淺談鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制及一鉆成孔工藝

張兵兵

（甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000）

1 鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制

1.1 施工準(zhǔn)備

（1）放線。鉆孔灌注樁施工中樁位的確定是十分重要的，施工前必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件準(zhǔn)確測量并確定每根樁的位置，誤差不應(yīng)超過20 mm。

（2）混凝土配合比。鉆孔灌注樁砼的強(qiáng)度等級通常采用C30的強(qiáng)度等級，施工前首先要按設(shè)計(jì)要求確定砼理論配合比，由于施工時，原材料的含泥量與含水量等指標(biāo)在不確定因素影響下經(jīng)常發(fā)生變化，因此施工時要進(jìn)一步對理論配合比進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的配合比作為施工配合比來指導(dǎo)施工。

（3）施工機(jī)具。選擇合適的施工機(jī)具是實(shí)現(xiàn)鉆孔灌注樁質(zhì)量控制的關(guān)鍵。泥漿循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔灌注樁的施工機(jī)具主要包括成孔的鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭、泥漿循環(huán)設(shè)備、料斗、隔水塞、泵送設(shè)備等。

鉆機(jī)的選擇應(yīng)視灌注樁的樁徑大小、樁身長度等來確定。樁徑越大樁身越長要求選擇功率較大的鉆機(jī)，同時鉆桿也不宜過細(xì)，應(yīng)滿足鉆進(jìn)時扭矩的要求，以避免鉆桿彎曲造成孔斜等事故。鉆頭的直徑一般比設(shè)計(jì)樁徑小5 -6 cm，其形狀應(yīng)對稱，錐尖夾角不應(yīng)過小。灌注用導(dǎo)管的基本要求是滿足砼的灌注量，同時滿足樁徑與鋼筋籠直徑的要求，接頭密閉，不漏水不漏氣。每節(jié)導(dǎo)管長度一般3.5 m，為方便施工，應(yīng)配備一些短節(jié)導(dǎo)管，如0.5 m、1.0m、1.5 m等不同長度，導(dǎo)管外徑應(yīng)比鋼筋籠內(nèi)徑小10cm以上，以滿足灌注混凝土的要求，并避免提升導(dǎo)管對鉤帶鋼筋籠。

1.2 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)就位時應(yīng)按經(jīng)測量放線所確定的樁位進(jìn)行，首先應(yīng)對鉆機(jī)本身進(jìn)行調(diào)平找正，使得天車、轉(zhuǎn)盤、護(hù)筒中心三點(diǎn)成一垂線；其次用測錘校驗(yàn)鉆機(jī)所就位置是否滿足樁位的要求，鉆機(jī)回轉(zhuǎn)盤中心與樁位中心誤差應(yīng)控制在20 mm之內(nèi)。另外，鉆機(jī)的安裝必須保持水平穩(wěn)固，以保證成樁的垂直度和樁位偏差符合要求。

1.3 泥漿選揮

實(shí)踐證明，泥漿的選擇是保證泥漿循環(huán)鉆進(jìn)成孔灌注樁施工質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)，必須嚴(yán)格控制。泥漿一般采用水、粘土或膨潤土和添加劑制成，施工時應(yīng)經(jīng)常檢測泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)，尤其是比重和粘度這兩項(xiàng)最直觀最重要的指標(biāo)，泥漿比重過大會影響鉆進(jìn)速度，泥漿比重過小又會降低泥漿攜帶孔內(nèi)沉渣及泥塊的功效，同時護(hù)壁性能也會降低，容易造成鉆孔坍塌或漏水等事故。一般情況下，注入孔口的泥漿比重≤1.15，漏斗粘度18″~22″，排出孔口的泥漿比重≤1.30，漏斗粘度20″~ 26″。

1.4 成孔

成孔過程中主要應(yīng)加強(qiáng)以下幾個方面的控制：

（1）在其他條件允許的情況下，鉆進(jìn)速度要快。相比之下，灌注樁的施工時間越短，質(zhì)量越容易控制，但在開孔鉆進(jìn)時，要輕壓、慢轉(zhuǎn)，以防止發(fā)生孔斜。另外在淤泥質(zhì)土層鉆進(jìn)時速度也不宜過快，以防止形成螺旋形孔或發(fā)生縮徑現(xiàn)象。

（2）鉆進(jìn)過程中泥漿循環(huán)量應(yīng)根據(jù)地層和鉆進(jìn)速度加以調(diào)整，若鉆進(jìn)速度加快，則必須加大泥漿循環(huán)泵量，以排除孔內(nèi)泥塊沉渣。但在松軟易坍塌地層中鉆進(jìn)時泵量不宜過大，否則會造成鉆孔坍塌或超徑現(xiàn)象。

（3）終孔時，應(yīng)對樁孔的孔徑、孔深、垂直度等進(jìn)行檢測，符合要求時方能終孔，否則須按要求進(jìn)行解決處理。

1.5 清孔

施工時，通常采用兩次清孔來達(dá)到砼灌注的要求：

在樁孔達(dá)到終孔要求后，采用鉆具進(jìn)行第一次清孔，排除孔內(nèi)泥塊沉渣，并使泥漿密度降低至規(guī)定要求。在鋼筋籠和砼灌注導(dǎo)管安裝完畢后要進(jìn)行第二次清孔，排除孔內(nèi)泥塊沉渣，使泥漿密度降低至規(guī)定要求。并使實(shí)際孔深與清空后測量孔深之差亦即沉淤厚度符合要求，一般要求沉淤厚度≤10cm。每次清孔時泵量不應(yīng)過大，以能排除孔內(nèi)泥塊沉渣為宜，避免由于泥漿泵量過大造成孔壁不穩(wěn)定，發(fā)生坍塌等事故。

1.6 鋼筋籠制作及安裝

鋼筋籠的制作及安裝的技術(shù)要求主要有：

（1）鋼筋籠直徑應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，允許偏差±10mm。

（2）每節(jié)長度不宜超過9m，也不宜短于5m，以利于孔口焊接質(zhì)量及焊接速度。

（3）當(dāng)使用法蘭接頭導(dǎo)管時，最下面一節(jié)鋼筋籠的底端應(yīng)使主筋向外張開，以免提升導(dǎo)管時鉤帶鋼筋籠，造成鋼筋籠上浮。

（4）上、下兩節(jié)鋼筋籠進(jìn)行孔口焊接時應(yīng)保持垂直狀態(tài)，各主筋位置應(yīng)校正對準(zhǔn)，主筋搭接長度應(yīng)符合規(guī)定要求。

（5）鋼筋籠下入孔內(nèi)過程中速度應(yīng)適宜，以避免其與孔壁發(fā)生碰撞造成孔壁坍塌或使鋼筋籠變形，影響成樁質(zhì)量。

1.7 導(dǎo)管安裝

（1）所選用導(dǎo)管外徑應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）導(dǎo)管下入孔內(nèi)時，每兩節(jié)之間應(yīng)安放密封膠圈，擰緊絲扣，以防止漏氣、漏水，造成混樁或斷樁事故。

（3）最下部導(dǎo)管底端應(yīng)切成錐形斜口，以利于砼灌注。

1.8 混凝土灌注

水下混凝土灌注是確保成樁質(zhì)量的關(guān)鍵工序，施工時應(yīng)做好以下幾個方面的控制：

（1）混凝土的配比強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）混凝土的坍落度要適宜，既不能過大也不能過小，坍落度太小易堵塞導(dǎo)管，坍落度太大易發(fā)生離析，一般控制在18 ~22 cm之間。

（3）灌注前應(yīng)檢查孔底沉淤厚度與泥漿比重，不符合要求時應(yīng)繼續(xù)清孔。

（4）導(dǎo)管底口距孔底高度以能放出隔水塞和混凝土為宜，一般控制在50 cm。

（5）灌注前應(yīng)計(jì)算混凝土初灌量，保證初灌后導(dǎo)管有足夠埋深，初灌后導(dǎo)管埋深一般不小于0.8~1.3 m。

（6）混凝土灌注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，經(jīng)常檢查導(dǎo)管內(nèi)外混凝土高度，保證導(dǎo)管埋深在3~10 m，并及時提升及拆除導(dǎo)管，提升導(dǎo)管時要平穩(wěn)，以免出料沖擊過大或?qū)Ч茔^帶鋼筋籠造成鋼筋籠上浮。

（7）混凝土灌注結(jié)束后，應(yīng)檢查水下混凝土灌注高度是否滿足設(shè)計(jì)要求，充盈系數(shù)是否在1.0 ~1.3之間，當(dāng)確定滿足要求后，方能停止灌注，拆卸導(dǎo)管及其他灌注設(shè)備。

2 一鉆成孔工藝

利用先進(jìn)技術(shù)、綜合治理、嚴(yán)細(xì)操作等手段，簡化施工程序，排除地層干擾，擺脫綜合治理的做法，在松散、坍塌、涌漏地層中，采取頂漏鉆進(jìn)、一鉆到底的技術(shù)措施，把鉆孔打到設(shè)計(jì)深度，且不影響地質(zhì)、探礦、簡易水文物探資料的取得，這樣快速完工的鉆孔，稱之為一鉆成孔。

在機(jī)械巖心鉆探中，特別是巖金普查勘探和煤田鉆探，一個100 m左右的基巖鉆孔在施工前總要考慮設(shè)備配套、鉆孔結(jié)構(gòu)、沖洗液類型、護(hù)孔方法、巖心采取、物探測井、鉆孔封閉等許多問題。在施工中因某一方面出現(xiàn)問題，常常易致工程質(zhì)量不高、工程進(jìn)度緩慢、經(jīng)濟(jì)效益事倍功半。這種慣常的方法，使探礦工程陷入了繁雜的綜合治理之中，消磨大量的人力、物力和財(cái)力，抑制了探礦工程的發(fā)展。

實(shí)踐證明，用一鉆成孔工藝打出的鉆孔，其質(zhì)量好、效率高、成本低、施工周期短，充分顯示出鉆機(jī)和鉆進(jìn)方法的優(yōu)越性，它解決以下問題：

（1）可以在坍塌掉塊、涌漏剝落的地層中一律采取清水鉆進(jìn)、氣代水鉆進(jìn)、頂漏鉆進(jìn)，擺脫了繁瑣的綜合治理過程，節(jié)約了大量的護(hù)堵材料。

（2）成孔迅速，以快制勝，縮短了施工周期，大幅度地提高各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

（3）能夠取全、取準(zhǔn)鉆探、地質(zhì)、物探、水文資料，比慣常的做法在質(zhì)量上、時間上、安全上有保證，有提高。

（4）促進(jìn)了探礦工程的科學(xué)化和專業(yè)化，改善了現(xiàn)場施工條件，實(shí)現(xiàn)了文明生產(chǎn)。

2.1 一鉆成孔的技術(shù)方法

一鉆成孔工藝是先進(jìn)技術(shù)的綜合運(yùn)用，它對鉆具的組配、鉆頭的選擇，通過小徑在大徑中架橋方法、物探測井程序、常見故障的處理等方面，都有特定要求，可通過下面幾個途徑來實(shí)現(xiàn)：

（1）中心取樣鉆探方法。這種鉆探方法，充分顯露出它的優(yōu)越性，在不采取任何措施的條件下，都打出了100-300 m深的鉆孔。

（2）在鉆頭的選擇上，需選用適應(yīng)各種巖層的多性能長壽命鉆頭，這是實(shí)現(xiàn)一鉆成孔的關(guān)鍵。如選用當(dāng)前生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，引用科研部門的井下?lián)Q鉆頭成果，自己設(shè)計(jì)新型鉆頭等。

（3）在鉆孔測斜和物探測井程序上改變在裸孔中測井的危險性，可以在鉆桿中進(jìn)行，從容安全。像方位角即使在超出鉆桿底端的外部測量，也安全得多。

（4）尋求新的鉆孔架橋方法。只能在最后的提鉆過程中進(jìn)行，所用架橋“材料”要通過鉆桿、鉆頭送至封閉的架橋位置。比慣常的方法要困難很多。需尋求新的方法。

（5）一鉆成孔工藝，在鉆具的組配上強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度，在操作上強(qiáng)調(diào)技術(shù)素質(zhì)和嚴(yán)細(xì)，這就為避免事故提供了前提條件。諸如內(nèi)管打撈遇阻、撈矛鋼繩拉斷、巖心脫落等事故的處理，設(shè)計(jì)幾件專用工具用繩索進(jìn)行排除是可以做到的。

一鉆成孔的工藝特點(diǎn)和要求見表l。

2.2 一鉆成孔關(guān)鍵技術(shù)問題

實(shí)現(xiàn)一鉆成孔工藝的主要技術(shù)關(guān)鍵是：選擇或設(shè)計(jì)適應(yīng)各種巖層的長壽鉆頭、提高繩鉆鉆桿接頭和中心取樣鉆雙壁鉆桿強(qiáng)度、尋求新的架橋方法和設(shè)計(jì)處理事故的專用工具，可通過下列途徑解決。

（1）鉆頭。在現(xiàn)階段的生產(chǎn)中，高進(jìn)尺的長壽命鉆頭層出不窮，200-300 m的鉆孔，選用這類鉆頭足可，但考慮一鉆成孔的鉆頭工作條件較普通鉆進(jìn)工藝惡劣得多，需選用或設(shè)計(jì)新型鉆頭。如自磨水口縱鑲金剛石鉆頭。這種鉆頭抗震動、適應(yīng)能力強(qiáng)、壽命長，能隨著鉆頭的磨耗自行加深水口，保證了工作效率的穩(wěn)定。還可引用增高金剛石鉆頭胎體高度的辦法解決或引用井下?lián)Q鉆頭的科研成果。

（2）鉆桿接頭強(qiáng)度問題生產(chǎn)中使用的S75繩鉆鉆具和中心取鉆鉆具基本適用。但在生產(chǎn)中常出現(xiàn)斷鉆事故。其基本原因是連接具的絲扣部位強(qiáng)度偏低，可采取加厚、提高材質(zhì)和調(diào)質(zhì)等方法解決。

（3）處理事故專用工具。處理卡簧、短接脫落，可采用加重打撈器攜帶抓取器，沖擊器等方法處理。處理內(nèi)管打撈不上來的問題，可設(shè)計(jì)具有沖擊裝置的撈矛打撈。

2.3 一鉆成孔的使用條件

一鉆成孔工藝的使用是有條件的。目前它不具備應(yīng)用于一切深度的鉆孔和一切硬度（致密堅(jiān)硬巖層）的巖層。

（1）適用于300 m以內(nèi)的淺孔，巖石較軟的復(fù)雜地層、煤系地層、巖金地層。

（2）應(yīng)選用從事中心取樣鉆和繩鉆的機(jī)臺試驗(yàn)，沒有繩索和中心取樣鉆生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的機(jī)臺不宜試用。

（3）在施工前應(yīng)根據(jù)質(zhì)量要求，進(jìn)行精心設(shè)計(jì)；按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行精心施工，以快制勝、以快脫險。

（4）在試用一鉆成孔工藝時，在選擇鉆孔深度、地層條件上，應(yīng)遵循“先易后難、先淺后深”的程序進(jìn)行。