城市道路橋梁鉆孔樁灌注樁施工及其質(zhì)量問(wèn)題處理要點(diǎn)

陳君煒

(柳州高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司，廣西 柳州 545000)

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市道路橋梁工程日益增多，樁基礎(chǔ)應(yīng)用也越來(lái)越多，鉆孔灌注樁適應(yīng)于各種土層和基巖施工，具有成樁直徑和樁長(zhǎng)靈活、單樁承載力大的優(yōu)點(diǎn)，是一種很好的、值得推廣的地基加固處理方法。

1 鉆孔樁灌注樁的適用性分析

我國(guó)樁基礎(chǔ)的應(yīng)用以20世紀(jì)50年代初期為分界線，在此前以木樁為主，后逐漸被鋼筋混凝土樁和預(yù)應(yīng)力混凝土樁所取代。1963年河南安陽(yáng)修建馮宿橋，采用傳統(tǒng)打井方法，以人工轉(zhuǎn)動(dòng)磨盤的方式鉆孔，開(kāi)辟了鉆孔灌注樁先河。

鉆孔灌注樁分為人工鉆孔與機(jī)械鉆孔兩大施工方法，近幾十年來(lái)，隨著鉆孔樁設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)備、施工工藝和方法的深入研究，無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐中均趨于成熟，不同成樁方法的適用范圍不同，具體如表1所示：

表1 鉆孔灌注樁不同成樁方法的適用范圍表

鉆孔灌注樁在我國(guó)城市道路橋梁中的應(yīng)用具有諸多優(yōu)勢(shì)：(1)適用性廣，可用于陸地，也可用于水域，施工不受季節(jié)氣候影響，可施工0.3～0.6 m直徑的小樁、2～4 m直徑的樁，也可施工更大直徑的樁；(2)承載能力大，可根據(jù)需要樁長(zhǎng)、樁徑以及承載層選擇任何尺寸，切實(shí)保證樁承載力滿足要求；(3)成本相對(duì)較低，與預(yù)制樁相比，鉆孔樁有利于節(jié)省鋼材、木材，造價(jià)低；(4)環(huán)境污染小，在城市建設(shè)中，與預(yù)制樁相比，鉆孔樁對(duì)于周邊環(huán)境的影響相對(duì)較小，產(chǎn)生的噪音與濃煙較少。

2 城市道路橋梁鉆孔樁灌注樁施工工藝

城市道路橋梁鉆孔樁灌注樁施工，由于所選擇的成孔方式不一，施工地質(zhì)條件不同，相應(yīng)的施工工藝也有所差別。在施工前，需確定具體的施工工藝，作為安排施工和各工序進(jìn)度的依據(jù)，由于鉆孔樁灌注樁施工方法眾多，本文僅以正、反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆與沖擊鉆為例作具體分析：

2.1 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆

正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆基本原理如圖1所示，施工流程如圖2所示，其成樁直徑在1.8 m內(nèi)，當(dāng)成樁直徑<8 m，鉆進(jìn)成孔效果好。根據(jù)施工實(shí)踐可知，正循環(huán)自然帶渣能力偏弱，因此施工中必須重視泥漿基本指標(biāo)的控制。

1.鉆頭；2.泥漿循環(huán)方向；3.沉淀池；4.泥漿池；5.泥漿泵；6.水龍頭；7.鉆桿；8.鉆機(jī)回轉(zhuǎn)裝置圖1 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆基本原理圖

圖2 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆施工流程圖

2.2 反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆

反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆成孔按其原理可分為泵吸、氣舉、噴射(射流)反循環(huán)三種，其基本原理分別如圖3～5所示。

1.鉆桿；2鉆頭.；3.旋轉(zhuǎn)臺(tái)盤；4.液壓馬達(dá)；5.液壓泵；6.方型傳動(dòng)桿；7.砂石泵；8.吸渣軟管；9.真空柜；10.真空泵；11.真空軟管；12.冷卻水槽；13.泥漿沉淀池圖3 泵吸反循環(huán)示意圖

1.氣密式旋轉(zhuǎn)接頭；2.氣密式傳動(dòng)桿；3.氣密式鉆桿；4.噴射嘴；5.鉆錘；6.壓送膠管；7.轉(zhuǎn)盤；8.油壓泵；9.空壓機(jī)；10.壓氣膠管；11.泥漿沉淀池圖4 氣舉反循環(huán)示意圖

1.旋轉(zhuǎn)盤；2.射水；3.沉淀池 圖5 噴射反循環(huán)示意圖

反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆施工機(jī)械作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的噪音小、效率高，一般天然泥漿就可以起到保護(hù)孔壁的作用，但是在工程現(xiàn)場(chǎng)地下水位較高時(shí)，不便于施工，具體施工流程如圖6所示。在實(shí)際作業(yè)中需根據(jù)孔深、巖土條件、鉆頭的類型等合理確定鉆進(jìn)速度，保證鉆進(jìn)作業(yè)的順利完成。

圖6 反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆施工流程示意圖

2.3 沖擊鉆

沖擊鉆施工，主要是通過(guò)鋼絲繩將重錘(如：洛陽(yáng)錘)拉起，達(dá)到設(shè)計(jì)最高點(diǎn)后，放松鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)重錘的自然下落，利用沖擊的作用破碎樁底巖土，孔底巖渣在泵抽吸下排出孔外。沖擊鉆施工方法適用范圍廣，樁孔直徑最大可達(dá)2.5 m，鉆孔深度最大達(dá)100 m。沖擊鉆施工工藝流程如圖7所示，其在破碎帶有裂隙的堅(jiān)硬巖土?xí)r效果較好，能耗小，利用沖擊鉆作業(yè)而成的樁孔可能不能形成非常標(biāo)準(zhǔn)的圓形截面，在鉆進(jìn)過(guò)程中需予以注意，切實(shí)保證作業(yè)質(zhì)量。

圖7 沖擊鉆施工工藝流程示意圖

3 城市道路橋梁鉆孔樁灌注樁施工常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及其處理要點(diǎn)

3.1 鉆進(jìn)施工常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及其處理要點(diǎn)

3.1.1 鉆孔遭遇較硬巖石處理

鉆孔遭遇較硬巖石，需在第一時(shí)間查明地質(zhì)資料，應(yīng)保證樁基的長(zhǎng)度，如巖石太堅(jiān)硬不能鉆進(jìn)，則可與設(shè)計(jì)及業(yè)主、監(jiān)理工程師等相關(guān)各方協(xié)商，以支承樁或嵌巖樁對(duì)孔進(jìn)行終孔，但嵌巖深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1.2 坍孔處理

鉆孔時(shí)，若是孔壁內(nèi)水位突然上升、驟降，出渣量增加，卻不見(jiàn)進(jìn)尺，可初步判斷為坍孔，采用探測(cè)錘進(jìn)行探測(cè)。

坍孔原因分析主要有四種：泥漿性能不達(dá)標(biāo)；護(hù)筒底腳漏水；施工不當(dāng)；護(hù)筒周圍堆放重物等。一旦發(fā)生坍孔事故，必須在第一時(shí)間確定原因，并采取針對(duì)性的處理方法，如改善泥漿性能、加高水頭、深埋護(hù)筒等。

3.1.3 鉆機(jī)卡鉆、脫落鉆物處理

沖擊鉆孔時(shí)，若是新鉆錘直徑過(guò)大、遇探頭石、孔內(nèi)掉入物件等，均會(huì)導(dǎo)致卡鉆等事故的出現(xiàn)，具體處理方法為：

(1)卡鉆嚴(yán)禁強(qiáng)提，可以小錘沖擊等方式松動(dòng)鉆渣，及時(shí)打撈掉落鉆物，擱置時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，防止出現(xiàn)坍孔事故；

(2)若是鉆錘無(wú)法打撈，則必須與各參建單位共同研究終孔、重新開(kāi)孔方案。

3.2 灌注施工常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及其處理要點(diǎn)

3.2.1 導(dǎo)管進(jìn)水

(1)初灌導(dǎo)管進(jìn)水：主要原因有首批混凝土儲(chǔ)量不足、導(dǎo)管底口與孔底相距過(guò)大等。對(duì)此需提出導(dǎo)管，吸出散落在孔底的混凝土，若是需要?jiǎng)t提出鋼筋籠，復(fù)鉆清孔，重新灌注。

(2)中期導(dǎo)管進(jìn)水：主要原因有導(dǎo)管接頭不嚴(yán)、導(dǎo)管提升過(guò)猛、導(dǎo)管底口超出原混凝土面等，對(duì)此需拔換原管重新下新管，抽干新管內(nèi)泥水后，方可繼續(xù)灌注。

3.2.2 塞管

(1)初灌導(dǎo)管堵塞：主要原因有隔水栓卡管、混凝土坍落度過(guò)小等，對(duì)此需采用長(zhǎng)桿沖搗管內(nèi)混凝土，抖動(dòng)吊繩或提升迅速下落振沖。若是采取上述方法后混凝土依舊無(wú)法下落，則需重新吊裝導(dǎo)管、灌注。

(2)中期導(dǎo)管堵塞：此時(shí)孔內(nèi)混凝土已初凝，需拔出導(dǎo)管，重新鉆孔成樁。

3.2.3 埋管

埋管事故出現(xiàn)的主要原因有導(dǎo)管埋深過(guò)大、導(dǎo)管內(nèi)外混凝土已初凝、提管過(guò)猛等。

(1)預(yù)防措施：嚴(yán)格控制埋管深度，以6～8 m為宜，或是三節(jié)管長(zhǎng)以內(nèi)；在導(dǎo)管上安裝附著式振動(dòng)器，防止混凝土過(guò)早初凝；首批混凝土摻入緩凝劑；控制好提升導(dǎo)管的力度，不得過(guò)猛。

(2)處理措施：初時(shí)可以滑車、千斤頂試拔，若無(wú)法拔出，凡并非混凝土初凝所致的情況，均可派潛水工在水下將導(dǎo)管齊混凝土面切斷，重新下導(dǎo)管灌注，上下斷層間做好補(bǔ)強(qiáng)。

3.2.4 樁身夾泥斷樁

此種事故基本為上述各種情況引發(fā)的次生結(jié)果，對(duì)于樁身夾泥斷樁，需開(kāi)展深入探查，明確實(shí)際情況，做好壓漿補(bǔ)強(qiáng)等處理工作。

4 實(shí)例探析

4.1 工程概況

本文以桂梧高速公路賀州連線城市景觀大道為例展開(kāi)分析。此道路為改造工程，由一級(jí)路改建為城市主干道。在原高速路中，設(shè)有1座6×20 m大橋跨越沙田河，改造方案如下：保留現(xiàn)狀大橋?yàn)橹鬈嚨?，兩?cè)各增1座大橋作為輔道、人行道。新建大橋跨徑6×20 m，每幅橋?qū)?2.25 m，橋長(zhǎng)126.04 m，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)結(jié)構(gòu)，橋臺(tái)采用埋置式臺(tái)，柱式墩、樁基礎(chǔ)。

4.2 鉆孔樁灌注樁施工工藝

4.2.1 施工流程

本工程鉆孔樁灌注樁采用沖擊鉆方法，具體施工工藝流程如下頁(yè)圖8所示。

圖8 鉆孔樁灌注樁施工工藝流程圖

4.2.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

4.2.2.1 施工準(zhǔn)備

施工前需做好以下準(zhǔn)備工作：搭設(shè)鋼棧橋；護(hù)筒制作、樁位放樣、護(hù)筒埋設(shè)；泥漿制備，鉆機(jī)就位，底部墊平，本工程施工機(jī)械設(shè)備如下頁(yè)表2所示；做好班組人員的技術(shù)安全交底工作。

表2 施工機(jī)械設(shè)備表

4.2.2.2 鉆進(jìn)

鉆機(jī)安裝就位后，啟動(dòng)泥漿泵、鉆機(jī)，開(kāi)始鉆孔。

樁基護(hù)筒底腳下2～4 m為河床表面較松散，可以濃泥漿小沖程、高頻率反復(fù)沖砸，保證孔壁牢固；砂、卵石夾土等松散層鉆進(jìn)，可按1∶1投黏土、小片石，以小沖程反復(fù)沖擊。

若是在鉆進(jìn)時(shí)，遭遇流砂，可適當(dāng)增加黏土比例，確?？妆诶喂?；遭遇漂石或巖層，可投黏土、小片石，表面墊平后以十字形鉆錐沖擊。鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)經(jīng)常檢查孔位、孔形、孔傾斜度，及時(shí)糾偏。按時(shí)檢查泥漿指標(biāo)，鉆進(jìn)過(guò)程泥漿性能要求如表3所示。

表3 泥漿性能指標(biāo)表

4.2.2.3 鉆進(jìn)過(guò)程排渣以及清孔

樁基采用泥漿泵配合排渣清孔，清孔排渣時(shí)注意孔內(nèi)原有水頭，防止坍孔；清孔后，從孔口、孔中部、孔底提出泥漿平均值應(yīng)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2.2.4 鋼筋籠制作、安裝、下放

鋼筋籠在鋼筋加工場(chǎng)加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝，以一輛25 t吊車吊裝入孔。鋼筋籠分三節(jié)制作，第一節(jié)入孔后，掛于施工平臺(tái)上，吊車吊起第二節(jié)鋼筋籠進(jìn)行接長(zhǎng)，接長(zhǎng)完畢后整體下放入孔；如此反復(fù)，完成第二、三節(jié)的鋼筋籠接長(zhǎng)及下放。由于是水上平臺(tái)施工，考慮到鋼筋籠的定位，在完成第二、三節(jié)鋼筋籠下放，需要加接一節(jié)鋼筋籠吊環(huán)下放，完成后整體固定在施工平臺(tái)上。同一節(jié)內(nèi)鋼筋籠接長(zhǎng)以直螺紋套筒連接，節(jié)與節(jié)之間采用雙面搭接焊連接，焊縫的質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)范要求。

4.2.2.5 安裝導(dǎo)管

擬準(zhǔn)備φ250 mm快速接頭導(dǎo)管30節(jié)，每節(jié)2.7 m，準(zhǔn)備1個(gè)容積6.0 m3的漏斗。導(dǎo)管安裝前進(jìn)行水密承壓、接頭抗拉試驗(yàn)；導(dǎo)管事先編好順序，每次使用均檢查安全螺釘、橡膠墊圈、拆裝工具等，必要時(shí)再做充水試驗(yàn)。

4.2.2.6 二次清孔

鋼筋籠、導(dǎo)管安裝，易致孔底沉渣超標(biāo)，在灌注水下混凝土前需對(duì)泥漿各項(xiàng)指標(biāo)加以檢查，若是不達(dá)標(biāo)，則需進(jìn)行二次清孔，采用導(dǎo)管法，利用導(dǎo)管上口壓入合格泥漿，置換孔底沉渣，各項(xiàng)指標(biāo)檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)后，調(diào)整導(dǎo)管高度，開(kāi)始水下混凝土灌注施工。

4.2.2.7 灌注水下混凝土

本橋C30水下混凝土設(shè)計(jì)坍落度為180～220 mm，理論配合比為：水泥(P.042.5)∶砂(0～4.75 mm)∶碎石(4.75～31.5 mm)∶水∶減水劑∶粉煤灰=375 kg∶822 kg∶945 kg∶190 kg∶9.135 kg∶60 kg。

采用直升導(dǎo)管法灌注水下混凝土，混凝土灌注導(dǎo)管采用內(nèi)徑φ250 mm型快速接頭導(dǎo)管，首批混凝土灌注前應(yīng)檢查導(dǎo)管底口至孔底間的距離，控制在35～45 cm，灌入首批混凝土后使導(dǎo)管在混凝土內(nèi)埋深至少1 m。灌注開(kāi)始后，應(yīng)緊湊、連續(xù)進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停工；灌注快結(jié)束時(shí)，核對(duì)混凝土灌入數(shù)量，確定灌注高度。

4.2.2.8 鑿除樁頭

當(dāng)樁頭處于深水中時(shí)，可在混凝土終凝前用射水法沖松混凝土，如圖9，在混凝土終凝前插入射水管，射水管下端焊有一菱形鋼板，下端封閉，再在射水管下端焊一根與鋼管成45°的出水管，射水管中通水把混凝土沖松，使射水口以上混凝土集料與水泥砂漿分離，拔出射水管，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上，清除松動(dòng)的混凝土，設(shè)計(jì)樁頂以上50 cm混凝土待終凝后用風(fēng)鎬鑿除。

1.樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高；2.三角架；3.輸水管；4.推鉗；5.樁基工作平臺(tái)；6.高壓水泵；7.護(hù)筒 圖9 射水沖松樁頭混凝土示意圖(cm)

沒(méi)有上述設(shè)備時(shí)，可在水中圍堰搭設(shè)完畢后，把圍堰內(nèi)的水抽干，用風(fēng)鎬鑿除。

4.2.2.9 樁基檢測(cè)

澆筑樁基之前預(yù)埋檢測(cè)管，對(duì)于所有成樁在達(dá)到檢測(cè)日期時(shí)必須進(jìn)行檢查和檢測(cè)，必要時(shí)可進(jìn)行抽芯取樣直接檢測(cè)，其質(zhì)量必須嚴(yán)格符合施工規(guī)范和檢查標(biāo)準(zhǔn)的要求。檢測(cè)方法采用超聲波檢測(cè)。

4.3 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量保證措施

(1)施工開(kāi)始前，落實(shí)好技術(shù)交底工作，熟悉設(shè)計(jì)圖紙、施工工藝、質(zhì)量要求等。

(2)放樣準(zhǔn)確，鋼棧橋穩(wěn)固。

(3)鋼筋電焊工、機(jī)械工需持證上崗。

(4)原材料經(jīng)檢驗(yàn)合格方可投入使用，確保材料質(zhì)量滿足要求。

(5)鉆孔施工中必須檢孔，一旦發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正。

(6)樁底必須支撐在設(shè)計(jì)要求的持力層上，每樁做好隱蔽檢查。

(7)鉆孔時(shí)密切觀察土層、巖層變化，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，質(zhì)量檢驗(yàn)程序圖如圖10所示。

圖10 質(zhì)量檢驗(yàn)程序圖

5 結(jié)語(yǔ)

目前在我國(guó)城市橋梁工程建設(shè)中，鉆孔灌注樁已經(jīng)成為了主要樁型，應(yīng)用廣泛。在實(shí)際橋梁樁基施工中，合理的施工工藝是保證工程質(zhì)量的前提，因此必須合理選擇成樁方法，合理確定施工流程，落實(shí)好每道工序，明確施工中易出現(xiàn)的事故及其預(yù)防、處理方法，切實(shí)保證樁基質(zhì)量滿足要求，為后續(xù)作業(yè)奠定良好基礎(chǔ)。