鉆孔灌注樁施工工藝及質(zhì)量控制

李 鵬 俊

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

近年來(lái)，隨著大量多跨度連續(xù)梁的建設(shè)，作為其基礎(chǔ)承力普遍采用的一種形式即為鉆孔灌注樁，其在現(xiàn)階段的施工中得到了廣泛的應(yīng)用。但在其施工過(guò)程中，因工藝落后、地下施工、情況不明等原因存在著較多問(wèn)題。鉆孔灌注樁是民用和工業(yè)建筑廣泛應(yīng)用的一種基礎(chǔ)形式，具有適應(yīng)性強(qiáng)、施工操作簡(jiǎn)單、設(shè)備投入不大等優(yōu)點(diǎn)，但因鉆孔灌注樁的施工大部分是在地面以下進(jìn)行，其施工過(guò)程無(wú)法直接觀察，成樁后亦不能進(jìn)行直接開(kāi)挖驗(yàn)收，但其又是最容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的一種基礎(chǔ)形式，因此，分析鉆孔灌注樁在施工過(guò)程中可能發(fā)生的事故，進(jìn)行必要的防范是保證鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量，確保基礎(chǔ)工程安全的重要措施。根據(jù)鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)和施工工藝，筆者分析了鉆孔灌注樁施工過(guò)程中存在的幾種質(zhì)量問(wèn)題以及所采用的相應(yīng)的防范措施。

2 鉆孔灌注樁的施工工藝要點(diǎn)

2.1 泥漿制備

在施工現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)配置泥漿制備池和用于回收的儲(chǔ)備池，其池體本身應(yīng)具有較高的防滲能力，通常情況下，泥漿池的容積應(yīng)保持在鉆孔體積的1.5～2倍。泥漿制備過(guò)程中要使用專業(yè)的設(shè)備：一種為泥漿制備用的攪拌機(jī)，另一種為水力攪拌器。前者的處理對(duì)象通常為膨潤(rùn)土，后者的處理對(duì)象通常為黏土粉造漿。通常采用的泥漿制作方案為：采用膨潤(rùn)土+CMC制漿，其能在施工作業(yè)過(guò)程中有效固結(jié)土層的孔壁[1]。

2.2 成孔作業(yè)

(1)護(hù)筒埋設(shè)。護(hù)筒采用不小于 10 mm厚的鋼護(hù)筒，其內(nèi)徑宜大于鉆頭直徑 100～300 mm，高度不宜小于2 m，埋置深度不宜小于1.5 m，護(hù)筒頂端高出地面的部分不宜小于 0.5 m。護(hù)筒埋設(shè)時(shí)，應(yīng)確保筒的中心與樁中心的偏差不大于 50 mm; 護(hù)筒就位后，應(yīng)在護(hù)筒四周對(duì)稱、均勻地回填較好的土體并分層夯實(shí)。

(2)鉆進(jìn)成孔。鉆機(jī)就位前，應(yīng)對(duì)鉆機(jī)性能進(jìn)行再次檢查，看鉆頭配備、磨損度、鉆頭直徑是否滿足施工方案要求；鉆機(jī)就位后，應(yīng)確保鉆桿、護(hù)筒中心線、回旋盤中心線、樁基中心線保持在同一直線上，只有這樣，才能夠保證鉆孔的垂直度。施工期間，可能存在相同的設(shè)備、不同的操作人員導(dǎo)致有的孔塌孔，因此，在現(xiàn)場(chǎng)一定要對(duì)未塌孔的操作進(jìn)行總結(jié)。經(jīng)驗(yàn)表明：鉆進(jìn)速度、升降鉆頭和泥漿黏度起決定性因素。由于施工場(chǎng)地中各區(qū)域地質(zhì)情況有差異，因此，對(duì)新的場(chǎng)地有必要進(jìn)行試鉆孔并規(guī)范鉆機(jī)操作標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)泥漿液面高度、黏度、比重等。在重視現(xiàn)場(chǎng)管理后，可以有效地解決塌孔問(wèn)題，加快鉆進(jìn)速度，確保成孔質(zhì)量和成孔效率。

2.3 清 孔[2]

在鉆孔達(dá)到圖紙規(guī)定的深度且成孔質(zhì)量符合圖紙要求并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后應(yīng)立即進(jìn)行清孔。清孔時(shí)，孔內(nèi)水位應(yīng)保持在地下水位或河流水位以上1.5～2 m，以防止鉆孔塌陷。清孔時(shí)，應(yīng)將附著于護(hù)筒壁的泥漿清洗干凈，并將孔底鉆渣及泥砂等沉淀物清除。清孔次數(shù)按圖紙要求和清孔后孔底鉆渣沉淀厚度符合圖紙規(guī)定值為前提進(jìn)行，大橋基礎(chǔ)鉆孔后一般需進(jìn)行兩次清孔。清孔后孔底沉淀物厚度應(yīng)按圖紙規(guī)定值進(jìn)行檢查，如圖紙無(wú)規(guī)定時(shí)，對(duì)于直徑等于或小于1.5 m的摩擦樁，其沉淀厚度應(yīng)等于或小于300 mm；當(dāng)樁徑大于1.5 m或樁長(zhǎng)大于40 m或土質(zhì)較差的摩擦樁的沉淀厚度應(yīng)等于或小于500 mm，支承樁的沉淀厚度應(yīng)符合圖紙規(guī)定。嵌巖樁的沉淀厚度應(yīng)滿足圖紙要求且不得大于50 mm，不得采用加深孔底深度的方式代替清孔。鋼筋籠、導(dǎo)管下設(shè)完畢應(yīng)二次清孔，可采用常規(guī)換漿正循環(huán)、泵吸和氣舉反循環(huán)清孔或正反循環(huán)組合清孔，清孔達(dá)到規(guī)范要求后停泵30 min后再測(cè)量孔底沉渣及泥漿中的含砂率等性能指標(biāo)，若達(dá)到要求即可進(jìn)入下道工序，否則需再次清孔?？椎壮猎穸纫蟆?50 mm。

2.4 鋼筋籠的吊裝和混凝土澆筑

在鋼筋籠吊裝過(guò)程中，應(yīng)防止鋼筋籠對(duì)孔壁碰撞，以免造成塌孔或增加清渣工作量。對(duì)樁長(zhǎng)較長(zhǎng)的樁基應(yīng)采用分段吊裝和連接，吊裝完的部分鋼筋籠應(yīng)采取防止偏移的措施，正常的操作是采用鋼梁或在鋼筋上增設(shè)加固筋，將其固定于鋼護(hù)筒上，安裝過(guò)程中確保鋼筋籠與樁中心重合。 澆筑混凝土前應(yīng)對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行試壓試驗(yàn)，試水壓力宜為0.6～1 MPa，導(dǎo)管接頭宜采用雙螺紋方扣快速接頭，導(dǎo)管直徑不小于250 mm，壁厚不宜小于3 mm。

3 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制措施[3]

3.1 塌孔的控制

鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)的鉆進(jìn)速度過(guò)快、砂層泥漿護(hù)壁強(qiáng)度不夠、清孔時(shí)出現(xiàn)孔底負(fù)壓等原因造成的塌孔可以采取以下措施進(jìn)行控制：

(1)在填土層，采用埋深鋼護(hù)筒，提高泥漿的比重和黏度的方式；(2)施鉆砂層、圓礫層時(shí)，降低鉆進(jìn)和鉆斗的升降速度，提高泥漿的比重和黏度，觀察前后兩斗的出渣量和出渣速度，判定其是否存在塌孔，若出現(xiàn)變化，及時(shí)調(diào)整泥漿的比重和黏度，對(duì)塌孔段進(jìn)行慢速掃孔；(3)二次清孔時(shí)，孔底再次出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，由于樁長(zhǎng)均較長(zhǎng)，泥漿補(bǔ)充不及時(shí)形成水頭差和泥漿對(duì)孔壁的沖刷，砂層、圓礫層均存在塌孔，對(duì)此可以采取以下措施：(1)降 低泵吸力，加大泥漿泵功率并及時(shí)補(bǔ)充泥漿；(2)采用正循環(huán)清孔。鉆孔過(guò)程中，除了復(fù)核鉆桿是不彎曲的外，還需根據(jù)不同地層采用不同的鉆進(jìn)速度、調(diào)配不同的泥漿[4]。在鋼筋籠吊裝時(shí)，防止其變形，安放時(shí)避免碰撞孔壁，盡可能地縮短鋼筋籠的接長(zhǎng)時(shí)間，二次清孔后，按規(guī)范檢查合格后及時(shí)灌注混凝土。為了預(yù)防孔壁坍塌、廢樁事故，施工人員應(yīng)當(dāng)用吊車吊起鋼筋籠或探孔器，垂直、穩(wěn)定地將其吊放到鉆孔內(nèi)，以免碰壞孔壁。應(yīng)當(dāng)注意的是：用于孔口固定吊筋的橫擔(dān)不能直接放在護(hù)筒上，而應(yīng)放在枕木上，否則會(huì)導(dǎo)致護(hù)筒傾斜，進(jìn)而導(dǎo)致孔壁坍塌。此外，泥漿的密度、pH 值、黏度、含砂率不合格也會(huì)導(dǎo)致孔壁坍塌或鉆孔縮頸，故應(yīng)每2 h 檢測(cè)一次。泥漿面亦應(yīng)始終不低于護(hù)筒底部，進(jìn)而保持孔壁穩(wěn)定。

3.2 沉渣的控制

孔底沉渣的厚度決定著灌注樁底部強(qiáng)度和樁基沉降，影響到整體建筑的結(jié)構(gòu)安全，因此，沉渣控制是工程建設(shè)重要的工序，沉渣量必須小于規(guī)范要求。沉渣過(guò)厚，其主要原因是清孔不干凈或未進(jìn)行二次清孔；泥漿性能如泥漿比重、含砂層等不符合要求 ；清孔后，準(zhǔn)備灌注時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，致使泥漿沉積。針對(duì)上述狀況可以采取以下措施進(jìn)行處理 ：(1)泥漿的調(diào)配和檢查由專人管理，定時(shí)檢查，特別是清孔時(shí)需確保泥漿沉淀時(shí)間足夠，含砂率小于4%，泥漿比重為1.15～1.2，并對(duì)清孔中出現(xiàn)的問(wèn)題、時(shí)間、次數(shù)和清孔后停歇的時(shí)間進(jìn)行記錄，以免出現(xiàn)未進(jìn)行二次鉆孔或清孔后停歇時(shí)間過(guò)大造成泥漿沉積 ；(2)縮短鋼筋籠的安裝時(shí)間，加快混凝土灌注速度，導(dǎo)管底部盡量伸至孔底 30～50 mm，保證有足夠的混凝土初灌量， 確保導(dǎo)管下口一次埋入混凝土灌注面以下不少于0.8 m，利用混凝土的沖動(dòng)力清除孔底沉渣；(3)預(yù)埋樁底注漿預(yù)埋管，對(duì)樁基灌注完后，對(duì)樁底進(jìn)行后注漿補(bǔ)強(qiáng)。

3.3 導(dǎo)管進(jìn)水、堵塞的控制

除成孔質(zhì)量外，澆筑水下混凝土是樁基的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)管的控制決定著混凝土澆筑的成敗。導(dǎo)管進(jìn)水和堵塞的控制是導(dǎo)管控制的重要環(huán)節(jié)。導(dǎo)管進(jìn)水的主要原因：操作不當(dāng)導(dǎo)致管底進(jìn)水，導(dǎo)管自缺陷或接頭未旋緊導(dǎo)致導(dǎo)管周邊進(jìn)水。導(dǎo)管底進(jìn)水分初灌導(dǎo)管進(jìn)水和提升導(dǎo)管過(guò)程進(jìn)水。其處理方法為：(1)立即將導(dǎo)管拔出，采用泥石泵將孔底的混凝土拌和物吸出，若無(wú)法清理或清孔達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)，需拔出鋼筋籠復(fù)鉆清孔，再重新按新孔操作，同時(shí)必須計(jì)算出初灌混凝土量，并保證儲(chǔ)備量不小于計(jì)算量，嚴(yán)格控制操作工 藝，重新灌注；(2)及時(shí)將導(dǎo)管打入原灌注混凝土面以下且深度不小于 2 m，然后采用泥石泵將孔底的混凝土拌和物吸出。由于泵吸無(wú)法完全將導(dǎo)管內(nèi)的水全部抽干，續(xù)灌的混凝土配合比應(yīng)增加水泥量，適當(dāng)提高稠度后重新灌注。重新灌注前，對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行敲撞或掛振搗器予以震動(dòng)片刻，使原混凝土損失的流 動(dòng)性得以彌補(bǔ)并做好施工記錄，需對(duì)該樁進(jìn)行樁身質(zhì)量檢測(cè)以確保質(zhì)量。對(duì)于導(dǎo)管自缺陷或接頭未旋緊而導(dǎo)致的導(dǎo)管周邊進(jìn)水，應(yīng)加強(qiáng)導(dǎo)管安裝前的檢查，灌注混凝土采用錘擊導(dǎo)管的方式以避免導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣體，出現(xiàn)進(jìn)水的處理可參照提升導(dǎo)管過(guò)程進(jìn)水的處理辦法。導(dǎo)管堵塞的原因：初灌時(shí)隔水栓卡管；混凝土粒徑過(guò)大、塌落度小、流動(dòng)性差、攪拌不均勻，以及運(yùn)輸途中產(chǎn)生離析，澆筑混凝土?xí)r導(dǎo)管進(jìn)水，導(dǎo)致水泥漿流失 ；混凝土灌注不連續(xù)，管內(nèi)混凝土已產(chǎn)生初凝。對(duì)于隔水栓卡管可以采用長(zhǎng)桿沖搗管內(nèi)混凝土的方式，或在導(dǎo)管上安裝附著式振搗器。對(duì)于混凝土造成的堵塞，應(yīng)加強(qiáng)灌注前混凝土的抽樣檢查，嚴(yán)禁使用塌落度低、石子粒徑過(guò)大、離析等問(wèn)題的混凝土進(jìn)行灌注，以確?；炷凉嘧⒌倪B續(xù)性。導(dǎo)管堵塞后，若原灌注混凝土表面尚未初凝，可將堵塞導(dǎo)管拔出，用新導(dǎo)管插入原灌注混凝土內(nèi)且深度不小于2 m，用泥石泵將新導(dǎo)管內(nèi)的水抽出，再用圓桿接長(zhǎng)的小撈砂筒清理殘余渣土，然后在新導(dǎo)管內(nèi)繼續(xù)灌注。當(dāng)灌注停歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、孔內(nèi)混凝土已經(jīng)初凝時(shí)，應(yīng)將導(dǎo)管拔出，用較小鉆頭將鋼筋籠內(nèi)的混凝土鉆挖吸出，再使用鉆架或起重設(shè)備將鋼筋籠拔出，然后回填、重新鉆孔成樁。

3.4 成孔傾斜質(zhì)量事故的控制

在鉆孔灌注樁施工過(guò)程中，要求成孔盡可能垂直。因此，應(yīng)采取一些有效措施，預(yù)防成孔傾斜事故的發(fā)生。第一，鉆機(jī)安裝過(guò)程中，應(yīng)保證鉆機(jī)底座平穩(wěn)，控制好鉆機(jī)頭鉆桿的垂直度、機(jī)架平臺(tái)的水平度，盡量保持鉆機(jī)頂部、鉆盤中心、護(hù)筒處于一條鉛垂線上，偏差不得超過(guò) 2 cm。如果鉆機(jī)設(shè)備較重(比如 GPS-10 鉆孔樁機(jī))，就應(yīng)考慮不要破除樁位及擴(kuò)大面積以外的混凝土路面，以免鉆機(jī)傾斜鉆出傾斜的孔；第二，確保鉆孔深度準(zhǔn)確。如使用旋挖鉆，一定要在鉆進(jìn)前仔細(xì)測(cè)量鉆頭的長(zhǎng)度，在鉆桿上標(biāo)識(shí)編號(hào)，記錄各節(jié)鉆桿的長(zhǎng)度，并在鉆進(jìn)中下放時(shí)復(fù)核； 第三，鉆機(jī)就位后應(yīng)及時(shí)復(fù)測(cè)鉆機(jī)平臺(tái)、護(hù)筒的頂標(biāo)高，以便此后測(cè)量孔深與沉渣厚度； 第四，正式鉆進(jìn)之前，鉆機(jī)應(yīng)先試鉆，檢驗(yàn)合格后再正式鉆進(jìn)； 第五，在軟硬土層交界面鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)調(diào)低鉆速、鉆壓，必要時(shí)還要加設(shè)鉆桿扶正器。常規(guī)技術(shù)參數(shù)：粉性土與黏性土：鉆壓為10～25 kPa、轉(zhuǎn)速為40～70 r/min、泵量為30～50 m3/h；砂土：鉆壓為5～15 kPa、轉(zhuǎn)速為40 r/min、泵量為30～ 50 m3/h； 第六，成孔后應(yīng)檢測(cè)孔斜、孔徑、 孔深，待其合格后方可進(jìn)入下一道工序。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，為了不斷提高建設(shè)工程中鉆孔灌

注樁的質(zhì)量，盡管鉆孔灌注樁施工中常出現(xiàn)一些施工質(zhì)量、安全事故，但現(xiàn)在的操作技術(shù)規(guī)程、工人對(duì)該工藝的熟悉掌握程度都已經(jīng)比較成熟，施工單位對(duì)于該工藝出現(xiàn)的各種施工質(zhì)量事故都有一套比較完善的預(yù)防、處理措施，可以做到遇事不慌、有章可循、有針對(duì)性地進(jìn)行處理，因此，鉆孔灌注樁施工是成熟、可靠、安全的。在成孔、灌注混凝土過(guò)程中做好塌孔、沉渣、灌注導(dǎo)管的管控等關(guān)鍵工序的控制，有效地保證工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本的要求[5]。施工人員還需認(rèn)真掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，自覺(jué)實(shí)踐，一絲不茍，恪盡職守，認(rèn)真總結(jié)，正確應(yīng)用有關(guān)規(guī)范;熟悉地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)圖紙、相關(guān)文件及各項(xiàng)技術(shù)要求;不斷提高自身的業(yè)務(wù)素質(zhì)和技術(shù)水平，抓好施工準(zhǔn)備、成孔、清孔、水下混凝土灌注等各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，采取各種有效措施，保障灌注樁的成樁質(zhì)量。