浅谈钻孔灌注桩充盈系数在工程中的应用

浅谈钻孔灌注桩充盈系数在工程中的应用

蒋惠1 房殿靖2

1、聊城市市政管理局 聊城252000

2、聊城市公路工程监理总公司 聊城252000

摘要：探讨钻孔灌注桩充盈系数控制的可能性，提出相应的工艺技术控制措施。

关键词：钻孔灌注桩 砼 充盈系数 减低工程成本 提高经济效益

1 概述

混凝土是钻孔灌注桩工程中的主要材料。混凝土的费用占灌注桩工程总费用的 20-25％。控制单桩混凝土用量对降低工程成本，提高经济效益具有重要意义。

在钻孔灌注桩工程中，砼充盈系数取决于桩孔的成孔质最。充盈系数是钻孔灌注桩实际砼灌注量与基桩设计砼用最的体积之比，是桩孔直径的量值，其值必须是1.0和大于1.0的数。按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）中规定：灌注桩成孔孔径≥设计桩径，砼充盈系数≥1.0，一般土质为1.1，软土为1.2-1.3。充盈系数1.0是防止桩径太小（小于设计桩径）出现细桩而规定下限；1.3是防止桩径过大出现畸形桩和材料超支等问题而规定上限。无论是细桩还是畸形桩都对桩的质量有不利影响，而且畸形桩还大大增加砼的用最，增加了工程成本。一般工程费用预算充盈系数取1.2，最大不会超过1.3。计算表明，充盈系数每增加0.01，仅材料费一项就要增加工程总费用的1.0-1.3％。单桩设计砼量越大，充盈系数对工程总成本造成的形响越大，比如一根Ø1000mm，

桩长30m的桩．充盈系数达到1.3时．要多灌砼7.0m3，折算材料费1500.00-2100.00元。

2 造成混凝土充盈系数增大的原因分析

从济南近两年施工的部分桩基工程来看，充盈系数与岩土层的胶结程度、松散度、水敏感性、地下隐伏物有关，更主要的原因还是施工工艺。为了工程施工时充盈系数严格控制在1.0-1.1之间，现场施工人员做了大量的工作，找出了引起充盈系数过大的原因。现归纳如下：

2.1钻头外径选择不当：钻头外径尺寸是决定桩孔直径的关键因素，制作钻头的外径不规范，误差较大，直接形响到桩径的大小。尽管地层性质对桩径也有一定的影响，有的甚至很大，但只要你掌握它的特点后，同样可通过适当加大或缩小钻头外径达到控制桩孔直径的目的。

2.2钻头形式选择不当：钻头形式的选择是十分重要的，钻头形式的选择不当，对地层不适应，不仅钻进效率低，而且势必增加钻杆敲打孔壁、钻头刮磨孔壁的次数，导致孔壁坍塌、桩孔超径。如在粘土层中钻进，用宽翼片钻头钻进，易造成钻头在孔底处于晃动状态，桩孔必然超径。

2.3没有与地层相适应的导正器：导正器是保证钻头在钻进过程中沿着钻杆轴线方向前运转的平稳装置（起导向作用）。如果不用或选择不当，就会形成孔壁不规则的弯曲桩孔，以至钢筋笼下不去，为保证工程质量必须重新进行扫孔或纠斜。凡进行扫孔或纠斜的桩孔往往严重超径，甚至有的桩孔充盈系数高达2.0以上。但是在粘土层中使用宽度超过7cm的导正器，容易造成导正圈处包泥，包泥后会使钻具的回转失去稳定性，引起桩孔口径扩大，造成充盈系数加大。因此施工中应根据相应的地层选用合适的导正器。

2.4钻杆直径小：一是会导致桩孔环状间隙大，级配差；二是钻杆强度低，容易引起弯曲。这两种原因在钻进过程中都会引起钻头晃动．钻杆敲打孔壁。在同一地层中，使用直径89mm钻杆

所成桩孔的平均充盈系数达到1.41，而选用直径大于150mm钻杆施工的桩孔充盈系数却在1.0-1.2之间。

2.5所用设备的导向性能：上面刚刚提过，产生充盈系数过大与钻杆有无导正装置有关，SPJ-300型工程钻机就是主动钻杆没有导正装置的一例。导正装置可减少钻机主动钻杆的晃动、摇摆，增加导向性能，使钻头平稳运转。钻机主动钻杆有导正装置比没有导正装置要好，这是不争的事实。

2.6钻机安装不符合要求：钻机安装时3点（回转天车、立轴或转盘的中心、桩孔中心）不在同一直线上；钻机不水平、不稳固；有时钻机移位、倾斜。这些因素加剧钻头、钻杆对孔壁敲打、刮磨，都会使桩孔弯曲、不规则．造成成孔后桩孔充盈系数加大。

2.7钻进时盲目加压：在基桩孔钻进时，特别是大直径桩孔，钻杆直径与桩孔直径本身就已失去了合理的级配条件，桩孔对钻杆的弯曲几乎失去了控制力。如果钻进中不能吊直钻杆而采取加压钻进，就会使钻具失去稳定运转的条件：其结果是容易造成斜孔，为了纠斜必然会加大混凝土的灌注量．增加充盈系数。

2.8泥浆性能控制不当：基桩成孔周期短，一般都在几小时、十几小时，多则几十小时，因而泥浆性能往往不被施工单位重视：在松散、易坍塌地层，不注意泥浆的性能，用比重小、粘度低的稀泥浆成孔往往会造成孔壁剥落、坍塌；然后在粘土地层中钻进，泥浆的粘度会不断上升，会引起钻头、导正器包泥造成扩孔。因而控制好泥浆性能也是非常重要的。

2.9钻头切削部分磨饨或无刃角：钻头切削部分磨钝或无刃角，必然降低钻进效率。尤其是从松软层钻至硬土层时，钻头极易偏离桩孔中心线，形成局部扩孔。

以上分析是在第四系地层中施工。至于成桩过程中的清孔，钢筋笼制作与下放以及下导管灌浆等工艺同样会导致充盈系数过大，这里不再赘述。

3 针对上述原因的分析，相应地提出以下工艺措施

3.1根据不同的地层选用适宜的钻头：在松软土层中钻进．采用比设计桩径小 4-6cm的钻头；在粘土及较硬的土层或风化基岩中选用比设计桩径小1-3cm 的钻头。在钻头的形式上除在风化基岩或碎石、卵石、堆积层中钻进选用高强度宽翼片钻头外，其他土层中均可采用窄切削具，如不易包泥的耙式钻头，且切削具必须保持一定的刃角。在工艺上可考虑先用比桩孔设计口径小5-6cm的小钻头钻进，后用带导正器比设计桩径小1-2cm的大钻头扩孔：这一措施尤其适宜初开孔的桩孔施工，是保证桩孔不超径的一项可行方法。

3.2根据地层性质选用不同规格的导正器：地层完整，不易水化 (非粘土层），可选用6-10cm的宽圈，两导正圈之间的距离不小于桩经的2倍；松散易塌层可选用同样的宽圈，但两导正圈之间的距离应加大到2.5倍桩径以上；在粘土层中为防止泥包产生，可使用4-6cm的窄圈，两导正圈之间的距离为1.5倍桩径，且导正圈的数最不少于3个。

3.3采用外径大、强度高、刚性好、不易弯的钻杆，有利于防止孔斜。严禁使用弯钻杆。

3.4选用有主动钻杆有导正装置的钻机，如动力头式，立轴式和其他具有扶正装置的钻机，以增加钻具回转的稳定性。

3.5钻机安装要水平、稳固，在孔底扭力大，钻机易跑位的情况下，钻进中尤其随时注意钻机的校位，必要时打人固定桩。还要注意“三点一线”的问题。

3.6为防止桩孔弯曲，必须减压钻进，钻进时禁止盲目加压。为满足钻头钻进压力的要求，可采用钻铤或加配重钻进。

3.7必须重视泥浆管理，现场应设有足够大的沉淀池，及时排除泥浆．确保送入孔内泥浆的性能。在钻进中视地层情况及时调整泥浆性能．控制好膨润土和添加剂的加量。遇易塌层，一般泥浆粘度不低于19s，但在粘土层钻进，为减少钻头和导正器产生泥包，要求尽量使用比重小、粘度低的稀泥浆，甚至粘度小于17s。

3.8在条件许可的工程中，取得设计部门的同意后，结合扩底桩、支盘桩等新型桩种进行施工，可充分利用桩端承载力与桩侧摩擦力。在达到同等承载力的前提下，可相应缩小桩径，从而节约大量的砼用量。

4 结束语

在确保工程质量、满足设计要求的前提下，采取相应措施，降低桩孔砼灌注充盈系数，对节约混凝土用量，降低工程施工成本，提高经济效益有着重要的意义。

发表于《城市建设》2009年总第41期