提高鉆孔灌注樁質(zhì)量的措施

鉆孔灌注樁屬于地下隱蔽工程，由于橋址處的水文和地質(zhì)條件復(fù)雜，橋孔施工普遍存在流砂層坍孔、卵礫石成孔與護(hù)壁困難，在鉆孔樁施工中工序較多，工藝流程相互銜接緊密，環(huán)環(huán)相扣，不宜長時(shí)間中間停頓;主要工序的施工都在水下及地下進(jìn)行，不宜監(jiān)視;同時(shí)，影響施工正常進(jìn)行和施工質(zhì)量的因素多，難以全部預(yù)見，則不可避免出現(xiàn)諸如:坍孔、縮徑、樁端沉渣過厚和泥漿護(hù)壁增大、樁身夾泥和離析、鋼筋籠位置與標(biāo)高不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象，總的來說，在同等條件下樁身直徑越小，出現(xiàn)質(zhì)量隱患的概率越大。

1 坍孔

1．1 坍孔的原因

1)存在不穩(wěn)定地層，當(dāng)?shù)貙又猩暗[、卵石層過厚，施工中孔內(nèi)水流失，孔內(nèi)水頭高度不夠，泥漿壓力不足引起坍孔。

2)地層中存在雜填土過厚，操作中不執(zhí)行操作規(guī)程，野蠻施工，快速進(jìn)尺，造成孔避周圍不堅(jiān)實(shí)，從而在快速鉆進(jìn)中發(fā)生坍孔。

3)護(hù)筒的埋置深度沒有根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求確定，由于埋置太淺，孔口坍塌或附近地面受水浸濕泡軟，當(dāng)受到鉆機(jī)的沖擊振動(dòng)時(shí)造成坍孔。

4)泥漿材料沒有依據(jù)鉆孔的工程地質(zhì)和鉆機(jī)的性能要求選取，泥漿性能指標(biāo)不符合要求，比重不夠未形成堅(jiān)實(shí)泥皮有效保護(hù)孔壁而坍孔。

5)終孔檢查合格后，清孔會(huì)使泥漿比重、粘度等指標(biāo)降低，清孔—灌注間隔停頓時(shí)間過久，孔壁地層應(yīng)力產(chǎn)生蠕變，導(dǎo)致坍孔。

6)鋼筋籠的安裝過程中，操作不當(dāng)使鋼筋骨架在吊入孔內(nèi)時(shí)碰撞孔壁，導(dǎo)致坍孔。

1．2 防止坍孔的措施

1)地層中砂礫、卵石層過厚，孔內(nèi)水頭高度不夠，泥漿壓力不足引起坍孔問題。

我國橋梁樁孔施工，因?yàn)槭芄こ痰刭|(zhì)條件影響，多數(shù)都不得不穿過厚度不同的河床砂礫、卵石層。這些砂礫、卵石層普通具有松散、高孔隙比、高水頭性、高飽和、內(nèi)摩擦角很小、內(nèi)聚力為零等特點(diǎn)。所以了解掌握橋樁各孔的地質(zhì)鉆探資料，根據(jù)資料進(jìn)行設(shè)備、工藝、泥漿材料的選型以及合理施工方案的制定就成為施工準(zhǔn)備階段的重要工作，在施工方案中分析各種不利因素，制定針對性措施。根據(jù)力學(xué)原理測算，為了保證當(dāng)孔內(nèi)支護(hù)力大于砂礫、卵石層側(cè)壓力，必須在孔內(nèi)設(shè)置滿足壓力要求高度的水頭，水頭形成對孔壁的靜水壓力，在靜水壓力和孔壁圓環(huán)作用的組合作用下，孔壁始終保持穩(wěn)定，同時(shí)能夠有效防止因施工中孔內(nèi)水流失，孔內(nèi)水頭高度不夠，泥漿壓力不足造成的流砂坍孔。

2)泥漿性能指標(biāo)不符合要求，泥漿比重不夠未形成堅(jiān)實(shí)泥皮有效保護(hù)孔壁而坍孔。

鉆孔泥漿由水、黏土(膨潤土)和添加劑組成，在成孔施工中，泥漿具有懸浮鉆渣、排渣、潤滑鉆具、冷卻鉆頭、增大靜水壓力、在孔壁形成泥皮、隔斷孔內(nèi)外滲流等重要功能。因此泥漿比重的選擇及泥漿性能指標(biāo)符合要求性就至關(guān)重要。在施工中如果使用泥漿比重太小，那么泥漿具有的懸浮鉆渣、排渣等能力會(huì)受到很大影響，同時(shí)泥漿護(hù)壁效果也大大降低;反之泥漿比重太大，鉆頭在鉆進(jìn)中會(huì)由于泥漿太稠，阻力增大，鉆進(jìn)速度將會(huì)受到影響，增加鉆進(jìn)成本，同時(shí)孔壁泥漿增加了附著量，自重增加對平衡狀態(tài)不利，清孔時(shí)還會(huì)增加技術(shù)困難和經(jīng)濟(jì)成本。最重要的是泥漿性能指標(biāo)不符合要求，泥漿比重不夠未形成堅(jiān)實(shí)泥皮有效保護(hù)孔壁而發(fā)生坍孔事故。

在施工中應(yīng)按土的塑性指數(shù)和黏土顆粒含量來選擇黏土。通常采用塑性指數(shù)大于25、粒徑小于0．005 mm、顆粒含量大于50%的黏土，摻入碳酸鈉0．3%～0．4%，通過人工或泥漿攪拌機(jī)調(diào)和，儲(chǔ)存在泥漿池內(nèi)，再用泥漿泵輸入鉆孔內(nèi)。需要注意的是在砂性土、砂礫或卵石中鉆孔，事先需要準(zhǔn)備充足數(shù)量的黏土(一般約為鉆孔體積的70%～80%)。泥漿材料的選定和基本配合比的確定應(yīng)以最容易坍塌的土層為主，并通過試成孔做進(jìn)一步修正，一般在黏性土中用比重1．0～1．3左右的泥漿，可收到滿意的效果，但是在砂礫、卵石層土中，一般要用比重為1．2～1．6的泥漿。比重過大或過小的泥漿將影響鉆進(jìn)速度或?qū)е绿?。所以，泥漿比重和粘度的選擇調(diào)制在鉆孔中起著非常重要的作用。

3)護(hù)筒的埋置深度沒有根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求確定，當(dāng)受到鉆機(jī)的沖擊振動(dòng)時(shí)造成坍孔問題。

護(hù)筒能隔離地表水、保護(hù)孔口地面、穩(wěn)定孔壁、防止坍孔。護(hù)筒埋設(shè)深度樁孔施工有重要影響，一般在黏土中埋設(shè)不宜小于1 m，砂土中不宜小于1．5 m，埋置太淺，護(hù)筒根部土體會(huì)因失穩(wěn)而發(fā)生流土、管涌現(xiàn)象;埋置太深，又會(huì)造成鋼材、振沉設(shè)備和人員等不必要的浪費(fèi)。因此，有必要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求確定護(hù)筒的埋置深度，同時(shí)埋設(shè)護(hù)筒時(shí)應(yīng)在護(hù)筒底部用300 mm厚的黏土夯實(shí)，周圍宜對稱分層夯填黏土，回填密實(shí)，增加護(hù)筒的穩(wěn)定性，保證孔口附近地面不受水浸泡而變得濕軟和在受到鉆機(jī)的沖擊振動(dòng)時(shí)孔口不坍孔。

另外，施工中必須嚴(yán)格按照施工規(guī)范，在河床水位較深或汛期，嚴(yán)格控制護(hù)筒內(nèi)水頭高度，必要時(shí)應(yīng)采取升高護(hù)筒，增加水頭，確保水頭相對穩(wěn)定;嚴(yán)格各道工序的質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收，穿過較厚的砂層、卵石層時(shí)，成孔速度應(yīng)控制在2 m/h以內(nèi)，泥漿粘度為20 s～30 s、密度為 1．3 g/cm3～1．4 g/cm3、含砂率不大于 6%，若孔內(nèi)自然造漿不能滿足以上要求，可采用加黏土粉、木質(zhì)素的方法，改善泥漿性能，使黏土膏擠入孔壁起護(hù)壁作用;嚴(yán)格掌握成孔—灌注時(shí)間差，保證鉆孔內(nèi)必要的水頭高度，清孔時(shí)應(yīng)指定專人補(bǔ)水，清孔后停頓時(shí)間不要過久，灌注混凝土速度要快，沒有特殊原因，鋼筋骨架安放后應(yīng)立即灌注混凝土;鋼筋籠應(yīng)吊直對準(zhǔn)鉆孔中心緩慢放入等措施保證施工質(zhì)量。

最后，發(fā)生孔口坍塌時(shí)，可立即拆除護(hù)筒并回填鉆孔。如果砂礫，卵石層發(fā)生孔內(nèi)坍塌，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，判明坍孔位置，回填土或黃土混合物到坍孔位置以上1．0 m～2．0 m。嚴(yán)重坍孔應(yīng)全部回填，待回填物沉積后，再進(jìn)行鉆孔，并掌握好泥漿比重和泥漿性能指標(biāo)。

2 縮徑

2．1 縮徑的原因

在鉆進(jìn)成孔過程中，由于地層在應(yīng)力釋放過程中發(fā)生緩慢變形，導(dǎo)致樁孔孔徑變小，從而造成樁截面變小，出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象。樁基混凝土鋼筋保護(hù)層變薄甚至裸露，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，嚴(yán)重影響混凝土樁基的耐久性。同時(shí)由于樁徑變小，也嚴(yán)重影響混凝土樁基的強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性。

2．2 防止縮徑的措施

在鉆孔過程中，經(jīng)常使用和樁徑一致的測孔器，隨時(shí)檢查成孔情況，發(fā)現(xiàn)孔徑變化超出允許范圍，及時(shí)使用鉆機(jī)進(jìn)行掃孔;合理組織勞動(dòng)施工，利用有利資源，在條件允許的范圍內(nèi)，加快成孔速度，減少孔壁應(yīng)力變形時(shí)間;成孔后，及時(shí)檢查驗(yàn)收孔徑、孔深等技術(shù)指標(biāo)，合格后，立即進(jìn)行安裝鋼筋籠，及時(shí)快速下套管和澆筑混凝土，盡量減少孔壁應(yīng)力變形時(shí)間。

3 樁端沉渣過厚和泥漿護(hù)壁增大

3．1 樁端沉渣過厚和泥漿護(hù)壁增大的原因

孔底沉渣過厚是因?yàn)榍蹇啄酀{質(zhì)量差，清孔無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。施工中，由于泥漿性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)、泥漿比重不合規(guī)、泥漿比重不隨地質(zhì)條件變化動(dòng)態(tài)調(diào)整、吊下鋼筋籠時(shí)碰壁造成坍孔，而鉆孔清渣使用施工中泥漿做介質(zhì)，不可能將沉渣全部清除;二次清孔與下鋼筋籠、下套管、混凝土澆筑之間會(huì)有時(shí)間差，造成孔內(nèi)泥漿內(nèi)沉渣部分沉淤。上述兩種原因出現(xiàn)孔底沉渣過厚超標(biāo)等現(xiàn)象，會(huì)使樁尖承載力降低，或引起樁尖混凝土產(chǎn)生夾泥夾渣，甚至發(fā)生斷樁。泥漿相對密度過高，致使“泥壁”愈來愈厚，使?jié)补嗟幕炷僚c地基之間形成一層“潤滑劑”，大大降低混凝土與土體間的側(cè)向摩阻力，尤其會(huì)使摩擦樁承載力大大降低。

3．2 防止樁端沉渣過厚和泥漿護(hù)壁增大的措施

從源頭做起，嚴(yán)格控制泥漿比重和各性能指標(biāo)，一般鉆進(jìn)時(shí)，泥漿密度控制在1．10 g/cm3～1．25 g/cm3之間，兩次清渣時(shí)泥漿密度控制在1．10 g/cm3～1．18 g/cm3之間;合理施工組織，合理資源投入全面縮短鉆孔、成孔、驗(yàn)孔、下鋼筋籠、混凝土澆筑時(shí)間，根據(jù)不同地質(zhì)條件合理選擇正、反循環(huán)鉆機(jī)，合理選擇鉆進(jìn)參數(shù)，控制成孔、成樁時(shí)間，成孔時(shí)控制鉆孔轉(zhuǎn)速和進(jìn)鉆速度，利用鉆桿擾動(dòng)使孔壁形成不規(guī)則鋸齒狀，增大樁基與土層接觸面積，提高側(cè)向摩阻力，連續(xù)澆灌不停頓，將泥漿留孔總時(shí)間控制在5 h以內(nèi)，徹底消除厚泥漿壁現(xiàn)象;加強(qiáng)施工過程管理，嚴(yán)格質(zhì)量控制，加強(qiáng)質(zhì)量檢測和驗(yàn)收，提高混凝土灌注質(zhì)量，加強(qiáng)灌注過程中的導(dǎo)管振動(dòng)、振動(dòng)密實(shí)，確?；炷撩軐?shí)度。

4 樁身夾泥和離析

1)樁身夾泥和離析的原因?；炷凉嘧⑹┕ぶ?，工程地質(zhì)條件不良，地下水位較高，泥漿質(zhì)量較差等都容易引起孔壁坍塌，造成樁身夾泥;導(dǎo)管埋深不合理，導(dǎo)管埋入混凝土過深，拔管時(shí)間掌握不好，導(dǎo)管上拔時(shí)，底部混凝土已快初凝，后續(xù)混凝土沒有及時(shí)充填，造成泥漿嵌入;混凝土澆筑到上部，導(dǎo)管埋深控制不良，灌注時(shí)產(chǎn)生超壓力造成淺部混凝土的夾泥;樁身離析，主要產(chǎn)生在孔底，偶然也出現(xiàn)在樁身，主要原因是混凝土質(zhì)量差和混凝土均勻密實(shí)不夠。

2)防止樁身夾泥和離析的措施?；炷凉嘧⑹┕ぶ?，嚴(yán)格控制泥漿質(zhì)量，及時(shí)分析灌注記錄，防止孔壁坍塌;導(dǎo)管埋置過深宜造成出料困難，施工緩慢，埋置過淺灌注的混凝土壓力超過管外混凝土和泥漿阻力，造成混凝土頂面沖翻現(xiàn)象，因此導(dǎo)管的埋深宜控制在2 m～6 m之間，分別采用重錘實(shí)測孔內(nèi)混凝土面和理論灌入量計(jì)算孔內(nèi)混凝土面，取兩者的低值來控制拔管長度，并有專人負(fù)責(zé)指揮，確保導(dǎo)管埋深不小于2 m，灌注過程中確?？變?nèi)混凝土頂面均勻上升，泥漿無劇烈翻滾現(xiàn)象;鉆孔灌注樁一般采用水下混凝土，混凝土原材料的變化及配合比的誤差都在不同程度上影響樁的質(zhì)量，施工難度大，強(qiáng)度易受外界影響，再加上施工中不易控制振搗和密實(shí)環(huán)節(jié)，所以，要保證施工質(zhì)量必須對工程所用的材料和外摻劑進(jìn)行嚴(yán)格全面選擇，通過理論配合比、試驗(yàn)配合比、施工配合比的過程控制保證混凝土的施工配制強(qiáng)度。

5 鋼筋籠位置與標(biāo)高不當(dāng)

5．1 鋼筋籠位置與標(biāo)高不當(dāng)原因

鉆孔灌注樁鉆孔施工中，由于鉆孔垂直度不符合規(guī)范要求，造成鉆孔偏斜，地層應(yīng)力釋放造成縮徑，孔壁存在探頭石等造成鋼筋籠無法下到設(shè)計(jì)要求位置;鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中振動(dòng)影響和孔口泥漿浸泡，造成孔口標(biāo)高和鉆機(jī)標(biāo)高發(fā)生變化，再依據(jù)上述標(biāo)高參照時(shí)造成鋼筋籠位置與標(biāo)高不當(dāng);鋼筋籠依據(jù)設(shè)計(jì)要求，不是下放到孔底時(shí)，吊繩測量錯(cuò)誤造成鋼筋籠位置與標(biāo)高不當(dāng);灌注樁灌注施工時(shí)，鋼筋籠按設(shè)計(jì)要求一般不下到底，當(dāng)灌注至距鋼筋籠下1 m左右提升導(dǎo)管，灌注混凝土自導(dǎo)管流出后，有較大沖擊力，會(huì)推動(dòng)鋼筋籠上浮;混凝土灌注高度超過鋼筋籠時(shí)，因?qū)Ч苈裆羁刂撇缓?，混凝土本身初凝時(shí)間較短，當(dāng)灌注時(shí)間較長，會(huì)使混凝土與鋼筋籠有一定握裹力，從而導(dǎo)致混凝土在導(dǎo)管流出后向上頂升時(shí)，帶動(dòng)了鋼筋籠上移。

5．2 鋼筋籠位置與標(biāo)高不當(dāng)?shù)拇胧?/h3>

鉆孔施工時(shí)應(yīng)壓實(shí)整平施工場地，嚴(yán)格檢查鉆機(jī)的平整度和主動(dòng)鉆桿的垂直度，必要時(shí)在鉆桿上加設(shè)扶正器，保證鉆孔垂直度，成孔后及時(shí)使用驗(yàn)孔器驗(yàn)孔，同時(shí)提高各工序施工速度，消除探頭石和地層應(yīng)力釋放變化時(shí)間;加強(qiáng)測量控制，鉆孔完成后，必須重新測定孔口控制標(biāo)高，并用此標(biāo)高作為施工控制標(biāo)高，吊繩必須測量無誤，并依據(jù)新測定的孔口標(biāo)高控制其長度，確保鋼筋籠位置無誤;灌注樁灌注施工時(shí)，鋼筋籠應(yīng)通過限位器與鉆機(jī)固定，同時(shí)當(dāng)混凝土灌注至鋼筋籠底標(biāo)高時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取“慢提快放”的方法，即緩慢且小距離提動(dòng)導(dǎo)管，然后快速下放，并來回抽動(dòng)，讓混凝土緩慢涌出，減少混凝土澆筑上涌時(shí)帶動(dòng)鋼筋籠的上浮與偏位，一般混凝土埋過鋼筋籠底2 m～4 m時(shí)，應(yīng)及時(shí)提導(dǎo)管至鋼筋籠底端以上，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼筋籠開始上浮時(shí)，應(yīng)立即停止?jié)仓瑴?zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)管埋深和已澆筑混凝土標(biāo)高，提升導(dǎo)管及時(shí)消除上浮現(xiàn)象，確保鋼筋籠達(dá)到規(guī)范規(guī)定允許范圍內(nèi)。

總之，橋梁鉆孔樁具有可靠的承載力和足夠的剛度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，適用于各種橋梁，在各種水文工程地質(zhì)條件、水域都可施工，只要我們找出混凝土灌注樁工程施工中的一些質(zhì)量控制要點(diǎn)，施工中嚴(yán)格控制，使鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量得到較大提高是很有可能的。

［1］JTJ 024-85，公路橋梁地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．

［4］郭林山．混凝土鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制與檢測試驗(yàn)［J］．山西建筑，2010，36(5):232-233．

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