灌注桩混凝土施工常见的质量问题

任务描述

某工程根据地质勘察报告及设计院的设计要求，拟采用预制钢筋混凝土管桩，试编制该工程预制钢筋混凝土管桩施工的专项施工方案。

任务分析

钢筋混凝土预制桩是建筑工程中最常用的一种桩型，分为实心桩和管桩两种。管桩是采用预应力工艺，经离心成型、常压或高压蒸汽养护工艺在工厂标准化、规模化生产制造的预应力中空圆筒细长混凝土预制件。按桩身混凝土等级的不同可分为预应力混凝土管桩（PC桩）、预应力高强混凝土管桩（PHC桩）和预应力混凝土薄壁管桩（PTC桩）。

相关知识

一、预制桩的制作、起吊、运输和堆放

1．制作程序

现场布置→场地地基处理、整平→浇筑场地地坪混凝土→支模→绑扎钢筋骨架、安设吊环→浇筑混凝土→养护至 30%强度拆模→支间隔端头模板、刷隔离剂、绑钢筋→浇筑间隔桩混凝土→同样的方法重叠间隔制作第二层桩→养护至75%强度起吊→达100%强度后运输、堆放。

2．制作方法

（1）混凝土预制桩可在工厂或施工现场预制。现场预制多采用工具式木模板或钢模板，支在坚实平整的地坪上，模板应平整、牢靠、尺寸准确。用重叠间隔法生产，重叠层数一般不宜超过4层。混凝土空心管桩采用成套钢管模胎在工厂用离心法制成。

（2）桩分节制作时，单节长度的确定，应满足桩架的有效高度、运输与装卸能力等方面的要求。

（3）桩中的钢筋应严格保证位置的正确，钢筋骨架主筋连接宜采用对焊或电弧焊。

（4）预制桩的混凝土强度等级不应低于C30，宜用机械搅拌、振捣，混凝土浇筑由桩顶向桩尖连续浇筑、捣实，一次完成。制作后，应覆盖洒水养护不少于7d；若用蒸汽养护，在蒸养后适当进行自然养护，30d才能使用。

3．起吊

混凝土预制桩达到设计强度等级的 75%后方可起吊，如提前吊运，必须验算合格。桩在起吊和搬运时，吊点应符合设计规定，如无吊环，设计又未规定时，按图6-1所示位置吊点起吊。捆绑时吊索之间应加衬垫，以免损坏棱角。起吊时应平稳提升，吊点同时离地，采取措施保护桩身质量，防止撞击和受振动。

图6-1 吊点的合理位置

4．运输和堆放

桩运输时的强度应达到设计强度标准的 100%。长桩运输可采用平板拖车；短桩运输可采用载重汽车或轻轨平板车运输。运行时要平稳，防止碰撞和冲击。桩的堆放场地要平整﹑坚实﹑排水通畅。垫木间距应根据吊点确定，各层垫木应位于同一垂直线上，最下层垫木应适当加宽，堆放层数不宜超过四层。不同规格的桩应分别堆放。

二、桩基施工机械设备的选用

1．桩锤的选用

常用的桩锤有落锤、蒸汽锤、柴油锤和振动锤。其优缺点和适用范围可参考表6-7。

表6-7 桩锤适用范围参考表

2．桩架的选用

桩架为打桩的专用起重和导向设备，其作用主要是起吊桩锤和桩或料斗、插桩，给桩导向，控制和调整沉桩位置及倾斜度，以及行走和以回转方式移动桩位。选择桩架时，应考虑桩锤的类型、桩的长度和施工条件等因素。桩架的高度由桩的长度、桩锤高度、桩帽厚度及所有的滑轮组的高度决定。此外，还应留 1～2 m的高度作为桩锤的伸缩余地。桩架的种类有很多，应用较广的为多功能桩架（图6-2）和履带式桩架（图6-3）。

多功能桩架的机动性和适应性很大，在水平向可作 360°回转，立杆可以向前后倾斜，底盘装有铁轮，可在钢轨上行走。这种桩架可适应于各种预制桩和灌注桩施工。

履带式桩架是以履带式起重机为底盘，增加立柱和斜撑组成。行走时不需铁轨，移动方便，机动性比多功能桩架更灵活，可适应于各种预制桩及灌注桩施工。

3．动力装置

打桩工程动力装置的配置，依据选用的桩锤而定。落锤以电源为动力，需配置电动卷扬机、变压器、电缆等；蒸汽锤以高压蒸汽为动力，需配备蒸汽锤锅炉和卷扬机；空气锤以压缩空气为动力，需配置空气压缩机、内燃机等；柴油锤以柴油作为能源，桩锤本身有燃烧室，不需外部动力设备。

图6-2 多功能桩架

图6-3 履带式桩架

1—导架；2—桩锤；3—桩帽；4—桩；5—吊车

三、施工准备

1．技术准备

（1）在正式施工前，图样会审和打试验桩工作已经结束，打桩施工标准已经确定，保证地下管线和周边建筑物的安全措施已经制定完毕；

（2）根据建设单位和监理单位提供的规划及设计图样进行轴线控制网点和标高控制点的移交、验收和校核工作；

（3）编制切实可行的施工组织设计和方案；

（4）组织施工管理人员熟悉图样和打桩施工标准，并对进场的施工作业人员进行技术及安全交底。

2．材料和机具要求

（1）预制钢筋混凝土桩规格、质量必须符合设计要求和施工规范的规定，并有出厂合格证；

（2）焊条（接桩用）型号、性能必须符合设计要求和有关标准的规定，一般宜用E4303牌号；

（3）钢板（接桩用）材质、规格符合设计要求，宜用低碳钢；

（4）主要机具有柴油打桩机、电焊机、桩帽、运桩小车、索具、钢丝绳、钢垫板或槽钢以及木折尺等。

3．作业条件

（1）整平场地，清除桩基范围的高空、地面、地下障碍物；

（2）架空高压线距打桩架不得小于10 m；

（3）修设桩机进出、行走道路，做好排水措施，以便打桩机进场并在工地进行拼装就位；

（4）桩基的轴线和标高均已测定完毕，并经过检查办理了预检手续；

（5）根据轴线放出桩位线，即按图样布置进行测量放线，定出桩基纵横轴线。

4．打桩顺序

打桩顺序直接影响到桩基的质量和施工速度，应根据桩的密集程度（桩距大小）、桩的规格、长短、桩的设计标高、工作面布置、工期要求等综合考虑，合理确定打桩顺序。

根据桩的密集程度，打桩顺序一般分为逐排打设、自中部向四周打设和由中间向两侧打设三种，如图6-4所示。

图6-4 打桩顺序

（a）由中间向两侧打设；（b）自中部向四周打设；（c）逐排打设

（1）当桩的中心距不大于 4 倍桩的直径或边长时，应由中间向两侧对称施打［图6-4（a）］，或由中间向四周施打［图6-4（b）］。

（2）当桩的中心距大于4倍桩的边长或直径时，可采用上述两种打法，或逐排单向打设［图6-4（c）］。

根据基础的设计标高和桩的规格，宜按先深后浅、先大后小、先长后短的顺序进行打桩。

四、施工工艺

其主要工艺流程为：桩机设备安装和调试→移机至桩位就位→经纬仪对桩机进行垂直度调整→起吊预制桩→稳桩→试打1～2击，测桩位偏移→正式打桩→接桩→送桩→测贯入度（或标高）→移桩机至下一桩位。

五、预制桩施工常见的质量通病及防治措施

预制桩施工常见的质量通病及防治措施见表6-8。

表6-8 预制桩施工常见的质量通病及防治措施

续表

六、质量控制与检验

（1）施工前应检查进入现场的成品桩、接桩用电焊条等产品质量。

（2）施工过程中应检查桩的贯入情况、桩顶完整状况、电焊接桩质量、桩体垂直度、电焊后的停歇时间。重要工程应对电焊接头作10%的焊缝探伤检查。

（3）施工结束后应作载荷试验，以检验设计承载力，同时应做桩体质量检验。桩的静载荷试验根数应不少于总桩数的1%，且不少于3根；当总桩数少于50根时，应不少于2根；当施工区域地质条件单一，又有足够的实际经验时，可根据实际情况由设计人员酌情而定。

（4）先张法预应力管桩的质量检验见表6-9和表6-10。成品桩均在工厂生产，随产品出厂有质量保证资料，一般在现场仅对外形进行检验。

表6-9 预制桩（PHC、钢桩）桩位的允许偏差

表6-10 先张法预应力管桩质量检验标准

任务实施

预制钢筋混凝土管桩专项施工方案如下：

1．材料及主要机具

预制钢筋混凝土桩：规格质量必须符合设计要求和施工规范的规定，并有出厂合格证。

（1）焊条（接桩用）：型号、性能必须符合设计要求和有关标准的规定，一般宜用E4303牌号。

（2）钢板（接桩用）材质、规格符合设计要求，宜用低碳钢。

2．主要机具

柴油打桩机、电焊机、桩帽、运桩小车、索具、钢丝绳。

3．人员配备

打桩机操作人员，接桩电焊工必须持证上岗，每台机2～5人。

4．作业条件

桩基的轴线和标高均已测定完毕，并经过检查办理了预检手续。桩基的轴线和高程的控制桩，应设置在不受打桩影响的地方，并应妥善加以保护。

（1）处理完高空和地下的障碍物。如影响邻近建筑物或构筑物的使用或安全时，应会同有关单位采取有效措施，予以处理。

（2）根据轴线放出桩位线，用木橛或钢筋头钉好桩位，并用白灰做标记，以便于施打。

（3）场地应碾压平整，排水畅通，保证桩机的移动和稳定垂直。

（4）打试验桩。施工前必须打试验桩，其数量不少于2根。确定贯入度并校验打桩设备、施工工艺以及技术措施是否适宜。

（5）要选择和确定打桩机进出路线和打桩顺序，制定施工方案，做好技术交底。

拓展提高

混凝土灌注桩按照成桩方法的不同，有泥浆护壁成孔灌注桩、干作业成孔灌注桩、套管成孔灌注桩、爆扩成孔灌注桩等。

一、泥浆护壁成孔灌注桩

泥浆护壁成孔灌注桩是利用泥浆保护孔壁，钻孔时通过循环泥浆将钻头切削下的土渣排出孔外而成桩孔，而后吊放钢筋笼，水下灌注混凝土而成桩。按成孔的不同可分为冲击钻成孔、潜水钻成孔和回转钻成孔。

1．冲击钻成孔灌注桩

冲击钻成孔灌注桩是用冲击式钻机或卷扬机悬吊冲击钻头上下往复冲击，将硬质土或岩层破碎成孔，部分碎渣和泥浆挤入孔壁中，大部分成为泥渣，用掏渣筒掏出，然后再灌注混凝土成桩。

（1）特点。设备构造简单，适用范围广，操作方便，所成孔壁较坚实、稳定、塌孔少，不受施工场地限制，无噪声和振动影响等。但存在掏泥渣较费工费时，不能连续作业，成孔速度较慢，泥渣污染环境，孔底泥渣难以掏尽，使桩承载力不够稳定等问题。

（2）适用范围。适用于黄土、黏性土或粉质黏土和人工杂填土层中应用。特别适于有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层中使用，对流砂层亦可克服，但对淤泥及淤泥质土则要十分慎重，对地下水大的土层会使桩端承载力和摩阻力大幅度降低，不宜采用。

（3）机具设备。主要设备为CZ-22、CZ-30型冲击钻孔或简易的冲击钻机。其由筒易钻架、冲锤、转向装置、护筒、掏渣筒以及3～5 t双筒卷扬机等组成。

（4）施工工艺。冲击钻成孔灌注桩施工工艺主要程序是：场地平整→桩位放线、开挖浆池、浆沟→护筒埋设→钻机就位、孔位校正→冲击造孔，泥浆循环，清除废浆、泥渣，清孔换浆→终孔验收→下钢筋笼和钢导管→灌注水下混凝土→成桩养护。

2．潜水钻成孔灌注桩

潜水电钻成孔灌注桩系利用潜水电钻机中密封的电动机、变速机构、直接带动钻头在泥浆中旋转削土，同时用泥浆泵压送高压泥浆，使从钻头底端射出，与切碎的土颗粒混合，以正循环方式不断由孔底向孔口溢出，将泥渣排出，或用砂石泵或空气吸泥机用反循环方式排除泥渣，如此连续钻进，直至形成需要深度的桩孔，浇筑混凝土成桩。

（1）特点。钻机设备定型，体积较小，质量轻，移动灵活，维修方便，可钻深孔，成孔精度和效率高，质量好，扩孔率低，成孔率为 100%，钻进速度快；施工无噪声、无振动；操作简便，劳动强度低；但设备较复杂，费用较高。

（2）适用范围。适用于地下水位较高的软硬土层，如淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、砂土、砂夹卵石及风化页岩层等，不得用于漂石。

（3）机具设备。潜水钻孔机由潜水电机、齿轮减速器、钻头、密封装置绝缘橡皮电缆加上配套机具设备，如机架、卷扬机、泥浆制配系统设备、砂石泵等组成。

（4）施工工艺。潜水电钻成孔灌注桩施工工艺程序是：潜水电钻水下成孔→下钢筋、导管→灌注水下混凝土→成桩。

3．回转钻成孔灌注桩

回转钻成孔灌注桩又称正反循环成孔灌注桩，是用一般地质钻机，在泥浆护壁条件下，慢速钻进排渣成孔，灌注混凝土成桩，是国内最为常用和应用范围较广的成桩方法之一。

（1）特点。可利用地质部门常规地质钻机，可用于各种地质条件，各种大小孔径和深度，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。

（2）适用范围。适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、黏性土、砂土、软质岩层。

（3）机具设备。主要机具设备为回转钻机，多用转盘式。钻架多用龙门式，钻头常用三翼或四翼式钻头、牙轮合金钻头或钢粒钻头，以前者使用较多；配套机具有钻杆、卷扬机、泥浆泵、空气压缩机、测量仪器以及混凝土配置、钢筋加工系统设备等。

（4）施工工艺要点

①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。在桩位埋设6～8 m厚钢板护筒，内径比孔口大100～200 mm，埋深1～1.5 m，同时，挖好水源坑、排泥槽、泥浆池等。

②成孔一般多用正循环工艺，但对孔深大于 30 m端成桩宜用反循环工艺成孔。钻进时如土质情况良好，可采取清水钻进，自然造浆护壁，或加入红黏土或膨润土泥浆护壁，泥浆密度为1.3 t/m3。

③钻进时应根据土层情况加压，开始应轻压力、慢转速，逐步转入正常，一般土层按钻具自重钢绳加压，不超过10k N；基岩中钻进为15～25k N。

④钻进程序，根据场地、桩距和进度情况，可采用单机跳打法（隔一打一或隔二打一）、单机双打（一台机在两个机座上轮流对打）、双机双打（两台钻机在两个机座上轮流按对角线对打）等。

⑤桩孔钻完，用空气压缩机清孔，可将30 mm左右石块排出，直至孔内沉渣厚度小于100 mm。清孔后泥浆密度不大于1.2t/m3。亦可用泥浆置换方法进行清孔。

⑥清孔后测量孔径，然后用吊车吊放钢筋笼，进行隐蔽工程验收，合格后浇筑水下混凝土。

⑦开始浇筑水下混凝土时，管底至孔底的距离为300～500 mm，并使导管一次埋入混凝土面以下0.8 m以上，在以后的浇筑中，导管埋深宜为2～6 m。

⑧桩顶浇筑高度不能偏低，应使在凿除泛浆层后，桩顶混凝土达到强度设计值。

二、干作业成孔灌注桩

干作业成孔灌注桩即不用泥浆或套管护壁而直接排出土成孔的灌注桩。目前，干作业成孔灌注桩常用的有螺旋钻孔灌注桩、螺旋钻孔扩孔灌注桩、机动洛阳铲挖孔灌注桩及人工挖孔灌注桩四种。这里介绍常用的两种。

1．螺旋钻孔扩孔灌注桩

螺旋钻孔扩孔灌注桩适用于工业及民用建筑中地下水以上的一般黏土、砂土及人工填土地基螺旋成孔的灌注桩。

施工工艺流程：场地清理→测量放线定位桩→桩机就位→钻孔取土成孔→成孔质量检查验收→清除孔底沉渣→吊放钢筋笼→浇筑孔内混凝土。

2．人工挖孔灌注桩

人工挖孔灌注桩是采用人工挖掘方法进行成孔，在孔内安放钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩。适用于桩直径在800 mm以上，且不宜大于2500 mm，孔深不宜大于30 m，无地下水或地下水较少的黏土、粉质黏土，含少量砂、砂卵石、砾石的黏土。

施工工艺流程：场地平整→测量放线→桩位布点→人工成孔（包括孔桩护圈、护壁、挖土、控制垂直度、深度、直径、扩大头等）→浇灌护壁混凝土→检查成孔质量，会同各相关单位检验桩孔→绑扎、吊放钢筋笼→清除虚土、排除孔底积水→放入串筒，浇筑混凝土至设计顶标高并按规范要求超灌500 mm→养护→整桩测试。

三、套管成孔灌注桩

套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有活瓣式桩靴或带有预制混凝土桩靴的钢套管沉入土中，然后边拔套管边灌注混凝土而成的桩。

利用锤击沉桩设备沉管、拔管，称为锤击沉管灌注桩；利用激振器的振动沉管、拔管，称为振动沉管灌注桩。

1．锤击沉管灌注桩

锤击沉管灌注桩适用于一般黏性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基，但不能在密实的砂砾石、漂石层中使用。

施工工艺流程：定位埋设混凝土预制桩尖→桩机就位→锤击沉管→灌注混凝土→边拔管、边锤击、边继续灌注混凝土（中间插入吊放钢筋笼）→成桩。

2．振动沉管灌注桩

振动沉管灌注桩适用于稍密及中密的砂土地基，可采用单打法、反插法或复打法施工。

单打法是一般正常的沉管方法，它是将桩管沉入到设计要求的深度后，边灌混凝土边拔管，最后成桩。适用于含水量较小的土层，且宜采用预制桩尖。

反插法是在拔桩过程中边振动边拔，每次拔管0.5～1.0 m，再往下反插0.3～0.5 m，如此反复并保持振动，直到桩管全部拔出。在桩尖处1.5 m范围内，宜多次反插以扩大桩的局部断面。穿过淤泥夹层时，应放慢拔管速度，并减少拔管高度和反插深度。在流动性淤泥中不宜使用反插法。

复打法是在单打法施工完拔出桩管后，立即在原桩位再放置第二个桩尖，再第二次下沉桩管，将原桩位未凝结的混凝土向四周土中挤压，扩大桩径，然后再第二次灌混凝土和拔管。采用局部复打能处理沉桩过程中所出现的质量缺陷。如发现或怀疑出现缩颈、断桩等缺陷，局部复打深度应超过断桩或缩颈区1 m以上。采用全长复打能提高桩的承载力。复打必须在第一次灌注的混凝土初凝之前完成。

四、爆扩成孔灌注桩

爆扩成孔灌注桩，简称爆扩桩，是用钻孔或爆扩法成孔，孔底放入炸药，再灌入适量的混凝土，然后引爆，使孔底形成扩大头，此时，孔内混凝土落入孔底空腔内，再放置钢筋骨架，浇筑桩身混凝土而制成的灌注桩。适用于工业与民用建筑地下水位以上，土质为一般黏性土、粉质黏土、中密或密实的砂土、碎石土以及杂填土地基。

施工工艺流程：打导孔→放入条形药包及雷管→引爆成孔穴→插入钢筋骨架→灌注混凝土、振捣成桩。

五、灌注桩的质量控制与检验

（1）灌注桩在沉桩后的桩位偏差应符合表6-11的规定，桩顶标高至少要比设计标高高出0.5 m。

表6-11 灌注桩（钢桩）桩位的允许偏差

（2）灌注桩的沉渣厚度：当以摩擦桩为主时，不得大于 150 mm；当以端承桩为主时，不得大于50 mm；套管成孔的灌注桩不得有沉渣。

（3）灌注桩每灌注50 m3，应有一组试块；小于50 m3的桩应每根桩有一组试块。

（4）桩的静载荷试验根数应不少于总桩数的1%，且不少于3根，当总桩数少于50根时，应不少于2根。

（5）桩身质量应进行检验，检验数量不应少于总数的20%，且每个柱子承台下不得少于1根。

（6）对砂子、石子、钢材、水泥等原材料的质量，检验项目、批量和检验方法，应符合现行国家有关标准的规定。

（7）施工中应对成孔、清渣、放置钢筋笼，灌注混凝土等全过程检查；人工挖孔桩尚应复验孔底持力层土（岩）性。嵌岩桩必须有桩端持力层的岩性报告。

（8）施工结束后，应检查混凝土强度，并应做桩体质量及承载力检验。

（9）混凝土灌注桩的质量检验标准见表6-12和表6-13。

表6-12 混凝土灌注桩钢筋笼质量检验标准

表6-13 混凝土灌注桩质量检验标准

拓展实训

一、简答题

1．简述钢筋混凝土预制桩的制作程序。

2．简述钢筋混凝土预制桩的施工工艺。

3．简述钢筋混凝土预制桩常见的质量通病及防治措施。

4．灌注桩按成孔方法分为哪些类型？

5．简述泥浆护壁成孔灌注桩的施工工艺流程。

6．简述干作业成孔灌注桩的施工工艺流程。

7．简述套管成孔灌注桩的施工工艺流程。

8．简述爆扩成孔灌注桩的施工工艺流程。

二、工程案例

某工程施工过程中，采用钢筋混凝土灌注桩，试依据相关规范对灌注桩进行质量验收评定。

课外学习指要

深入了解桩基础的施工工艺及质量验收标准、桩基检测等知识，可查阅下列资料：

（1）中华人民共和国国家标准．GB50202—2002建筑地基基础工程施工质量验收规范[S]．北京：中国计划出版社，2002．

（2）中华人民共和国行业标准．JGJ94—2008建筑桩基技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2008．

（3）中华人民共和国行业标准．JGJ106—2003 建筑基桩检测技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2003．

（4）刘汾涛．土方与地基基础工程施工[M]．北京：中国水利水电出版社，2012．

（5）张强，李转学．地基与基础[M]．北京：高等教育出版社，2009．