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(guò)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(guò)程的主要控制程序以及施工中常見(jiàn)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(guò)程無(wú)擠土、無(wú)振動(dòng)、噪音小、成本低、工藝成熟、適用范圍廣、設(shè)備靈活簡(jiǎn)單、對(duì)鄰近建筑物及地下管線(xiàn)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(chǎng)地—樁位放線(xiàn)—（護(hù)筒制作修理）埋設(shè)護(hù)筒—（樁位復(fù)測(cè)）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(xiàn)、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(kāi)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(mǎn)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(rùn)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(chǎng)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(cè)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(guò)程中應(yīng)注意以下施工要點(diǎn)：

1、開(kāi)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(cè)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)長(zhǎng)。

四、鋼筋籠的制作安裝及吊放

鋼筋籠制作場(chǎng)地安排在安裝樁位附近，制作場(chǎng)地要求平整。鋼筋籠的分段長(zhǎng)度不宜超過(guò)8m，如果大于10m必須特別注意防止變形問(wèn)題。對(duì)于長(zhǎng)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(zhǎng)。使用鋼筋定位器來(lái)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。混凝土的配合比除了滿(mǎn)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(wú)縫鋼管法蘭盤(pán)連接，保證導(dǎo)管能自由升降。導(dǎo)管長(zhǎng)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(chǎng)復(fù)測(cè)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(chǎng)。

六、常見(jiàn)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(guò)長(zhǎng)或孔內(nèi)水位下降過(guò)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(zhǎng)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(xiàn)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(guò)大，主動(dòng)鉆桿沒(méi)有導(dǎo)正，擺動(dòng)過(guò)大。

（3）開(kāi)孔時(shí)沒(méi)有按地層特點(diǎn)在鉆具上增設(shè)加重桿或加重桿過(guò)輕、直徑過(guò)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(guò)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(shì)必造成孔底沉渣過(guò)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(jiàn)的原因有：

（1）隔水拴塞卡在導(dǎo)管中。

（2）混凝土塌落度過(guò)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(guò)長(zhǎng)、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(guò)大，混凝土在導(dǎo)管中停流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而凝結(jié)。

（6）灌注后期，導(dǎo)管內(nèi)外壓差變小，灌注速度過(guò)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(guò)長(zhǎng)，孔內(nèi)混凝土凝結(jié)成硬蓋。

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

（3）鋼筋籠變形或沒(méi)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(guò)輕而又沒(méi)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(cè)混凝土面錯(cuò)誤或提管過(guò)快過(guò)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(guò)多而未重新清孔。

（3）導(dǎo)管埋深過(guò)大，致使混凝土頂托力不夠，無(wú)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?，孔底沉渣過(guò)多，混凝土面測(cè)量不準(zhǔn)。

（三）成孔質(zhì)量事故的預(yù)防

通過(guò)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(guò)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(guò)大（不大于5米）。

（3）量準(zhǔn)導(dǎo)管長(zhǎng)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(cè)措施，防止浮籠。

（7）鋼筋籠有良好的定位、監(jiān)測(cè)措施，防止浮籠。

（8）準(zhǔn)確測(cè)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(zhuān)業(yè)化鉆孔機(jī)械的問(wèn)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(guò)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(chǎng)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。

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