猛，在混凝土流出导管后，即冲破泥浆最薄弱处急速返上，并将泥浆夹裹于桩内，造成夹泥层；

２、灌注混凝土过程中，因导管漏水或导管提漏而二次下球也是造成夹泥层和断桩的原因。导管提漏有两种原因：a.当导管堵塞时，一般采用上下振击法，使混凝土强行流出，但如此时导管埋深很少，极易提漏。b.因泥浆过稠，如果估算或测混凝土面难，在测量导管埋深时，对混凝土浇注高度判断错误，而在卸管时多提，使导管提离混凝土面，也就产生提漏，引起断桩；

３、灌注时间过长，而上部混凝土已接近初凝，形成硬壳，而且随时间增长，泥浆中残渣将不断沉淀，从而加厚了积聚在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注极为困难，造成堵管与导管拔不上来，引发断桩事故；

４、导管埋得太深，拔出时底部已接近初凝，导管拔上后混凝土不能及时冲填，造成泥浆填入。

防治方法：

１、认真做好清孔，防止孔壁坍塌；

２、尽可能提高混凝土浇注速度：a.开始浇混凝土时尽量积累大量混凝土，产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力。B.快速连续浇注，使混凝土和泥浆一直保持流动状态，可防导管堵塞；

３、提升导管要准确可靠，灌注混凝土过程中随时测量导管埋深，并严格遵守操作规程；

４、灌注水下混凝土前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷，发现问题要及时更换。