钻孔灌注桩施工工艺优化研究

在桥梁建设中，钻孔灌注桩是其主体的组成部分，其施工质量决定了建筑的安全性与耐久性，但在复杂地形条件下，若施工工艺和施工参数调整不恰当，会导致钻孔灌注桩的钻进过程中发生孔壁坍塌、孔径缩小、卡钻等现象，导致工程进度的滞后和费用的提升。本文侧重于卵石层、软土地层钻孔灌注桩施工过程中施工工艺和施工参数的调整，并针对不同的施工方式以及不同施工参数调整的差异进行对比，并且运用具体的项目结合调整效果的影响来给予分析，以达到可应用在其他类似项目的借鉴作用。

一、冲击钻在卵石地层中的施工参数优化

（一）卵石地层施工难点

卵石地层具有粒径大（ 20-300mm ）、强度高（单轴抗压强度 50-150MPa）、透水性强等特点，冲击钻成孔时易出现以下问题：卵石卡钻导致钻进停滞，孔壁易因泥浆护壁失效发生坍塌，成孔垂直度偏差超标。某跨河桥梁 3# 墩桩基穿越 2-8m 厚卵石层，初期采用常规参数施工时，平均成孔时间达 72h/ 根，孔壁坍塌率达 15% 。此外，该地层中卵石的分布不均匀，部分区域存在密集的大块卵石聚集现象，进一步增加了冲击钻成孔的难度，常常出现钻头磨损严重、钻进方向偏移等情况。

（二）关键参数优化试验

1. 冲击频率优化：采用3 组试验对比3 种频率(15 次 /min 、20 次 /min 和 25次 /min) 对于卵石的碎裂效果，试验结果表明当频率取值为 15 次 /min 时，其对卵石碎裂效果较差且钻进速率低为 0.8m/h ，然而钻进过程中孔壁较稳定；当频率取值为 25 次 /min 时，钻进速率明显提升至 1.5m/h ，但是由于冲击力过高则会引起孔壁坍塌的风险变高；当频率取值为20 次 /min 时，钻进速率稳定为 1.2m/AA h 且孔壁较稳定 ( 坍孔概率为 3% )，是较好的取值范围。在试验过程中还发现，不同频率取值，钻头磨损程度也不尽相同，25 次 /min 取值的钻头磨耗率略高于 20 次 /min 取值，将会造成建设成本增大、换钻时间加长。

2. 泥浆比重调控：测试 1.2-1.4g/cm³ 范围内泥浆比重对孔壁的保护效果。当比重 <1.25g/cm³ 时，卵石层渗水量大，孔壁易失稳；比重 >1.35g/cm³ 时，泥浆黏度增加，钻渣悬浮困难，易造成糊钻。最终确定 1.28-1.32g/cm³ 为最佳区间，此时孔内水头压力稳定，钻渣排出顺畅。同时，还对泥浆的黏度、含砂率等指标进行了监测，发现当泥浆比重在最佳区间时，黏度控制在 20-25s，含砂率 <4% ，能更好地发挥泥浆的护壁和排渣作用。

（三）优化效果验证

通过对参数调整和优化 ( 冲击频率为 20/min 、泥浆的密度为 1.30g/cm³ 和冲击深度为 2m) 之后，大桥三号柱子后续的基础成孔耗时耗能降到每个基础 48h即可完成，工作效率较前期提高 33% ；同时，孔壁崩塌率降至仅有 2% ，同时测试好的基础检测合格率从此前的七涨至九十，除此之外，由于该方法的应用，其钻头平均使用周期延长，在这过程中延长了 20% 使用周期，可降低钻头的换代频率，进而再次提高工作效率。同时在后期试压测试中，使用该参数成孔后的基础承受到设计荷载后，且沉降量低，表明该改进的方法可保证基础质量。

二、旋挖钻与回旋钻在软土地层的适用性对比

（一）工程背景

某公路桥梁位于软土地层（淤泥质黏土，含水率 45% ，承载力特征值80kPa），设计 80 根直径 1.2m 桩基，桩长 30m_⨀ 。选取 20 根桩分别采用旋挖钻（SR280 机型）与回旋钻（GPS-20 机型）施工，对比分析工艺性能。该区域软土地层具有高压缩性、低强度、触变性等特点，在施工过程中容易出现孔壁缩径、坍塌等问题，对施工工艺的要求较高。

（二）施工过程参数对比

成孔效率：采用筒状钻具进行干挖作业挖土时，旋挖钻的平均成孔时间是4.5 小时 / 每根桩，而回旋钻要耗费 8 小时才能完成一根桩的钻探施工。所以，旋挖钻的施工效率较高，对项目施工进度要求十分严格的项目会是很好的选择；而在实际施工过程中旋挖钻可以保持长时间连续运行，但是由于旋挖钻进行泥浆循环时需要间歇性排除渣土，会影响施工连续性。此外旋挖钻对不同深浅层的软土地质环境都有着较好的适用性，在钻探过程中可以根据土壤的不同而实时控制钻头钻探速度和力量。

混凝土灌注质量：旋挖桩打桩完毕，孔底沉淀厚度 ⩽10cm ，混凝土填充系数为 1.05～1.1 ；回旋钻则需清孔保证混凝土的满灌，混凝土用量较正常用量增加 10%～15% 。由于旋挖机可有效避免泥浆与孔底接触，减少了泥浆的对孔底的影响，从而造成孔底的沉淀较少。回旋钻可能会因为泥浆的循环扰动致使部分沉淀物混于其中再次返回孔底，增加了孔底的沉淀厚度。

对周边环境的影响：在采用旋挖钻施工建造的过程中，发出的声音和振动的幅度都比较小，对周围的居民区和建筑物影响较小；而采用回旋钻进行施工时，电机高速运转以及钻头高速旋转，会产生很大的声响和振动。再加上该大桥附近的居民区附近，如果采用旋挖钻施工，与采用回旋钻施工相比，居民的抱怨声降低了百分之六十左右，取得了良好的社会效益。

三、施工工艺优化的共性技术措施

（一）成孔质量控制

动态参数监测：采用智能传感系统实时监测冲击钻的冲击能量、旋挖钻的扭矩与转速，当参数超出阈值时自动报警，避免过度扰动地层。该系统还可以将监测数据实时传输至管理平台，管理人员可以远程监控施工过程，及时发现和解决问题。在某项目应用中，通过该系统及时发现了旋挖钻扭矩异常升高的情况，采取措施后避免了一起钻头损坏事故。

泥浆循环改良：卵石地层采用“三沉四挡 + 离心机”处理泥浆，泥浆的复用率达到 80% 。软土层针对泥浆的絮凝度改善，孔壁收缩等问题加入 CMC( 羧甲基纤维素 )。同时建立泥浆性能检测制度，对泥浆的比重、泥浆的黏度、泥浆含砂量等进行定期监测，保证各项指标满足施工要求。

孔位与垂直度控制：在施工前，采用全站仪精确放样孔位，确保孔位偏差＜5cm。在成孔过程中，定期检查钻机的平整度和垂直度，每钻进 5m 检查一次，及时调整钻机位置，保证成孔垂直度偏差 ⩽1%_⩽ 。对于旋挖钻，还可以通过安装在钻杆上的垂直度监测仪，实时监测成孔垂直度，提高控制精度。

（二）混凝土灌注优化

导管埋深控制：运用深度探测器对管道的插入深度进行持续性跟踪，将其控制在 2～6 米的适当范围，避免产生桩基破裂或者淤泥堵塞现象。这项技术被应用于某项工程之中后，也发现出现混凝土灌注问题的比率下降了 60% 。除此之外，在开展施工过程中，要按照混凝土填充速度及导管中混凝土面的上升程度来随时调控导管的插入深度，确保导管可以始终保持一定深度在混凝土之中。

首 灌 量 精 确 计 算： 根 据 桩 径 与 导 管 直 径 建 立 首 灌 量 公 式（ V=πD²H/4+πd²h/4 ，其中D 为桩径，H 为孔底至导管底高度，d 为导管直径， 为导管内混凝土高度），确保首灌一次封底成功。在计算首灌量时，还应考虑导管的容积和混凝土的初凝时间，适当增加 10%-15% 的富余量。

混凝土坍落度控制：因为灌注工程中混凝土的坍落度至关重要，所以建议钻孔灌注桩施工中控制好混凝土的坍落度为 180～220mm ，塌落度过小会导致混凝土流动性能不强，引发管道堵塞的概率增大；塌落度过高，则会导致混凝土发生分离情况，导致桩基质量变差。在整个灌注过程中要定时查看每车的混凝土坍落度，使其符合要求。

结论

通过工程实践验证，钻孔灌注桩施工工艺优化可显著提升成孔质量（Ⅰ类桩比例提升 20%-25% ）、缩短工期（ 15%-30% ）、降低成本（ 5%-10% ），为桥梁基础施工提供可靠技术支撑。在今后的施工中，应根据不同的地层条件和工程要求，选择合适的施工工艺和参数，并不断探索和创新优化技术，推动钻孔灌注桩施工技术的不断发展。

参考文献

[1] 项德望 . 市政工程钻孔灌注桩施工工艺优化研究 [J]. 现代工程科技 ,2025,4(07):109-112.

[2] 臧国宽 . 复杂水流条件下桥梁钻孔灌注桩施工工艺优化研究 [J]. 珠江水运 ,2024,(24):123-125.

[3] 黄明强 . 桥梁桩基施工中旋挖钻孔灌注桩工艺的优化分析 [J]. 汽车周 刊 ,2025,(01):150-152.

简介： 登朱（1998-01-14）性别：男 籍贯：四川省甘孜藏族自治州丹巴县民族：藏族 职称：助理工程师 学历：专科 研究方向：交通工程