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钻孔灌注桩沉淀层成因及技术控制刘军刘永华（盐城市交通工程处（集团）224001）摘要钻孔灌注桩成桩过程中，泥浆沉淀控制一直是一个头痛的问题，它直接影响到灌注桩 的质量，这里从成根的不同阶段分析沉淀层的成因以及技术控制的有效途径关键词钻孔 灌注桩沉淀层成因控制l沉淀层的概述沉淀层，一般指钻孔桩消孔结束后至首批混凝土灌注前，孔底泥浆、钻渣等沉淀物本文的 沉淀层为广义概念，指钻孔桩灌注混凝土过程的前、中、后3个阶段的沉淀层钻孔桩灌注混 凝土前的沉淀层为粘土、砂土、砾石颗粒和水的融合物，具有流塑性钻孔桩灌注混凝土 中、后的沉淀层为灌注混凝土前融合物和砂浆的混合物，流塑性略差沉淀层在桩基础中 为重点控制要素之一，由于它具有不可见性，控制难度系数大，只有通过科研人员的模拟 实验，施工人员的实践，才能比较确切地了解、掌握和有效地控制它2沉淀层成因、相 关因素关系及危害性分析2. 1灌注混凝土前的沉淀层1）沉淀层的形成 出于清孔后安装钢筋笼、导管有个较长的时间过程，一般不少于4个小时，在此期间孔内泥 浆得不到扰动，悬浮的颗粒逐渐离析而下沉，形成沉淀层2）沉淀层厚度控制指数 沉淀层厚度：摩擦桩，不大于0.4-0.6D（D为设计桩径），通常为40cm；支承桩，不大于设计 规定，一般为5—10cm。

3）沉淀层厚度与泥浆指标的关系一般桩清孔后，泥浆指标为：相对密度1. 05-1. 2、粘度17-20Pa・s、含砂率小于4%实际 施工中可知：①相对密度大于1. 2,则沉淀层厚度相对小，混凝土浇筑过程中泥浆压力大， 尤其对末批浇筑混凝土影响较大，混凝土顶面压力大，导管易堵塞，更易造成桩顶混凝土 夹泥⑦相对密度小于1.贴，导致泥浆粘度达标保持时间短，沉淀层厚度会增加③粘度 过小，对砂砾起不到一定的包裹悬浮作用，造成含砂率达标的假象，砂粒沉淀多④含砂 率大于4%,砂沉淀层厚度增加，极易造成首批混凝上产生高压水流不能使沉淀层冲散悬浮， 导致桩尘混凝土夹泥，使桩尖承载力不足4）沉淀层厚度与清孔后的时间关系 清孔结束后至首批温凝土灌注前，安装钢筋笼、导管的时间直接影响着沉淀层的厚度时间 越长，沉淀层厚度越大，时间越短，沉淀层厚度越小实践证明，厚度与时间不成正比关系，由 于粘土、砂土、砾石颗粒和水的融合物在相对密度、粘度、含砂率符合规范指标和静止的情 况下，开始较缓，后逐渐增强，最后减弱，达到最大厚度一般来讲，对长为38m和钢筋 笼长34m的陆地直径130cm钻孔桩，起钻时间为30-60min,钢筋笼安装120-180min,导管、 爬梯、料斗等安装60—90min，全过程正常流水作业需要210-300min。

沉淀层的厚度在该段时间内沉淀 呈稳定曲线上升趋势，故在规范清孔指标下节约浇筑混凝土前时间可减少沉淀层的厚度5） 危害性分析根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024——85）的规定:钻孔桩的容许承载力与清底系 数m0值关系极大由桥梁桩基础设计计算可知，摩擦桩桩底承载力约占总承载力的10%左 右，支承桩桩底承载力占总承载力的90%左右m0值与沉淀层的厚度直接相关，即沉淀层的 厚度大小直接影响桩底承载力故施工中一定要控制其厚度，厚度超标准则必须两次清孔 沉淀层的厚度大，也会造成成桩桩身混凝土的夹泥、夹砂现象，甚至断校因为厚度大，易造 成测量导管埋深达标假象误差，导致导管脱空2. 2灌注混凝土中的沉淀层1）形成 为增加混凝上在灌注中的上升流动性，首批混凝土的第一板料通常为纯砂浆导管合塞打 开后，首批料迅速下层，产生高压水流，冲击桩底沉淀层，沉淀物被冲散成颗粒和软塑块 状等，随水流上升悬浮，桩底被冲击成例圆锥形，残留的沉淀物与第一板料的砂浆形成混 合物，在后续的混凝土顶托作用下逐渐上升，同时随水流上升悬浮的沉淀物；泥浆和场孔 的土块渐渐下沉在该混合物上，形成灌注混凝土中的沉淀层2）影响沉淀层厚度的因素 从以上分析可知，影响其因素主要有以下几个方面：①清孔后泥浆指标，泥浆相对密度大，则 厚度大；同样粘度小厚度亦大。

②灌注混凝土前的孔底沉淀层厚度直接影响其厚度③首批 混凝土的第一板料纯砂浆的数量，虽然其厚度大会造成经济损失，但对浇筑过程却非常 有利，可提高桩的成品质量④浇筑速度快，也可减少其厚度3）危害性分析 该沉淀层厚度在正常浇筑中，呈中性状态，对混凝土浇筑和质量影响不大，但遭遇停电、 机械故障以及雷暴雨等意外情况下，会产生不利的影响一般地混凝土及砂浆的初凝时间 为7—8h，终凝时间为大于12h,随着时间增长，混凝土产生凝固的过程，一般季节地面以 下温度高于气温，混凝土在地层中凝固速度加快，混凝土流动性逐渐减弱，达到初凝基本就 接近于罕但在正常浇筑中，由于导管的扰动和混凝土下落上升的震动使得凝固和分解交替 进行，真正初凝难以达到在出现意外情况的非正常浇筑中，间隙时间超过60min后，沉淀 层一方面密实度增加，另一方面混凝土逐渐凝固，与钢筋笼形成顶层硬壳，意外情况处理后， 储料斗中混凝土就难以下落，顶层混凝土更难上升，容易造成质量事故混凝土不能继续 下灌，形成断桩2. 3灌注混凝土后的沉淀层1）形成钻孔桩浇筑完毕后，等待混凝土强度达到100%时，在桩顶的沉淀物，即通常所说清理桩头 的物质2）影响沉淀层厚度的因素混凝土浇筑到桩顶时，用测锤难以精确测量到好混凝土的顶面，一般用竹竿轻轻地探测，凭 手感觉竿尖是否在混凝土面，通过竹竿埋置深度，粗略推算混凝土面层高程，然后再根据 超高0. 5-1. 0m, —次性连续浇筑（末批混凝土的冲击力小的缘故）。

故影响沉淀层厚度的 因素与末批混凝土料计算有关3）危害性分折 桩的上半部分弯距分布较大，顶部直接承受荷载，应力集中较明显，因此，桩顶沉淀层 处 理是否彻底，直接影响桩的整体承载能力和抗弯矩能力，故清理桩头为钻孔桩最后一道关键 工序3钻孔校灌注混凝土前的沉淀层控制该沉淀层为规范要求在灌注混凝土前的控制指标，其测量方法较为重要，按规定要求用取样 盒进行沉淀层厚度量测实际施工中，施工单位较为普遍采用的方法为用测锤测量，由于 桩底成孔为倒锥形，故测锤下落点位置非常重要，一般取圆锥的1/2高度作起点，经过多 根桩的实践，该方法可行具体控制沉淀层厚度方法有如下几点：1） 尽量缩短混凝土浇筑前的准备工作时间，钢筋笼安装在准备工作时间中占70%，安装用 吊车，两台电焊机配熟练操作工，或用挤压焊焊接钢筋笼，可大大节约时间实践证明：该 段时间跨度对清孔后沉淀有决定影响，施工中一定要加以控制，尽可能减少混凝土灌注前 的准备工作时间2） 精确测量沉淀层厚度，初始点要反复几次测定，避免测点误选为倒锥体的锥顶3）清孔必 须用优质泥浆置换，清孔成功前，泥浆3项指标必须满足规范要求，注意孔上、孔中、孔 下泥浆指标的不均衡。

4）沉淀层超标的控制，超标准后必须二次清孔，方法一般采用安装好的导管配增压泵产生高 压水，冲击沉淀层，通过悬浮上升，使沉淀层厚度达到规范要求；或者用吸泥泵配灌注导 管，用空气吸泥机进行，如果沉淀层静止时间较长，则吸泥效果就较差4钻孔桩灌注混 凝土中的沉淀层控制在浇筑中新灌注的混凝土不断地顶托沉淀层上升，该沉淀层一方面对孔壁清理，另一方面隔 断泥浆，形成临界面，对桩顶混凝土起着保护和隔离作用，导管在该沉淀层下至少2m但 它对成桩亦有不利的一面，易造成断桩、夹泥桩、夹砂桩，这些都因为对该沉淀层认识不 够和处理不当造成的具体控制有如下几个方面：1） 为保持灌注的连续性，减少客观因素影响，减少浇筑的停顿时间，着重抓好现场协调，做好 施工便道，保证电源不间断，机械设备良好运转2） 首批混凝土中，尽量增加第一板料砂浆和混凝土的数量，一方面可增加混凝土的流动性, 另一方面，导管在砂浆中的“假脱空”可较好地处理在施工中由于客观因素的缘故，导管卡 管经常发生，为解决问题，常通过迅速提升下降导管的方法，使混凝土在震动力和压力的 作用下下沉，解除卡管问题，但提升过高在沉淀层的砂浆中极易造成“假脱空”如果此时 认为脱空，重新进行清孔处理，必然会带来较大的经济损失，但从另一方面考虑，在砂浆 层中，由于下沉的混凝土速度较快，冲破该沉淀层的中下部置换为新的混凝土，卡管问题 得以解决，同时避免了经济损失。

由南京市绕城二期工程板桥河大桥和淮江高速公路阳标 大中桥的部分桩动测试验，证明该方法可行3） 设计最优的混凝土配合比，既保证混凝土的强度，又具有一定的和易性4）混凝土中掺加 缓凝剂，增加混凝土初凝时间，缓凝时间大于混凝土的浇筑时间5）保持孔内水位，防止 塌孔5钻孔桩灌注混凝土后的沉淀层控制该部分主要为末批混凝土的灌注和清理被头的质量控制1.末板料浇灌之前，混凝土面标 高探测准确2.按规范要求桩顶超高浇筑3.浇筑完毕后即清理沉淀层的泥浆、夹泥或土块的砂桨和混凝土，注意尽量不要扰动沉淀最 下层4.待混凝土强度达到80%,用空压机清除淀层最下层离析或小于设计标号的混凝土, 如果在设计桩顶下混凝土仍含有杂质，那么须继续清除，直到好混凝土面6结束语 控制沉淀层厚度一直是钻孔灌注桩施工中遇到的难题，笔者经过南京市绕城二期工程板桥河 大桥、绕城一期油坊桥互通立交E匝道工程、淮江高速公路K3村横径河高架桥和六安河大 桥以及其它7座中小桥的施工实践整理成文通过本文的分析，愿过本文的分析，愿给同行 一个启示，因笔者经验有限，概括欠全面，希望给予批评与指正。