鉆孔灌注樁施工技術(shù)分析與應(yīng)用

田成瑞

（山西長興路橋工程有限公司，山西 長治 046000）

在公路工程橋梁基礎(chǔ)中，鉆孔灌注樁已被廣泛應(yīng)用，因為它具有施工簡單、易操作、速度快、承載力大等優(yōu)點。但在施工過程中工藝環(huán)節(jié)較多，如測量、機械操作、鋼筋加工、砼拌制和灌注等多種工作，技術(shù)含量高、影響因素多，一環(huán)不慎，便會有質(zhì)量事故發(fā)生，因而需要加強對施工準備、成孔、清孔、下鋼筋籠、灌注水下砼等施工過程進行質(zhì)量監(jiān)控，采取各種有效預(yù)防措施，保證或提高鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量。

1 工藝流程及施工準備

1．1 工藝流程

施工前必須全面撐握鉆孔灌注樁的施工工藝，因鉆孔設(shè)備不同其施工工藝流程也不一樣，現(xiàn)以沖擊鉆機成孔為例，其主要施工工藝流程為：場地平整→孔位測定→護筒埋設(shè)→鉆機就位→開鉆成孔→提鉆→第一次清孔→檢孔→鋼筋籠吊放→下導管→第二次清孔→水下混凝土灌注→提拔導管→成樁。

1．2 主要準備工作

（1）認真編寫施工組織設(shè)計。工程開工前，施工單位應(yīng)提前向監(jiān)理部報送施工組織設(shè)計（專項施工方案）進行審查，其中包含施工方法、主要技術(shù)指標及控制措施。經(jīng)監(jiān)理工程師審核后完善施工組織設(shè)計方案。

（2）認真把好測量定位關(guān)。測量定位是整項工作的關(guān)鍵，在思想上必須有足夠重視，是關(guān)系到孔位的準確性，鉆孔的垂直度及基準面的標高。施工單位在具體操作過程中，必須嚴格按三檢制的要求層層落實，及時與監(jiān)理方溝通，與監(jiān)理方認真復(fù)核、驗收相結(jié)合，嚴格控制偏差在設(shè)計或規(guī)范允許范圍內(nèi)。

（3）細心把護筒、鉆機安裝穩(wěn)固、準確。護筒有固定樁位、鉆孔導向、保護孔口和隔離孔內(nèi)外表層水的作用。在制作過程中要求堅固、耐用、不易變形、不漏水、裝卸方便和能重復(fù)使用等功能。一般采用帶法蘭的鋼質(zhì)護筒，由3mm～5mm厚鋼板制作，在護筒外側(cè)上、中、下部各焊一道加勁肋增加剛度，防止變形，形狀可以做成整體或兩半圓。埋置時應(yīng)保證平面位置正確，偏差不得大于5 cm，且高出施工最高水位1．0m～2．0m；在水下埋設(shè)的護筒應(yīng)沿著導向架借助自重、射水、震動或錘擊等方法將護筒下沉至穩(wěn)定深度。鉆機是鉆孔、吊放鋼筋籠、灌注混凝土的支架，要安裝穩(wěn)定、安全。應(yīng)能承受鉆具和其它輔助設(shè)備的重量，并具有一定的剛度，在鉆孔中或其它操作時，不易產(chǎn)生晃動，高度由鉆具長度和鋼筋骨架節(jié)長度決定，一般為8m～12m；底盤的長度應(yīng)根據(jù)高度穩(wěn)定性決定。主要受力構(gòu)件的斷面尺寸，由施工中出現(xiàn)的最大負荷計算決定，安全系數(shù)不宜小于3。在鉆孔過程中，成孔中心必須對準樁位中心，鉆機架必須保持平穩(wěn)，不發(fā)生位移、傾斜和沉陷；安裝就位時，詳細測量后底座用枕木墊實塞緊，頂端用纜風繩固定平穩(wěn)，并在鉆孔過程中經(jīng)常檢查，以保證轉(zhuǎn)盤面水平、鉆機機架垂直，進而確保樁身的垂直度和孔徑。

2 鉆孔質(zhì)量控制

首先應(yīng)根據(jù)孔徑和孔位所在的地質(zhì)情況，選用鉆機型號和性能，選擇合適的鉆錐。在鉆孔過程中，應(yīng)采取減壓鉆進，孔底承受的鉆壓不能超過鉆桿、鉆錐和壓塊重量之和的60%，以避免和減少斜孔、彎孔和擴孔現(xiàn)象。在成孔時應(yīng)盡量避免孔底沉渣過多、孔壁坍塌、擴徑和縮徑等不良現(xiàn)象來影響樁基承載能力。其控制方法如下：

2．1 孔底沉渣控制

孔底沉渣是影響樁承載能力的重要因素，按規(guī)定，水下砼灌注摩擦樁樁底沉渣厚度應(yīng)≤0．5D，但在實際施工過程中，常有樁底沉渣不能滿足要求的現(xiàn)象發(fā)生，主要原因是泥漿性能不符合要求（主要指標是泥漿比重和黏度）。實際施工時，施工單位應(yīng)根據(jù)當?shù)氐牡叵滤桓叩秃偷貙臃€(wěn)定情況來確定泥漿的比重和黏度，切勿盲目設(shè)置。若泥漿設(shè)置過稀，則攜渣能力不夠；若泥漿設(shè)置過稠，則孔壁會形成一層厚厚的泥皮，降低了摩擦樁的承載力。第一次清孔時必須不斷補充新鮮泥漿，將孔內(nèi)含砂量大、性能差的泥漿置換出來；二次清孔時宜用泵吸及循環(huán)清孔（若采用正循環(huán)清孔，要排出巖渣和泥團，須加大泥漿比重和黏度，并且清孔的速度慢）。鉆孔結(jié)束后，應(yīng)對終孔進行驗收，須嚴格檢鉆頭或測繩長度的準確性，杜絕以超深來抵消孔底淤積。

2.2 孔壁坍塌控制

出現(xiàn)未知的不良地質(zhì)情況、鋼護筒未按規(guī)定埋設(shè)、泥漿黏度不夠、護壁效果不佳、孔口周圍排水不良或下放鋼筋籠及升降機具時碰撞孔壁等，都能產(chǎn)生孔壁坍塌、堆鉆、卡鉆事故。為解決和避免此類現(xiàn)象：首先，必須熟悉工程地質(zhì)報告，對鉆孔的地質(zhì)情況做到心中有底。其次，按規(guī)定埋設(shè)鋼護筒，保證孔口排水良好；鋼筋籠焊接牢固、成籠圓直，下放時必須保持順直，防止偏斜。再次，出現(xiàn)特殊地層時采用優(yōu)質(zhì)沖洗液護壁，或用正循環(huán)鉆進、反循環(huán)排渣來抑制不穩(wěn)定段地層的坍塌。最后，在不穩(wěn)定的地層中，不要過早換漿，可在下完鋼筋籠后第二次清孔時替換高比重的泥漿，并及時灌注混凝土，減少沉渣時間，確保樁身質(zhì)量。

2．3 擴徑和縮徑控制

擴徑、縮徑都是由于成孔直徑不規(guī)則出現(xiàn)擴孔或縮孔及其他不良地質(zhì)現(xiàn)象引起的。擴孔一般是鉆頭振動過大、偏位或孔壁坍塌造成的；縮徑是由于鉆頭磨損過甚、焊接不及時或地層中有遇水膨脹的軟土、黏土泥巖造成的。擴徑會增加砼灌注量，縮徑會減小樁的承載能力，故必須采取有力措施加以控制。為避免擴徑現(xiàn)象：首先，應(yīng)先檢查鉆機是否固定、平穩(wěn)，采用減壓鉆進，防止鉆頭擺動或偏位，成孔過程中要徐徐鉆進，以利形成良好的孔壁。其次，要始終保持適當?shù)哪酀{比重和足夠的孔內(nèi)水位，確?？變?nèi)泥漿對孔壁有足夠的壓力。為解決縮徑現(xiàn)象，工作人員應(yīng)及時詳細了解地質(zhì)資料，判別是否有遇水膨脹等不良土層。如有應(yīng)采用失水率小于3mL／30min～5mL／30min的優(yōu)質(zhì)泥漿進行護壁，經(jīng)常校正鉆頭直徑，確保鉆頭直徑比成孔直徑小于20mm～25mm。

3 砼灌注質(zhì)量控制

3．1 灌注前質(zhì)量控制

（1）原材料控制。在工程中所采用的原材料質(zhì)量必須進行嚴格控制，特別是黃砂要過篩去除各種雜質(zhì)，細度模數(shù)符合規(guī)范要求；碎石要沖洗干凈，級配符合設(shè)計要求。水泥要正規(guī)廠家生產(chǎn)，三證俱全。待黃砂、碎石、水泥符合試驗要求后方可使用，拌制時須嚴格按試驗單中配合比配制，決不能有一絲馬虎。

（2）主要環(huán)節(jié)控制。對各項操作機械均需進行嚴格檢查，包括：漏斗底口的隔水設(shè)施、翻斗車的性能、攪拌機的試運轉(zhuǎn)、吸泥泵、清水泵、高壓水管及備用發(fā)電機等各種處理故障的設(shè)備，以防萬一。導管使用前應(yīng)分清長短、分別編號，以利于計量埋深值，每次澆筑卸管后均應(yīng)立即沖洗干凈。按《規(guī)范》要求，首批混凝土的數(shù)量應(yīng)滿足導管初次埋置深度≥1．0m，因而須準確計量導管上口漏斗的斗容量。容量不夠的，應(yīng)及時采取措施加以調(diào)整，保證首灌混凝土的沖擊力和排淤能力。開澆前還應(yīng)測量孔底沉淀厚度，保證不大于規(guī)定值。如果超過規(guī)定值，應(yīng)再次清孔。

3．2 灌注過程中的質(zhì)量控制

（1）坍落度控制?；炷恋奶涠葘Τ蓸顿|(zhì)量有直接影響，坍落度合理的混凝土應(yīng)是拌和均勻、和易性好、內(nèi)阻小、初凝時間長、潤滑性好且有較好的觸變性能，它可有效地保證混凝土灌注性、連續(xù)性和密實性，一般控制在18 cm～20 cm的范圍內(nèi)。根據(jù)經(jīng)驗，除首批混凝土數(shù)量滿足埋深要求外，可適當增加一點水泥量及含砂量，以保證其和易性和流動性，使以后澆入的混凝土容易頂升；若首批混凝土的初凝時間早于灌注全部砼所需的時間，則首批混凝土中還得摻入緩凝劑，以保障質(zhì)量。

（2）導管埋深控制。導管底端在混凝土面以下的深度是否合理關(guān)系到成樁的質(zhì)量，必須予以嚴格控制，提升時須符合以下原則：①每次卸掉的導管長度應(yīng)和澆入的混凝土上升高度相對應(yīng)；②必須保證導管埋深在2m～6m范圍內(nèi)。這就要求我們每次下料后，都應(yīng)準確測定混凝土面的上升高度，計算導管埋深，從而確定導管拆卸的節(jié)數(shù)并作好拆卸記錄，防止導管拔出砼面而成斷柱。

（3）鋼筋籠上浮控制。在混凝土澆至鋼筋籠位置時，應(yīng)放慢混凝土澆筑速度，使導管有較大的埋深，待混凝土表面進入鋼筋骨架一定深度后，再提升導管口控制在最小埋深，使導管口高于鋼筋籠底骨架一定距離繼續(xù)灌注，防止鋼筋籠被頂托上升。

（4）樁頂質(zhì)量控制?！兑?guī)范》規(guī)定樁頂標高應(yīng)預(yù)加0．5m～1．0m，需開挖基坑后鑿除質(zhì)量不高的一部分樁頭，進而保證樁頂設(shè)計標高和樁身砼質(zhì)量。在灌注樁施工中，要想保證樁頭的質(zhì)量，必須控制好最后一次灌注量，樁頂不得偏低，鑿出浮漿高度后必須保證暴露的樁頂砼達到設(shè)計強度值。

4 常見故障及處理

4．1 樁基處理的原則及程序

（1）處理前應(yīng)具備的條件：①事故性質(zhì)和范圍清楚；②目的要明確，應(yīng)有預(yù)定處理方案；③參加的人意見基本一致，并確定處理方案；④設(shè)計人員認可簽字。

（2）事故處理應(yīng)滿足的基本條件：①對事故處理方案要求安全可靠，經(jīng)濟合理，施工期短，方法可靠；②對未施工部分應(yīng)提出預(yù)防和改進措施，防止事故的再次發(fā)生。

（3）事故應(yīng)及時處理，防止留下隱患：①樁成孔后，應(yīng)檢查樁孔嵌入持力層深度，巖石強度，沉渣厚度，樁孔垂直度等數(shù)據(jù)必須符合設(shè)計要求，只要有一項不符合設(shè)計要求，就應(yīng)及時分析解決，建設(shè)單位代表簽字認可后，方能灌注混凝土、移動鉆機，防止以后提出復(fù)查等要求而產(chǎn)生不必要的浪費。②基坑開挖前必須全面檢查成樁記錄和樁的測試資料，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量上有爭議問題，

（4）應(yīng)考慮事故處理對已完工程質(zhì)量和后續(xù)工程方式的影響。如在事故處理中采取補樁時，會不會損壞混凝土強度還較低的鄰近樁。

（5）選用最佳處理方案。樁基事故處理方法較多，但對方案要進行技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇安全可靠，經(jīng)濟合理和施工方便的方案。

4．2 樁基事故的常用處理方法

常用方法有接樁，補樁，補強，擴大承臺（粱），改變施工方法，修改設(shè)計方案等。下面結(jié)合事故發(fā)生的原因分別介紹幾種方法的應(yīng)用情況。

（1）接樁法。當成樁后樁頂標高不足，常采用接樁法處理，方法有以下二種：①開挖接樁。挖出樁頭，鑿去混凝土浮漿及松散層，并鑿出鋼筋，整理與沖洗干凈后用鋼筋接長，再澆混凝土至設(shè)計標高。②嵌入式接樁。當成樁中出現(xiàn)混凝土停澆事故后，清除已澆混凝土有困難時，可采用此法。

（2）補樁法。樁基承臺（梁）施工前補樁，如鉆孔樁距過大，不能承受上部荷載時，可在樁與樁之間補樁。

（3）鉆孔補強法。此法適應(yīng)條件是基身混凝土嚴重蜂窩，離析，松散，強度不夠及校長不足，樁底沉渣過厚等事故，常用高壓注漿法來處理，但此法一般不宜采用。高壓注漿補強。樁身混凝土局部有離析、蜂窩時，可用鉆機鉆到質(zhì)量缺陷部位下一倍樁徑處，進行清洗后高壓注漿。樁長不足時，采用鉆機鉆至設(shè)計持力層標高；對樁長不足部分注漿加固。

（4）擴大承臺（梁）法。①樁位偏差過大，原設(shè)計的承臺（梁）斷面寬滿足不了規(guī)范要求，此時采用擴大承臺（梁）來處理。②考慮樁上共同作用，當單樁承載力達不到設(shè)計要求，可用擴大承臺（梁）并考慮樁與天然地基共同分組上部結(jié)構(gòu)荷載的方法。需要注意的是在擴大承臺（梁）斷面寬度的同時，適當加大承臺（梁）的配筋。

（5）改變施工方法。樁基事故有些是因為施工順序錯誤或方式工藝不當所造成，處理時一方面對事故樁采取適當?shù)难a救措施；另一方面要改變錯誤的施工方法，以防止事故的發(fā)生。常用的方法有以下兩種。①改變成樁施工順序。如樁布置太密不便施工時，可采用間隔成樁法。②改變成樁方法。如成孔樁出現(xiàn)較大的地下水時，采用套管內(nèi)成樁的方法。

在施工前，施工人員要認真學好專業(yè)基礎(chǔ)知識，自覺實踐，一絲不茍，認真總結(jié)，正確應(yīng)用有關(guān)規(guī)范；熟悉地質(zhì)資料、設(shè)計圖紙、相關(guān)文件及各項技術(shù)要求，不斷提高自身的業(yè)務(wù)素質(zhì)和技術(shù)水平，抓好施工準備、成孔、清孔、水下砼灌注等各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，采取各種有效的措施，保障灌注樁的成孔質(zhì)量。