钻孔灌注桩孔底沉渣产生原因分析及优化措施

摘要：通过工程质量问题分析，说明孔底沉渣对钻孔灌注桩的承载能力有着至关重要的影响，进而从钻孔、清孔、灌注混凝土等环节论述了钻孔灌注桩沉渣厚度的控制对策。

关键词：钻孔灌注桩；孔底沉渣；控制措施 引言

钻孔灌注桩以其适应范围广、单桩承载力高、施工噪音低、振动小及单价低等优点，在各类建筑工程中到广泛应用。随着高层建筑的日益增多，对桩基承载力的要求也越来越高。但由于钻孔灌注桩施工工艺的特殊性，其承载力受施工中的因素影响较大，特别是孔底沉渣层严重影响桩承载力的发挥。因此，施工过程中加强孔底沉渣厚度的检测与控制，是保证钻孔灌注桩施工质量和桩基承载力的关键措施之一。

1 钻孔灌注桩孔底沉渣原因分析及控制措施

钻孔灌注桩桩底沉渣可能产生于旋挖钻机施工的钻进成孔、安放钢筋笼、灌注混凝土等环节中，分析认为沉渣产生的原因大致分为以下几类。 1.1 桩孔孔壁塌落 1.1.1 原因分析

桩孔孔口填土不稳定，塌落孔内；泥浆密度过低，悬浮能力差；提升钻具太快，形成孔内向上的抽吸；提钻时孔内泥浆液面下降，未及时补充孔内泥浆；钻具提放刮碰孔壁；下放钢筋笼刮碰孔壁；终孔后未及时灌注混凝土，孔壁浸泡时间过长。

1.1.2 控制措施

孔口安放钢护筒保护孔口，护筒长度根据地层条件适当加长；加大泥浆密度，提高泥浆黏度；控制旋挖回次进尺，严禁钻筒打满提钻，避免抽吸现场；钻具提离孔口前，及时补充孔内泥浆，保持泥浆液面高度；钻具提放时保持对中，慢提、慢放，防止刮碰；钢筋笼采用汽车式起重机安放，保持对中、垂直；终孔后及时灌注桩身混凝土，缩短辅助作业时间，减少孔内沉渣沉淀。 1.2 泥浆沉淀 1.2.1 原因分析

泥浆性能参数不合格，护壁效果不佳；泥浆循环池、沉淀池混用，造成废渣循环进入孔内；泥浆含砂率过高；灌注前等待时间过长，泥浆发生沉淀。 1.2.2 控制措施

根据场地地层特性，采用优质膨润土配制泥浆，控制好泥浆密度，并及时检测、调整泥浆性能；将泥浆循环池和沉淀池分开设置，确保施工中的钻渣随泥浆从孔内排出经泥浆沟进入沉淀池，沉淀后的泥浆经泥浆池返回孔内循环使用；调整好泥浆密度，提高泥浆的携渣能力，同时可采用泥浆分离净化装置对排出的泥浆进行浆渣分离，并适时对含砂率进行测试，及时调整泥浆性能；事先做好灌注桩身混凝土的各项准备工作，控制好混凝土进场时间和初凝时间，尽可能缩短灌注等待，避免泥浆沉淀。 1.3 钻孔残留 1.3.1 原因分析

旋挖钻具取土效果差，残留钻渣在孔底；钻具底部变形或者磨损过大，渣土掉落生成沉渣；钻底结构本身限制，如钻齿布置高度、间距等原因造成渣土残留

过多产生沉渣堆积。 1.3.2 控制措施

定期检查旋挖钻具性能，特别是旋挖钻斗筒体下方的2块底板，保持上下底板回转自如，以实现斗底进土口的正常开启和关闭，以保证取土效果，减少钻渣残留；选用合适旋挖钻具，定期检查钻具钻底结构情况，如出现变形或磨损，及时进行修复；在终孔时，钻具减小旋转底和固定底间隙，缩小钻齿布置高度，并使用孔径小一级的钻具入孔底捞渣，同时增加清渣捞渣次数，以减少桩底残留。 2.钻孔灌注桩孔底沉渣控制的优化措施 2.1选择合适的清孔方式

应根据不同的钻孔方法、施工设备、设计要求及地层条件，合理选用清孔方法。

（1）抽浆法清孔

抽浆法清孔较彻底，且清孔速度快，可适用于各类土层、各种钻孔方法的摩擦桩或支承桩，尤适宜于采用反循环钻孔及孔底沉渣颗粒较大桩孔的清孔。但在孔壁易坍塌的桩孔中应谨慎使用，以防坍孔。 （2）换浆法清孔

对采用正循环钻进、以粘性土及细颗粒砂性土层为主的桩孔，可采用换浆法清孔。采用该法清孔不易引起坍孔，但清孔速度慢，须控制好泥浆指标及清孔时间，否则清孔效果难以保证。 （3）掏渣法清孔

对击、冲抓、旋挖钻进的桩孔，应先采用掏渣法进行初步清孔，待较大颗粒沉渣清理完毕后，可换用换浆法进一步清孔，同时降低孔内泥浆密度。 （4）喷射法清孔

在导管等混凝土灌注设备已安装，实测孔底沉渣厚度超出规定或设计要求，但超出范围不大，进行二次清孔费时费力，且影响孔壁稳定的情况下，可采用喷射清孔法进行处理，并立即灌注水下混凝土。该法仅宜作为其他方法清孔的辅助手段。

（5）砂浆置换清孔

该法操作不便，实际应用较少，可在一些有特殊要求的桩基中使用。 2.2确保清孔彻底、充分

清孔持续时间应根据具体清孔方式、地质情况及孔底排出的泥浆指标确定，抽浆法清孔的速度较快（一般不少于10min即可），换浆法清孔速度较慢

（30min至数小时不等）。无论采用何种清孔方式，均应确保清孔持续时间，否则难以达到清孔效果。

2.3严格控制清孔泥浆指标 （1）清孔过程泥浆指标

清孔过程中泥浆密度一般应比钻孔泥浆密度小，但泥浆密度及粘度过小，影响孔壁稳定；采用正循环清孔时，泥浆密度及粘度过小，还会影响泥浆悬浮钻渣的能力，降低清孔效果。在粘性土、粉土及粉砂土为主的土层中，清孔过程中输入泥浆指标宜控制为：相对密度1.05—1.10；粘度16-20Pa.s；含砂率<4％。 （2）终止清孔泥浆指标

终止清孔前应在孔底取泥浆进行性能指标检测，终止清孔泥浆指标一般控制在以下范围：相对密度1.03－1.15；粘度17－20Pas；含砂率<4％；胶体率>98％。 2.4采取有效固孔措施

（1）根据现场条件和规定要求设置护筒，施工过程中加强对护筒的保护，防止碰撞或振动造成孔口坍塌。

（2）施工过程中保持孔壁任何部位静水压力不小于0.02MPa，即始终保持孔内水位高于地下水位（或河水位）不小于1.5-2.0m。

（3）选择合适的钻孔及清孔机具。对土层松软、易坍塌的桩孔，应尽量避免采用振动大、负压过低的施工机具和工艺方法。.

（4）钻具拆卸、钢筋骨架和导管安装过程中应尽量避免碰撞孔壁。 （5）选择合适的钻孔泥浆指标，确保在孔壁形成有效的泥皮保护层。 2.5二次清孔

第一次清孔是在终孔后进行，经过安放钢筋笼、焊接、下放导管等过程，一般需要4h，在这段时间内，由于孔内泥浆处于静止姿态，原来悬浮在泥浆中的泥、砂砾和石屑会沉人孔底，同时，安放钢筋笼和导管时也会擦碰孔壁，而使泥砂落孔内，为此，在砼灌注前利用导管进行第二次清孔。二次清孔应做到边循环清孔边测孔底沉渣，当孔底沉渣厚度符合设计及规范要求时，再在循环中调整泥浆各项指标，终止清孔泥浆指标一般控制在以下范围：相对密度在1.05～1.10之间；粘度为16～20S；含砂率<4%。当测得泥浆各项指标均符合规范要求后，应立即进行水下砼的灌注工作，在等待砼过程中应继续循环清孔，直到砼到场后装料斗灌注。

2.6准确测定沉渣厚度

沉渣厚度测量必须使用正确的测量方法，测量方法不当，造成沉渣厚度误判，就不能对沉渣厚度进行有效控制，要准确测量孔底沉渣厚度，首先需准确测量桩的终孔深度，桩的终孔深度应采用丈量钻杆长度或钢测绳的方法测定，钻杆长度或钢测绳长度应采用标准的卷尺进行复核。沉渣厚度=终孔深度-清孔后深度，清孔直至沉渣厚度满足规范要求。目前沉渣厚度的检测方法有：测绳（重锤）检测、取样盒检测和沉渣仪检测。 结论

要处理好沉渣问题，应根据地质情况、桩基类型、桩长采取相应的施工方法，从钻孔、清孔、灌注等一系列环节控制，从而保证沉渣厚度满足设计要求，确保桩基施工质量。 参考文献：

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[2]黄玲彬，吴兰英.钻孔灌注桩孔底沉渣质量问题的探讨[J].山西建筑，2010（2）：132-133.

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