钻孔灌注桩施工质量控制与检测

胡延赞

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

钻孔灌注桩在桥梁结构中有着广泛的应用。在具体工程中，受地质条件、承载能力和环境的影响，对桩的质量要求存在差异，但都必须满足工程对桩的力学性能的要求，这就离不开施工过程的质量控制和成桩后的质量检测。

1 钻孔灌注桩施工质量控制

目前，钻孔灌注桩已由原来的小桩径、短桩长，发展为大桩径、长桩长。目前，我国高速公路采用的单桩直径均在1500mm 以上，桩长也达到了100m。

1.1 钻孔灌注桩施工方案

钻孔灌注桩施工前，要制定合理完善的施工方案，明确施工过程的施工环节、施工重点以及安全管理措施，并对施工方案进行逐级审核。在施工过程中，要依据出现的问题和状况不断地对方案进行查漏、调整和补缺，使施工方案逐步趋于完善。

1.1.1 钻孔灌注桩的前期准备工作

桩基础施工之前，首先，要做好地质情况、施工现场和施工环境等的勘察工作，然后根据建设需求和现场情况，设计能够满足使用要求的设计图纸。其次，是制定科学合理的施工技术方案，并对技术人员做好技术和安全交底，技术交底主要是根据施工图纸、现场情况和施工水平，对关键的技术要点进行分析和复核，让施工技术人员能够熟悉和掌握设计图纸和施工方案的意图，同时发现与图纸和现场相互矛盾的技术要点，并及时上报且制定出相应的解决措施。再次，是施工前根据桩基础的设计位置对原地面进行平整和填土压实，形成工作平台，工作平台的大小要满足钻孔、吊装钢筋笼和浇筑混凝土的需要。

1.1.2 护筒的埋设环节

在进行护筒的埋设施工时，应当首先使用全站仪或更高精度的测量仪器对桩的中心位置进行放样，护筒的中心位置与桩的中心位置偏差和护筒的竖向倾斜度应满足相关规范要求，测量完成后，要认真地对相关数据进行复核。对护筒周围用黏质土分层夯实，确保护筒的稳定和底口不漏失泥浆。

1.1.3 泥浆的制备环节

泥浆的性能应结合钻孔方法和地质情况通过试验确定，并在钻孔过程中随时根据现场情况进行检测和调整。

1.1.4 清孔环节

清孔工作应在孔深、孔径、倾斜度满足设计及规范要求后方可进行，清孔时必须防止护壁坍塌。在灌注混凝土之前，应再次检查泥浆的性能和沉渣的厚度，必要时应进行二次清孔，符合要求后方可灌注混凝土。

1.1.5 钢筋笼安装环节

钢筋的规格型号和焊接标准应当符合设计要求，制作、运输和吊装应符合相关规范要求，防止出现骨架变形的现象。安装前应对声测管的位置和密封性进行检查，尽量保证声测管畅通。

1.1.6 混凝土灌注环节

混凝土灌注前应根据方案备齐相应的机械设备，主要仪器设备应有备用。混凝土的性能应通过设计要求和现场情况进行试验后确定配合比。导管使用前应进行水密试验，在灌注混凝土的时候，根据混凝的高度及时调整导管在混凝土中的埋置深度，严格控制混凝土的灌注时间和灌注过程的连续性，并充分考虑由于时间、运输距离和温度引起的坍落度损失，保证混凝土的和易性。

1.2 钻孔灌注桩施工质量影响因素及对策

钻孔灌注桩的施工质量控制环节分为成孔质量控制和成桩质量控制。成孔质量控制的关键因素有：成孔垂直度、成孔位置及深度、泥浆性能指标和钻孔速度。成桩质量控制主要有钢筋笼的制作与吊装和混凝土灌注质量。

1.2.1 成孔质量控制的对策

（1）施工前应检查钻机的定位和稳定性是否满足要求，并检查钻头的垂直度，防止在施工过程中出现倾斜等问题，在钻孔过程中还需经常复核钻头的垂直度，若有偏差应及时进行调整。

（2）施工前应对钢护筒的标高进行复核，并用钢测绳定期测量孔深，及时了解成孔进度，避免桩长不够或超钻。

（3）成孔过程中，需根据岩层的情况调整泥浆的配合比，经常性地对泥浆的指标进行复核，以确保泥浆的护壁刚度，避免塌孔。

（4）钻孔过程中要根据岩层情况控制好钻头的钻进速度，尽量避免因时间过长而导致孔壁坍塌的风险。

（5）成孔后要通过清孔对桩底沉渣厚度进行控制，清孔过程中不但要保证沉渣厚度满足设计要求，还要对泥浆的性能进行检测，防止因清孔而导致泥浆护壁刚度不足引起的塌孔。

1.2.2 成桩质量控制的对策

（1）钢筋笼在现场制做时，应严格按照设计要求控制主筋和螺旋筋的位置，经检查合格后方可吊放，并布置保护层厚度的垫块，吊放时应缓慢下降，对准孔位，现场搭接时应严格按照要求对钢筋进行搭接。运输及吊放的过程中要防止钢筋笼发生变形。

（2）混凝土灌注前，应严格按照配合比设计进行充分搅拌，根据搅拌站与施工地点的距离调整混凝土的和易性，以保证首批混凝土的灌注时间不能超过初凝时间。灌注过程中严格控制灌注速度，防止钢筋笼上浮。

2 钻孔灌注桩施工质量检测

2.1 钻孔灌注桩质量检测方法

钻孔灌注桩桩身完整性是反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标。检测方法有低应变法、声波透射法、高应变法，钻芯取样法等。

（1）低应变法具有仪器操作简单、检测速度快和检测成本低等特点，但存在检测深度有限、小缺陷灵敏度不高、无法检测桩底沉渣等局限性。

（2）声波透射法可以可靠地判别桩身的缺陷及其位置，无测试盲区，不受桩长桩径限制，可判定混凝土的均匀性，并且还能分析出混凝土的强度。但浇筑混凝土之前要在钢筋笼上预埋声测管，操作比较复杂。

（3）钻芯法具有准确、直观等特点，能较为客观的反映桩身质量缺陷以及桩底沉渣等情况。但其速度慢、费用高，属于有损检测，一般工程上用于无法判定缺陷类型和对检测结果存在争议的桩基上。

2.2 声波透射法测试原理

2.2.1 测试原理

声波透射法是目前工程上最为常见的一种检测桩基完整性的方法，本文将通过介绍该检测方法的原理，并结合工程实例进一步分析钻孔灌注桩施工质量引起的桩基缺陷，并提出施工过程中的一些注意事项。

钻孔灌注桩一方面属于隐蔽工程，其施工过程具有不可预见性，技术人员无法直观了解每个工序的情况，因此桩身质量直接决定了上部结构的稳定性。另一方面，混凝土是一种由水、水泥、砂石、外加剂等多种材料组成的非均质材料，尤其水下桩基础的混凝土无法通过人工干预密实，所以存在孔洞、裂缝、夹泥夹砂、缩颈，甚至断桩等缺陷，这些缺陷在超声波通过时会使混凝土产生声阻。

超声波是弹性波的一种，若将混凝土介质视为弹性体，则超声波会在混凝土按照弹性波在弹性体中的传播规律传播。超声波检测仪从发射端换能器探头发射出声波,并经过水的耦合作用传到声测管，再传到混凝土介质中，并从混凝土传到接收端的声测管，经水的耦合作用后到达接收端换能器探头。该过程考虑液体和气体没有剪切弹性，只能传递播纵波，因此该技术采用波分量。

2.2.2 测试要求

在桩基础的施工阶段要对声波透射法的检测做好准备工作，对现场做如下要求：

（1）焊接钢筋笼时，应根据桩径的大小确定声测管的埋置数量，桩径≥1.5m 时，埋设3 根声测管，桩径＞1.5m 时，埋设4 根声测管。

（2）声测管需采用金属管，并且声测管直径保证不能影响换能器上下的畅通，还要保证不变形、不断裂，声测管下端封闭、上端加盖、管内无异物，接口处光滑过渡，管口高出桩顶100～300mm，且每根声测管的埋置深度和管口高度均要保持一致。

（3）混凝土龄期至少达到14d，混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不应低于15MPa。

（4）检测前保证换能器在声测管内全程范围升降顺畅，对于堵塞的管应及时进行疏通。管道畅通则在声测管内注满清水，并保证检测过程中管内水位不低于设计桩头标高。

（5）准确测量声测管的内外径和外壁距离，精确到lmm。

2.2.3 测试方式

声波透射法检测桩基完整性有对测、斜侧和扇形测三种方法。

（1）对测。发射和接收换能器分别置于两声测管的同一高度，自下而上，将收发换能器以相同步长（≤100mm）向上提升，进行水平检测。若平测后，对存在桩身质量问题的可疑点进行加密平测，以确定异常部位的纵向范围。

（2）斜测。让发、收换能器在声测管内保持一定的高程差，在声测管中以相同步长，同步升降进行测试。斜测分单向斜测和交叉斜测。斜测时，发、收换能器中心连线与水平夹角一般取30°～40°。斜测可探出局部缺陷、缩径或专测管附着泥团、层状缺陷等。

（3）扇形测。扇形测在桩顶、桩底斜测范围受限或为减小换能器升降次数时采用。一只换能器固定在某一高程不动，另一只逐步移动，测线呈扇形分布。此时换算的波速可以相互比较，但幅值无可比性，只能根据相邻测点幅值的突变来判断是否有异常[1-3]。

2.3 桩基检测案例

某桥梁项目桩径为1.6m，孔深30m 的桩基埋置4根声测管，第一次声波透射法检测的波形图如图1 所示。由图1 分析，在孔深10.8～11.8m 处，1～2，2～3，2～4 剖面声速、波幅值均低于临界值，PSD 值也有异常反应，初步判断为2 号声测管泥浆包管、夹泥。

图1 第一次声波透射法检测的波形图

经开挖验证，声测管泥浆包管，如图2 所示。经人工挖孔至11m 左右处验证，孔壁局部坍落，致使泥团包裹声测管，故判定为Ⅲ类桩。

图2 声测管泥浆包管

后采用人工挖孔凿出该声测管处泥团，清洗混凝土面后用C40 混凝土修补，经处理后复测，检测波形图如图3 所示。声速、波幅均大于临界值，波形正常，判定为Ⅰ类桩。

图3 处理后声波透射法检测的波形图

3 结束语

综上所述，钻孔灌注桩作为桥梁结构的主要受力部位，不但要严格按照相关规范进行施工，加强施工过程中的质量控制，还要加强成桩后的质量检测，通过科学的检测手段交叉进行验证，判定成桩质量。实践证明，声波透射法可以可靠地判断桩身的缺陷及其位置，无测试盲区，不受桩长、桩径限制，可判定混凝土的均匀性，并且还能分析出混凝土的强度。