鉆孔灌注樁施工及質(zhì)量事故分析與預(yù)防

【摘 要】 介紹了鉆孔灌注樁從成孔到水下混凝土澆注的全過程施工，較為詳細(xì)地闡述了鉆孔灌注樁的施工方法及施工過程的主要控制程序以及施工中常見的質(zhì)量事故的原因與預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】 鉆孔灌注樁；成孔；沖孔；清孔；鋼筋籠；灌注；質(zhì)量事故

鉆孔灌注樁是一項(xiàng)質(zhì)量要求高，施工工序多，并須在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)連續(xù)完成的地下隱蔽工程。這種樁基礎(chǔ)主要是依靠與四周土的摩擦力承載，屬摩擦樁。鉆孔灌注樁由于其施工過程無擠土、無振動(dòng)、噪音小、成本低、工藝成熟、適用范圍廣、設(shè)備靈活簡單、對(duì)鄰近建筑物及地下管線危害小，且樁徑不受限制，適用于各種地質(zhì)條件的優(yōu)點(diǎn)，因而已成為工業(yè)、民用建筑、公路橋梁等工程經(jīng)常采用的一種深基礎(chǔ)形式。

一、施工工藝

鉆孔灌注樁施工主要包括定位、鉆孔、清孔、安放鋼筋籠、水下澆灌混凝土等工序。施工工藝為：

平整場地—樁位放線—（護(hù)筒制作修理）埋設(shè)護(hù)筒—（樁位復(fù)測）鉆機(jī)就位對(duì)中—（泥漿凈化、制備泥漿）鉆進(jìn)、撈取鉆渣—（放線、控制斜度、直徑）成孔檢查、驗(yàn)收—第一次清孔—（鋼筋骨架制作）安裝鋼筋籠—下入導(dǎo)管—第二次清孔—（導(dǎo)管試拼、檢修）灌注混凝土前的準(zhǔn)備工作—（制作混凝土試件）澆灌水下混凝土—移開鉆機(jī)—拆拔護(hù)筒—清理樁頭。

二、鉆孔

（一）護(hù)筒埋設(shè)

在孔口設(shè)置的護(hù)筒是一項(xiàng)保證質(zhì)量的重要施工措施，必須認(rèn)真做好。

（1）護(hù)筒的作用是固定鉆孔位置，保護(hù)孔口，提高孔內(nèi)水位，防止地面水流入，增加孔內(nèi)靜水壓力以維護(hù)孔壁穩(wěn)定，并兼作鉆進(jìn)導(dǎo)向；

（2）護(hù)筒一般用4～8mm鋼鈑制成。

（3）護(hù)筒埋設(shè)深度根據(jù)土質(zhì)和地下水位而定，在粘性土中不宜小于1.0m，在砂土中不宜小于1.5 m，其高度尚應(yīng)滿足孔內(nèi)泥漿面高度的要求。

（4）埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，在樁位打入或挖坑埋入，一般宜高出地面300～400mm，或高出地下水位1.5 m以上。

（5）護(hù)筒埋設(shè)應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、護(hù)筒中心與樁位中心的偏差不得大于50 mm。

（二）沖孔施工

1、根據(jù)地質(zhì)情況及以往施工經(jīng)驗(yàn)，因土層軟硬不一，故選用沖擊成孔工藝。采用泥漿護(hù)壁，正循環(huán)沖擊法成孔。

2、采用“十字”型沖擊鉆頭，鉆頭重量為5～8噸。在鉆頭上設(shè)置打撈環(huán)，并在沖擊鉆頭錐頂與提升絲繩之間設(shè)置自行轉(zhuǎn)向裝置。

3、泥漿制備應(yīng)選用高塑性粘土或膨潤土。除能自行造漿的土層外，均應(yīng)制備泥漿。

4 、樁機(jī)就位前，對(duì)鉆機(jī)的各項(xiàng)工作進(jìn)行檢查，包括場地布置與鉆機(jī)座落處的平整和加固，主要機(jī)具的檢查與安裝。鉆機(jī)安裝就位后，底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，并嚴(yán)格與樁位對(duì)中。

5 、沖孔作業(yè)分班連續(xù)進(jìn)行，經(jīng)常對(duì)鉆孔泥漿進(jìn)行測試，根據(jù)不同地層采用不同的性能指標(biāo)和相應(yīng)的鉆進(jìn)速度。起下鉆具必須輕穩(wěn)，以防鉆具刮損護(hù)壁，造成塌孔。達(dá)到設(shè)計(jì)孔深時(shí)，經(jīng)質(zhì)檢工程師驗(yàn)收合格，報(bào)請(qǐng)監(jiān)理人員驗(yàn)收后，方可終孔。

（三）沖擊造孔過程中應(yīng)注意以下施工要點(diǎn)：

1、開孔時(shí)應(yīng)低錘（小沖程）密擊。

2、當(dāng)孔深達(dá)護(hù)筒下3～4m后可加快速度加大沖程，轉(zhuǎn)入正常連續(xù)沖擊。 土層不好時(shí)宜提高泥漿密度必要時(shí)加入小片石和粘土或稀泥漿，經(jīng)常清理鉆頭上泥塊拋粘土塊，勤沖勤掏渣，防坍孔；

3、沖孔時(shí)要隨時(shí)檢查樁位、垂直度、樁徑的偏差，樁徑偏差50mm（個(gè)別斷面），樁垂直度允許偏差1%，樁位允許偏差50mm；沖孔時(shí)應(yīng)隨時(shí)測定和控制泥漿密度，保證泥漿供給，使孔內(nèi)泥漿面穩(wěn)定；

4、沖孔至基巖時(shí)應(yīng)低錘密擊或間斷沖擊，以免偏斜；

5、必須準(zhǔn)確控制松繩長度，避免打空鉆。一般不宜用高沖程，以免塌孔，擴(kuò)孔或卡鉆等事故；

6、在造成孔時(shí)應(yīng)及時(shí)排出將孔內(nèi)殘?jiān)?，以免出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象，排渣可采用泥漿循環(huán)或抽渣打筒等辦法；

7、在鉆進(jìn)過程中每鉆進(jìn)4～5m深應(yīng)檢查一次成孔，在更換鉆頭或容易縮孔處均應(yīng)驗(yàn)孔，如發(fā)現(xiàn)偏斜、彎孔、梅花孔、塌孔應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，采取措施進(jìn)行處理；

8、進(jìn)入基巖，每鉆進(jìn)300～500mm應(yīng)取一次巖樣，并記下取樣時(shí)間和孔深，妥善保存，以便終孔驗(yàn)證；

9、沖孔過程必須做好鉆孔施工記錄，施工中發(fā)現(xiàn)與地質(zhì)資料不符之處應(yīng)立即通知質(zhì)檢人員，查明情況采取處理措施后再重新開始施工。

三、清孔

清孔是保證在不坍孔的情況下，將樁孔底部的沉渣盡量排除干凈。清孔方法主要有緩漿法和抽漿法兩種。通常，清孔分兩次進(jìn)行，即在鉆孔結(jié)束后清孔一次，待鋼筋籠、導(dǎo)管安放完畢后再清一次孔。第二次清孔后應(yīng)馬上灌注混凝土，中間耽擱時(shí)間不宜過長。

四、鋼筋籠的制作安裝及吊放

鋼筋籠制作場地安排在安裝樁位附近，制作場地要求平整。鋼筋籠的分段長度不宜超過8m，如果大于10m必須特別注意防止變形問題。對(duì)于長樁，當(dāng)采取一些輔助措施后，也可作到12m左右。鋼筋籠分段沉放時(shí)應(yīng)在孔口用焊接方法逐個(gè)接長。使用鋼筋定位器來保證樁身混凝土保護(hù)層的厚度。

五、水下混凝土灌注

1、水下混凝土的配合比要求?；炷恋呐浜媳瘸藵M足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求外，還應(yīng)考慮采用導(dǎo)管法在泥漿中澆灌混凝土的施工特點(diǎn)和這種施工方法對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。

2、在吊入鋼筋籠后、灌注水下混凝土之前應(yīng)再次檢查孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)和孔底沉渣厚度，確保學(xué)渣打厚度摩擦樁≤40cm，端承樁≤5 cm；否則必須重新清孔；

3、灌混凝土導(dǎo)管采用管徑￠250無縫鋼管法蘭盤連接，保證導(dǎo)管能自由升降。導(dǎo)管長度應(yīng)根據(jù)鉆孔深度確定，并保證導(dǎo)管下口離孔底0.25～0.40m；

4、混凝土采用拌和站集中攪拌。灌注前在現(xiàn)場復(fù)測混凝土坍落度、擴(kuò)散度以及混凝土和易性、保證混凝土坍落度、流動(dòng)性等到符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。不合格混凝土嚴(yán)禁灌入孔內(nèi)；

5 、起拔導(dǎo)管、護(hù)筒。當(dāng)灌注混凝土達(dá)到標(biāo)高后，應(yīng)立即起拔懷管和護(hù)筒 ，將導(dǎo)管清洗干凈，并清理好施工現(xiàn)場。

六、常見質(zhì)量事故分析與預(yù)防

（一）成孔質(zhì)量事故分析

1、坍孔

鉆孔一般在第四紀(jì)地層作業(yè)居多，因第四紀(jì)地層復(fù)雜。由于不同土層結(jié)構(gòu)其物理?xiàng)l件不同，受力后的性狀改變方式不同，孔壁不穩(wěn)定常表現(xiàn)為坍塌、剝落、崩解。造成坍孔的主要原因?yàn)椋?/p>

（1） 鉆進(jìn)工藝參數(shù)選擇不當(dāng)。不能根據(jù)地層選擇合理工藝參數(shù)，為求鉆進(jìn)高效率，采用大鉆壓，高轉(zhuǎn)速，大泵量；另外，采用劣質(zhì)泥漿或自然造漿鉆進(jìn)，起不到護(hù)壁作用，造成坍孔。

（2） 清孔操作不當(dāng)。在清孔時(shí)，清孔工具（如吸泥機(jī)）碰撞孔壁，供水管直接沖刷孔壁及清孔時(shí)間過長或孔內(nèi)水位下降過快時(shí)，由于補(bǔ)水不足或不及時(shí)，引起地下水向孔內(nèi)補(bǔ)給而導(dǎo)致坍孔。

（3） 護(hù)筒埋設(shè)不當(dāng)。護(hù)筒高不夠、護(hù)筒外填土不實(shí)，有外部水滲入，特別是在粉砂、細(xì)砂等松散土層護(hù)筒內(nèi)外極易貫通，時(shí)間一長會(huì)引起局部坍塌，進(jìn)而演變?yōu)樘住?/p>

2、偏孔

偏孔的原因主要有：

（1）鉆機(jī)安裝不平，天輪與孔口中心不在一條垂直線上。

（2）換徑、換層或遇有較大卵礫石時(shí)，鉆進(jìn)參數(shù)選擇不當(dāng)，鉆機(jī)振動(dòng)過大，主動(dòng)鉆桿沒有導(dǎo)正，擺動(dòng)過大。

（3）開孔時(shí)沒有按地層特點(diǎn)在鉆具上增設(shè)加重桿或加重桿過輕、直徑過小起不到孔底加壓與導(dǎo)正作用。

（4）鉆具剛性小，加之轉(zhuǎn)速快、鉆壓大且不均勻，人為造成偏孔。

3、孔底沉渣過厚

泥漿量小，上返速度慢，或粘性低都不能將巖屑有效懸浮并及時(shí)帶出，導(dǎo)致巖屑沉降堆積在孔底，若清孔不及時(shí)，勢必造成孔底沉渣過厚。

（二）成樁質(zhì)量事故分析

1、導(dǎo)管堵塞

導(dǎo)管堵塞常導(dǎo)致灌注混凝土失敗，造成導(dǎo)管堵塞常見的原因有：

（1）隔水拴塞卡在導(dǎo)管中。

（2）混凝土塌落度過小，流動(dòng)性差并夾有大粒徑的石料。

（3）混凝土攪拌不均勻、運(yùn)距過長、導(dǎo)管漏水、混凝土離析、粗骨料集中卡在導(dǎo)管某一處。

（4）導(dǎo)管各節(jié)不同心，內(nèi)壁不光滑。

（5）導(dǎo)管埋深過大，混凝土在導(dǎo)管中停流時(shí)間過長而凝結(jié)。

（6）灌注后期，導(dǎo)管內(nèi)外壓差變小，灌注速度過慢，混凝土出現(xiàn)凝固現(xiàn)象。

2、浮籠

造成浮籠的原因有：

（1）混凝土水灰比不合格，運(yùn)輸時(shí)間過長，孔內(nèi)混凝土凝結(jié)成硬蓋。

（2）導(dǎo)管埋深過大，最下一節(jié)的法蘭盤被埋在混凝土面以下。

（3）鋼筋籠變形或沒有插到孔底而導(dǎo)管下端又處于鋼筋籠底端以下。

（4）鋼筋籠過輕而又沒有對(duì)其定位限制。

3、斷樁

造成斷樁的主要原因有：

（1）由于探測混凝土面錯(cuò)誤或提管過快過高，導(dǎo)管底部提離混凝土面，孔內(nèi)濃泥漿覆蓋混凝土面形成夾層。

（2）上部孔壁坍塌，或下籠后未復(fù)檢孔底沉渣，或孔底沉渣過多而未重新清孔。

（3）導(dǎo)管埋深過大，致使混凝土頂托力不夠，無法平衡上升而沿導(dǎo)管邊緣冒出，反壓在混凝土頂面之上。

（4）導(dǎo)管密封不嚴(yán)，因漏水導(dǎo)致混凝土離析或混凝土灌注中斷而斷樁。

4、樁頂欠澆

造成樁頂欠澆主要是因?yàn)榍蹇撞桓蓛簦椎壮猎^多，混凝土面測量不準(zhǔn)。

（三）成孔質(zhì)量事故的預(yù)防

通過以上分析，成孔質(zhì)量事故多數(shù)是由操作不當(dāng)而引起，預(yù)防成孔質(zhì)量事故的發(fā)生應(yīng)作到：

（1）根據(jù)地層條件選用合理的鉆進(jìn)工藝參數(shù)，在松散的砂層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)控制鉆進(jìn)速度，給泥漿護(hù)壁留有相當(dāng)時(shí)間；在砂卵石層及換徑、換層時(shí)，或遇漂石、孤石時(shí)，應(yīng)控制好鉆壓，以免造成鉆具抖動(dòng)而塌孔。

（2）選用優(yōu)質(zhì)泥漿沖洗鉆孔，優(yōu)質(zhì)泥漿不僅能有效懸浮、攜帶巖屑，而且能在孔壁形成薄而致密的泥皮，有效護(hù)壁，在清孔時(shí)也易于清除。

（3）提放鉆具或用工具清孔時(shí)要輕，防止沖撞孔壁。

（4）鉆機(jī)安放要平整穩(wěn)固，鉆架與地面垂直。

（5）清孔要及時(shí)，盡量縮短灌注的準(zhǔn)備時(shí)間，同時(shí)保證孔內(nèi)補(bǔ)水充足并有一定水位高度。

（6）選用單腰帶、雙腰帶鉆具，一方面利于導(dǎo)向，另一方面利于清除孔壁泥皮。

（四）成樁質(zhì)量事故的預(yù)防

成樁質(zhì)量事故的發(fā)生，大都是由于灌注混凝土操作不當(dāng)引起的。預(yù)防質(zhì)量事故的發(fā)生應(yīng)作到：

（1）混凝土的水灰比及粗細(xì)骨料規(guī)格嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比配制。

（2）灌注過程中，經(jīng)常檢查導(dǎo)管埋深，既要保證導(dǎo)管在混凝土面下有一定埋深（不小于1.0米），又不至于埋深過大（不大于5米）。

（3）量準(zhǔn)導(dǎo)管長度，計(jì)算好導(dǎo)管下端與孔底距離，計(jì)算好第一次灌注量，確保導(dǎo)管埋深符合規(guī)范要求。

（4）盡量縮短混凝土運(yùn)輸距離及灌注時(shí)間，保持混凝土的均勻性和連續(xù)性。

（5）認(rèn)真檢查導(dǎo)管的密封性能及各節(jié)的同心度。

（6）鋼筋籠有良好的定位、監(jiān)測措施，防止浮籠。

（7）鋼筋籠有良好的定位、監(jiān)測措施，防止浮籠。

（8）準(zhǔn)確測量樁頂混凝土位置，防止多澆、欠澆（如使用樁頭探深取樣器等）。

隨著大型化、專業(yè)化鉆孔機(jī)械的問世和鋼筋混凝土的大量應(yīng)用，鉆孔灌注樁以其成本低、噪音小、適用范圍廣等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。因鉆孔灌注樁是一項(xiàng)隱蔽工程，也是一種特殊施工，施工過程中也會(huì)有許多預(yù)料不到的現(xiàn)象和事情發(fā)生，因此，現(xiàn)場的施工人員、技術(shù)人員和管理人員應(yīng)事先采取有效地預(yù)防措施，提高工程質(zhì)量，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，提交優(yōu)良工程。

參考文獻(xiàn)

[1] 高大釗，趙春風(fēng)，徐斌，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法與施工技術(shù).機(jī)械工業(yè)

[2] 馮偉雄，鉆孔灌注樁的施工.西部探礦工程

[3] 張穎，鉆孔灌注樁常見質(zhì)量事故淺析及預(yù)防.西部探礦工程

[4] 巖土工程手冊(cè)編寫委員會(huì)，巖土工程手冊(cè).中國建筑工業(yè)出版社