1、大直径钻孔灌注桩沉渣不良影响及其厚度控制摘要:采用桩基承载力折减系数来定量的考虑沉渣和基桩承载力之间的关系，说明桩底沉渣对大直径钻孔灌注桩的承载力有至关重要的影响，进而从钻孔、清孔、钢筋笼吊放、灌注混凝土等环节论述了钻孔灌注桩沉渣厚度控制要点及对策。 关键词:钻孔灌注桩沉渣分析承载力控制 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 对于旋挖端承灌注桩而言，桩底沉渣厚度的控制是桩基施工质量控制的关键，沉渣过厚不仅会造成桩基承载力不足，还会造成建筑物的过大沉降，通过对凉都体育中心工程桩基施工中质量进行问题分析，对钻孔灌注桩沉渣产生原因及其厚度控制进行探讨。 2 工程实例 2.1 工
2、程概况及工程地质情况 六盘水凉都体育中心工程包括三个部分体育场、体育馆和连接平台，桩径超过 1.6m 的桩有 266 根，最大为 2.5m。拟建场地土层特点如下： 1、填土：堆填时间短，结构松散，层厚 2.03.9m，平均值 3.1m。 2、粉土：层厚 0.208.90m，平均值 5m。 3、强风化石灰岩：易破碎，层厚 0.0014.50m，平均值 3.78m。 4、溶洞和裂隙：溶洞粘土填充；裂隙强风化碎石填充，层厚0.003.80m，平均值 0.4m。 4、基岩：中风化凝灰岩，硬度高，有坡度且坡度不均匀。 2.2 施工质量问题分析 桩基工程完成后，先后委托两家检测单位分别对本工程桩基工程的1
3、6 枚重要工程桩（桩径为 1.6m2.5m）进行钻芯试验，钻孔取芯原始记录显示在桩底夹有 30cm50cm 左右不等的沉渣（沉渣为砼离析碎石及石屑） ，表明 4 枚基桩桩底沉渣厚度不满足规范要求。结合以上试验结果，笔者认为基桩极限承载力和可靠度达不到设计要求的主要原因是桩底沉渣过厚。 3 孔底沉渣过厚原因分析 3.1 混凝土灌注前未检测孔底沉渣厚度 由于夜间施工，施工人员管理疏忽，工人松懈，混凝土灌注前未检测孔底沉渣厚度，在不确定孔底沉渣厚度的情况下灌注混凝土。 3.2 钢筋笼吊放时碰撞孔壁 钢筋笼吊放时，由于钢筋笼垂直度控制不够准确，出现钢筋笼碰撞孔壁现象，脱落的砂粒下沉至孔底，增大了孔底沉
4、渣厚度。 3.3 杂填土回落 地表层为 34 米的杂填土，回填时间较短，相对松软，且呈碎块状，又因孔径较大，杂填土易向孔底回落。 3.4 掏渣钻头下部有齿槽 掏渣钻头下部齿槽为 15cm，孔底有 15cm 的沉渣无法掏净。 3.5 施工过程中未采取有效固孔措施 施工机具碰撞孔口或孔壁，导致孔壁泥皮剥落，使孔底沉淀物增多。3.7 施工历时过长 施工工序间不紧凑，一次清孔结束至砼灌注间隔时间过长，加上施工单位对二次清孔不够重视，二次清孔只是个形式，沉渣再次积聚。 3.8 砼初灌封底失败 混凝土初灌时，建筑工地的贮料斗导管下口至孔底距离较大，初灌砼无法彻底封底，造成桩下端砼离析，从而增加孔底沉渣量。
5、 4 孔底沉渣对桩承载力的影响 旋挖灌注桩桩底沉渣层强度低、压缩性高。单桩竖向静力荷载试验表明，对桩端有一定沉渣的钻孔灌注桩，其端部一般呈刺入性剪切破坏，接近于纯摩擦桩，当沉渣的厚度超过一定数值时，桩端极限阻力 Qp 则由沉渣性质来决定，而与持力层土质无关，基桩沉降失效。 4.1 桩底沉渣对基桩承载力的影响 Wong 采用 FB-Pier 程序分析了 3 种桩长（L = 25，50，75 m）和 3 种直径（ D = 1.2，1.5 ，2.0 m）桩的荷载-沉降曲线，沉渣厚度取了 x = 100 ，200，300 mm 3 个值。当得到了不同沉渣厚度的桩的荷载-沉降曲线后，采用 ONeill
6、和 Reese 提出的 5% D 沉降标准来确定完整桩和桩底含有沉渣的承载力(含有缺陷的的单桩承载力可以采用承载力折减系数来衡量)，再采用式，和分别为桩底没有和有沉渣桩的失效荷载，可得: 图 1(a)给出了不同长度桩的，可以看出沉渣对桩的承载力有明显的影响，且随着沉渣厚度的增加而减小。如 25 m 长的桩在 x = 100，200，300 mm 时的分别为 0.68 ，0.52 ，0.34 。此外，随着桩长的增加，逐渐增大。如 25 、50、75 m 长的桩在 x = 200 mm 时的 FR 分别为 0.52 ，0.67 ，0.87 。这是因为当桩的直径一定时，对于较长的桩来说，桩的荷载主要
7、靠桩侧摩擦力承担，桩端阻力只分担了很小的一部分荷载，此时桩底沉渣对桩的承载力影响较小，相应的就较大。同理，图 2(b) 给出了不同直径桩的，可以看出 随着桩直径的增加而减小。如 1.2，1.5，2.0 m 直径的桩在 x = 200 mm 时的分别为 0.87、0.81 、0.76 。这是因为当桩的长度一定时，对于直径较大的桩来说，桩端阻力承担的荷载较多，桩底沉渣对桩端阻力影响就较明显，相应的就较小。4.4 由分析可以得到以下结论： 桩底沉渣对桩的竖向承载力有明显的不利影响，它可以通过单桩承载力折减系数来衡量。承载力折减系数随着桩底沉渣厚度的增加而减小，随着桩径的增大，承载力折减系数逐渐增大。
8、 所以桩的沉渣厚度在很大程度上决定着桩的合格率，减少孔底沉渣厚度显得尤为重要，需要从钻孔开始，控制钻进时的转速和钻压，直到二次清孔混凝土灌注为止，中间的每一道工序的认真操作和采用合理有效的施工工艺才能达到预期目标。 5 孔底沉渣控制措施 5.1、采取有效固孔措施 （1）根据现场条件和规定设置护筒，施工过程中加强对护筒的保护，防止碰撞或振动。同时增大杂填土的密实度； （2）施工过程中保持孔壁任何部位静水压力不小于 0.02MPa，始终保持孔内水位高于地下水位不小于 1.5-2.0m； （3）钻具拆卸、钢筋笼吊放和导管安装过程中应尽量避免碰撞孔壁；使用起重机吊放钢筋笼来控制其垂直度，确保钢筋笼中心
9、轴线和桩孔中心轴线重合。 5.2 选择合适的掏渣钻具及掏渣方式 选择无齿槽掏渣钻头可最大程度清理桩底沉渣。向孔内泥浆中配入“清水+碱+旋挖机专用聚合物泥浆”外加剂来减少孔底的沉渣厚度。 5.4 确保清孔彻底、充分 （1）一次清孔 灌注桩成孔至设计标高或预定层面后，应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔。在测得孔底沉渣厚度小于 5mm 时，及时吊放钢筋笼。 （2）二次清孔，采用小型号掏渣钻具再次掏渣 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 3h，安放钢筋笼和导管时也会擦碰孔壁，而使泥砂落入孔内，为此，可采用小型号掏渣钻具再次掏渣，此过程需严格控制钻具的在孔底沉渣面的
10、活动范围。 5.5 准确测定沉渣厚度 为方便测量，桩的终孔深度应采用丈量钻杆测定，钻杆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。 5.6 确保混凝土首灌量 建筑桩基技术规程还规定“应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下 0.8 m 以上” 。首灌量应根据孔径、孔深、导管直径、导管底端离孔底的距离等要素计算确定。施工时尽量增大混凝土首盘初灌量，首次混凝土初灌至少保证埋管深度 0.8m 以上，最大限度的排净桩底残余沉渣。 5.7 缩短施工历时 在确保清孔效果的同时，应加强工序连接，提高工作效率，尽量缩短清孔至砼灌注之间的时间。 6 效果
11、检查及结语 剩余桩基均按照孔底沉渣厚度控制的要求进行桩基施工，取得了良好效果，沉渣厚度均满足规范要求。经抽芯试验芯样展示如下： 混凝土与基岩交接良好 结论：虽然影响钻孔灌注桩孔底沉渣厚度的因素较多，但只要在施工中根据具体施工工艺、机具设备及土层条件，认真分析、研究，并采取有效的控制措施，加强施工检测，完全可以将孔底沉渣厚度控制在规范允许范围内，确保钻孔灌注桩的施工质量及承载能力。 参考文献 1 WONG Y W. Behaviors of large diameter bored pilegroups with defectsMPhil Thesis D. Hong Kong: Departm
12、ent of Civil Engineering, The Hong KongUniversity of Science and Technology, China, 2004. 2 ONEILL M W, REESE L C. Drilled shafts: constructionprocedures and design methodsR. McLean Va: Publication Number FHWA-IF-99-025, Federal HighwayAdministration, Office of Implementation, 1999. 3、GB50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范.
