桩基施工与溶洞处理

一、分类

1）桩按受力情况分为端承桩和摩擦桩两种。

①端承桩是穿过软弱土层而达到坚硬土层或岩层上的桩，结构荷载主要由岩层阻力承受；施工时以控制嵌岩深度为主，对沉渣厚度的要求严格。

——桥梁工程中的端承桩多数要求嵌岩。

②摩擦桩完全设置在软弱土层中，依靠桩端阻力和桩身侧面与地基土之间的摩擦阻力共同承受荷载，施工时以控制桩端设计标高（长度）为主。

——对于桩端为硬土层者，又有摩擦端承桩，端承摩擦桩。

——桥梁工程中的摩擦桩，通常不计挤密作用。

 

 

2）桩按施工方法分为预制桩和灌注桩

①预制桩根据沉入土中的方法，可分打入桩、水冲沉桩、振动沉桩和静力压桩等；

灌注桩是在桩位处成孔，然后放入钢筋骨架，再浇筑混凝土而成的桩。灌注桩按成孔方法不同，有钻（冲）孔灌注桩、挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩及爆扩成孔灌注桩等。 

 

二、混疑土灌注桩施工

1.灌注桩：直接在桩位上用机械成孔或人工挖孔，在孔内安放钢筋、灌注混凝土而成型的桩。 

2.与预制桩相比，灌注桩具有不受地层变化限制，不需要接桩和截桩，节约钢材、振动小、噪声小等特点。 

3.灌注桩按成孔方法分为干作业钻孔灌注桩、泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩等。 

2.1 干作业钻孔灌注桩 

1、干作业成孔一般采用螺旋钻机钻孔。螺旋钻头外径分别为Φ400mm、Φ500mm、Φ600mm，钻孔深度相应为12m、10m、8m。适用于成孔深度内没有地下水的一般粘土层、砂土及人工填土地基，不适于有地下水的土层和淤泥质土。

2、钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移。

3、钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。 

4、钢筋骨架的主筋、箍筋、直径、根数、间距及主筋保护层均应符合设计规定，绑扎牢固，防止变形。用导向钢筋送入孔内，同时防止泥土杂物掉进孔内。钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度50～60cm。

 

2.2 泥浆护壁成孔灌注桩 

1、泥浆护壁成孔是利用泥浆保护稳定孔壁的机械钻孔方法。它通过循环泥浆将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出孔外，适用于有地下水和无地下水的土层。

2、成孔机械有潜水钻机、冲击钻机、冲抓锥等。

3、泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程：测定桩位、埋设护筒、桩机就位、制备泥浆、机械(潜水钻机、冲击钻机等)成孔、泥浆循环出渣、清孔、安放钢筋骨架、浇筑水下混凝土。 

2.2.1  埋设护筒和制备泥浆 

① 钻孔前，在现场放线定位，按桩位挖去桩孔表层土，并埋设护筒。护筒上部设1～2个溢浆孔，是用厚4～8mm钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径200mm。护筒的作用是固定桩孔位置，保护孔口，防止地面水流入，增加孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头的方向。

护筒顶高出施工水位1.5m，并高出地面0.3m， 

② 保证护筒内泥浆顶标高始终高于外部水位至少1m。 

在钻孔过程中，向孔中注入相对密度为1.1～1.4的泥浆。 一般1.2～1.3；易坍地层可提高到1.4左右。

③ 泥浆的作用：

稳定水压：

使桩孔内孔壁土层中的孔隙渗填密实，避免孔内漏水，保持护筒内水压稳定；

护壁：

泥浆相对密度大，加大了孔内的水压力，可以稳固孔壁，防止塌孔；

浮（携）渣：

通过循环泥浆可将切削的泥石渣悬浮后排出，起到携砂、排土的作用。 

2.2.2  成孔 

 1）回旋（潜水）钻机成孔    

回旋钻机是一种旋转式钻孔机，其防水电机变速机构和钻头密封在一起，由桩架及钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔。注入泥浆后通过正循环或反循环排渣法将孔内切削土粒、石渣排至孔外。

 

回旋钻机成孔排渣有正循环排渣和反循环（泵举）排渣两种方式。 

① 正循环排渣法

在钻孔过程中，旋转的钻头将碎泥渣切削成浆状后，利用泥浆泵压送高压泥浆，经钻机中心管、分叉管送入到钻头底部强力喷出，与切削成浆状的碎泥渣混合，携带泥土沿孔壁向上运动，从护筒的溢流孔排出。

② 反循环排渣法

砂石泵随主机一起潜入孔内，直接将切削碎泥渣随泥浆抽排出孔外。 

 

2）冲击钻成孔 

①冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头(冲击锤)提高到一定高度，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔。 

②冲击钻头形式有十字形、工字形、人字形等，一般常用十字形冲击钻头。 

③冲孔前应埋设钢护筒，并准备好护壁材料。 

 

 

冲击钻机就位后，校正冲锤中心对准护筒中心，在冲程0.4～0.8m范围内应低提密冲，并及时加入石块与泥浆护壁，直至护筒下沉3～4m以后，冲程可以提高到1.5～2.0m，转入正常冲击，随时测定并控制泥浆相对密度。

施工中，应经常检查钢丝绳损坏情况，卡机松紧程度和转向装置是否灵活，以免掉钻。 

3）冲抓锥成孔

① 冲抓锥锥头上有一重铁块和活动抓片，通过机架和卷扬机将冲抓锥提升到一定高度，下落时松开卷筒刹车，抓片张开，锥头便自由下落冲入土中，然后开动卷扬机提升锥头，这时抓片闭合抓土。冲抓锥整体提升至地面上卸去土渣，依次循环成孔。

② 冲抓锥成孔施工过程、护筒安装要求、泥浆护壁循环等与冲击成孔施工相同。 

③ 适用于松软土层(砂土、粘土)中冲孔，但遇到坚硬土层时宜换用冲击钻施工。 

 

2.3  验孔 

1、验孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况；清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。

2、泥浆护壁成孔清孔时，对于土质较好不易坍塌的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5MPa，使管内形成强大高压气流向上涌，同时不断地补足清水，被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止。 

3、对于稳定性较差的孔壁应采用泥浆循环法清孔或抽筒排渣，清孔后的泥浆相对密度应控制在1.15～1.25。含砂率<=4%(大直径桩2%) 

 

图： 钻孔偏斜纠正

清孔作业：

1、钻孔达到要求深度后，采用泥浆泵及时进行清孔，避免延时过长，泥浆钻渣沉淀而造成清孔困难或坍孔。

2、钻孔达设计深度终孔后，将输浆管下到孔底50～80cm，换用比重1.05～1.25的新鲜泥浆进行清孔，直到钢筋与导管下入孔内，重新测孔底沉渣厚度。直到沉渣厚度满足要求后，方可进行下道工序施工。

3、注意保持孔内水头，防止坍孔；

4、清孔后，检查孔口、孔中和孔底提取的泥浆比重的平均值，应符合质量标准要求。

5、采取一切措施缩短清孔后至灌注水下砼的时间。

6、不得用加深孔深来代替清孔。

2.4  浇筑水下混疑土 

泥浆护壁成孔灌注混凝土的浇筑是在水中或泥浆中进行的，故称为浇筑水下混凝土。

水下混凝土宜比设计强度提高一个强度等级，必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定。

水下混凝土浇筑常用导管法。 

浇筑时，先将导管内及漏斗灌满混凝土，其量保证导管下端一次埋入混凝土面以下1.0m以上，然后剪断（或迅速拔出）悬吊隔水栓的钢丝，混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中。 

 

 

图： 水下砼灌注过程示意图

导管埋深应保持在2～6m之间

——过小易发生导管进水，过大易导致“埋管”。

 

图：首盘砼用量-导管埋深静计算图

1、导管口到孔底的距离不宜太大或太小，一般20～40cm。 太大不利于将沉渣带起，底部砼质量难以保证；太小容易堵管。

2、为防止导管进水，首盘 砼应使导管埋深不少于1m。

在浇注前，探测孔底泥浆沉淀厚度，如大于设计厚度，再次清孔，直到满足要求为止。

砼由拌合站负责生产，用斗车运至现场，检查和易性、坍落度等指标。如不符合要求，应进行二次拌合，二次拌合仍达不到要求，不得使用,然后重新按配合比进行称量下料，直到满足要求。

浇注首批砼时应注意：

a.导管下口至孔底的距离一般为20～40cm。

b.第一批砼储备量应确保导管一次埋入混凝土面≥1.0m;

所需混数量按公式计算：

V≥∏D2/4· (H1+H2)+ (Πd2/4)h1

V—灌注首批砼所需数量（m3）；

D—桩孔直径（m）；

H1—桩孔底至导管底端间距，一般为0.2～0.4m；

H2—导管初次埋置深度（m）；

d—导管内径（m）；

h1—桩孔内砼达到埋置深度H2时，导管内砼柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m），即

h1 = rwHw/rc；

由专人测量导管埋深及管内外砼面的高差，填写砼浇注记录

封底砼灌入后，应仔细检查封底情况，确认封底成功后，进行正常浇注。

浇注开始时，要连续有节奏地进行，尽可能缩短拆除导管的时间；

当导管内砼不满时，徐徐地浇注，防止在导管内造成高压气囊，压漏导管。

当井孔砼面接近钢筋架时，使导管保持稍大的埋深，并放慢浇注速度；当井孔砼面进入钢筋骨架一定深度后，适当提升导管，使钢筋骨架在砼中有一定的埋深，稳定钢筋并注意控制钢筋笼中心位置。

为确保桩顶质量，砼浇筑比桩顶设计标高高0.5（0.6）～1.0m。

在浇注将近结束时，导管内砼柱高度相对减少，导管内砼压力降低，而导管外井孔的泥浆稠度增加、比重增大。若出现砼顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使浇注工作顺利进行。

 

图：沉渣厚度、砼灌注高度确定

 

如发现导管漏水，且事故发生的位置能够确定时，可用此法补救。 对工艺、经验的要求较高。

导管水密承压及接头抗拉试验：

导管水密承压及接头抗拉试验,管内水压不小于孔内水深1.3倍的压力,也不应小于导管壁和焊缝所能承受灌注砼时最大内压力的1.3P。

P按以下公式计算:

P=rchc-rwHw

p—导管可能承受的最大内压力(Kpa)；

rc—砼拌和物的比重（取24KN/m3）；

hc—导管内砼桩最大高度（m），以导管全长或预计的最大高度计；

rw—井孔内水或泥浆的容重（KN/m3）；

Hw—井孔内水或泥浆的深度（m）。

2.5  灌注桩施工质量要求及完全技术 

灌注桩施工质量检查包括成孔及清孔、钢筋骨架制作及安放、混凝土搅拌及灌注等三个施工过程的质量检查。

施工前应对水泥、砂、石子、钢材等原材料进行检查，对施工组织设计中制定的施工顺序、监测手段也应进行检查。 

2.5.1  成孔质量检查及要求

1、 灌注桩成孔深度的控制要求：

泥浆护壁成孔、干作业成孔，应达到设计规定的深度。

2、灌注桩的沉渣厚度：

当以摩擦力为主时，不得大于150mm；当以端承力为主时不得大于50mm。 

 

表： 灌注桩的平面位置和垂直度的允许偏差 

2.5.2  钢筋笼制作及安放要求

钢筋笼制作时，要求主筋沿环向均匀布置，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要求。主筋与箍筋之间宜采用焊接连接。加劲箍应设在主筋外侧，主筋一般不设弯钩，根据施工工艺要求，所设弯钩不得向内圈伸露，以免妨碍施工。  

钢筋笼主筋的保护层允许偏差：水下灌注混凝土桩为±20mm；非水下灌注混凝土桩为±10mm。

钢筋笼制作、运输、安装过程中，应采取措施防止变形，并应有保护层垫块(或垫管、垫板)。吊放入孔时，应避免碰撞孔壁。灌注混凝土时，应采取措施固定钢筋笼的位置。

2.5.3  混凝土搅拌与灌注

1、混凝土搅拌主要检查材料质量与配比计量、混凝土坍落度；灌注混凝土应检查防止混凝土离析的措施、浇筑厚度及振捣密实情况。 

2、灌注桩各工序应连续施工。钢筋笼放入泥浆后，4h内必须灌注混凝土。

3、灌注后，桩顶应高出设计标高0.50m。灌注桩的实际浇筑混凝土量不得小于计算体积。

4、浇筑混凝土时，同一配比的试块，每班不得少于1组；泥浆护壁成孔的灌注桩，每根不得少于1组。

5、混凝土灌注桩的质量检验标准应符合规定。 

 

表：混凝土灌注桩钢筋笼质量检验标准 

 

 

图： 混凝土灌注桩质量检验标准 

2.5.4  施工验收资料

桩基施工验收应包括下列资料：

(1) 工程地质勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更单及材料代用通知单等。

(2) 经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更情况。

(3) 桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单。

(4) 桩孔、钢筋、混凝土工程施工隐蔽记录及各分项工程质量检查验收单及施工记录。

(5) 成桩质量检查报告。

(6) 单桩承载力检测报告。

(7)  基坑挖至设计标高的桩位竣工平面图及桩顶标高图。

2.5.5  桩基础工程安全技术

(1) 桩基础工程施工区域，应实行封闭式管理，进入现场的各类施工人员，必须接受安全教育，严格按操作规程施工，服从指挥，坚守岗位，集中精力操作。

(2) 按不同类型桩的施工特点，针对不安全因素，制定可靠的安全措施，严格实施。

(3) 对施工危险区域和机具(冲击、锤击桩机，人工挖掘成孔的周围，桩架下)，要加强巡视检查，对于有险情或异常情况时，应立即停止施工并及时报告，待有关人员查明原因，排除险情或加固处理后，方能继续施工。

(4) 打桩过程中可能引起停机面土体挤压隆起或沉陷，打桩机械及桩架应随时调整，保持稳定，防止意外事故发生。

(5)   加强机械设备的维护管理，机电设备应有防漏电装置。

 

三、溶洞处理方案

岩溶地区钻孔灌注桩施工的关键是如何保证成孔过程中不漏浆，或虽漏浆但不发生坍孔，保证桩孔顺利成孔、成桩并满足承载力要求。施工中应对照设计提供的地质钻孔柱状图来判识岩溶地层情况，做到心中有数，提前预防。因此根据溶蚀发育状况、空洞大小、溶洞填充物情况，桩基施工采用常规的泥浆护壁方式，向孔内抛填片石，回填贫混凝土，压力注浆以及采用钢护筒跟进等不同的施工工艺。

3.1 片石回填

采取正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时，反复投入黄土和片石，利用钻头冲击将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，还可掺入水泥、烧碱和锯末，以增大孔壁的自稳能力。

1、掺加比例  为有效利用片石，片石与粘土的比例为3：7，掺加比例为每米2包，掺加锯末时，掺加比例为粘土的10%。

2、掺加方法  片石采用强度≥30Mpa的花岗岩或石灰岩，石块粒径以15—50cm为宜。

掺加粘土时采用水泥袋包装后投放效果更佳。 水泥投放方法以整袋投放为佳。

掺加方法为：片石、粘土袋和水泥或锯末（如果掺加）分层间隔掺加，回填高度为溶洞顶板以上1m处。

3、施工注意事项  密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生，发生漏浆现象，立即处理。

根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，凭手握冲击主绳的手感，钻头冲击岩层的响声，抽取的岩样来判断是否接近岩溶地层。

接近岩溶时主绳松绳量应为1—2cm，防止击穿岩壳时卡钻。

钻穿岩溶地层上壳时一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补水，以保持孔内水位高度。

3.2 贫混凝土回填

采取正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜岩面时填入低标号混凝土，间隔一定时间后采用冲击钻冲击成孔。

1、混凝土标号及配合比  混凝土标号通常采用C20贫混凝土，为尽快提高混凝土强度，节约施工时间，应在混凝土中掺加一定的早强剂，提高贫混凝土的早期强度。

2、掺加方法  对于倾斜岩面，为校正孔位，回填贫混凝土应与倾斜岩面顶面平齐，对于溶洞处，回填顶面高于溶洞顶板50cm。

3、施工注意事项  回填48h后回填混凝土强度达到70%方可重新开钻。

3.3 注浆加固

注浆方法处理钻孔桩溶洞，是通过设计院提供的地质勘察资料，对钻孔桩穿过的溶洞进行填充和加固的方法，该方法对于处理大溶洞是十分有效的措施。

1、注浆孔布设  根据设计院提供的设计资料，先找出最大的溶洞，如果溶洞为连通溶洞，只需要对其中最大的溶洞进行注浆加固，另外，钻注浆孔也是对地质情况的进一步勘探，通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。

2、注浆压力控制  用注浆泵注浆，注浆压力不宜太大，控制在0.5—1.0MPa范围，具体压力值由现场试验确定。注浆速度为15—20L/min，其目的是使浆液渗透到填充物内（包含灌入的砂或碎石），然后固结，渗透最小直径定为3.0m，以保证冲钻成孔时有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物的底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快，根据注浆速度确定，应使渗透半径控制在允许范围内。浆液选用水泥浆，用32.5级水泥，水泥配合比为水：水泥=0.8：1.0。若需用水泥砂浆，则配合比采用水：水泥：砂=1：1：0.8，需要采用双液浆时，水玻璃的用量根据现场试验确定。

3、注浆施工注意事项  为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液与砂子（或碎石）初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆的压力必须调高，最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。

 

 

四、小结

1）桩基础是一种常用的深基础形式，当天然地基上的浅基础沉降量过大或地基承载力不能满足设计要求时，宜采用桩基础。明确工程地质勘察是桩基础设计与施工的重要依据。

2）灌注桩施工中包括有成孔、钢筋笼制作安装、清孔和灌注混凝土等施工过程，成桩工艺较复杂，湿作业成孔时成桩速度慢，其成桩质量与施工好坏密切相关，成桩质量难以直观的进行检查。在灌注桩施工方案中要对质量事故认真分析，并采取相应的预防措施。

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