鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制和處理措施

廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511450

鉆孔灌注樁適用于大多數(shù)較為復(fù)雜的地質(zhì)情況的施工，但是無(wú)法直接觀察其施工過(guò)程，成樁后也不能開(kāi)挖驗(yàn)收，因此鉆孔灌注樁是易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的基礎(chǔ)形式之一。

鉆孔灌注樁技術(shù)優(yōu)勢(shì)雖然比較多，但是因地質(zhì)情況較為復(fù)雜，也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題，比如孔壁坍塌、樁基縮徑、鋼筋籠上浮、斷樁、樁身混凝土質(zhì)量差等問(wèn)題，因此在實(shí)際施工過(guò)程中要嚴(yán)格按照相關(guān)流程嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，確保施工的順利完成。

1 鉆孔灌注樁施工

1.1 施工工藝流程

機(jī)械平臺(tái)搭設(shè)→施工放樣→架設(shè)鉆機(jī)設(shè)備、打入護(hù)筒→成孔→清孔底沉渣→檢驗(yàn)孔深→鋼筋籠安裝就位→沖渣清孔→導(dǎo)管安裝→混凝土澆筑→質(zhì)量檢驗(yàn)。

1.2 施工機(jī)械和方法的選擇

根據(jù)鉆渣取出方法的不同，鉆孔具體可分為螺旋鉆孔、正反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔、潛水鉆機(jī)鉆孔、沖抓鉆孔、旋挖鉆機(jī)鉆孔以及鋼絲繩式?jīng)_擊鉆孔。沖擊鉆成孔灌注樁適用于黃土、黏性土或粉質(zhì)黏土和人工雜填土層，特別適合在有孤石的砂礫石層、漂石層、硬土層、巖層中使用。

泥漿是沖擊鉆成孔的關(guān)鍵點(diǎn)之一，鉆孔泥漿具有浮懸鉆渣、冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具、增大靜水壓力、在孔壁形成泥皮、隔斷孔內(nèi)外滲流、防止塌孔的作用。泥漿含沙量一定要小，且泥漿的稠度要適宜，稠度太高則鉆孔速度慢，太低則容易塌孔。

1.3 測(cè)量放樣方法的選擇

測(cè)量需要設(shè)置三角閉合測(cè)量控制網(wǎng)，按照施工規(guī)范的相關(guān)要求，需要對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，采用坐標(biāo)放樣對(duì)樁基進(jìn)行定位放樣，并且設(shè)置明顯的控制點(diǎn)，以便隨時(shí)進(jìn)行復(fù)核。

1.4 樁基護(hù)筒的埋設(shè)

按照實(shí)際地質(zhì)情況需要對(duì)樁基上部埋設(shè)鋼護(hù)筒，以保證樁口孔壁的穩(wěn)定，通常鋼護(hù)筒每節(jié)段長(zhǎng)2m，對(duì)于有流沙或上部地質(zhì)情況較差的需要加長(zhǎng)護(hù)筒，護(hù)筒外側(cè)刃角每隔2m架設(shè)1道鋼板箍進(jìn)行加強(qiáng)。

2 鉆孔樁質(zhì)量控制

文章以云浮羅定至茂名信宜（粵桂界）高速公路TJ14標(biāo)（K111+620～K122+600）圍垌大橋9#摩擦樁樁基為例。該樁基所處位置地勢(shì)較為平坦，地面高程起伏變化較小，為了加快施工進(jìn)度，保證施工作業(yè)質(zhì)量，此項(xiàng)目選用沖擊鉆機(jī)進(jìn)行成孔作業(yè)。該樁基地質(zhì)分布如圖1所示。

圖1 圍垌大橋9號(hào)摩擦樁樁基地質(zhì)情況示意圖（單位：m）

2.1 樁基樁位放樣

利用布設(shè)的測(cè)量控制網(wǎng)對(duì)樁基的中心進(jìn)行放樣，定位護(hù)筒位置并進(jìn)行打設(shè)，護(hù)筒打設(shè)完畢后對(duì)樁位進(jìn)行檢查復(fù)核，以保證樁位精確。

2.2 樁孔泥漿制備

根據(jù)樁的鉆孔土樣報(bào)告和實(shí)際地質(zhì)情況可知，該樁基上層主要是粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化花崗巖，在樁基鉆進(jìn)過(guò)程中每半小時(shí)測(cè)定一下泥漿比例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際撈渣情況及時(shí)調(diào)整泥漿比重。此次泥漿指標(biāo)要求如下：泥漿相對(duì)密度為1.10～1.35，泥漿稠度為18～24Pa·s，泥漿膠體率不小于95%，含砂率不大于4%，pH值大于6.5。

2.3 施工過(guò)程中成孔問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

（1）護(hù)筒出現(xiàn)位移或傾斜，護(hù)筒下沉并冒水，造成孔位偏斜甚至影響施工。①原因：土體軟弱，承載力差，護(hù)筒周邊土體密實(shí)度不夠，護(hù)筒埋設(shè)后水位壓力差導(dǎo)致護(hù)筒受力不均勻。②應(yīng)對(duì)措施：護(hù)筒坑底和四周換填黏土夯實(shí)，在護(hù)筒周邊適當(dāng)高度設(shè)置泄水孔保證內(nèi)外水位壓力平衡；開(kāi)始鉆進(jìn)宜慢不宜快，因?yàn)樽o(hù)筒刃腳周?chē)翆用軐?shí)需要反復(fù)沖擊擠壓密實(shí)。

（2）樁孔的孔壁在成孔過(guò)程中或成孔以后部分樁體由于夾層等原因出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，泥漿有氣泡冒出或護(hù)筒泥漿水位突然下降，很有可能出現(xiàn)了塌孔。①原因：出現(xiàn)此問(wèn)題大多是由于泥漿配比不合適或地質(zhì)情況不好，有夾層；護(hù)筒埋設(shè)不到位，筒內(nèi)水位不高就會(huì)在鉆機(jī)提鉆后水位下降導(dǎo)致孔內(nèi)上部塌孔，鉆機(jī)鉆頭在提升較快時(shí)也會(huì)引起灌注樁塌孔；成孔后，對(duì)鉆孔進(jìn)行檢測(cè)時(shí)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或在鋼筋籠下放過(guò)程中對(duì)樁孔壁的擾動(dòng)都可能造成塌孔。②應(yīng)對(duì)措施：土質(zhì)松散時(shí)要將土體壓實(shí)，改進(jìn)泥漿的比重和稠度；加長(zhǎng)護(hù)筒伸入土質(zhì)較堅(jiān)硬的土層；在鋼筋籠制作過(guò)程中，要保證鋼筋籠外觀平整，防止鋼筋籠變形等情況的發(fā)生；吊裝時(shí)鋼筋籠垂直進(jìn)入孔內(nèi)，盡可能避免對(duì)孔壁形成沖擊碰撞；從成孔到灌注應(yīng)控制在相應(yīng)規(guī)范允許的時(shí)間范圍之內(nèi)。

（3）樁孔在成樁過(guò)程中部分截面孔徑縮徑。①原因：泥漿的比重和稠度較小，使周邊土吸水量增加引起膨脹，孔壁邊部土體疏松，或由于臨近樁基施工引起樁孔內(nèi)土層擾動(dòng)產(chǎn)生縮徑。②應(yīng)對(duì)措施：泥漿應(yīng)嚴(yán)格按照要求配制，控制好泥漿的比重和稠度，降低泥漿的失水率；當(dāng)樁間距小于相應(yīng)規(guī)范允許的最小間距時(shí)，需間隔1～2根樁基進(jìn)行跳打，并嚴(yán)禁相鄰樁基同時(shí)進(jìn)行施工。

（4）樁孔出現(xiàn)傾斜或彎曲現(xiàn)象，垂直度不滿足相關(guān)要求。①原因：樁基作業(yè)場(chǎng)地不平整或鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中機(jī)架不穩(wěn)導(dǎo)致產(chǎn)生晃動(dòng)，打孔過(guò)程中錘不能穩(wěn)定落下，造成樁孔護(hù)筒的偏斜和孔位偏斜，再加上地層孤石或地下障礙物的影響，使鉆孔的垂直度不滿足要求。②應(yīng)對(duì)措施：鉆機(jī)施工前需對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整壓實(shí)，以保證作業(yè)機(jī)械在作業(yè)過(guò)程中安裝穩(wěn)固；沖孔作業(yè)過(guò)程中每2～3m觀察孔位的變化，若鉆孔較深且孔位偏差較大，需要回填后重新沖擊成孔。

（5）孔底殘留的泥沙層過(guò)厚。①原因：泥漿配比不滿足孔壁穩(wěn)定的稠度要求，清孔不徹底、清孔后靜置時(shí)間太長(zhǎng)等，都是導(dǎo)致樁基澆筑沉渣太厚的原因。②應(yīng)對(duì)措施：嚴(yán)格按照要求進(jìn)行泥漿配制；樁基成孔完成后，需對(duì)孔底沉渣進(jìn)行置換，其中抽漿法清孔較為徹底，不能用加深鉆孔深度的方式代替清孔；盡可能在成孔后快速澆筑樁體。

2.4 樁基礎(chǔ)的質(zhì)量控制

（1）鋼筋籠上浮。①原因：混凝土在進(jìn)入鋼筋籠底部時(shí)澆筑速度太快；鋼筋籠未采取固定措施。②應(yīng)對(duì)措施：澆筑混凝土前，應(yīng)將鋼筋籠固定在孔位護(hù)筒上，當(dāng)混凝土上升到接近鋼筋籠下端時(shí)，應(yīng)放慢澆筑速度，減小混凝土面上升的動(dòng)能作用，以免鋼筋籠被頂托而上??；當(dāng)鋼筋籠被埋入混疑土中有一定深度時(shí)，再提升導(dǎo)管，減少導(dǎo)管埋入深度，使導(dǎo)管下端高出鋼筋籠下端有一定距離時(shí)再按正常速度澆筑，通常情況下，可防止鋼筋籠上浮。

（2）斷樁。①原因：混凝土坍落度太小，骨料太大，運(yùn)輸距離過(guò)長(zhǎng)，混凝土和易性差，使導(dǎo)管堵塞，疏通堵管再澆筑混凝土?xí)r，中間就會(huì)形成夾泥層；計(jì)算導(dǎo)管埋管深度時(shí)出錯(cuò)，或盲目提升導(dǎo)管，使導(dǎo)管脫離混凝土面，再澆筑混凝土?xí)r，中間就會(huì)形成夾泥層；鋼筋籠將導(dǎo)管卡住，強(qiáng)力拔管時(shí)使泥漿混入混凝土中；導(dǎo)管接頭處滲漏，泥漿迸入管內(nèi)，混入混凝土中；混凝土供應(yīng)中斷，不能連續(xù)澆筑，中斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成堵管事故。②應(yīng)對(duì)措施：混凝土配合比應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，并經(jīng)常測(cè)試坍落度，防止導(dǎo)管堵塞；嚴(yán)禁不經(jīng)測(cè)算盲目提拔導(dǎo)管，防止導(dǎo)管脫離混凝土面；鋼筋籠主筋接頭要焊平，以免提升導(dǎo)管時(shí)法蘭掛住鋼筋籠；澆筑混凝土應(yīng)使用經(jīng)過(guò)檢漏和耐壓試驗(yàn)的導(dǎo)管；澆筑混凝土前應(yīng)保證混凝土攪拌機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必要時(shí)應(yīng)有1臺(tái)備用攪拌機(jī)作應(yīng)急之用。③處理方法：當(dāng)導(dǎo)管堵塞而混凝土尚未初凝時(shí)，可吊起導(dǎo)管，再吊起一節(jié)鋼軌或其他重物在導(dǎo)管內(nèi)沖擊，把堵管的混凝土沖散或迅速提出導(dǎo)管，用高壓水沖掉堵管混凝土后，重新放入導(dǎo)管澆筑混凝土；當(dāng)導(dǎo)管被鋼筋籠掛住時(shí)，如果鋼筋籠埋入混凝土中不深，可提起鋼筋籠，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)管，使導(dǎo)管脫離。

（3）樁身混凝土質(zhì)量差。①原因：澆灌混凝土?xí)r未邊灌邊振搗，使樁身混凝土不密實(shí)；澆灌混凝土?xí)r或上部放鋼筋籠時(shí)，孔壁土塌落在混凝土中，造成樁身夾泥；混凝土配合比坍落度掌握不嚴(yán)，下料高度過(guò)大，混凝土產(chǎn)生離析，造成樁身級(jí)配和強(qiáng)度不均勻。②應(yīng)對(duì)措施：澆灌混凝土?xí)r應(yīng)邊灌邊振搗；澆灌混凝土或上部放鋼筋籠時(shí)，注意不要碰撞土壁，造成土體塌落；嚴(yán)格控制混凝土的配合比和坍落度，澆灌混凝土?xí)r設(shè)置串筒下料，防止混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

3 工程計(jì)算分析

3.1 樁基計(jì)算理論

（1）樁基設(shè)計(jì)基本要求：樁基需要有足夠的承載力來(lái)承擔(dān)上部荷載，并且樁基的位移、撓度、沉降都需要滿足變形要求，以保證橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（2）施工結(jié)合設(shè)計(jì)過(guò)程控制：樁基的設(shè)計(jì)荷載一般包含橋梁的永久荷載、可變荷載及偶然荷載。在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中通常按照承載力的荷載組合和沉降荷載組合兩種方式進(jìn)行計(jì)算，如果樁基部位土層是較為松散不密實(shí)土，計(jì)算時(shí)按照樁體負(fù)摩阻力進(jìn)行考慮。根據(jù)地質(zhì)勘察土樣結(jié)果繪制相應(yīng)樁基在不同深度對(duì)應(yīng)的土樣性質(zhì)，然后根據(jù)土樣的相關(guān)參數(shù)計(jì)算樁基對(duì)應(yīng)的摩擦力。在施工過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差的情況，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)對(duì)樁基做相應(yīng)的調(diào)整。

3.2 樁基荷載基本理論

樁基荷載在橫向力、軸向力、力矩作用下產(chǎn)生位移，樁體主要受力是豎向荷載引起的樁側(cè)土摩阻力和樁底應(yīng)力，樁側(cè)土的橫向應(yīng)力σzx指深度為Z處的橫向應(yīng)力，σzx取決于樁體剛度、土體性質(zhì)、樁體截面性質(zhì)、樁間距及荷載等因素。樁基巖土受力基礎(chǔ)變化曲線如圖2所示。

圖2 巖土抗力及基礎(chǔ)受力變化

樁基成孔后地面會(huì)受局部沖刷，上部摩阻力會(huì)受到影響，樁基軸向受力隨深度增加而變化，以下為摩擦樁摩阻力分布計(jì)算。當(dāng)樁體為打入樁時(shí)，樁體摩阻力呈現(xiàn)三角形受力分布；當(dāng)采用鉆孔樁時(shí)假定為均勻分布狀態(tài)，并假定為純摩擦樁。

式中：Se為樁身彈性壓縮變形，m；p為上部荷載，kN；EA為樁體抗壓強(qiáng)度，kN；ε為樁體不同深度的摩擦系數(shù)，端承樁一般取1.0，樁體為打入摩擦樁時(shí)取1/3，鉆孔摩擦樁時(shí)取1/2；l0為地面或沖刷線以上樁長(zhǎng)；l為地面或沖刷線以下樁長(zhǎng)。

軸向剛度系數(shù)分布如圖3所示。

圖3 軸向剛度系數(shù)分布圖

4 結(jié)論

在橋梁樁基礎(chǔ)施工中，沖擊鉆孔灌注樁使用較多，現(xiàn)場(chǎng)施工人員要嚴(yán)格按照施工程序進(jìn)行樁基施工質(zhì)量的控制，并密切關(guān)注經(jīng)常出現(xiàn)的灌注樁問(wèn)題，制訂好施工預(yù)案。

（1）文章對(duì)沖擊鉆孔灌注樁的施工過(guò)程進(jìn)行了闡述，并對(duì)沖擊鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程，逐一分析可能出現(xiàn)的各種質(zhì)量問(wèn)題，并提出了對(duì)應(yīng)的處置方案，以供沖擊鉆孔灌注樁施工參考。

（2）文章對(duì)樁的受力進(jìn)行了分析，根據(jù)樁體的受力理論和計(jì)算方法研究，總結(jié)出了施工的樁體實(shí)際受力和應(yīng)力分布狀態(tài)，利用最常用的摩擦樁受力理論對(duì)樁受力分布及參數(shù)選取方法進(jìn)行了說(shuō)明，得出鉆孔灌注樁摩擦系數(shù)取1/2，預(yù)制摩擦樁的摩擦系數(shù)取1/3。