鉆孔灌注樁施工工藝及質(zhì)量問題探討

張超

（上?？睖y設(shè)計研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，在基礎(chǔ)施工中鉆孔灌注樁被廣泛應(yīng)用。近年來，鉆孔灌注樁施工技術(shù)不斷發(fā)展（如向高深度和大直徑方向發(fā)展），提高了鉆孔灌注樁施工工藝難度和質(zhì)量要求。鉆孔灌注樁施工受人員素質(zhì)、機(jī)械設(shè)備和地質(zhì)條件等諸多因素影響。施工工藝要點(diǎn)控制不嚴(yán)格，質(zhì)量問題防治不到位，容易在施工中出現(xiàn)鉆孔坍塌、堵管和夾層及斷樁等問題?，F(xiàn)對鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵工藝流程和質(zhì)量問題成因及防治措施進(jìn)行探討，以助于施工人員把握施工重要環(huán)節(jié)，提升工程質(zhì)量。

1 施工工藝流程

鉆孔灌注樁是建筑結(jié)構(gòu)的地下隱蔽工程，涉及多個施工工藝流程，主要包括埋置護(hù)筒、制備泥漿及護(hù)壁、成孔及清孔和灌注混凝土。鉆孔灌注樁的各步施工工藝流程均關(guān)系到工程施工質(zhì)量，在施工過程中要嚴(yán)格控制，避免工程質(zhì)量事故發(fā)生。

1.1 護(hù)筒埋置

鉆孔灌注樁施工過程中要埋置護(hù)筒，護(hù)筒在施工過程中具有保護(hù)孔口控制成孔樁徑、引導(dǎo)鉆頭保證成孔的垂直度、維持孔內(nèi)水位泥漿高度和防止地表水滲入、保護(hù)孔壁免于坍塌等作用。鋼護(hù)筒在施工中應(yīng)用較多，其規(guī)格尺寸和埋設(shè)應(yīng)符合要求[1]，一般要采用3～6mm厚的鋼護(hù)筒，內(nèi)徑一般要求比樁徑大150～200mm。護(hù)筒的豎向垂直度要控制在1%以內(nèi)，水平中心位置與鉆孔灌注樁偏差小于50mm，兩者中心線對齊。護(hù)筒的埋設(shè)深度要依據(jù)施工水文地質(zhì)和施工設(shè)計具體情況而定，護(hù)筒頂端至少需要高出孔外水位或地下水位1.5～2m，同時護(hù)筒頂端也高出場地0.3m，護(hù)筒底端埋置深度與施工環(huán)境和土體性質(zhì)相關(guān)，底端深度的控制應(yīng)考慮減小護(hù)筒內(nèi)外的透水性，盡量深埋。

1.2 制備泥漿及護(hù)壁

在鉆孔灌注樁施工中，受地下水位、鉆機(jī)擾動和土層壓力等諸多因素的影響，鉆孔內(nèi)壁可能出現(xiàn)縮頸和坍塌，影響成樁質(zhì)量，施工時應(yīng)采取相應(yīng)護(hù)壁措施，維持孔壁穩(wěn)定。制備泥漿是鉆孔灌注樁施工過程中常用護(hù)壁的施工工藝，其作用機(jī)理[2]是封堵孔周土層縫隙，減少孔外水向孔內(nèi)滲透，維持孔壁靜壓力，避免孔壁坍塌，從而達(dá)到護(hù)壁效果。制備泥漿時泥漿比重、含砂率和泥漿粘度等指標(biāo)要匹配工程具體情況，合理選取和控制。適當(dāng)提高泥漿比重，可增強(qiáng)護(hù)壁作用，但泥漿比重過大將堵塞泥漿泵影響混凝土置換，含砂率過大會磨損設(shè)備，泥漿粘度過大會加大泥漿凈化難度，影響泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)。依據(jù)已有研究[3]，泥漿比重可控制在1.02～1.15，含砂率可控制小于4%，粘度可控制在12～25。

1.3 成孔及清孔

成孔作業(yè)是鉆孔灌注樁施工工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制各個步驟以保證施工質(zhì)量。成孔作業(yè)時要對鉆機(jī)的安裝進(jìn)行檢查，保證鉆機(jī)整體處于平穩(wěn)狀態(tài)，防止鉆機(jī)作業(yè)中失穩(wěn)，同時作業(yè)中要關(guān)注檢查鉆機(jī)吊輪、底座中心和樁孔中心是否保持同一中心線，如發(fā)生偏移應(yīng)及時調(diào)整糾正。成孔作業(yè)除了對鉆機(jī)具有要求外，還應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)過程中土層深度的變化情況，結(jié)合地質(zhì)報告的土層剖面驗(yàn)證鉆進(jìn)土層，調(diào)節(jié)控制鉆機(jī)鉆進(jìn)速度，如鉆進(jìn)過程中碰到砂質(zhì)土層，應(yīng)降低鉆進(jìn)速度和調(diào)慢鉆速；鉆進(jìn)的土層由軟質(zhì)土層向硬質(zhì)土層過渡時應(yīng)減慢鉆孔速度，鉆進(jìn)的土層由硬質(zhì)土層向軟質(zhì)土層過渡時應(yīng)加快鉆孔速度。

清孔作業(yè)是鉆孔灌注樁施工過程中保證混凝土順利灌注和成樁后樁端承載力正常發(fā)揮的重要環(huán)節(jié)。鉆孔灌注樁清孔作業(yè)常用方法有正循環(huán)法、泵吸反循環(huán)法和氣舉反循環(huán)法三種方法。正循環(huán)法具有操作簡單、費(fèi)用低、效果和安全性較好的優(yōu)點(diǎn)，但耗時較長，適用于鉆孔灌注樁施工過程中的第一次清孔；泵吸反循環(huán)法清孔耗時短，效果較好，但因?yàn)樵O(shè)備的局限性，應(yīng)用鉆孔深度不能過深，推薦應(yīng)用鉆孔深度不大于30m的清孔作業(yè)；氣舉反循環(huán)法耗時少，清孔效果是三種方法中最佳的方法，但其應(yīng)用成本大，存在不安全因素，適合應(yīng)用鉆孔深度大于30m的清孔作業(yè)。

1.4 灌注混凝土

灌注混凝土是鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵工藝的最后一步，導(dǎo)管法是施工過程中應(yīng)用較為普遍的方法，隨著混凝土澆筑的進(jìn)行導(dǎo)管也逐節(jié)被拆卸，簡便快捷，適用范圍較廣。應(yīng)用導(dǎo)管法進(jìn)行混凝土灌注作業(yè)時要注意以下兩點(diǎn)：

（1）初次灌注，初次灌注量是影響成樁好壞的重要關(guān)鍵控制點(diǎn)，要盡量準(zhǔn)確計算，綜合考慮導(dǎo)管空間位置、清孔后成渣厚度和泥漿比重等因素，同時做好防止鋼筋籠上浮的防范措施。

（2）連續(xù)灌注，灌注施工中要保持連續(xù)作業(yè)，利用測繩監(jiān)測混凝土灌注位置，記錄灌注方量，上移導(dǎo)管并依據(jù)孔內(nèi)混凝土澆筑情況拆除導(dǎo)管，作業(yè)時間宜控制在15min內(nèi)。同時為防止坍孔和沉渣過厚，單根樁灌注混凝土作業(yè)時間不宜超過8h。

2 質(zhì)量問題分析與防治措施

2.1 鉆孔坍塌

鉆孔灌注樁施工過程中孔壁坍塌是施工中發(fā)現(xiàn)較多的問題，其質(zhì)量問題形成的誘因較多，可以分為兩個方面：①施工前準(zhǔn)備不到位，主要表現(xiàn)在選擇的施工機(jī)具不適用現(xiàn)場地質(zhì)的鉆孔施工，施工設(shè)計中泥漿配比指標(biāo)不合適和護(hù)筒預(yù)埋深度控制不合理等方面；②施工中控制不足或操作產(chǎn)生不利影響，如鉆機(jī)鉆孔時鉆進(jìn)速度和回轉(zhuǎn)速度過快、過長時間處于空鉆狀態(tài)等會引發(fā)孔壁坍塌；清孔時孔內(nèi)泥漿被吸走，降低了泥漿粘度和相對密度，或清孔作業(yè)時間過久會導(dǎo)致孔壁坍塌；鋼筋骨架吊裝時碰撞孔壁導(dǎo)致鉆孔坍塌；鉆孔成形后等待混凝土灌注時間和灌注作業(yè)時間過長也會引發(fā)孔壁坍陷。

鉆孔坍塌問題的防治可從做足施工前準(zhǔn)備和提高施工控制能力兩方面著手。在施工前做好充足施工規(guī)劃，如針對現(xiàn)場地質(zhì)情況選用較為適合的鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)；在土層較為松散和較易坍塌的土層中加大護(hù)筒的埋置深度，同時護(hù)筒四周用粘土填封密實(shí)；選用泥漿時要用優(yōu)質(zhì)泥漿，結(jié)合施工實(shí)際條件適當(dāng)提高泥漿粘度和相對密度控制指標(biāo)。在鉆孔作業(yè)中提高現(xiàn)場控制能力，盡量減少作業(yè)失誤，如鋼筋籠搬運(yùn)和吊裝過程中避免發(fā)生變形，同時安放到鉆孔中時要對準(zhǔn)孔位，避免撞擊孔壁，加快吊裝作業(yè)，縮短沉放時間；在流砂土層和松散粉砂土層等鉆孔難度較大的土層要控制鉆進(jìn)速度；成孔后，等待混凝土灌注時間一般不應(yīng)大于3h，并控制混凝土灌注時間，在保證施工質(zhì)量的情況下，盡量縮短灌注時間。

2.2 堵管問題

鉆孔灌注樁灌注混凝土作業(yè)中可能會遇到混凝土灌注受阻，即堵管現(xiàn)象。出現(xiàn)堵管的誘因主要有以下幾個方面：①混凝土質(zhì)量問題。當(dāng)混凝土配合比不達(dá)標(biāo)、泌水離析和攪拌質(zhì)量不符合要求，水灰比過小、坍落度過低，流動性較差，都會誘發(fā)堵管問題；②灌注作業(yè)時間持續(xù)較長。在灌注作業(yè)準(zhǔn)備不足、中途停頓灌注和持續(xù)作業(yè)較長等時間因素影響下，混凝土表面出現(xiàn)初凝可能導(dǎo)致堵管問題；③溫度影響。在夏季施工混凝土中水分蒸發(fā)較快，金屬導(dǎo)管溫度較高，混凝土?xí)辰Y(jié)在內(nèi)壁上，造成導(dǎo)管堵塞；相反在冬季施工中，受低溫影響，導(dǎo)管內(nèi)壁可能形成凍結(jié)層，導(dǎo)致混凝土下降受阻。

堵管問題防治可從以下方面著手進(jìn)行：①嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量關(guān)，對混凝土配合比、水灰比、坍落度和流動性等指標(biāo)進(jìn)行灌注前檢測，當(dāng)出現(xiàn)混凝土質(zhì)量引發(fā)的堵管問題，對灌注用的混凝土進(jìn)行整改，經(jīng)重新拌合處理后達(dá)到要求再次使用；②要提升作業(yè)效率，減少時間影響，在作業(yè)中做到各施工步驟協(xié)調(diào)連續(xù)進(jìn)行，分工明確，保證設(shè)備和水電正常，減少處理問題所花費(fèi)的時間，從而提高作業(yè)效率；③降低溫度影響，在夏天施工選擇合適的時間灌注混凝土，高溫天氣作業(yè)時間宜選在下午四時之后，冬季施工做好導(dǎo)管的保溫，必要時選用噴燈、包裹或其他方式降低溫度的影響。

2.3 夾層與斷樁

夾層與斷樁是鉆孔灌注樁施工過成中較嚴(yán)重的問題，問題形成的原因與施工過程關(guān)系密切。導(dǎo)管埋入深度不夠，泥漿在灌入時混入，從而會形成夾層，嚴(yán)重時斷樁；灌注時導(dǎo)管提升過猛，以致底部脫離混凝土層可能形成斷樁；使用混凝土的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，或水進(jìn)入導(dǎo)管稀釋混凝土，或灌注作業(yè)時間較長等引發(fā)混凝土離析或流動性喪失，影響降低混凝土質(zhì)量，可能導(dǎo)致斷樁或夾層的出現(xiàn)。

夾層與斷樁嚴(yán)重影響成樁質(zhì)量，在施工中要以預(yù)防為主。①提高現(xiàn)場作業(yè)人員技術(shù)水平，尤其是要加強(qiáng)測深員的培訓(xùn)，測深員在灌注時要認(rèn)真細(xì)心做好灌注曲線的繪制工作，能正確指導(dǎo)控制導(dǎo)管提升；②灌注作業(yè)要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，保證作業(yè)連續(xù)緊湊，勻速平穩(wěn)提升導(dǎo)管；③加強(qiáng)混凝土質(zhì)量的檢查和管理，避免作業(yè)中混凝土發(fā)生離析，盡量保證灌注階段混凝土的流動性；④制定有效的預(yù)防措施，作業(yè)出現(xiàn)問題時，能夠及時處理，如灌注過程中發(fā)生坍孔，應(yīng)立即組織提出導(dǎo)管，進(jìn)行清孔、排除坍落物、護(hù)壁和鉆小孔處理，然后再清孔灌注混凝土。

3 結(jié)論

鉆孔灌注樁是重要的基礎(chǔ)形式，為保證工程質(zhì)量，施工人員需要掌握其施工關(guān)鍵工藝和質(zhì)量問題的成因及防治。本文對護(hù)筒埋置、泥漿制備及護(hù)壁、成孔及清孔和混凝土灌注等施工工藝控制進(jìn)行闡述，對鉆孔坍塌、堵管和夾層及斷樁等問題的成因和防治措施進(jìn)行探討，幫助施工人員提升對施工關(guān)鍵工序的把控能力，防治施工質(zhì)量問題，提升工程質(zhì)量。