浅析深基坑灌注桩与土层锚杆施工质量控制

[摘要]随着城市建设的发展，基坑施工的开挖深度越来越深，从最初的5－7m发展到目前最深已达20m。灌注桩加土层锚杆是深基坑支护的一种最有效的办法。灌注桩和土层锚杆施工质量的好坏直接影响到后续施工以及建筑物的安全。文章论述灌注桩和土层锚杆深基坑支护方法，着重介绍灌注桩和土层锚杆深基坑施工质量控制要点。

[关键词]灌注桩；土层锚杆；成孔；质量控制；灌浆

[中圈分类号]TU712+3　[文献标识码]A　[文章编号]1007－7723(2008)06－0158－0003

一、灌注桩施工质量控制

(一)灌注桩施工前的准备

为了保证灌注桩施工的顺利进行，必须进行施工前的准备工作。一般准备工作从以下几个方面着手：(1)根据地层特点和施工工艺的要求，土质、桩径、桩深以及施工现场的场地大小、场内搬迁、工期要求、供水、供电等条件的要求选择合适的施工设备。(2)对施工程序进行合理安排，做好施工技术方案设计和施工组织方案设计。具体对灌注桩施工来说，要安排好各桩的施工成桩次序，熟悉成孔、成桩各工序的操作工艺。(3)做好施工前场地平整，探明和清除桩位处的地下障碍物，按平面布置图的要求做好施工现场的施工道路、供水供电、泥浆池和排浆槽等泥浆循环系统、施工设施布置、材料堆放等有关布设。(4)施工前对进场原材料进行严格的质量检查。(5)施工前进行试成桩，核对地质资料是否正确，检验所选用的设备、机械，施工工艺及技术要求是否合适。在试成孔过程中，根据持力层具体情况，决定选用钻头的型式，并且选择合适的清孔方式。成孔结束后，必须检验孔径、垂直度、孔壁稳定和沉渣泥浆密度等一系列指标是否达到设计要求。如满足，试成孔的施工工艺参数即为施工时选择工艺参数的依据；否则，要对设计指标进行相应调整。

(二)成孔方法及施工质量控制

1.成孔方法

根据地层结构的不同，灌注桩成孔的方法也不同。目前，灌注桩成孔主要有干作业法成孔、泥浆护壁法成孔、套护壁管法成孔及沉管灌注桩法成孔。干作业成孔灌注桩适用于地下水位以上的黏性土、粉土，填土，中等密实以上的砂土、风化岩层。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的黏性土、粉土、砂土、填土、碎(砾)石土及风化岩层，以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层。套管沉管灌注桩适用于黏性土、粉土、淤泥质土、砂土及填土；在厚度较大、灵敏度较高的淤泥和流塑状态的黏性土等软弱土层中采用时，应制定质量保证措施，并经工艺试验成功后方可实施。沉管夯扩桩适用于桩端持力层为中、低压缩性黏性土、粉土、砂土、碎石类土，且其埋深不超过20m的情况。本文主要针对钻孔灌注桩的施工、钢筋笼制作及吊放、成桩质量控制三方面进行简要论述。

2.施工质量控制

(1)测定桩位。将桩位精确定位到实地，当设计桩径D≤1000mm时，桩径允许偏差应控制在±50mm之内，垂直度允许偏差应小于1mm，1－3根单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础的边桩桩允许偏差应小于D／6，且不大于100mm；当设计桩径D>1000mm时，桩径允许偏差不超过±50mm的范围，垂直度允许偏差也应小于1mm，1－3根单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础的边桩桩允许偏差应小于100+0.01H，H为施工现场地面标高与桩顶设计标高的距离。

(2)护筒埋设。护筒的上口边缘须开设溢浆口；护筒坑一般采用机械开挖与人工清理，挖孔直径比护筒直径大0.4m左右。护筒埋设时，通过龙门桩定位，护筒中心与桩位中心重合，其偏差不得超过20mm，并应严格控制护筒的垂直度。护筒调整到位并固定后，周边用黏土均匀回填并分层夯实，以保证在钻孔过程中护筒稳定不下落以及周边不跑浆。

(3)钻机就位。钻机安放前，先将桩孔周边垫平，确保钻机安放到位后机身能保持平稳，并确保机架的底盘、钻头中心及桩位中心在同一铅垂线上，其对中误差不得大于20mm；钻机就位后，测量钻机平台标高来控制钻孔深度，避免超钻或少钻。正式钻孔前，钻机要先进行运转实验，检查钻头的同心度和钻机的稳定性，确保后续成孔施工能连续进行。

(4)成孔。开始钻进时，应先在护筒中放人一定数量的泥浆，稍提钻杆开始空转，并注入清水，使之搅拌成浆，开动泥浆泵进行泥浆循环，待泥浆均匀后开始钻进。开始时应慢慢钻进，使护筒底部形成坚固的泥皮护壁，待钻至护筒下1m以后，再根据土质情况正常钻进。钻进时应注意控制泥浆比重，在黏土、亚黏土层中成孔，泥浆比重一般控制在1.1－1.2，钻进时需不断地向孔内注入清水；在砂层中成孔，泥浆比重一般控制在1.2－1.4，钻进过程应保持孔内液面不低于护筒的溢流口，使泥浆有足够的压力护壁。钻进过程中应合理调整钻进参数，操作人员不得随意提动孔内钻具，操作时应精力集中，掌握好升降机钢丝绳的松紧度，尽量减少钻杆、水龙头的晃动。在黏土层中钻进时，宜选用尖底钻头，采用中等钻速、大泵量稀泥浆的操作方法。在砂土或软土等易坍孔土层钻进时宜采用平低钻头，减慢进尺、轻压、低档慢速、大泵量稠泥浆的操作方法。在砂砾层等坚硬土层钻进时、宜采用低档慢速、控制进尺、优质泥浆、大泵量、两级钻进的操作方法。如果在钻进过程中有大量活动块石卡钻，可用冲抓或毛刺钻头将块石清理上来。加接钻杆时，应先将钻头稍提离孔底，待干净泥浆循环3－5min后，再拧卸加接钻杆，以免泥碴沉积过厚，使钻杆放不下。接杆后，重下钻具时，钻头应距孔底碴面50－80mm，开动泥浆泵，使泥浆循环2－3min。然后开动钻机。慢慢将钻头放到孔底，轻压慢转几分钟后再正常钻进。在钻进过程中，应防止扳手、垫叉等金属工具落入孔内，损坏钻头。若护筒底部土质松软、漏浆时，可提起钻头，向孔内倒入黏土块，再放下钻头倒转，使胶泥挤入孔壁、堵住漏浆的孔隙，若钻孔偏斜，可在偏斜处吊住钻头，上下反复扫孔，使孔校直，或者在偏斜处回填砂黏土待密实后再钻。若出现孔径缩小，可采用上下反复扫孔的办法扩大孔径。泥浆上返流速宜大于0.35m／s。在松散土层中的钻压应以保证钻碴清除及时和不坍孔为前提，灵活加以掌握，在岩石中钻进时可适当提高钻压。成孔后应进行清孔，清孔后泥浆比重不宜大于1.2。清孔完毕应立即灌注混凝土。若两者的间隔时间较长，则应保证孔内泥浆液面无明显下降，以防坍孔，并且在灌注混凝土前应进行二次清孔。

(三)钢筋笼制作质量和吊放

钢筋笼制作前首先要检查钢材的质保资料，检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上。这是由于钢筋吊笼放后是暂时固定在钻架底梁上的，因此，吊环长度是根据底梁标高

的变化而改变的。所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度，以确保钢筋的埋入标高满足设计要求。在钢筋笼吊放过程中，应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因。如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。

(四)成桩质量的控制

为确保成桩质量，必须对进场原材料进行严格检查，如发现不合格产品应及时进行处理。钻孔灌注水下混凝土时，施工采用导管灌注，为防止混凝土离析现象发生，必须控制良好的混凝土配合比，现场根据水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化对配合比进行相应调整。为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制，混凝土坍落一般控制在18－20cm的范围。准确记录混凝土面的标高和导管的埋入深度，导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2－4m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶8－10m时，应及时将坍落度调小至12－16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序地拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中每灌注2m³左右的混凝土，要测定一次混凝土面上升的高度，并根据实际灌入混凝土量与设计桩径和桩长理论计算得出混凝土量的比值，计算每段桩体的充盈系数。《建筑施工操作规程》规定桩身混凝土的充盈系数必须大于1。

二、土层锚杆施工质量控制

(一)常用设备及适用范围

锚杆钻孔机械有多种不同类型，每种类型有不同施工工艺特点与适用条件。按工作原理可分为回转式钻机、螺旋钻机、旋转冲击钻及潜孔冲击钻等，主要根据土层的条件、钻孔深度和地下水情况进行选择。回转式旋转钻机适用于黏性土及砂性土地基。螺旋钻适宜在无地下水条件下黏土、粉质黏土及较密实的砂层中成孔，根据不同的土质需选用不同的回转速度和扭矩。旋转冲击钻适用于砂砾石、卵石层及涌水地基，根据地层情况可分别使用旋转、冲击，能迅速装卸，钻孔速度快。潜孔冲击钻适合硬度为f=6－20的岩石，适用范围广、使用寿命长、成本低。

(二)成孔

钻孔前应校正孔位的垂直、水平位置和角度偏差，并保证在垂直于坑壁的平面内钻进。钻进过程中应随时注意钻进速度、压力及钻杆的平直。钻进速度一般以0.3－0.4m／min为宜。对于自由段，钻进速度可稍快；对锚固段，尤其是扩孔时，钻进速度宜适当降低。如遇流砂层，应适当加快钻进速度提高孔内水头压力，成孔后要尽快灌浆。

(三)拉杆的安装

锚杆钢筋须干净，无油污无铁锈及其他影响钢筋握裹力的杂物。插放杆时应仔细，不得碰坏孔壁。若杆体是由两根或两根以上钢筋焊接而成，各接头的处理应满足规范要求。拉杆钢筋与灌浆管应同时插入到钻孔底部。退出钻杆后，立即将拉杆插入孔内，以免塌孔。插入时要将拉杆有支架的一面向下，若钻孔使用套管，则在插入拉杆灌浆后，再将套管拔出。对长锚杆或锚索负载量较大时，要用起重设备，起吊的高度与锚杆钻孔的倾斜角度有关，目的是能顺着钻孔的斜度将拉杆送入孔内，避免由于人工搬运、插入等引起锚索的弯曲。

(四)灌浆及其工艺

灌浆方法有一次灌浆和重复灌浆两种方法。为了增大锚固于土中锚杆承载力，可分两个阶段向根部灌注砂浆。二次灌浆的方法是在灌浆的锚固体内留有一根灌浆管，在初凝24h后，再一次灌浆，使原生的锚固体在压力灌浆下产生裂缝并用浆液充填，这样在土中形成径向应力。由于裂缝内充填了砂浆，使锚固体获得粗糙表面，在很大程度上提高了锚杆根部与土之间的黏结力。如采用粗变形钢筋作为拉杆，一般灌浆时采用一根<30mm的钢管(或胶皮管)作导管，一端与压浆泵连接，另一端用细钢丝捆扎在锚杆钢筋头上并同时送入钻孔内，距孔底应预留50－100mm的空隙，自孔底向外灌注。随着砂浆的灌入，应逐步将灌浆管向外拔出至孔口，但灌浆管口必须低于浆液面。这样的灌浆法可使孔内的水和空气挤出孔外，以保证灌浆质量。

(五)张拉锁定

灌浆后的锚杆养护7－8d后，砂浆的强度能够达到70％－80％的最终强度，用液压千斤顶张拉固定。对于作为开挖支护的锚杆，一般施加设计承载力的50％－100％的初期张拉力。初期张拉力并非越大越好，因为当实际荷载较小时，张拉力作为反向荷载可能过大而对结构不利。

三、结语

灌注桩与土层锚杆施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，做到因地制宜、因时制宜、合理设计、精心施工、严格监控。