钻孔灌注桩

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。这

两种成孔方法的灌注桩均具有无震动、无挤土、噪音小、对周围建筑

物的影响小等特点，适宜于在硬的、半硬的、硬塑的和软塑的粘性土

中施工。但是，由钻孔成孔的灌注桩与其他方法成孔的灌注桩或预制

桩比较，其承载力较低，沉降量也大。

1、泥浆护壁成孔灌注桩施工

泥浆护壁成孔灌注桩的施工方法为先利用钻孔机械（机动或人工）

在桩位处进行钻孔，待钻孔达到设计要求的深度后，立即进行清孔，

并在孔内放入钢筋笼，水下浇注混凝土成桩。在钻孔过程中，为了防

止孔壁坍塌，孔中可注入一定稠度的泥浆（或孔中注入清水直接制浆）

护壁进行成孔。泥浆护壁成孔灌注桩适用于在地下水位较高的含水粘

土层，或流砂、夹砂和风化岩等各种土层中的桩基成孔施工，因而使

用范围较广。其施工工艺流程如图所示：

1）机械设备及成孔方法

泥浆护壁成孔灌注桩所用的成孔机械有冲击钻机、回转钻机及潜

水钻机等。以下主要介绍潜水钻机成孔的灌注桩施工方法。

①潜水钻机。潜水钻机由防水电机、减速机构和电钻头等组成。电

机和减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。这种钻机的有点

是体积小、重量轻、携带方便；钻机有桩架及钻杆定位，钻孔是

钻杆不需旋转，钻孔效率高；桩架轻便，移动灵活，钻进速度快

（0.3~2m/min），钻孔深度大（最深达50m）；钻机噪音小，操作

劳动条件大有改善等优点。潜水钻机不仅使用于水下钻孔，而且

也可用于地下水位较低的干土层中钻孔。

②埋设护筒。钻机钻孔前，应做好场地平整，挖设排水沟，设泥浆

池制备泥浆，做试桩成孔，设置桩基轴线定位点和水准点，放线

定桩位及其复核等施工准备工作。钻孔时，先安装桩架及水泵设

备，桩位处挖土埋设孔口护筒，桩架就位后，钻机进行钻孔。

地表土层较好，开钻后不塌孔的场地可以不设护筒。但在杂填

土或松软土层中钻孔时，应设护筒，以起定位、保护孔口、存贮泥浆

和使其高出地下水位的作用。护筒用4~8mm厚度的钢板制作，内径

应比钻头直径大100mm，埋入土中深度不宜小于1.0（粘土）~1.5m

（砂土），其下端0.5m应击入土中；顶部应高出地面400~600mm，

并开设1~2个溢水口；护筒与坑壁之间应用无杂质的粘土填实，不允

许漏水；护筒中心与桩位中的偏差应≤50mm。

③泥浆护壁钻孔。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。因孔内泥浆比水重，泥浆所产生的液柱

压力可平衡地下水压力，并对孔壁有一定的侧压力，成为孔壁的

一种液态支撑。同时，泥浆中胶质颗粒在泥浆压力下，渗入孔壁

表层孔隙中，形成一层泥皮，从而可以防止塌孔，保护孔壁。泥

浆除护壁作用外，还具有携渣、润滑钻头、降低钻头发热、减少

钻进阻力等作用。

如在粘土、亚粘土层中钻孔时，可在孔中注进清水，以原土造浆

护壁、排渣。当穿砂夹层时，为防止塌孔，宜投入适量粘土以加大泥

浆稠度；如在砂夹层较厚或砂土中钻孔时，则应采用制备泥浆注入孔

内。

泥浆主要是膨润土或粘土和水的混合物，并根据需要掺入少量其

他物质。泥浆的粘度应控制适当，粘度大，携带土屑能力强，但会影

响钻进速度；粘度小，则不利护壁和排渣。泥浆的稠度也应合适，虽

稠度大，护壁作用也大，但其流动性变差，且还会给清孔和浇注混凝

土带来困难。一般注入的泥浆相对密度宜控制在1.1~1.15之间，排出

的泥浆相对密度宜为1.2~1.4.此外，泥浆的含砂率宜控制在6%以内，

因含砂率大会降低粘度，增加沉淀，使钻头升温，磨损泥浆泵。

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，其他土层以钻机不超负

荷为准，风化岩或其他硬土层以钻机不产生跳动为主。

④清孔。钻孔深度达到设计要求后，必须进行清孔。清孔之目的是

清除钻渣和沉淀层，同时也为泥浆下浇注混凝土创造良好条件，

确保浇注质量。以原土造浆的钻孔，可使钻机空钻不进，同时射

水，待排出泥浆的相对密度降到1.1左右，可认为清孔已合格。以

注入制备泥浆的钻孔，可采用换浆法清孔，待换出泥浆的相对密

度小于1.15~1.25时方可认为合格。

清孔结束时孔底泥浆沉淀物不可过厚，若孔底沉渣或淤泥过厚，

则有可能在浇注混凝土时被混入桩尖混凝土中，导致桩的沉降量增

大，而承载力降低。因此，规定要求端承桩的沉渣厚度不得大于

50mm，摩擦端承桩和端承摩擦桩的沉渣厚度不得大于100mm，摩擦

桩的沉渣厚度不得大于300mm。

2）混凝土浇注（图3.24）

桩孔钻成并清孔完毕后，应立即吊放钢筋笼和浇注水下混凝土。水

下浇注混凝土通常采用导管法，其施工工艺如下：

①吊放钢筋笼，就位固定。桩孔内配置钢筋的长度一般为桩长的

1/2~1/3。当钢筋全长超过12m时，钢筋笼宜分段制作，分段吊放，

接头处用焊接连接，并使主筋接头在同一截面中数量≤50%，两接

头错开≥500mm。为增加钢筋笼的纵向刚度和灌注桩的整体性，

每隔2m焊1？12的加强环箍筋，并要保证有60~80mm钢筋保护

层的措施（如设置定位钢筋环或混凝土垫块）。吊放钢筋笼前要检

查钢筋施工是否符合设计要求；吊放时要细心轻放，切不可强行

下插，以免产生回击落土；吊放完毕并经检查符合设计标高后，

将钢筋笼加以临时固定（如绑在护筒或桩架上），以防移动。

②吊放导管，水下浇注混凝土。水下浇注混凝土采用“导管法”施

工，其施工方法详见4.3.8.2。

③混凝土浇注完毕，拔除导管。当混凝土连续浇注至设计标高后，

拔除导管，桩基混凝土浇注完毕。

水下浇注的混凝土强度等级不得低于c20；混凝土必须具有良

好的和易性，坍落度一般采用180~220mm，细骨料尽量选用中砂（含

砂率宜为40%~45%），粗骨料粒径不宜大于40mm，并不宜大于钢筋

最小净距的1/3和导管内径的1/6~1/4；钢筋笼放入桩孔后4h内必须

浇注混凝土；水下浇注混凝土应连续进行不得中断；混凝土实际灌注

量不得小于计算体积；同一配合比试块数量每根桩不得少于1组。

3）施工中长遇问题及处理方法

泥浆护壁成孔灌注桩施工中，常会遇到护筒冒水、钻孔倾斜、孔壁塌

陷和颈缩等问题，其原因和处理方法简述如下：

①护筒冒水。施工中发生护筒外壁冒水，如不及时采取防止措施，

将会引起护筒倾斜、位移、桩孔偏斜，甚至产生地基下沉。护筒

冒水的原因，是由于埋设护筒时周围填土不密实，或者起落钻头

时碰动护筒。处理方法是，若在成孔施工开始时就发现护筒冒水，

可用粘土在护筒四周填实加固；若在护筒已严重下沉或位移时发

现护筒冒水，则应返工重埋。

②孔壁缩颈。当在软土地区钻孔，尤其在地下水位高、软硬土层交

界处，极易发生颈缩。，施工过程中，如遇钻杆上提或钢筋笼下放

受阻现象时，就表明存在局部颈缩。孔壁颈缩的原因，是由于泥

浆相对密度不当，桩的间距过密，成桩的施工时间相隔太短，钻

头磨损过大等造成。处理方法是，采取将泥浆相对密度控制在1.15

左右，施工时要跳开1~2个桩位钻孔，成桩的施工间隔时间要超

过72h，钻头要定时更换等措施。

③孔壁塌陷。在钻孔过程中，如发现孔内冒细密水泡，或护筒内的

水位突然下降，这些都表明有孔壁塌陷的迹象。塌孔会导致孔底

沉淀增加，混凝土灌注量超方和影响邻桩施工。孔壁塌陷的原因，

是由于土质松散，泥浆护壁不良（泥浆过稀或质量指标失控）；泥

浆吸出量过大，护筒内水位高度不够；钻杆刚度不足引起晃动而

导致碰撞孔壁和下钢筋笼时碰撞孔壁等引起的。处理方法是，如

在钻进中出现塌孔时，首先应保持孔内水位，并可加大泥浆相对

密度，减少泥浆泵排出量，以稳定孔壁；如塌孔严重，或泥浆突

然漏失时，应停钻并在判明塌孔位置和分析原因后，立即回填砂

和粘土混合物到塌孔位置以上1~2m，待回填物沉淀密实，孔壁稳

定后再进行钻孔。

④钻孔倾斜。钻孔时由于钻杆不垂直或弯曲，土质松软不一，遇上

孤石或旧基础等原因，都会引起钻孔倾斜。处理方法是，如钻孔

时发现钻杆有倾斜，应立即停钻，检查钻机是否稳定，或是否有

地下障碍物，排除这些因素后，改用慢钻速，并提动钻头进行扫

孔纠正，以便削去“台阶”；如用上述方法纠正无效，应在回填砂

和粘土混合物至偏斜处以上1~2m，沉淀密实后，重新进行钻孔施

工。

水下浇筑混凝土

在深基础、沉井、沉箱和钻孔桩的封底以及地下连续墙等的施工

中，当地下水渗透量较大时，大量抽水又会影响地基，这时可直接在

水下浇注混凝土。在水下或泥浆中浇筑混凝土，目前常用导管法。

导管直径一般为250~300mm（至少为粗骨料最大粒径的5倍），每

节长约3m，各节间用法兰盘螺栓连接并加密封圈。导管用起重机吊

住，可以升降，移动。

浇注前，导管下口先用球塞堵住，并从管子中用绳子或铁丝吊住，

塞子可用木、橡胶等制作。开始浇注时，导管下口下沉到距地基表面

约300mm处，太小则容易堵塞。第一次灌入导管内的混凝土必须经

过严格计算，要求混凝土浇入坑基后能封住管口并满足导管口埋入混

凝土内500mm以上。管口如埋入太浅则导管内易进水，如太深则导

管内混凝土不易压出。为了使管内混凝土能顺利压出，管内混凝土顶

面应高出地下水面2.5m左右。

当管中混凝土的体积和高度满足上述要求后，即可剪短铁丝，球塞

被管中混凝土冲开，混凝土就进入水中。如用木塞，这时木塞即浮起

回收，次过程称开管。以后边连续浇注混凝土，边将导管缓缓提起，

并注意导管下口始终埋入混凝土内。浇注速度以提升导管0.5~3m/h，

浇注强度每个导管可达15m3/h。

在整个浇注过程中，应避免水平方向移动导管，开管以后应连续浇

注，防止堵管。一旦发生堵管，如在半小时内无法排除，则应立即换

插备用导管，插入深度也应在500mm以上，避免松软夹层。混凝土

接近设计标高时，可将导管提起，换插别处继续浇注。浇注完毕后应

清除顶面与水接触的厚约200mm的一层松软混凝土。

如水下结构部分的面积较大时，可用几根导管同时浇筑。