淺談橋梁鉆孔灌注樁施工技術(shù)

帥 毅

(四川蜀南投資管理有限公司,四川成都610072)

1 工程概況

省道106線資陽(yáng)過境段沱江二橋，橋面寬度24.5 m，全橋長(zhǎng)613 m。橋跨布置為1×40 m+6×30 m+5×40 m+6×30 m, 上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力砼簡(jiǎn)支T梁，基礎(chǔ)和下部結(jié)構(gòu)為普通砼蓋梁、單排3柱式墩、嵌巖樁基。兩岸引橋(含交界墩)位于沱江河灘Ⅰ級(jí)階地上，共有30根φ1.6 m、9根φ2.0 m嵌巖樁，樁長(zhǎng)26～38 m。覆蓋層為耕植土和砂土，其下為粉砂、砂卵石和強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖，持力層為中風(fēng)化頁(yè)巖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用正循環(huán)沖擊鉆機(jī)成孔、導(dǎo)管法灌注水下砼的施工方案。

2 鉆孔準(zhǔn)備工作

(1)鉆孔前的準(zhǔn)備工作主要包括：建立現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制網(wǎng)，樁位放樣，整理平整場(chǎng)地，布設(shè)施工便道，設(shè)置供電及供水系統(tǒng)，制作鋼護(hù)筒，準(zhǔn)備鉆孔機(jī)具和制漿材料等。

(2)施工前，按技術(shù)規(guī)范要求對(duì)設(shè)計(jì)文件和施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)核查，編寫施工安全技術(shù)交底書，做好開工前的安全技術(shù)交底工作。

(3)根據(jù)施工進(jìn)度，準(zhǔn)備充足合格的各種原材料，加強(qiáng)對(duì)周轉(zhuǎn)性材料的調(diào)配工作，同時(shí)依據(jù)進(jìn)度要求合理調(diào)配各種機(jī)具，在使用前對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確保機(jī)械性能良好。

3 鉆孔施工

3.1 埋設(shè)護(hù)筒

護(hù)筒采用厚度δ=12 mm鋼板卷制焊接而成，直徑比樁徑大20 cm，高度2～5 m。護(hù)筒用全站儀測(cè)量定位后，周圍用黏土回填密實(shí)，填厚不小于1 m，確保護(hù)筒位置的準(zhǔn)確及穩(wěn)定，其平面位置偏差不得大于5 cm、斜度不得大于1%。護(hù)筒的頂端高出地面30～50 cm。

3.2 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位后，底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，在鉆進(jìn)施工中不應(yīng)產(chǎn)生位移或沉陷，否則應(yīng)找出原因，及時(shí)處理。沖錘的中心軸和樁的中心在同一鉛垂線上。

3.3 制作泥漿

制漿前，先把黏土盡量打碎，使其在攪拌中容易成漿，縮短成漿時(shí)間，提高泥漿質(zhì)量。制漿時(shí)，可將打碎的黏土直接投入護(hù)筒內(nèi)，使用沖擊錐小沖程反復(fù)沖擊制漿，待黏土已沖攪成泥漿時(shí)，即可進(jìn)行鉆孔。多余的泥漿用管子導(dǎo)入鉆孔外泥漿池貯存，以便隨時(shí)補(bǔ)充孔內(nèi)泥漿。

3.4 沖孔

沖擊過程中，應(yīng)始終保持孔內(nèi)水位高于施工水位(地下水位)1.5 m以上，并低于護(hù)筒頂面0.3 m，以防溢出。

沖孔過程中，要注意均勻釋放沖錘的鋼繩長(zhǎng)度，避免出現(xiàn)因“打空錘”導(dǎo)致鉆架扭曲變形。出渣或其他原因停鉆后，再次開鉆時(shí)，應(yīng)由低沖程漸變至正常沖程，防止卡錘。

要根據(jù)進(jìn)尺情況，及時(shí)出渣，出渣后應(yīng)及時(shí)添加適量黏土、片石和補(bǔ)水，并隨時(shí)注意保持孔內(nèi)水頭。注意黏土一次添加量不要過多，防止粘錘。

隨時(shí)嚴(yán)格檢查鉆機(jī)機(jī)械性能、鉆架結(jié)構(gòu)安全、鋼繩磨損和沖錘磨耗等情況，發(fā)現(xiàn)異常立即處理，防止發(fā)生鉆架倒塌和掉錘等事故。

鉆進(jìn)過程中應(yīng)做好鉆孔施工記錄，特別是鉆渣取樣?？壮顟?yīng)符合規(guī)范要求。

3.5 事故處理

由于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性和施工期間各種因素的影響，鉆孔事故常有發(fā)生。及時(shí)確認(rèn)事故類型，采取補(bǔ)救措施，才能減少損失，保證質(zhì)量。

3.5.1 偏斜孔

鉆機(jī)安裝時(shí)，支撐不好、樁孔地質(zhì)構(gòu)造不均勻等因素引起鉆機(jī)整體或鉆頭在鉆孔過程中發(fā)生偏斜，導(dǎo)致出現(xiàn)偏孔。

因鉆機(jī)傾斜造成的應(yīng)先移開鉆機(jī)，檢查鉆孔壁情況，如果鉆孔壁比較穩(wěn)定，則應(yīng)加固施工范圍內(nèi)的地基或加大鉆機(jī)的支撐面積，再重新安裝鉆機(jī)恢復(fù)施工；鉆孔壁隨時(shí)有坍塌可能的，應(yīng)將鉆孔回填至原地面，待地層靜置穩(wěn)定后重新開始鉆孔。

地質(zhì)構(gòu)造不均勻引起的，先分析清楚巖層的走向，爾后采用適當(dāng)?shù)幕靥畈牧?回填材料一般為片石加黏土、純堿、鋸末等組成的混合物)將鉆孔回填至計(jì)算確定的高程處，靜置一段時(shí)間后恢復(fù)施工。孔中心偏差小于20 cm的，靜置1～2 h后可以繼續(xù)鉆孔?？字行钠畲笥?0 cm的，應(yīng)根據(jù)情況靜置2 h甚至更長(zhǎng)的時(shí)間待地層沉積穩(wěn)定后恢復(fù)鉆孔施工。穿過傾斜巖層過程中，應(yīng)采用自重較大的沖擊鉆，以慢速鉆孔。

3.5.2 護(hù)筒脫落

由于護(hù)筒外側(cè)的回填質(zhì)量不好、受地面水流的浸泡等因素引起的護(hù)筒失去穩(wěn)定、脫落。出現(xiàn)護(hù)筒脫落應(yīng)立即停止鉆孔，將鉆機(jī)移開，采取相應(yīng)措施處理。由于地面流水引起的可先排除流水，在原地面上填一層黏土使地面干燥、不滲漏，而后，重新安裝護(hù)筒(作好護(hù)筒外側(cè)填筑)恢復(fù)鉆孔施工。

3.5.3 卡鉆

鉆孔經(jīng)過巖層分界面時(shí)相鄰巖層強(qiáng)度差別較大、操作中未及時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整鉆頭的行程等原因引起“卡鉆”現(xiàn)象。針對(duì)發(fā)生“卡鉆”的原因采取相應(yīng)的方法處理：

由于“探頭石”引起的卡鉆現(xiàn)象，可以適當(dāng)往下放鉆頭，而后，強(qiáng)力快速往上提，使“探頭石”受瞬間沖擊縮回，從而順利提起鉆頭。

因鉆頭穿過巖層突變處導(dǎo)致的卡鉆，優(yōu)先采用水下爆破的方法進(jìn)行處理。在整體巖層中此方法容易奏效，砂土地層中不宜采取此方法處理。

由于機(jī)械故障導(dǎo)致鉆頭在濃泥漿中滯留時(shí)間過長(zhǎng)造成的鉆頭無法提升現(xiàn)象，應(yīng)采取插入高壓水管置換泥漿的方法進(jìn)行處理。

3.5.4 縮孔

縮孔是在飽和性黏土、淤泥質(zhì)黏土，特別是IL>1.0處于流塑性狀態(tài)的土層中出現(xiàn)的特有現(xiàn)象，其原因是此類地層含水高、塑性大，鉆頭經(jīng)過后鉆孔壁回縮，從而導(dǎo)致鉆孔的直徑小于設(shè)計(jì)的樁直徑。針對(duì)發(fā)生縮孔的原因，采取塊、卵石土回填，而后用重量較大的沖擊鉆沖擊，擠緊鉆孔孔壁的辦法處理；或者采用在導(dǎo)正器外側(cè)焊接一定數(shù)量的合金葉片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清理的辦法。

3.5.5 掉鉆

由于機(jī)械故障、鋼絲繩斷裂、孔壁坍塌等因素造成鉆頭落入孔底的現(xiàn)象通常稱“掉鉆”。發(fā)生“掉鉆”后，應(yīng)及時(shí)采取恰當(dāng)?shù)姆椒▽?shí)施打撈。

鉆孔壁穩(wěn)定的情況，直接用鉆機(jī)起吊“打撈器”入孔進(jìn)行打撈。打撈前，先用“探針”探明鉆頭在孔中的位置為制定打撈方案提供依據(jù)。打撈設(shè)備和打撈操作方法必須保證在抓住鉆頭后盡量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的現(xiàn)象發(fā)生。

鉆孔壁出現(xiàn)局部坍塌將鉆頭埋沒且大部分鉆孔壁處于穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)先加大孔內(nèi)泥漿的濃度，將旋轉(zhuǎn)鉆頭放入安全的深度范圍攪動(dòng)泥漿以加強(qiáng)鉆孔壁，再采取“氣舉法”清除鉆頭上方的沉積土和淤泥，確認(rèn)鉆頭已露出后再實(shí)施鉆頭的打撈工作。鉆孔壁隨時(shí)有繼續(xù)坍塌可能時(shí)，先在孔內(nèi)安裝長(zhǎng)鋼護(hù)筒、攪拌樁圍護(hù)、帷幕法等方法加固鉆孔壁，而后打撈鉆頭。

3.6 檢孔

鉆孔完成后，必須檢測(cè)孔深、直徑和傾斜度，其中孔徑和孔深須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，傾斜度不得大于1%。

3.7 清孔

清孔就是在吊放鋼筋籠之前，對(duì)孔內(nèi)的石碴、泥漿進(jìn)行必要的清理。其目的是將孔內(nèi)鉆渣清除干凈，保證孔底沉淀厚度滿足要求。終孔檢查后，應(yīng)迅速清孔，防止因停頓過久，使泥漿、鉆渣沉淀過多造成清孔困難甚至坍孔。

采用空氣吸泥法進(jìn)行清孔。清孔后，應(yīng)檢測(cè)孔底沉淀量并必須符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。清孔完成后立即安裝鋼筋籠。

4 鋼筋籠制作與安裝

4.1 鋼筋籠的制作

(1)制作鋼筋籠所使用鋼筋的種類、型號(hào)和直徑符合設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)定。鋼筋籠由主筋、加強(qiáng)筋、螺旋箍筋、定位筋等組成，其構(gòu)造應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)鋼筋籠在加工場(chǎng)統(tǒng)一加工，一般為9 m/段，鋼筋籠各段之間主筋采取機(jī)械套筒連接。

(3)制作時(shí)均需在型鋼焊制的骨架定位平臺(tái)進(jìn)行，以保證制作的鋼筋籠的整體直度及主筋機(jī)械套筒連接接長(zhǎng)時(shí)的對(duì)位度。

(4)在鋼筋籠內(nèi)部每間隔一定距離(一般為2 m)在加強(qiáng)筋位置設(shè)置“十”字撐，以提高鋼筋籠的剛度，避免汽車吊吊運(yùn)和安裝過程中變形。在鋼筋籠準(zhǔn)確就位后，應(yīng)將“十”字撐割除，以免影響樁基砼灌注。

(5)制作鋼筋籠時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求布置檢測(cè)管，安裝時(shí)將檢測(cè)管綁扎于加勁鋼筋之上，其底端用鋼板焊牢封底，要求不漏水，澆筑混凝土前，往管內(nèi)注滿水，其上用塞子堵死，防止雜物和砼進(jìn)入管中堵塞管道。

4.2 鋼筋籠的安裝

鋼筋籠吊裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)孔位，盡量豎直輕放、慢放，遇障礙物可慢起慢落和正反旋轉(zhuǎn)使之下落，無效時(shí)，立即停止下落，查明原因后再安裝。不允許高起猛落，強(qiáng)行下放，防止碰撞孔壁而引起坍塌。入孔后牢固定位，容許偏差不大于5 cm，并使鋼筋籠處于懸吊狀態(tài)。

安裝到位后，應(yīng)將鋼筋籠頂部通過鋼筋與護(hù)筒口焊接牢固，以防止鋼筋籠在砼灌注過程中上浮。

5 砼灌注設(shè)備安裝

導(dǎo)管一般采用無縫鋼管加工而成。其直徑按樁長(zhǎng)、樁徑和每小時(shí)需要通過的砼數(shù)量計(jì)算確定且不得小于250 mm；其分節(jié)長(zhǎng)度應(yīng)便于拆裝和搬運(yùn)并小于導(dǎo)管提升設(shè)備的提升高度，中間節(jié)一般長(zhǎng)2 m左右，下端節(jié)可加長(zhǎng)至4～6 m，漏斗下可配長(zhǎng)約1 m的上端節(jié)導(dǎo)管，以便調(diào)節(jié)漏斗的高度。要求導(dǎo)管內(nèi)壁光滑、順直、光潔無局部凹凸，各節(jié)導(dǎo)管內(nèi)徑應(yīng)大小一致、偏差不大于±2 mm。導(dǎo)管總數(shù)應(yīng)配備10%左右的備用導(dǎo)管，其中還應(yīng)準(zhǔn)備有多節(jié)長(zhǎng)度各異的短管，其中最少兩節(jié)0.5 m的導(dǎo)管，有利于控制導(dǎo)管口離孔底的距離，同時(shí)也方便拔管時(shí)，合理掌握導(dǎo)管的拆卸長(zhǎng)度。

每套導(dǎo)管在初次沉放前應(yīng)試拼，并經(jīng)試壓，確保不漏水。試拼后的導(dǎo)管要逐一標(biāo)號(hào)，并在其上用油漆每隔50 cm記錄其長(zhǎng)度，現(xiàn)場(chǎng)拼接時(shí)要保持密封圈無破損，接頭嚴(yán)密，管軸順直。

儲(chǔ)料斗采用鋼板及型鋼加勁肋制作，底部做成斜坡。儲(chǔ)料斗的容量須滿足首批砼量并考慮一定富余量。

導(dǎo)管、漏斗、儲(chǔ)料斗在孔內(nèi)和孔口用吊車等機(jī)械安裝完成后，應(yīng)立即進(jìn)行二次清孔。

6 二次清孔

由于吊裝鋼筋籠和安裝導(dǎo)管要花很長(zhǎng)的時(shí)間，孔底的沉碴厚度不能滿足灌注要求，須進(jìn)行二次清孔。其方法是用泥漿泵將泥漿通過導(dǎo)管沖至孔底，以使泥漿產(chǎn)生循環(huán)，從而將孔底的沉淀厚度降低至滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

7 樁基水下砼灌注

7.1 灌注砼應(yīng)注意的問題

(1)灌注水下砼前要檢查泥漿指標(biāo)并必須符合規(guī)范要求。

(2)首批砼的灌注十分重要，其目的是將孔底的沉渣通過砼的強(qiáng)大沖擊力沖卷干凈并懸浮于砼面層，并將導(dǎo)管埋置至少超過1 m，以保證不出現(xiàn)斷樁。

(3)砼灌注工作開始后，必須連續(xù)不斷地進(jìn)行并且每斗砼灌注間隔時(shí)間盡量縮短；拆除導(dǎo)管所耗費(fèi)時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制，一般不超過15 min，不能中途停工；在灌注砼過程中，隨時(shí)探測(cè)砼高度，及時(shí)拆除或提升導(dǎo)管，注意保持適當(dāng)?shù)穆裆?，?dǎo)管埋深一般保持在2～4 m，最大埋深不大于6 m。

(4)砼灌注前、首批砼灌注后的導(dǎo)管下端距樁底距離均應(yīng)控制為0.3～0.4 m。

(5)每灌注一段時(shí)間，要及時(shí)抽拔導(dǎo)管，要根據(jù)砼灌入量計(jì)算灌注高度并進(jìn)行實(shí)測(cè)復(fù)核，從而確定提升導(dǎo)管時(shí)間和拆導(dǎo)管的長(zhǎng)度。

(6)導(dǎo)管提升不能太快，若超過已灌砼表面，就會(huì)形成斷樁；若抽拔不及時(shí)，埋入過深，則有可能因?yàn)轫懦跄?，使?dǎo)管不能拔除，造成工程事故。因此必須有嚴(yán)格控制導(dǎo)管提升時(shí)間。

(7)嚴(yán)禁導(dǎo)管漏水或?qū)Ч艿卓谶M(jìn)水(即封不住底)而造成斷樁事故，保證施工質(zhì)量。

(8)水下灌注砼的實(shí)際樁頂標(biāo)高應(yīng)高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5～1.0 m。

(9)當(dāng)砼灌注完畢后，待樁上部混凝土開始初凝，解除對(duì)鋼筋籠固定措施，保證鋼筋籠隨著砼的收縮而收縮，避免粘結(jié)力的損失。

(10)砼澆筑完成后，應(yīng)立即對(duì)檢測(cè)管進(jìn)行檢查，若有雜物或砼進(jìn)入管內(nèi)，應(yīng)立即進(jìn)行處理，確保管道暢通。

7.2 水下砼灌注中出現(xiàn)問題的對(duì)策

7.2.1 封底失敗

由于首批砼數(shù)量過小、孔底的沉渣厚度大等原因?qū)е率着殴嘧⑷肟缀螅磳?shí)現(xiàn)水下砼封底的現(xiàn)象稱為封底失敗。封底失敗后，應(yīng)立即暫停灌注，及時(shí)對(duì)孔內(nèi)已灌注的砼進(jìn)行清理：地層穩(wěn)定性較好的，應(yīng)采取導(dǎo)管內(nèi)安裝高壓風(fēng)管進(jìn)行二次清孔的方法將已灌注的砼清理干凈，重新檢查符合規(guī)范要求后，重新開始水下砼灌注。地層穩(wěn)定性差或高壓清孔的方法不能奏效則應(yīng)及時(shí)拆除導(dǎo)管、拔除鋼筋籠，將鉆機(jī)安裝到位，將未灌注砼部分鉆孔回填，待地層沉積穩(wěn)定后用沖擊鉆清除已灌注的砼，達(dá)到孔底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，重新開始水下砼灌注。

7.2.2 卡管

因砼和易性差、砼中含有大塊骨料或受潮凝固的水泥塊、灌注砼沖擊力不足等原因?qū)е滤马殴嘧⑦^程中無法繼續(xù)進(jìn)行的現(xiàn)象統(tǒng)稱為“卡管”。

由于砼質(zhì)量造成的導(dǎo)管堵塞，可以少量(根據(jù)堵管前測(cè)量及計(jì)算的導(dǎo)管埋深結(jié)果在保證導(dǎo)管最小安全埋深確定)提升導(dǎo)管而后快速下落的方法或加大一次性灌注砼數(shù)量而后快速提升再迅速下放，以沖擊疏通導(dǎo)管的方法進(jìn)行處理。

由于砼沖擊力不足造成的，應(yīng)及時(shí)加長(zhǎng)上部導(dǎo)管的長(zhǎng)度，而后，以一次性較大量砼沖擊灌注達(dá)到疏通導(dǎo)管的目的。

采取“二次開球法”進(jìn)行處理。具體操作方法：將導(dǎo)管插入已灌注砼中0.5～0.8 m，而后按照水下封底的操作方法實(shí)施二次封底。以上幾種方法處理不能奏效應(yīng)立即停止，認(rèn)為已斷樁。

7.2.3 斷樁

由于灌注中提升導(dǎo)管失誤、砼供應(yīng)中斷(下雨、停電、機(jī)械故障等)或?qū)Ч苈┧仍驅(qū)е聦?dǎo)管中已灌注的砼與導(dǎo)管的砼隔斷，無法繼續(xù)灌注的現(xiàn)象通稱為斷樁。在灌注過程中認(rèn)定發(fā)生斷樁事故后，應(yīng)立即停止繼續(xù)灌注，并采取經(jīng)濟(jì)、可行的進(jìn)行方法處理，盡量將損失降低到最?。?/p>

已灌注砼較少時(shí)，應(yīng)立即拔出導(dǎo)管和鋼筋籠，然后一般采取沖擊鉆清除已灌注部分，再實(shí)施原位恢復(fù)。斷樁截面位置距離孔口深度不大于10 m、孔內(nèi)水可以用水泵抽干時(shí)，可采用清除樁頂不合格砼，而后澆筑“干樁”接長(zhǎng)至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。

8 樁頭鑿除

由于孔底始終有少量沉渣，這些沉渣通過首批砼沖卷至砼頂面，從而導(dǎo)致樁頭砼強(qiáng)度大大降低，在進(jìn)行地系梁施工前須將這部分砼通過人工鑿掉。鑿除樁頭砼必須采用人工手工或空壓機(jī)風(fēng)鎬鑿除，不得采用爆破或其它影響樁身質(zhì)量的方法進(jìn)行。鑿除樁頭后樁基頂部不能有殘余松散層和薄弱通層，嵌入地系梁內(nèi)的樁頭及錨固鋼筋長(zhǎng)度必須符合設(shè)計(jì)要求。

9 結(jié)束語(yǔ)

鉆孔、灌注砼都是在水下進(jìn)行的，其工程質(zhì)量只能通過科學(xué)的過程控制來保證和通過完工后的儀器檢測(cè)來確認(rèn)。因此，對(duì)作業(yè)人員的操作熟練程度和工藝水平、管理人員的指揮水平和判斷決策能力都有較高的要求。

綜上所述，在鉆孔灌注樁的施工過程中存在許多不確定因素，稍有疏忽則易出現(xiàn)質(zhì)量事故，雖然事故后期處理的方法也很多，但無論采取什么先進(jìn)的辦法進(jìn)行處理都將對(duì)工程的進(jìn)度、質(zhì)量及施工企業(yè)的信譽(yù)帶來不可忽視的影響。因此，在鉆孔灌注樁施工中必須作到每個(gè)工序嚴(yán)格按照規(guī)范操作，水下砼的灌注必須統(tǒng)一指揮、緊張而有序地進(jìn)行，提前對(duì)可能出現(xiàn)的問題制定切實(shí)有效地防范措施并進(jìn)行預(yù)演，盡最大努力杜絕事故的發(fā)生，以確保工期和工程質(zhì)量?jī)?yōu)良。