鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

李 昂

（山東航空港建設(shè)工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

鉆孔灌注樁作為高層建筑及橋梁基礎(chǔ)普遍采用的一種地基基礎(chǔ)形式，在現(xiàn)階段的施工中得到了廣泛應(yīng)用。但在施工過程中也存在工藝落后、地下隱蔽施工、質(zhì)量情況不容易直觀判斷等問題。文章從工程實踐的角度，對鉆孔灌注樁的施工技術(shù)進(jìn)行研究。

1 施工管理要點

1.1 鉆孔垂直度

鉆孔灌注樁的垂直度是保證承載能力的重要環(huán)節(jié)。鉆孔斜率超標(biāo)，會影響鋼筋籠下放入孔，同時樁的受力狀態(tài)會被改變，導(dǎo)致樁頭偏位，造成樁承載時偏心受壓，在砂土類地層中孔壁極易塌孔，沉渣不宜清除。為避免鉆孔傾斜，在鉆機(jī)就位和鉆孔過程中，要隨時注意校核鉆桿的垂直度，發(fā)現(xiàn)傾斜及時糾正。對于地基軟弱不均、巖層呈斜狀分布和土層中夾有大的孤石或其他硬物的情形，要降低鉆速。處理大孤石和堅硬巖石，采用旋挖鉆進(jìn)是有效的方法。

1.2 孔徑

在新近沉積的黏性土和粉土中鉆孔容易出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象。尤其要重視液性指數(shù)IL＞0.75呈軟塑狀態(tài)和流塑狀態(tài)的黏性土，而在IL＞1.0呈流塑狀態(tài)的淤泥質(zhì)軟土層成孔縮孔現(xiàn)象更不可避免。（1）由于孔徑小于規(guī)范要求，樁的截面縮小，承載能力降低，大大降低了樁的安全系數(shù)。（2）由于孔徑達(dá)不到要求，導(dǎo)致鋼筋籠保護(hù)層厚度不夠，樁的抗彎折能力削弱或喪失。預(yù)防的主要措施是加強(qiáng)對孔徑的檢測與控制，提高泥漿質(zhì)量，增大泥漿比重，或加入膨潤土提高黏性及稠度。

1.3 泥漿

在鉆孔灌注樁的施工中，泥漿質(zhì)量對于成孔質(zhì)量以及樁承載力的影響非常大，目前樁基施工班組缺乏對泥漿質(zhì)量和泥漿管理的重視，泥漿質(zhì)量差，對其后果造成不良影響，主要表現(xiàn)：（1）無法形成護(hù)壁泥膜，或形成的泥皮黏附力差、易于脫落，導(dǎo)致孔壁穩(wěn)定性差，在砂性土地層易于塌壁，在流塑狀黏土層則易于縮孔。（2）泥漿稠度大、比重大、含砂率高，形成的泥皮質(zhì)量差、大大降低樁的側(cè)摩阻力。（3）比重大的泥漿在鋼筋籠鋼筋上沉積黏附，導(dǎo)數(shù)鋼筋與砼握裹力降低。泥漿比重過大，使得砼水下灌注阻力增大，降低砼的流動半徑，使砼骨料大部分堆積在樁芯部位，而鋼筋籠外幾乎無骨料，樁身質(zhì)量差，樁的側(cè)摩阻力也難以發(fā)揮。有的工程計算承載力在10000kN以上，而靜載試驗不到5000kN，其中就有泥漿的影響。在空氣中坍落度為22cm、擴(kuò)散直徑為38cm的砼，在水中坍落度下降為17cm、擴(kuò)散直徑為31cm，而在比重為1.2的泥漿中，坍落度則為14cm，擴(kuò)散直徑只有27cm。因此，對泥漿質(zhì)量的控制決不是個小問題，其直接影響成樁工藝的最終質(zhì)量。

1.4 沉渣與沉淤

凡是孔底的沉積物統(tǒng)稱沉渣，沉渣是鉆孔過程中鉆機(jī)切削和孔壁塌落的巖士，主要是砂、礫石和碎巖硝等。沉淤則是比重大、稠度大的劣質(zhì)泥漿由于空孔時間過長沉淀而成的流塑狀混合物，沉淤的厚度往往大于沉渣，沉渣與沉淤均在樁底形成軟弱隔層，導(dǎo)致樁端承載力降低或喪失殆盡。沉淤的控制主要是提高泥漿質(zhì)量和減少成孔后灌注砼的間隔時間。沉渣的清除主要依靠砼灌注前的清孔。灌注前沖孔2h左右，控制好泥漿比重，沉渣短時間內(nèi)不會沉淀。此時灌注砼，砼墜落的巨大沖擊力還能濺除樁孔底部殘余的部分沉渣與沉淤，可基本上將孔底沉渣清除干凈。

1.5 砼灌注

砼灌注是最關(guān)鍵的一道工序。必須嚴(yán)格按設(shè)計強(qiáng)度配制砼，在保證砼質(zhì)量合格的前提下，導(dǎo)管法水下灌注砼質(zhì)量難以控制的主要原因包括兩個方面：（1）不能像上部結(jié)構(gòu)施工那樣逐層振搗；（2）由于導(dǎo)管埋在泥漿和砼中，砼的灌入阻力非常大，要克服很大的灌入阻力保證砼樁身質(zhì)量，必須有相當(dāng)大的沖擊力，沖擊力越大，完成每一斗砼灌注的時間越短，砼樁身越均勻。由于砼是由水泥、砂、石子配制的混合料，不同材料、不同粒徑則摩擦系數(shù)不一樣，因此僅靠靜力平衡產(chǎn)生的超壓力緩慢流淌，則易造成砼粗骨料在樁芯堆積，隨半徑增大而遞減。樁身不勻，則影響樁的抗壓強(qiáng)度。

目前最常見的水下砼灌注法的缺點主要有以下幾點：（1）在向砼大料斗投料過程中，砼的絕大多數(shù)勢能在撞擊斗壁的碰撞中損耗掉，砼料落入導(dǎo)管中不連續(xù)，無法形成較大的沖擊能量，使砼沒有足夠的力量向四周擠壓、擴(kuò)散，樁的摩阻力嚴(yán)重降低。此外，還容易使樁身不均勻。（2）砼料絕大多數(shù)要經(jīng)過反彈再落入導(dǎo)管，容易造成砼離析和堵管。（3）吊車吊鉤上下移動速度慢，無法產(chǎn)生較大的加速度，因此砼料的下落沒有足夠的壓力，造成砼料在導(dǎo)管附近堆積成鐘乳形斷面。由于不能將隔漿層水平頂升，在鐘乳形斷面塌落時容易裹入泥漿，造成夾雜泥芯。（4）由于導(dǎo)管上下移動次數(shù)過于頻繁，使得泥漿不斷沿導(dǎo)管壁摻入砼中，影響樁身砼質(zhì)量。（5）施工人員為省事、怕麻煩不做砼導(dǎo)料管的水密性閉合試驗，導(dǎo)致導(dǎo)管有漏漿現(xiàn)象。

鑒于此，施工管理中應(yīng)倡導(dǎo)使用大體積砼沖擊灌注法，與樁的初斗砼灌注一樣，每一斗灌注都是將2～3方砼在大料斗中積蓄滿量后出料口插入導(dǎo)管，打開活門一次連續(xù)沖擊灌注下去，其優(yōu)點包括以下方面：（1）勢能大，沖擊力強(qiáng)。物體的沖擊能量與質(zhì)量和速度有關(guān)，在速度相同的情況下就取決于質(zhì)量。在巨大沖力作用下，砼的向上頂升力和側(cè)向擠壓力就有了保證，樁的摩阻力和樁身砼密實性都得以提高。（2）首斗砼灌注沖力大，沉渣、沉淤被濺開，樁端與持力層能較好地結(jié)合，確保了端承力的發(fā)揮。（3）灌注時間短，樁身段骨料分布均勻，樁身段強(qiáng)度能得到保證。

但用大體積砼沖擊灌入法應(yīng)注意以下幾個問題：（1）必須注意排氣技術(shù)，防止形成氣堵，使砼料灌不下去。大斗出料口與導(dǎo)管不可用螺扣連接成一體，否則會形成氣堵。應(yīng)改為插入式連接方式，大斗出料口外徑比導(dǎo)管內(nèi)徑小2～3cm。另外還要在出料管活門的下方焊上比導(dǎo)管外徑大2～3cm的法蘭盤。（2）砼料最好通過網(wǎng)篩（網(wǎng)眼8～10cm）進(jìn)入料斗，防止夾雜大直徑塊石、水泥塊等造成卡管。（3）砼和易性要好，如砼離析，則容易在料斗下部和出料口處形成堆積，導(dǎo)致出料困難，同時也容易堵塞導(dǎo)管。（4）砼灌注時，吊車司機(jī)的配合也至關(guān)重要。當(dāng)打開活門砼料下落時，必須隨砼料的下落不斷向上提動導(dǎo)管，提動量要小，注意掌握時機(jī)。實踐證明，有經(jīng)驗的吊車司機(jī)對縮短砼的灌注時間，防止卡管、堵管事故，起相當(dāng)大的作用。（5）當(dāng)砼灌注到樁頂部位時，為了保持足夠的沖力，必須注意導(dǎo)管要留有一定的長度，一般為10m左右，灌注時及時上撥，保證高度產(chǎn)生沖力，使樁頭部分的砼質(zhì)量不至降低。此外，不可忽視大斗和導(dǎo)管的保養(yǎng)，內(nèi)壁光滑可大大減小摩擦阻力，同時也減少堵管的發(fā)生率。

在保證砼材料質(zhì)量合格的前提下，如每一斗砼灌注下去孔口返漿激如泉涌，則灌注質(zhì)量一定好，如孔口返漿弱如滲流，甚至反復(fù)升降導(dǎo)管不見泥漿返流，則灌注質(zhì)量欠佳。

2 技術(shù)問題

2.1 嵌巖深度

（1）巖石力學(xué)性狀。在確定嵌巖深度之前，應(yīng)對巖石的力學(xué)性狀有所了解，尤其是抗壓強(qiáng)度。微風(fēng)化軟質(zhì)巖如泥巖，其飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度一般在10～12MPa之間，相當(dāng)于C15～C20砼。硬質(zhì)巖如微風(fēng)化砂巖，其飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度一般在50～60MPa之間，高于C60砼。這是根據(jù)鉆探取芯試驗的結(jié)果得來的，實際上未擾動巖層的抗壓強(qiáng)度比這還要高。當(dāng)嵌巖深度設(shè)計得很深時，把強(qiáng)度高于或相當(dāng)于砼強(qiáng)度的巖層鉆空，然后灌入砼顯然是得不償失的。工程中常把強(qiáng)風(fēng)化巖層視為軟弱下臥層，即使在強(qiáng)風(fēng)化上有很厚的卵石層也不敢將樁端置于其上。此外，不論強(qiáng)風(fēng)化層有多厚也非得鉆穿，直到中微風(fēng)化為止。實際上，強(qiáng)風(fēng)化巖層本身就是低壓縮堅硬層，其承載力能達(dá)1000～1500kPa，側(cè)摩阻力能達(dá)40～50kPa，不亞于較硬的卵石層。只要樁的施工水平達(dá)到要求，其承載力相當(dāng)可觀，建議設(shè)計時應(yīng)具體情況具體分析。

（2）施工工藝水平。加大樁的嵌巖深度，主要目的是增加樁側(cè)摩阻力。要使入巖段樁的側(cè)摩阻力能充分發(fā)揮，必須使砼與巖石孔壁很密實地結(jié)合為一體，這就需要清除泥皮，目前國內(nèi)施工水平還解決不了這個問題（日本在導(dǎo)管端部外周圍安裝一環(huán)狀管，可噴射高壓水，噴射力能在2000N/cm2以上，在比重為1.2左右的泥漿中，射程在1.5m以上，此法可用來清渣、清淤和清洗孔壁），因此片面強(qiáng)調(diào)增加嵌巖深度有時效果適得其反。

（3）上覆土層力學(xué)性狀。上覆土層能提供的側(cè)摩阻力越大，樁底段承載力發(fā)揮的比例就越小，增加入巖深度也就更無意義。總之，增加嵌巖深度并不能保證承載力提高，有時適得其反。樁的承載力與成樁用時緊密相連，成孔后灌注砼間隔時間長，孔壁浸泡時間就長，不但泥皮增厚，孔壁一定范圍的土質(zhì)也會泡得松軟，無疑降低了摩阻力，使質(zhì)量事故的發(fā)生率提高。

隨嵌巖深度的增加，樁的造價也增加。粗略統(tǒng)計表明，入巖深度占樁長比例增加10%，每米樁長平均造價約增45%。

2.2 負(fù)摩阻力影響

高層建筑很多坐落在厚薄不均的新近填土上，如地下室基礎(chǔ)開挖時無法將新近填土全部挖除，設(shè)計時必須重視新近填土后期自重固結(jié)沉降對樁周側(cè)阻力負(fù)摩阻效應(yīng)影響。一般可采用強(qiáng)夯法對新近填土層進(jìn)行處理后在夯后地基上再進(jìn)行樁基施工，設(shè)計時應(yīng)對強(qiáng)夯地基影響加固深度、夯后承載力、夯后有效加固深度內(nèi)的壓縮模量提出具體要求，并通過試夯確定施工參數(shù)。

3 結(jié)束語

綜上所述，為了不斷提高建設(shè)工程鉆孔灌注樁的質(zhì)量，施工單位應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行嚴(yán)格控制并不斷進(jìn)行研究、改進(jìn)和提高：（1）對施工單位鉆孔設(shè)備鉆頭的切削性能、泥漿的處理設(shè)備等與施工效率和質(zhì)量有關(guān)的機(jī)具、儀器等都應(yīng)進(jìn)行檢查。（2）不同的施工方法其效率和質(zhì)量有很大差異，技術(shù)人員應(yīng)從施工方法著手進(jìn)行預(yù)先控制。（3）認(rèn)真研究質(zhì)量檢測設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性，如大小應(yīng)變動測的適用范圍等。檢測結(jié)果不準(zhǔn)確易引起糾紛，處理不當(dāng)會降低安全度，留下工程隱患。（4）提高和完善管理水平，應(yīng)以工序控制和事前控制為主，建立系統(tǒng)化的動態(tài)管理制度和方法。（5）樁的施工過程中要做到嚴(yán)格管理、關(guān)鍵工序要有技術(shù)人員指導(dǎo)施工，把質(zhì)量隱患消除在萌芽狀態(tài)。（6）淘汰落后的工藝和設(shè)備。當(dāng)前旋挖鉆機(jī)成孔已普遍應(yīng)用，設(shè)計人員應(yīng)在設(shè)計圖紙時明確使用旋挖鉆機(jī)成孔，限制正反循環(huán)及沖擊鉆機(jī)等落后淘汰設(shè)備的使用。