2.3灌注桩施工灌注桩是在施工现场的桩位上就地成孔，然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。根据成孔方法的不同可以分为干作业成孔、泥浆
护壁成孔、套管成孔、人工挖孔灌注桩等。灌注桩与预制桩相比由于避免了锤击应力，桩的混凝土强度及配筋只要满足使用要求就可以，因而具
有节省钢材、降低造价、无需接桩及截桩等优点。与预制桩相比，灌注桩不接桩、不截桩，相对预制桩造价较低，可做成大直径和较深的桩，但
由于整个施工过程均在现场完成，灌注桩的施工相对复杂，质量不易保证。2.3.1钻孔灌注桩钻孔机械设备目前常见的钻孔机械
有螺旋钻孔机、回转斗成孔机、回转钻孔机、潜水钻机、钻扩机、全套管冲抓斗成孔机（即贝诺特钻机）等。1．螺旋钻孔机
（1）小直径螺旋钻孔机小直径螺旋钻孔机也称长螺旋钻孔机,是传统设备。（2）大直径螺旋钻孔机大直径螺旋钻
孔机也称短螺旋钻孔机，目前在国外广泛使用，国内也开始使用，如图2.21所示为短螺旋钻孔机的钻头。其切土原理与长螺旋钻孔机相同，但排
土方法不一样。短螺旋钻孔机向下切削一段距离，切下的土壤堆积在螺旋叶片上，这时由卷扬机将短螺旋叶片反向旋转，将螺旋叶片
上的碎土甩到地面上。所以短螺旋钻孔机出土是断续的，效率较低，但其钻孔直径可达2m，甚至更大。2.回转斗成孔机回转斗成
孔机如图2.22所示，由履带桩架、伸缩钻杆、回转斗及回转斗驱动装置组成。3．回转钻孔机回转钻孔机由机械动力传动，配以
笼头式钻头（如图2.23所示），可以多挡调速或液压无级调速，在泥浆护壁条件下，以泵吸和气举的反循环或正循环方式慢速钻进排渣成孔，灌
注混凝土成桩。设备性能可靠，噪音振动小，钻进效率高，钻孔质量好。4．潜水钻机潜水钻机（图2.24，2.25)适用于黏性
土、黏土、淤泥、淤泥质土、砂土、强风化岩、软质岩层，不宜用于碎石土层中。这种钻机以潜水电动机作动力，潜水电动机和行星减速
箱均为中空结构，中间可通过中心送泥浆或水，因此可采用泥浆循环将钻渣带出地面。防水电机和减速机构装在具有绝缘和密封装置的外
壳内，与钻头一起潜入桩孔内的水图2.23笼头式钻头中工作。因为工作时动力装置潜在孔底，耗用动力小，钻孔效率高，电动机防水性能好，运
转时温升较低，过载能力强。同时由于钻杆不动，可避免钻杆折断，工作效率高，且噪音低。仁设备笨重，使潜水钻机的使用受到一定的限制。
5．全套管冲抓斗成孔机全套管冲抓斗成孔机施工，即用加压方法的同时使套管摆动或旋转，迫使套管下沉，可以大大减小土壤与套
管间的摩擦力。然后用冲抓斗成孔机将冲抓斗提升到一定高度，斗内有压重铁块和活动抓片，松开卷扬机刹车时，抓片张开，钻头便以自由落体冲入
土中，钻取套管下端土壤，然后开动卷扬机提升钻头，这时抓片闭合，冲抓斗整体被提升到地面上将土渣卸去，如此循环抓孔。
钻机所用套管一般分1－6m不同长度，桩径范围为0.6－2.5m，1.5－2.5m的桩径只用一种型号的冲抓斗。该钻机钻孔深度最大可达
50m，适用于有坚硬夹杂物的黏土、砂卵石土和碎石类土。6．冲击钻机冲孔是用冲击钻机把带钻刃的重钻头（又称
冲锤）提高，靠自由下落的冲击力来削切岩层，排出碎渣成孔。冲击钻机有钻杆式和钢丝绳式两种，前者所钻孔径较小、效率低、应用较少；后者钻
孔直径大，有800mm、1000mm、1200mm几种。钻头形式有十字钻头及三翼钻头等，锤重500－3000吨。
用冲击钻机冲孔，冲程为0.5－1.0，冲击频率为40－50次/min，孔深可达300m。冲击钻机适用于风化岩及各种软土层成孔。但由
于冲击锤自由下落时导向不严格，扩孔率大，实际成孔直径比设计桩径要增大10％－20%。若扩孔率增大，应查明原因后再成孔。7．钻扩
机．为了提高灌注桩的承载能力，在桩的底部可以将直径扩大，做成扩大头的形状，增加桩底部的承载面积。钻扩机形式如图2.
27所示。钻孔灌注桩施工工艺1、干作业成孔灌注桩干作业成孔灌注桩适用于成孔深度内没有地下水的情况，成孔时不必采取护
壁措施而直接取土成孔。干作业成孔一般采用螺旋钻机。干作业成孔施工工艺流程：场地清理－测量放线定桩位－桩机就位
－钻孔取土成孔－清除孔底沉渣－成孔质量检查验收－吊放钢筋笼－浇筑孔内混凝土。为了确保成桩后的质量，施工中应注
意以下几点：①钻孔时，应始终保持钻杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起孔径扩大及增多孔底虚土；②钻头进入硬土层时，易造成钻孔偏斜，
可提起钻头上下反复扫钻几次，以便削去硬土，若纠正无效，可在孔中局部回填黏土至偏孔处0.5m以上，再重新钻进；③成孔达到设计深度后，
孔底虚土尽可能清除干净，可采用夯锤夯击孔底虚土或进行压力注水泥浆处理，然后尽快吊放钢筋笼，并浇筑混凝土，混凝土应分层浇筑，每层高度
不大于1.5m.2．泥浆护壁成孔灌注桩施工泥浆护壁成孔灌注桩施工是利用泥浆护壁，钻孔时通过循环泥浆将钻头切削下的土渣
排出孔外而成孔，而后吊放钢筋笼，水下灌注混凝土而成桩。成孔方式主要有回转钻机成孔、潜水钻机成孔等。采用泥浆护壁主要是因为
①泥浆静止时具有一定的静切力，即具有悬浮沉渣的能力；②泥浆搅拌时又具有流动性，可将钻渣带出；③易取材且价格低廉。泥浆的作
用是护壁、携渣、润滑钻头、冷却钻头等，其中以护壁、携渣为主。泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺流程如下：（1）测定桩位
平整清理好施工场地后，设置桩基轴线定位点和水准点，根据桩位平面布置施工图，定出每根桩的位置，并做好标志。（2）埋设护
筒护筒的作用是：定桩位，防止地面水流入，保护孔口，增高孔内水压力，成孔时导向。护筒用4－8mm厚钢板制成，内径
比钻头直径大100－200mm，顶面高出地面0.4－0.6m，上部开1－2个溢浆孔。埋设护筒时，先挖去桩孔处表土，将护筒埋入土中
，其埋设深度，在黏土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m。其高度要满足孔内泥浆液面高度的要求，孔内泥浆液面应保持高出地下水位l
m以上。最后应在护筒外侧填入黏土并分层夯实。(3)泥浆制备泥浆制备方法应根据土质条件确定。由于泥浆土的成分与高塑性的
黏土或膨润土的成分很接近，在黏土和粉质黏土中，可直接射入清水，以原土造浆，见表2.6。（4)成孔排渣方法回转钻成孔是
国内灌注桩施工中最常用的方法之一。按排渣方式不同分为正循环回转钻成孔和反循环回转钻成孔。A.正循环回转钻成孔由
钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，由泥浆泵从钻杆中部输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流入泥浆池，经沉淀处理返回
循环池（图2.28）。B.反循环回转钻成孔反循环法常用旋转的牙轮钻头钻孔，利用一定的静水压力护壁，防止坍孔。挖
出的泥砂和泥水一起从套筒中心吸出，并排至泥水槽内。泥砂经沉淀后，泥水再注入孔内，与正循环法相反。在这种施工方法中，循环泥浆的速度快
，抽吸排渣能力较好，属于强抽吸循环排渣，故适合于硬岩层及硬土层等土质较好、抽吸时间较短的情况。反循环回转钻成孔是
由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，利用泵吸、气举、喷射等措施抽吸循环护壁泥浆，挟带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外的成孔方法（
图2.29）。（5）清孔当钻孔达到设计要求深度并经检查合格后，应立即进行清孔，目的是清除孔底沉渣以减少桩基的沉
降量，提高承载能力，确保桩基质量。清孔方法主要有射水法、换浆法，清孔结束标准见表2.7。A.射水法一般用于原土造浆
。是在孔口接清孔导管，分段连接后吊入孔内，清孔靠抽水机和空气压缩机进行。空气压缩机使导管内压力达0.6－0.7MPa，在导管内形成
强大气流，同时向孔内注入清水（此时钻杆只钻不进）使孔底的泥渣、杂物被喷翻、搅动，随高压气流上涌，从喷嘴喷出，这样可将孔底沉渣清出，
直到孔口喷出清水为止。B.换浆法一般用于制备泥浆。是用新搅拌的泥浆置换孔底泥浆，即用泥浆循环方法清孔L。孔底沉
渣允许厚度应符合标准规定：端承桩≤50mm，摩擦端承桩、端承摩擦桩≤l00mm，摩擦桩≤300mm。(6)吊放钢筋笼
清孔后应立即安放钢筋笼、浇筑混凝土。（7）水下浇筑混凝土泥浆护壁成孔灌注桩的水下混凝土浇筑常用导管法，混凝土
强度等级不低于C20，坍落度为18－22cm。其浇筑方法如图2.30所示，所用设备有金属导管、承料漏斗和提升机具等。水下混凝土
浇注最常用的是导管法。混凝土强度不应小于C20，混凝土选用的粗骨料粒径，不宜大于30mm，且不得大于钢筋间最小净距的1／3，坍
落度为160－220mm，含砂率宜为40％－45％，宜采用中砂。混凝土保护层厚度不应小于50mm.。导管最大外径应比钢筋笼内径小1
00mm以上。(8)常见工程质量事故及处理方法①孔壁坍塌孔壁坍塌指成孔过程中孔壁土
层不同程度坍落，主要表现为泥浆中不断出现气泡，或泥浆突然漏失。主要原因是提升下落冲击锤、掏渣筒或安放钢筋骨架时碰撞护筒及孔壁，护筒
周围未用黏土紧密填实，孔内泥浆液面下降，孔内水压降低等。坍孔处理方法：在孔壁坍塌段用石子、黏土填入，重新开钻，并调整泥浆容重和液面
高度。②钻孔偏斜钻孔偏斜指成孔过程中出现孔位偏移或孔身倾斜。偏孔的主要原因是桩架不稳固
，导杆不垂直或土层软硬不均。对于冲孔成孔，则可能是由于导向不严格或遇到探头石及基岩倾斜所引起的。处理方法：如孔的偏移过大，应填入石
子、黏土，重新成孔；如有探头石，可用取岩钻将其除去或低锤密击将其击碎；如遇基岩倾斜，可以投入毛石于低处，再开钻或密打。③孔底隔层
孔底隔层指孔底残留石渣过厚，孔脚涌进泥砂或塌壁泥土落底。造成孔底隔层的主要原因是清孔不彻底。主要防治方法：做好清孔
工作，注意泥浆浓度及孔内水位变化，施工时注意保护孔壁。④夹泥或软弱夹层夹泥或软弱夹层指桩身混凝土混进泥土或形成
浮浆泡沫软弱夹层。其形成的主要原因是浇筑混凝土时孔壁坍塌或导管口埋入混凝土高度太小，泥浆被喷翻，掺入混凝土中。防治措施是保持导管下
口埋入混凝土的深度，并应在钢筋笼下放孔内4h内浇筑混凝土。⑤流砂流砂指成孔时大量砂子涌塞孔底的现象。流
砂产生的原因是孔外水压力比孔内水压力大，孔壁土松散。流砂严重时可抛入碎砖石、黏土，使泥浆结块，防止流砂涌入。3.挤扩多分支承力与
多盘灌注桩（DX桩）如图2.31所示，挤扩多分支承力与多盘灌注桩（DX桩），是一种新型的变截面桩，是在普通钻孔灌注桩
基础上，按承载力要求和工程地质条件的不同，在桩身不同部位设置分支和承力盘而成。（1）DX桩的基本原理在钻
冲孔后，向孔内下入专用的DX挤扩装置，通过地面液压站控制该装置的弓压臂的扩张和收缩，按承载能力要求和地层土质条件，在桩身不同部位挤
扩出了3岔分布或3n岔(n为挤扩次数）分布的扩大岔腔或近似的圆锥盘状的扩大头腔后，放入钢筋笼，灌注混凝土，形成由桩身承力岔、承力盘
和桩根共同承载的桩型。DX桩与一般灌注桩的工艺流程相比，只是增加了一道挤扩工序，但由于侧面型腔的直径是主桩径的2－3倍，使摩擦桩或
摩擦端承桩变为多端承、多段侧摩阻共同作用的新型桩，桩的工作状态也发生了变化。（2）DX桩施工设备DX桩施工
设备如图2.32所示，DX液压挤扩装置为等角度的三个液压弓臂同时工作，三点支撑，三个方向同时受力，液压弓臂水平缓缓刺入土体中，一次
即可挤扩成三岔扩大腔体，受力稳定合理，挤扩过程中对土体不产生切削和扰动现象。（3）DX桩施工工艺桩定位放线－
挖桩坑、设钢板护套－桩孔机就位－钻孔至设计深度－钻机位移至下桩位－桩位钻孔－第一次清孔－将支盘成型器吊入己钻孔内－在设计位置压分支
、承力盘－下钢筋笼、导管－第二次清孔－水下混凝土灌注－清理桩头－拆导管、护筒。(4)Dx桩的特点及施工工艺特点①
桩承载力高与普通直杆（等截面）灌注桩相比，因桩底端及桩身多个断面面积大幅度增大，单桩承载力比普通混凝土灌注桩（相
同桩径）一般提高1-2倍，并具备良好的承压、抗水平、抗冲剪和抗拔能力。②节约成本，缩短工期由于单
桩承载力大大提高，一般而言与普通混凝土灌注桩相比，节约原材料约30％，可节省桩基总造价20%－30%，同时，相比较大直径普通混凝土
灌注桩而言可缩短桩长，减少桩径或减少桩数，从而缩短工期。③设计灵活，适应性强DX多节挤扩灌注桩
可在多种土层中成桩，不受地下水位限制，并可以根据承载力需要采取增设分支或承力盘数量来提高单桩承载力。④施工过
程可控制由于桩身承力盘或支盘是通过液压弓臂挤扩土层形成，挤扩过程相当静力触探，施工过程同时也是对土层承载力的一种
检验，因此施工时能大概了解到单桩承载力的大小，当发现与设计承载力有差别时，可通过增设分支来确保单桩承载力，这是其他桩型无法实施的。
2.3.2沉管灌注桩沉管灌注桩是目前采用较为广泛的一种灌注桩。依据使用桩锤和成桩工艺不同，分为锤击沉管灌注桩、
振动沉管灌注桩、静压沉管灌注桩、振动冲击沉管灌注桩和沉管夯扩灌注桩等，目前常用锤击沉管灌注桩和振动沉管灌注桩。如图2.33所示为沉
管灌注桩的施工过程。锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩的机械设备由桩管、桩锤、桩架、卷扬机、滑轮组、行走机构等组成。
1．施工工艺锤击沉管灌注桩的施工工艺：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。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。（1）
沉管施工时，用桩架吊起钢桩管，对准埋好的预制钢筋混凝土桩尖（图2.34）。桩管与桩尖连接处要垫以麻袋、草绳，以防地下水渗
入管内。缓缓放下桩管，套入桩尖压进土中，桩管上端扣上桩帽，检查桩管与桩锤是否在同一垂直线上，桩管垂直度偏差感0.5%时即可锤击沉管
。先用低锤轻击，观察无偏移后再正常施打，直至符合设计要求的沉桩标高，并检查管内有无泥浆或进水，即可浇筑混凝土。（2）灌混凝土
管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。凡灌注配有不到孔底的钢筋笼的桩身混凝土时，第一次混凝土应先灌至笼底标高，然后放置钢筋笼，
再灌混凝土至桩顶标高。第一次拔管高度应控制在能容纳第二次所需灌入的混凝土量为限，不宜拔得过高。在拔管过程中应用专用测锤或浮标检查混
凝土面的下降情况。（3）拔管拔管速度要均匀，不同土层的拔管速度见表2.8。2．工艺措施（1）当桩
较密集时（中心距小于等于3.5倍桩径或2m)，为防止断桩现象应采用跳打的方法，中间空出的桩应待邻桩混凝土达到设计强度等级的50%以
上方可施打。（2）前面介绍的锤击沉管灌注桩的施工方法，一般称为“单打法”。为保证桩的质量和提高桩的承载能力，锤击沉管
扩大灌注桩的施工（即两次沉管）方法则称为“复打法”。复打法是在第一次单打将混凝土浇筑到桩顶设计标高后，清除桩管外
壁上污泥和孔周围地面上的浮土，立即在原桩位上再次安放桩尖，进行第二次沉管，使第一次所灌混凝土向四周挤压密实，将桩径扩大，然后第二次
浇筑混凝土成桩。复打施工的要点：①桩管中心线应与单打中心线重合；②必须在第一次灌注混凝土初凝前，完成复打工作。
振动、振动冲击沉管灌注桩振动、振动冲击沉管灌注桩是利用振动锤（又称激振器）、振动冲击锤将桩管沉入土中，然后灌注混
凝土而成。这两种灌注桩与锤击沉管灌注桩相比，属于柔性沉管，更适合于稍密及中密的砂土地基施工。振动沉管灌注桩和振动
冲击沉管灌注桩的施工工艺完全相同，只是前者用振动锤沉管，后者用振动冲击桩锤沉管。1．振动沉管灌注桩施工振动沉管灌注桩适
用于含水量较小的土层，且宜采用活瓣桩尖。施工时，先安好桩机，将桩管下端活瓣桩尖合起来，对准桩位，徐徐放下桩管，压入土中，
校正桩管垂直度，符合要求后开动激振器，同时在桩管上加压，桩管即开始沉入土中。当桩管沉至设计标高，管内灌满混凝土后，应先振动5－l0
s，再开始拔管，边振边拔，每拔0.5－1.0m停拔振动5－10s，如此反复进行，直至桩管全部拔出，为一次单打法。振动沉管
灌注桩不同土层的拔管速度见表2.9。2．工艺措施为保证成桩质量和提高桩的承载能力，振动沉管灌注桩可采用单打和反插法。
反插法是在拔管过程中边振边拔，每次拔管0.5－1.0m，再向下反插0.3－0.5m，如此反复并保持振动，直至桩管全部拔出
。在桩尖处1.5m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，在坚硬的土层中因为易插坏桩尖也不宜使用反插法。单打、复打、反插效果比较见表2.10，从表中可知复打效果最
好，但在振动沉桩过程中，由于过多的振动易导致混凝土的分层离析，故振动沉管不宜使用复打。沉管桩施工中常见问题的分析与处理
沉管灌注桩施工时易发生桩身有隔层、断桩、缩颈、桩靴进水或进泥砂、吊脚桩等问题，施工中应加强检查并及时处理。
1.桩身有隔层桩身有隔层是由钢管管径较小、混凝土骨料粒径过大、混凝土和易性差、拔管速度过快等原因造成的。在
振动沉管灌注桩中，过多的振动也易导致桩身有隔层。相应措施是改善混凝土的工作性能，降低拔管的速度。2．断桩断桩的
裂缝为水平或略带倾斜，一般都贯通整个截面，常常出现于地面以下1－3m软硬土层交接处。主要原因有：软硬土层传递水平力不同，对桩产生剪
应力；桩身混凝土终凝不久，混凝土强度低，承受不了外力的影响。避免断桩的措施如下：(1)布桩应坚持少桩疏排
的原则，桩与桩之间中心距不宜小于3.5倍桩径；(2)桩身混凝土强度较低时，尽量避免振动和外力的干扰，因此要合理确定打
桩顺序和桩架行走路线；(3)采用跳打法或在邻桩混凝土初凝以前，把影响范围内的桩施工完毕。断桩的检查
与处理：在浅层(2－3m)发生断桩，可用重锤敲击桩头侧面，同时用脚踏在桩头上，如桩已断，会感到浮振。断桩一经发现，应将断桩段拔出，
将孔清理后，略增大面积或加上铁箍连接，再重新浇混凝土补做桩身。3．缩颈桩缩颈桩又称瓶颈桩，是指部分桩径缩小、
桩截面积不符合设计要求的桩。缩颈桩产生的原因：在含水量大的黏性土中沉管时，土体受到强烈扰动和挤压，产生很高的孔
隙水压力，拔管后，这种水压力便作用到新浇筑的混凝土桩上，拔管过快，管内混凝土存量过少，混凝土和易性差，造成混凝土出管扩散困难等都是
造成缩颈的主要原因。防治措施：在容易产生缩颈的土层中施工时，要严格控制拔管速度，采用“慢拔密击”；混凝土坍落度要符合要求且管内混凝土面必须略高于地面，以保持混凝土有足够的出管扩散力；施工时可设专人随时测定混凝土的下落情况，遇有缩颈现象，可采取复打处理。4．桩靴进水、进泥砂桩靴进水、进泥砂常见于地下水位高、含水量大的淤泥和粉砂土层，是由于桩管与桩尖接合处的垫层不紧密或桩尖被打破所致。处理办法：可将桩管拔出，修复改正桩靴缝隙或将桩管与预制桩尖接合处用草绳、麻袋垫紧后，用砂回填桩孔后重打；如果只受地下水的影响，则当桩管沉至接近地下水位时，用水泥砂浆灌入管内约0.5m作封底，并再灌lm高的混凝土，然后继续沉桩。若管内进水不多（小于200mm）时，可不作处理，只在灌第一槽混凝土时酌情减少用水量即可。5．吊脚桩吊脚桩即桩底部的混凝土隔空，或混凝土中混进了泥砂而形成松软层。形成吊脚桩的原因是混凝土桩尖质量差，强度不足，沉管时被打坏而挤入桩管内，且拔管时冲击振动不够，桩尖未及时被混凝土压出或活瓣未及时张开。为了防止出现吊脚桩，要严格检查混凝土桩尖的强度（应不小C30)，以免桩尖被打坏而挤入管内。沉管时，用吊砣检查桩尖是否有缩入管内的现象。如果有，应及时拔出纠正并将桩孔填砂后重打。 |
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