摘要
随着国民经济的快速发展，高层建筑及桥梁工程日益的增多，桩基础的应用量随之增大。钻孔灌注桩是建筑物的基础结构型式之一，也是防治岩土体滑动、边坡支护和锚固建筑物的有效措施。因此钻孔灌注桩基础显得越来越重要，应用范围越来越广。基于此，本文以桥梁工程灌注桩施工技术的应用分析为论点，首先分析了钻孔灌注桩的特点与设计施工工艺，并进一步探究了钻孔灌注桩基础施工中的主要问题，主要探讨了包括孔壁坍陷问题及吊放钢筋笼可能出现的问题，最后结合案例提出了钻孔灌注桩质量问题的处理方法。
关键词：建筑工程；钻孔灌注桩；基础结构
一、研究背景和研究意义
（一）研究背景
在我国经济飞速发展的今天，我国的开发的建筑项目越来越多，因此，对桩基的使用越来越广泛。钻孔灌注桩是工程建设中最常用的地基形式，同时也是预防工程施工中出现的坍塌的重要手段。所以，桩基的重要性和使用的领域也日益广泛。基于此，本文对钻孔灌注桩施工主要问题展开了分析，并对其存在的问题制定出切实可行的措施，以期为钻孔灌注桩施工技术发展提供建议。
（二）研究意义
无论是在公路、桥梁、高楼大厦等领域，钻孔灌注桩因其诸多优点而受到普遍的重视和使用。根据不全面的数据统计，目前国内每年使用的桩数量庞大，而且还在不断增加；在桩基工程中，桩基的理论与施工技术、质量检验等方面都有了较大的发展。因此，全面系统的研究钻孔灌注桩在深基坑中的应用与技术，对于我国建筑行业无疑有着重要的现实意义。
二、钻孔灌注桩的特点及施工工艺
（一）钻孔灌注桩
钻孔灌注桩是一种深基础工程技术，它是通过在地面上钻孔，然后将钢筋和混凝土灌注到孔中（其施工流程如下，首先是按照设计完成钢筋笼的加工工作，之后降加工好的钢筋笼用起重机吊放至成型的钻孔中，然后将混凝土通过导管由下至上将钻孔灌注至设计桩长1米以上为置）形成的一种桩基。钻孔灌注桩通常用于建筑物、桥梁、码头、隧道等大型工程的基础中，以提供稳定的支撑和承载能力。钻孔灌注桩的直径和长度可以根据需要进行调整，以适应不同的地质条件和工程要求。
（二）钻孔灌注桩的功能特点
钻孔灌注桩是一种常用的地基处理方法，其主要功能特点如下：
（1）承载能力强：钻孔灌注桩的承载能力较强，可以承受较大的荷载，适用于建筑物、桥梁、隧道等大型工程的地基处理。
（2）抗震性能好：钻孔灌注桩的抗震性能较好，可以有效地减少地震对建筑物的影响，提高建筑物的安全性。
（3）适应性强：钻孔灌注桩适用于各种地质条件，可以在不同的地质环境下进行施工，如软土、淤泥、砂土、岩石等。
（4）施工方便：钻孔灌注桩的施工过程相对简单，可以在较短的时间内完成（如果与预制桩相比，灌注桩的时间较长），且对周围环境的影响较小。
（5）经济实用：钻孔灌注桩的造价相对较低（如果与预制桩相比，灌注桩的造价较高），可以在保证工程质量的前提下，降低工程成本。
总之，钻孔灌注桩具有承载能力强、抗震性能好、适应性强、施工方便、经济实用等功能特点，是一种常用的地基处理方法。
（三）钻孔灌注桩施工要点
1.施工工艺流程
钻孔灌注桩的施工过程一般包括以下几个步骤：
①钻孔：使用钻机在地面上钻出孔洞，孔洞的直径和深度根据设计要求进行调整。
②清洗孔洞：使用水泵或压缩空气将孔洞内的泥土和碎石清除干净，以确保孔洞内部干净。
③安装钢筋笼：将预先制作好的钢筋笼放入孔洞中，钢筋笼的长度和直径也根据设计要求进行调整。
④灌注混凝土：将混凝土通过导管从孔洞顶部倒入孔洞中，导管埋设深度至少2米，以确保混凝土充分填满孔洞。
⑤拔管：当混凝土灌注到一定深度后（导管埋设深度不大于6米），使用拔管机将钻孔管从孔洞中拔出。
其具体施工工艺如下：
桩位测放→护筒埋设→桩位复核→钻机就位→钻进成孔→清孔→成孔→验孔→安装钢筋笼→下导管→二次清孔→灌注水下混凝土→拆卸导管→成桩。
2.施工应注意的要点
桥梁钻孔灌注施工是一项复杂的工程，需要注意以下要点：
①施工前应进行现场勘察和设计，确定钻孔位置、孔径、深度和灌注混凝土的配合比等参数。
②钻孔施工应按照设计要求进行，保证孔径和深度的准确度和垂直度。
③钻孔过程中应注意安全，避免钻孔机械故障和人员伤害。
④钻孔完成后，应及时清理孔内杂物和水泥浆，保证孔内干燥和清洁。
⑤灌注混凝土应按照设计要求进行，保证混凝土的质量和均匀性。
⑥灌注混凝土时应注意控制灌注速度和压力，避免混凝土流失或孔内压力过大导致孔壁破裂。
⑦灌注完成后，应及时进行养护，保证混凝土的强度和耐久性。
⑧施工过程中应注意环境保护，避免对周围环境造成污染和破坏。
总之，桥梁钻孔灌注施工需要严格按照设计要求进行，注重安全和质量控制，保证施工质量和工程安全。
三、钻孔灌注桩施工中的主要问题
（一）孔洞塌陷问题
各种钻孔方法都可能会引起塌孔的事故，发生塌孔的主要原因为：
（1）施工工艺控制不正确，对地质条件的关注不够，没有根据上质实际情况采用合适的泥浆和成孔工艺；
（2）护筒埋设太浅，护筒的接缝和回填上不密实出现漏水漏浆的情况，使孔内出现承压水或孔内液面高度低，造成孔壁静水压力降低；
（3）对清孔的冲洗液和孔底沉渣控制不严格，导致孔壁牢固度降低；
（4）在松散砂上中钻进太快，造成在某一处空转时间过长，或用给水管直接冲刷孔壁；
（5）待灌时间太长没有及时灌注混凝上，或着灌注时间太长；
（6）吊装钢筋笼时，碰撞孔壁和损伤孔壁。
（二）吊放钢筋笼时可能出现的问题
钢筋笼上浮问题会给钻孔灌注桩基础工程带来严重的后果，所以找到导致钢筋笼上浮问题是十分重要的。
造成钢筋笼上浮的主要原因如下：
（1）混凝土质量差，易离析的、初凝时间不够的、彤落度损失大的混凝土，都会使混凝土面上升至钢筋笼底端时钢筋笼难以插入混凝土造成钢筋笼上浮。有时在混凝土面已上升至钢筋笼一定高度时，表层混凝土开始发生初凝结硬化，也会使钢筋笼上浮；
（2）钢筋笼孔口固定不牢固，没有用电焊进行固定；
（3）提升导管时太猛，不慎挂住钢筋笼造成钢筋笼的上浮；
（4）在混凝土面到达钢筋笼底部的时侯，导管埋深太浅，灌注量太大，混凝土对钢筋笼的上冲太大，导致钢筋笼的上浮。
四、钻孔灌注桩施工质量问题的处理方法
（一）防止桩孔塌陷的措施
1、选用优质泥浆法
选择适合地质条件的泥浆：不同地质条件需要不同的泥浆，例如在软土层中需要使用高黏度的泥浆，而在岩石层中需要使用低黏度的泥浆。
第一，选择适合孔径的泥浆：孔径越大，需要使用的泥浆黏度越高，以保证泥浆能够填充孔隙并支撑孔壁。第二，选择适合孔深的泥浆：孔深越深，需要使用的泥浆密度越大，以保证泥浆能够承受孔壁的压力。第三，选择适合孔径和孔深的泥浆：在选择泥浆时需要综合考虑孔径和孔深，以保证泥浆能够满足孔壁支撑和孔隙填充的要求。第四，选择质量可靠的泥浆：泥浆的质量直接影响到桩孔的稳定性，因此需要选择质量可靠的泥浆，避免使用低质量的泥浆。第五，选择适合施工工艺的泥浆：不同的施工工艺需要不同的泥浆，例如在钻孔过程中需要使用低黏度的泥浆，而在灌注桩施工中需要使用高黏度的泥浆。
总之，选用优质泥浆需要综合考虑地质条件、孔径、孔深、施工工艺等因素，以保证泥浆能够满足孔壁支撑和孔隙填充的要求，从而有效地防止桩孔塌陷。
2、低速慢钻法
首先要将场地压实平整，之后安装钻孔机时，钻孔前应严格检查钻孔平整度。在钻孔过程中，定期检查活动钻孔带的垂直度。定期检查钻杆、钻头，发现问题及时修理或更换；在软硬交界面钻进过程中应低速慢钻。当发现钻孔错位时，可将钻头上下多次提起，以切割坚硬的底面，必要时应在钻杆上安装扶正器。
3、反复扫孔扩大孔径
为避免孔径收缩现象的发生，钻探前应详细了解地质信息，了解不利的地质及土层。如有，应采用高稠度水泥浆保护孔壁。钻进时，要注意钻进速度。混凝土灌注时间一般不应超过3小时。当发生孔径收缩时，采用上下反复钻进的方法，扩大孔径[8]。
（二）吊放钢筋笼施工中可能出现的问题的防治措施
1、严格掌握孔径和水头高度
防止钢筋笼和孔洞坍塌的措施有：（1）钻孔时应严格掌握孔径、孔洞垂直度和设计倾斜桩的坡度。（2）水下混凝土灌注前，孔洞泥浆应始终保持足够的水头高度。（3）吊放钢筋笼时，正对孔中心垂直插入。（4）当钻孔严重塌方时，立即离开钻机进行回填，并回填后重新钻孔。
2、合理控制泥浆指标、及时清孔
清孔不干净或未进行二次清孔是桩底沉渣过多的主要原因。施工中应保证钻孔灌注桩成孔后，钻头提高至距孔底10~20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间≥20min。
当使用的泥浆密度过小或泥浆注入量不足时，桩底的沉渣浮起困难，沉渣将堆积在桩底，影响桩与地基的结合，所以在施工中应合理控制泥浆的密度、粘度等指标[9]。
钢筋笼吊放过程中，如果钢筋笼的轴向位置未对准孔位，将会碰撞孔壁，造成孔壁土 坍落在孔底。因此，钢筋笼吊放时，应确保钢筋笼的中心与桩中心保持一致， 避免碰撞孔壁，从而减少沉渣。
五、案例
郑州港区MHE桥项目基坑开挖深度为28.35ｍ，基础设计为工程桩+筏形结构。桩长控制标准包括：有效桩长≥75ｍ、入持力层深度≥2.0ｍ。工程桩在土方开挖至８m时施工，成孔深度最大为92ｍ。本项目共计297根端承摩擦桩，采取旋挖（泥浆护壁）施工技术，桩径1000ｍ，单桩注浆量≥24t。由于桩基数量较多，项目部计划分三次对桩基进行检测；第一次桩基检测结果发现M20号桩，桩身不完整，出现桩身断裂现象，于是项目部在技术总共带领项目团队进行了排查，就其原因进行分析，并制定了防范措施。
（一）施工方案制定
根据本工程施工部署情况来看，需在－8ｍ平台成孔，施工难度较大，容易发生缩颈、坍孔等问题；水下混凝土因施工条件等影响，容易发生浮笼、孔壁坍塌、断桩等质量问题；现场作业空间狭小，施工部署要求高；桩侧桩端复式注浆，注浆量大且时间长，施工要求高。由于施工面较小，本工程经综合分析后，确定采用旋挖（泥浆护壁）施工方法，计划选用1台XR400Ｅ旋挖桩机施工，具体工艺流程如下：测量定位→埋设护筒→钻机就位→挖钻取土→成孔→第一次清孔→吊装钢筋→安装导管→二次清孔→灌注混凝土→清水劈裂→后注浆→检测桩身质量及单桩承载力。
（二）旋挖灌注桩施工技术要点
（1）旋挖成孔
项目施工前复核现场定位桩坐标，根据地质条件分别埋设4、6m长的护筒，护筒厚度为12mm，检查好护筒重点与垂直度，四周夯实；钻机就位，可垫设砖渣并铺设2cm厚钢板，保证其稳定作业；以XR280D钻机钻至60m处，再使用XR400E钻至桩端持力层；成孔后进行第一次清孔，下放钢筋笼、安装导管后第二次清孔，要求沉渣厚度≤100mm。
（2）钢筋笼加工与吊装
项目钢筋笼采用HRB400钢筋，桩身长度为60m，分三段吊装，总长度≥75m，根据最终验孔深度，最后一节钢筋笼单独制作，孔口焊接；采用50t汽车式起重机，多点起吊法完成钢筋笼吊装工作。
（3）水下混凝土灌注
项目采用C55水下混凝土，导管法灌注，大导管底部与孔底相距30-50cm，初灌量0.9～1.1m3，坍落度180-220mm。混凝土灌注完成后，将最后一节导管拆除，并慢提慢拔，防止出现空心桩。混凝土灌注7-8h后，清水劈裂打通注浆器单向阀，保证后注浆浆体顺利通达。
（4）桩端、桩侧后注浆成桩后2-30d开始后注浆，注浆作业与成孔点距离20ｍ。注浆量按设计要求（桩侧注浆量9t，桩端注浆量15t）控制，先桩端后桩侧，低档慢压，先稀后浓，水灰比从0.65逐渐过渡至0.45，直至达到设计要求。
（三）断桩原因分析
经过调查分析，本次出现断桩的原因主要由于混凝土灌注过程中孔壁砂层坍塌引起的。砂层通常由细粒颗粒组成，密度较低，且易于被流体冲刷，因此在灌注中，灌浆液就会流入砂层中，并使其孔隙度降低。当灌注液到达桩底时，会形成一个液压区域，导致注浆时桩周土体的密实度下降，从而减小了桩的承载能力。如果砂层处在桩身上端，灌注过程中，由于灌浆液的强大压力作用，砂层的颗粒被排挤，从而增加了桩的摩擦力，也会导致桩的抗拉强度变低。
（四）防范措施
桩基灌注是一种较为常见的桩基加固与处理方法，可以通过灌注泥浆或混凝土将桩基注满达到加固目的。然而，在桩基灌注过程中，由于不同地层和土质的影响，会产生多种影响，其中遇到砂层是导致断桩的主要原因之一。因此，在桩基灌注过程中，必须采取一系列措施，避免遇到砂层导致断桩的发生。
1. 加强施工前桩位勘测工作
在桩基灌注施工前，应进行详细的地质勘测工作，以确定现场的地质状况与分布情况，并对可能出现的砂层进行有效识别。从而在设计、施工过程中对可能存在的危害进行有效预防和应对。
2.合理设计桩身长度
合理设计桩身长度是有效避免遇到砂层导致断桩的重要措施之一。通过综合地层和孕育物理条件，选择适当的孔深和注浆液体，以提高桩的承载能力和稳定性，并减少遭受断裂、弯曲等破坏方式的风险。
3. 选择科学合理的注浆液体
注浆液体的选择对桩基灌注加固效果起到至关重要的作用。通常，可以选择适当的灌浆材料和灌浆浓度，以提高灌注效果和防止遇到砂层时的孔隙度增加等问题。此外，还可以采用注射料分离剂等措施，以减缓孔隙度的增加趋势，并确保在投入一定投入经济成本的情况下使桩基灌注工程符合预期效果。
4. 采用适当的施工操作流程
在灌注过程中，需要严格掌控注浆压力和流量，以避免过大的注浆压力带来的砂层孔隙度的增加。在灌注过程中，应严格掌控注浆维度和速度，并在遇到砂层时采取加强管筒、减小灌浆阻力等相关措施。
5. 通过技术手段避免断桩
在灌注过程中，可以采用声波爆破、震击等技术手段，以减小砂层与桩身之间的摩擦力，并提高桩的抗压能力和承载力，从而有效降低桩基灌注过程中遇到砂层产生的断桩风险。
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