2.2.3 现浇混凝土桩施工工艺

与预制桩相比，灌注桩施工具有施工噪声低、振动小、挤土影响小、无须接桩等优点。但成桩工艺复杂，施工速度较慢，质量影响因素较多。根据成孔工艺的不同，分为人工挖孔灌注桩、泥浆护壁钻孔灌注桩、沉管灌注桩和爆扩成孔灌注桩等，本节主要介绍前两种灌注桩的施工。

1．人工挖孔灌注桩

人工挖孔灌注桩是用人工挖土成孔，吊放钢筋笼，浇筑混凝土成桩。这类桩由于其受力性能可靠，不需大型机具设备，施工操作工艺简单，在各地应用较为普遍，已成为大直径灌注桩施工的一种主要工艺方式。

（1）人工挖孔灌注桩的特点和适用范围

人工挖孔灌注桩的特点是：单桩承载力高，结构传力明确，沉降量小，可一柱一桩，不需承台，不需凿桩头；可作支撑、抗滑、锚拉、挡土等用；可直接检查桩直径、垂直度和持力土层情况，桩质量可靠；施工机具设备较简单，都为工地常规机具，施工工艺操作简便，占场地小；施工无振动、无噪声、无环境污染，对周围建筑物无影响；可多桩同时进行，施工速度快，节省设备费用，降低工程造价；桩成孔工艺存在劳动强度较大、单桩施工速度较慢、安全性较差等问题，这些问题一般可通过采取技术措施加以解决。

人工挖孔灌注桩适用于桩直径800mm以上，无地下水或地下水较少的黏土、粉质黏土，含少量的砂、砂卵石、姜结石的黏土层采用，特别适于黄土层使用，深度一般为20m左右。对有流砂、地下水位较高、涌水量大的冲积地带及近代沉积的含水量高的淤泥、淤泥质土层，不宜采用。

（2）施工工艺方法要点

挖孔灌注桩的施工程序是：场地整平→放线、定桩位→挖第一节桩孔土方→做第一节护壁→在护壁上二次投测标高及桩位十字轴线→第二节桩身挖土→校核桩孔垂直度和直径→做第二节护壁→重复第二节挖土、支模、浇筑混凝土护壁工序，循环作业直至设计深度→检查持力层后进行扩底→清理虚土、排除积水、检查尺寸和持力层→吊放钢筋笼就位→浇筑桩身混凝土。当桩孔不设支护和不扩底时，则无此两道工序。

①挖第一节桩孔土方、做第一节护壁：为防止坍孔和保证操作安全，一般按1m左右分节开挖分节支护，循环进行。施工人员在保护圈内用常规挖土工具（短柄铁锹、镐、锤、钎）进行挖土，将土运出孔的提升机具主要有人工绞架、卷扬机或电动葫芦。每节土方应挖成圆台形状，下部至少比上部宽一个护壁厚度，以利护壁施工和受力，如图2.2.4所示。

护壁一般采用C20或C25混凝土，用木模板或钢模板支设，土质较差时加配适量钢筋，土质较好时也可采用红砖护壁，厚度为1/4、1/2和1砖厚。第一节护壁一般要高出自然地面20～30cm，且高出部分厚度不小于30cm，以防止地面杂物掉入孔中。同时把十字轴线引测到护壁表面，把标高引测到护壁内壁。

②校核桩孔垂直度和直径：每完成一节施工，均通过第一节混凝土护壁上设十字控制点拉十字线，吊线坠用水平尺杆找圆周，保证桩孔垂直度和直径，桩径允许偏差为+50mm，垂直度允许偏差小于0.5%。

③扩底：采取先挖桩身圆柱体，再按扩底尺寸从上到下削土，修成扩底形状，在浇筑混凝土之前，应先清理孔底虚土、排除积水，经甲方及监理人员再次检查后，迅速进行封底。

④吊放钢筋笼就位：钢筋笼宜分节制作，连接方式一般采用单面搭接焊；钢筋笼主筋混凝土保护层厚度不宜小于70mm，一般在钢筋笼四侧主筋上每隔5m设置耳环或直接制作混凝土保护层垫块来控制；吊放钢筋笼入孔时，不得碰撞孔壁，防止钢筋笼变形，注意控制上部第一个箍筋的设计标高并保证主筋锚固长度。

⑤浇筑桩身混凝土：因桩深度一般超过混凝土自由下落高度2m，下料采用串筒、溜管等措施；如地下水大（孔中水位上升速度大于6mm/min），应采用混凝土导管水中浇筑混凝土工艺（见本节）。应连续分层浇筑，每层厚不超过1.5m。小直径桩孔，6m以下利用混凝土的大坍落度和下冲力使其密实；6m以内分层捣实。大直径桩应分层捣实，或用卷扬机吊导管上下插捣。对直径小、深度大的桩，人工下井振捣有困难时，可在混凝土中掺水泥用量0.25%的木钙减水剂，使混凝土坍落度增至13～18cm，利用混凝土大坍落度下沉力使之密实，但桩上部钢筋部位仍应用振捣器振捣密实。灌注桩每灌注50m3应有一组试块，小于50m3的桩应每根桩有一组试块。

⑥地下水及流砂处理

桩挖孔时，当地下水丰富、渗水或涌水量较大时，可根据情况分别采取以下措施：少量渗水可在桩孔内挖小集水坑，随挖土随用吊桶，将泥水一起吊出；当大量渗水时，可在桩孔内先挖较深集水井，设小型潜水泵将地下水排出桩孔外，随挖土随加深集水井；当涌水量很大时，如桩较密集，可将一桩超前开挖，使附近地下水汇集于此桩孔内，用1～2台潜水泵将地下水抽出，起到深井降水的作用，将附近桩孔地下水位降低；当渗水量较大、井底地下水难以排干时，底部泥渣可用压缩空气清孔方法清孔。

当挖孔时遇流砂层，一般可在井孔内设高1～2m、厚4mm、直径略小于混凝土护壁内径的钢套护筒，利用混凝土支护作支点，用小型油压千斤顶将钢护筒逐渐压入土中，阻挡流砂。钢套筒可一个接一个下沉，压入一段，开挖一段桩孔，直至穿过流砂层0.5～1.0m，再转入正常挖土和设混凝土支护。浇筑混凝土至该段时，随浇混凝土随将钢护筒（上设吊环）吊出，也可不吊出。

（3）人工挖孔灌注桩施工常见问题

人工挖孔灌注桩施工常见问题主要有：孔底虚土多；成孔困难，塌孔；桩孔倾斜及桩顶位移偏差大；吊放钢筋笼与浇筑混凝土不当等。

（4）人工挖孔灌注桩的特殊安全措施

①桩孔内必须设置应急软爬梯供人员上下井，不得使用麻绳和尼龙绳吊挂或脚踏井壁凸缘上下。

②每日开工前必须检测井下有毒有害气体，并应有足够的安全防护措施，桩孔开挖深度超过10m时，应有专门向井下送风设备，风量不宜少于25L/s。

③孔口四周必须设置不小于0.8m高的围护护栏。

④挖出的土石方应及时运离孔口，不得堆放在孔口四周1m范围内，机动车辆的通行不得对井壁的安全造成影响。

⑤孔内使用的电缆、电线必须有防磨损、防潮、防断等措施，照明应采用安全矿灯或工作电压为12V以下的安全灯，并遵守各项安全用电的规范和规章制度。

2．泥浆护壁钻孔灌注桩

泥浆护壁钻孔灌注桩是通过桩机在泥浆护壁条件下慢速钻进，将钻渣利用泥浆带出，并保护孔壁不致坍塌，成孔后再使用水下混凝土浇筑的方法将泥浆置换出来而成的桩。它是国内最为常用和应用范围较广的成桩方法。

泥浆护壁钻孔灌注桩的特点：可用于各种地质条件、各种大小孔径（300～2000mm）和深度（40～100m），护壁效果好，成孔质量可靠；施工无噪声、无振动、无挤压；机具设备简单，操作方便，费用较低。但成孔速度慢，效率低，用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制。适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、黏性土、砂土、软质岩等。

（1）泥浆制备

泥浆具有排渣和护壁作用，根据泥浆循环方式，分为正循环和反循环两种施工方法，如图2.2.5和图2.2.6所示。

正循环回转钻机成孔的工艺原理是由空心钻杆内部通入泥浆或高压水，从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入泥浆池。正循环具有设备简单、操作方便、费用较低等优点，但排渣能力较弱。适用于小直径孔（不宜大于1000mm），钻孔深度一般以40m为限。

从反循环回转钻机成孔的工艺原理图中可以看出，泥浆带渣流动的方向与正循环回转钻机成孔的情况相反。反循环工艺泥浆上流的速度较高，能携带大量的土渣。反循环成孔是目前大直径桩成孔的一种有效的施工方法，适用于大直径孔和孔深大于30m的端承桩。

（2）施工工艺流程及施工要点

泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺流程：放样定位→埋设护筒→钻机就位→钻孔→第一次清孔→吊放钢筋笼→下导管→第二次清孔→灌注混凝土。

①埋设护筒

埋设护筒的作用主要是保证钻机沿着垂直方向顺利工作，同时还起着存储泥浆，使其高出地下水位和保护桩顶部土层不致因钻杆反复上下升降、机身振动而导致坍孔的作用。

护筒一般由钢板卷制而成，钢板厚度视孔径大小采用4～8mm，护筒内径宜比设计桩径大200mm。护筒埋置深度一般要大于不稳定地层的深度，在黏性土中不宜小于1m；砂土中不宜小于1.5m；上口高出地面30～40cm或高出地下水位1.5m以上，使保持孔内泥浆面高出地下水位1.0m以上。护筒中心与桩位中心线偏差不得大于50mm，筒身竖直，四周用黏土回填，分层夯实，防止渗漏。

②钻机就位

钻机就位前，先平整场地，铺好枕木并用水平尺校正，保证钻机平稳、牢固。移机就位后应认真检查磨盘的平整度及主钻杆的垂直度，控制垂直偏差在0.2%以内，钻头中心与护筒中心偏差宜控制在15mm以内，且在钻进过程中要经常复检、校正。桩径允许偏差为+50mm，垂直度允许偏差＜1%。

③钻孔

泥浆制备时要注意：泥浆密度在砂土和较厚的夹砂层中应控制在1.1～1.3 t/m3；在穿过砂夹卵石层或容易坍孔的土层中应控制在1.3～1.5 t/m3；在黏土和粉质黏土中成孔时，可注入清水，以原土造浆护壁，排渣时泥浆密度控制在1.1～1.2 t/m3。泥浆可就地选择塑性指数IP≥17的黏土调制，质量指标为：黏结度为18～22s，含砂率不大于4%，胶体率不小于90%。施工过程中应经常测定泥浆密度，并定期测定黏结度、含砂率和胶体率。

钻孔作业应分班连续进行，认真填写钻孔施工记录，交接班时应交代钻进情况及下一班注意事项。应经常对钻孔泥浆进行检测和试验，应经常注意土层变化，在土层变化处均应捞取渣样，判明后记入记录表中并与地质剖面图核对。

开钻时，在护筒下一定范围内应慢速钻进，待导向部位或钻头全部进入土层后，方可加速钻进，钻进速度应根据土质情况、孔径、孔深和供水、供浆量的大小确定，一般控制在5m/min左右，在淤泥和淤泥质黏土中不宜大于1 m/min，在较硬的土层中以钻机无跳动、电机不超荷为准。在钻孔、排渣或因故障停钻时，应始终保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度和黏度。

钻头到达持力层时，钻速会突然减慢。这时应对浮渣取样与地质报告做比较予以判定，原则上应由地质勘查单位派出有经验的技术人员进行鉴定，判定钻头是否到达设计持力层深度，再用测绳测定孔深做进一步判断。经判定满足设计规范要求后，可同意施工收桩提升钻头。

④清孔

清孔分两次进行。

第一次清孔：在钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔的垂直度等进行检查，符合要求后进行第一次清孔；清孔根据设计要求和施工机械采用换浆、抽浆、掏渣等方法进行。以原土造浆的钻孔，清孔可用射水法，同时钻机只钻不进，待泥浆相对密度降到1.10 t/m3左右即认为清孔合格；如注入制备的泥浆，采用换浆法清孔，置换出的泥浆密度小于1.20 t/m3时方为合格。

第二次清孔：钢筋笼、导管安放完毕，混凝土浇筑之前，进行第二次清孔。第二次清孔根据孔径、孔深、设计要求采用正循环、泵吸反循环、气举反循环等方法进行。

第二次清孔后的沉渣厚度和泥浆性能指标应满足设计要求，对沉渣厚度：摩擦桩≤150mm，端承桩≤50mm。沉渣厚度的测定可直接用沉砂测定仪，但在施工现场多使用测绳。将测绳徐徐下入孔中，一旦感觉锤质量变轻，可在这一深度范围，上下试触几次，确定沉渣面位置，继续放入测绳，一旦锤质量发生较大减轻或测绳完全松弛，说明深度已到孔底，这样重复测试3次以上，孔深取其中较小值，孔深与沉渣面之差即为沉渣厚度。泥浆性能指标：在浇筑混凝土前，孔底500mm以内的泥浆密度控制在1.15～1.20t/m3。

不论采用何种清孔方法，在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔。不应采取加深钻孔深度的方法代替清孔。

清孔合格后应及时浇筑混凝土，浇筑方法采用导管进行水下浇筑，对泥浆进行置换。导管直径宜为200～250mm，壁厚不小于3mm，分节长度视工艺要求而定，一般为2.0～2.5m。水下混凝土的砂率宜为40%～45%；用中粗砂，粗骨料最大粒径＜40mm；水泥用量不少于360kg/m；坍落度宜为180～220mm，配合比通过试验确定。水下浇筑法工艺流程见图2.2.7。

【注意事项】灌注混凝土的施工要点：开始浇筑水下混凝土时，管底至孔底的距离宜为300～500mm，初灌量埋管深度不小于1m；在以后的浇筑中，导管埋深宜为2～6m。导管应不漏气、漏水，接头紧密；导管的上部吊装松紧适度，不会使导管在孔内发生较大的平移。拔管频率不要过于频繁，导管振捣时，不要用力过猛。桩顶混凝土宜超灌500mm以上，保证在凿除泛浆层后，桩顶仍达到设计标高。

⑤钻孔灌注桩施工记录

钻孔灌注桩施工记录一般包括测量定位（桩位、钢筋笼、护筒安置）记录、钻孔记录、成孔测定记录、泥浆相对密度测定记录、坍落度测定记录、沉渣厚度测定记录、钢筋笼制定安装检查表、混凝土浇捣记录、导管长度验算记录等。

3．干作业钻孔灌注桩

干作业钻孔灌注桩施工过程如图2.2.8所示。

干作业成孔一般采用螺旋钻机钻孔。螺旋钻头外径分别为400mm、500mm、600mm，钻孔深度相应为12m、10m、8m。适用于成孔深度内没有地下水的一般黏土层、砂土及人工填土地基，不适于有地下水的土层和淤泥质土。钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移。钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土，清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。钢筋骨架的主筋、箍筋、直径、根数、间距及主筋保护层均应符合设计规定，绑扎牢固，防止变形。用导向钢筋送入孔内，同时防止泥土杂物掉进孔内。钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度为500～600mm。

4．沉管灌注桩

沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土桩尖或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中（钢管直径应与桩的设计尺寸一致），形成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，形成所需要的灌注桩。利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩；利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩。

在沉管灌注桩施工过程中，对土体有挤密作用和振动影响，施工中应结合现场施工条件，考虑成孔的顺序。为了提高桩的质量和承载能力，沉管灌注桩常采用单打法、复打法、翻插法等施工工艺。

锤击沉管灌注桩适宜于一般黏性土、淤泥质土和人工填土地基，其施工过程如图2.2.9所示。

锤击沉管灌注桩施工要点如下：

（1）桩尖与桩管接口处应垫麻（或草绳）垫圈，以防地下水渗入管内和缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。

（2）拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。

（3）桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般以不大于1m/min为宜，在软弱土层与软硬交界处，应控制在0.8m/min以内为宜。

（4）在管底未拔到桩顶设计标高之前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。

（5）桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施打。