鉆孔灌注樁施工工藝及技術(shù)管理研究

孫衍臣SUN Yan-chen；史立強(qiáng)SHI Li-qiang；劉洪喜LIU Hong-xi；楊勛YANG Xun；胡清亮HU Qing-liang

（①山東省公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250014；②山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，泰安 271018）

0 引言

鉆孔灌注樁作為目前橋梁工程中最經(jīng)常使用的一種樁型，其具有施工噪音小、可建造超長樁、大直徑樁、適用于多種復(fù)雜地層等特點(diǎn)，在公路橋梁樁基施工中被廣泛應(yīng)用。但是灌注混凝土?xí)r質(zhì)量難控制，成孔慢，泥渣不易處理容易造成環(huán)境污染。為了使施工過程中鉆孔灌注樁的整體質(zhì)量得到保證，施工和技術(shù)人員不僅要掌握相關(guān)的施工工藝，還要采取有效的方法和技術(shù)措施對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行控制[1]。

1 工程概況

國高青蘭線泰安-東阿界黃河大橋工程起止樁號(hào)K134+854.5-K139+000，全長4145.5m。其中，橋梁全長3916m，引道長229.5m。橋梁由東向西的橋跨組成為：濟(jì)平干渠東側(cè)接線引橋采用13×30m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，跨濟(jì)平干渠橋采用65+120+65m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，灘內(nèi)引橋采用20×50+9×51m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，主橋采用180+430+180m 雙塔單索面組合梁斜拉橋，跨大堤橋采用2×180m 連續(xù)鋼桁梁橋，堤外接線引橋采用22×30m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。

全橋樁基共583 根（直徑1.5m 樁8 根、直徑1.8m 樁319 根、直徑2.0m 樁132 根、直徑2.2m 樁124 根），穿過的地質(zhì)覆蓋層為粉土、粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r、中風(fēng)化石灰?guī)r等，樁基類型主要有摩擦樁和嵌巖樁兩種。本橋的樁基均處于陸地上。46#和47#主墩樁基樁徑2.2m，每個(gè)主墩下布置50 根樁基，按10×5（橫橋向×順橋向）布置。其中46#墩為摩擦樁，47#墩為嵌巖樁，且47#墩處于巖溶地區(qū)。

2 氣象氣候條件

工程沿線屬于暖溫帶大陸性氣候區(qū)，年平均氣溫14.7℃，年平均降水量671mm，年日照時(shí)數(shù)2616.8 小時(shí)。最冷月為1 月，月平均氣溫為-0.4℃，最熱月為7 月，月平均氣溫為27.5℃。

大氣降水、陸水、地下水等為本區(qū)水資源主要來源，其特點(diǎn)是：區(qū)域分布不均，豐枯變化懸殊。

3 施工準(zhǔn)備

本工程樁基均位于陸地之上，要求樁基施工位置現(xiàn)場場地整平壓實(shí)，施工便道暢通，適宜施工鉆機(jī)、吊車、混凝土罐車出入施工現(xiàn)場。采用自設(shè)拌合站，拌合站內(nèi)建一個(gè)80 方和120 方拌合站負(fù)責(zé)供應(yīng)混凝土，進(jìn)場原材料并嚴(yán)格按照規(guī)范和監(jiān)理要求的檢測頻率和檢測手段進(jìn)行檢測，確保原材料合格。

本橋樁長的跨度較大，2# 墩樁長8m，46# 墩樁長100m，由于沖擊鉆施工速度較慢，對(duì)于40m 以上的樁基，施工周期太長無法滿足施工進(jìn)度安排，所以對(duì)于樁長大于40m 以上的樁基優(yōu)先采用旋挖鉆機(jī)和回旋鉆機(jī)施工，同時(shí)對(duì)于持力層為中風(fēng)化石灰?guī)r的樁基，巖石強(qiáng)度較高，對(duì)旋挖鉆的性能要求過高，優(yōu)先采用沖擊鉆和回旋鉆施工。所以根據(jù)各樁位的地質(zhì)情況，擬采用的鉆機(jī)類型見表1。

表1 鉆機(jī)類型表

4 鉆孔灌注樁施工工藝

4.1 測量定位

測量墩位處標(biāo)高，一般墩位處高于周圍地面30cm。由全站儀放出樁的中心位置并使用GPS 測量儀進(jìn)行復(fù)核，引護(hù)樁，并用“＋字線”定位，以作就位和復(fù)核之用、鉆機(jī)就位前，技術(shù)人員應(yīng)檢查原固定樁的位置，放樁位置偏差應(yīng)小于10mm。測量樁位時(shí)必須對(duì)相鄰樁位的相對(duì)位置進(jìn)行復(fù)核。

圖1 測量定位

4.2 鉆機(jī)就位對(duì)中

旋挖鉆機(jī)就位：履帶旋挖鉆機(jī)有自動(dòng)行走系統(tǒng)，旋挖鉆機(jī)行進(jìn)并進(jìn)行對(duì)中，對(duì)位完成后，設(shè)置并鎖定樁基中心相對(duì)坐標(biāo)為（0，0，0），并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入旋挖鉆機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。使用全站儀或經(jīng)緯儀仔細(xì)檢查鉆桿的垂直度。

回旋鉆機(jī)就位：鉆機(jī)支墊必須安裝牢固，鉆尖對(duì)中（偏差小于20mm），鉆桿垂直，用具有準(zhǔn)確度的水平儀進(jìn)行測量。為保證鉆孔垂直度，中心滑輪架、磨盤中心、樁中心三點(diǎn)必須在一條直線上，磨盤必須水平，鉆進(jìn)必須隨時(shí)檢查，保證鉆機(jī)垂直。鉆機(jī)安裝就位后，要對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行加固和限位，保證鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中不產(chǎn)生位移。底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)、牢固，在鉆進(jìn)過程中不致產(chǎn)生傾斜位移。鉆機(jī)頂部吊裝的中心裝盤滑輪與鉆孔中心保持同一垂直度，鉆進(jìn)過程中經(jīng)常檢查，如有問題，應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)糾正。

4.3 埋設(shè)護(hù)筒

采用10mm 厚的鋼板制作護(hù)筒，護(hù)筒直徑應(yīng)比樁徑大20～30cm，入土深度不小于2m。護(hù)筒優(yōu)先采用挖埋法：①先在樁位處挖出比護(hù)筒預(yù)埋深度深0.3～0.5m、直徑比護(hù)筒大0.4～1.0m 的圓坑；②在坑底填0.3～0.5m 厚的粘土并夯實(shí)；③在坑底下標(biāo)出鉆孔中心，將護(hù)筒放進(jìn)坑內(nèi)，找到護(hù)筒中心位置，使護(hù)筒中心與坑底中心重合，其中心軸線與樁位偏差不應(yīng)大于200mm，且應(yīng)保證護(hù)筒的垂直度[2]；④用鉛錘線校直護(hù)筒；⑤在護(hù)筒四周對(duì)稱均勻的回填、夯實(shí)粘土。

在粘性土中埋設(shè)護(hù)筒時(shí)深度不應(yīng)小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m；其高度應(yīng)滿足孔內(nèi)泥漿面高度的要求，當(dāng)?shù)叵滤桓?，孔口土質(zhì)差時(shí)，應(yīng)在地下水位以下切入，或適當(dāng)增加埋深，護(hù)筒上口一般宜高出地面300mm。

如護(hù)筒線面的土層不是粘性土，底部開口易滲漏塌陷，應(yīng)深挖換土，回填壓實(shí)粘土后放置護(hù)筒，厚度約300～500mm。

4.4 泥漿調(diào)制

施工前選定泥漿池及沉淀池位置。泥漿池應(yīng)高于護(hù)筒，以便泥漿經(jīng)過泥漿槽流入孔內(nèi)。根據(jù)樁基孔的直徑和深度確定泥漿池和沉淀池的大小，泥漿池宜為井孔體積的1.5 倍。泥漿池旁邊設(shè)置沉淀池，泥漿循環(huán)利用，施工完畢回填泥漿池基坑。在造漿過程中對(duì)泥漿的各種性能指標(biāo)進(jìn)行抽檢，符合規(guī)范要求時(shí)再投入使用。

圖2 泥漿循環(huán)

4.5 成孔施工

用全站儀或經(jīng)緯儀檢查鉆桿垂直度，開始旋挖鉆進(jìn)，宜抵擋慢速鉆進(jìn)，在用過砂層時(shí)，應(yīng)放慢鉆進(jìn)速度。每鉆進(jìn)2m 或地層發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)從鉆筒取土查明土質(zhì)并記錄；在鉆進(jìn)時(shí)，定期檢查泥漿的主要指標(biāo)，特別是泥漿的比重和含砂率。在旋挖鉆井時(shí)，使用泥漿泵將泥漿從泥漿池中注入孔內(nèi)，以保持孔內(nèi)水頭的高度。

4.5.1 成孔垂直度控制

這是灌注樁順利施工的重要條件，否則無法安裝鋼筋籠和導(dǎo)管。為保證成孔垂直度，應(yīng)擴(kuò)大鉆機(jī)支承面積，加強(qiáng)錨固等措施，使鉆機(jī)穩(wěn)固；經(jīng)常校核鉆架，經(jīng)常檢查磨盤是否水平，鉆桿是否垂直[3]。原則上，每次換班時(shí)要檢查鉆機(jī)是否平移、錨固是否牢固；磨盤的水平度在每次接鉆桿后都要檢查，并記錄。對(duì)于不符合要求的孔，要及時(shí)停止鉆進(jìn)，提鉆到一定高度進(jìn)行掃孔作業(yè)。

4.5.2 鉆進(jìn)控制

剛開鉆時(shí)，一定要控制好鉆速，進(jìn)尺一定要慢，控制好鉆壓，采用小鉆壓鉆進(jìn)。鉆進(jìn)的前30m 是控制成孔垂直度的關(guān)鍵，相關(guān)技術(shù)人員要加強(qiáng)檢測和控制。鉆進(jìn)控制遵循分地層控制原則，針對(duì)不同的地層，采用不同的鉆進(jìn)方法。在地層變換時(shí)，尤其是從軟弱地層進(jìn)入較硬地層時(shí)，要慢速鉆進(jìn)，上下來回掃孔，以防出現(xiàn)斜孔。接長鉆桿前，應(yīng)先提起鉆頭離孔底30cm 以上，繼續(xù)排渣4-5 分鐘，再將鉆具上提接長鉆桿。鉆桿連接端面要涂防水油，放橡膠止水圈，螺栓要對(duì)稱平衡擰緊上牢。嚴(yán)格要求鉆桿接頭的密封性，保證泥漿全部送達(dá)孔底。防止泥漿沖刷井壁。

4.6 成孔監(jiān)測

成孔后，使用JJC-1D 型灌注樁孔徑檢測系統(tǒng)對(duì)孔徑、孔深、沉淀厚度、傾斜度等指標(biāo)進(jìn)行檢查。成孔檢測儀全套設(shè)備包括井徑、沉渣、垂直度的測量探頭及絞車、電纜、井口滑輪等主要部件。工地現(xiàn)場另做一套檢孔器備用，檢孔器用螺紋鋼筋做成。

4.7 清孔

檢孔完成后，用筒鉆進(jìn)行去渣清孔，在清孔過程中速度要慢，并保持孔內(nèi)的水頭高度。

回旋鉆機(jī)鉆孔后，將鉆頭從孔底提升10～20cm，旋轉(zhuǎn)鉆頭，注入含沙量低、密度相對(duì)較低的泥漿，清除鉆孔中漂浮的鉆渣和泥漿，更換較稠密的泥漿。清孔時(shí)需保持孔內(nèi)水頭，使其不會(huì)塌陷。

沖擊鉆成孔后，鉆頭會(huì)繼續(xù)向孔內(nèi)注入泥漿。通過低沖程的沖擊錐反復(fù)攪拌，使孔內(nèi)泥漿和沉渣下沉，通過泥漿的循環(huán)從孔中排除，為灌注混凝土創(chuàng)造良好的條件。

4.8 鋼筋籠安裝

鋼筋籠加工完畢，成孔檢驗(yàn)合格后，方可開始鋼筋籠的吊裝施工。用吊車將鋼筋籠豎起并吊入孔內(nèi)，如果鋼筋籠長度過長無法豎起，可將鋼筋籠截成兩段起吊。當(dāng)?shù)谝欢蜗路胖量卓谕饬?m 左右時(shí)將兩根鋼管穿過鋼筋籠，使其擔(dān)于孔口上。下一步將吊起第二段鋼筋籠，并按照規(guī)范要求將住進(jìn)焊接牢固并補(bǔ)上所缺鋼筋，規(guī)定整個(gè)鋼筋籠上下必須保持順直，最后將整個(gè)鋼筋籠下入孔中[4]。

圖3 鋼筋籠安裝

4.9 二次清孔

灌注混凝土前，復(fù)測孔內(nèi)沉淀厚度，如果沉淀厚度不超過10cm，則直接灌注水下混凝土；反之，則利用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔。

二次清孔根據(jù)樁長情況和鉆機(jī)類型選擇不同的清孔方式，采用沖擊鉆施工的樁基樁長較短，可采用泥漿正循環(huán)法進(jìn)行清孔；采用回旋鉆施工的樁基，樁長普遍在40m以上，采用泵吸反循環(huán)法進(jìn)行施工，其中樁長>70m 的樁基采用氣舉反循環(huán)法進(jìn)行施工；旋挖鉆采用正循環(huán)法進(jìn)行施工。

二次清孔時(shí)間應(yīng)控制在1～2 小時(shí)。在泥漿比重及含砂率符合施工要求后馬上進(jìn)行樁基水下混凝土灌注。

4.10 灌注混凝土

采用直徑為300mm 的鋼導(dǎo)管灌注混凝土，澆注前檢查水泥、砂石料質(zhì)量和數(shù)量，混凝土配合比按試驗(yàn)室提供配合比進(jìn)行，開始前要檢修拌和設(shè)備，確保計(jì)量系統(tǒng)準(zhǔn)確，經(jīng)常檢查用水計(jì)量系統(tǒng)，避免其對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生影響。同時(shí)拌和前要對(duì)骨料含水量進(jìn)行測量，以調(diào)整后期用水量?；炷恋奶涠葢?yīng)符控制在180～220mm 之間，每10m3～20m3測定一次。

5 鉆孔灌注樁技術(shù)管理措施

圖4 導(dǎo)管安裝

鉆孔灌注樁施工過程中很重要的一個(gè)部分就是成孔，如果在施工中控住不好，就會(huì)出現(xiàn)塌孔、縮頸、斷樁、樁孔傾斜和沉渣過厚等一些問題，這些現(xiàn)象的發(fā)生將會(huì)影響整個(gè)樁身的質(zhì)量，給整個(gè)工程帶來不必要的隱患，因此在施工中要控制好以下幾個(gè)方面[5]。①鉆孔灌注樁施工開始前，為了保證成樁的質(zhì)量要提前制定專項(xiàng)施工方案；鉆孔灌注樁的質(zhì)量檢測應(yīng)該滿足規(guī)定要求，并且符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。如果樁孔垂直度出現(xiàn)問題，將會(huì)影響鋼筋籠的吊裝和導(dǎo)管的安裝。因此，第一要保證鉆井施工平臺(tái)的平整、穩(wěn)固，嚴(yán)格控制樁孔垂直度問題。第二在施工過程中要時(shí)常檢查鉆機(jī)沖孔錐，使其符合要求，如果未符合要求要進(jìn)行修復(fù)或更換。②清孔的首要目的是清除孔底鉆渣，因此，在泥漿配制過程中要嚴(yán)格控制含砂率，在灌注混凝土之前，要復(fù)測孔底鉆渣厚度，并且采取有效的方法進(jìn)行二次清孔，給混凝土的灌注質(zhì)量提供保障。③混凝土必須連續(xù)灌注，直至澆筑的混凝土高于圖紙規(guī)定的截?cái)喔叨炔趴梢酝Ｖ梗源_保截?cái)嗝嬉韵碌乃谢炷辆蠌?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)；澆筑時(shí)必須采取防止鋼架上浮的措施，灌注混凝土頂面距鋼架底部1m 時(shí)，應(yīng)降低澆筑速度；當(dāng)出現(xiàn)非連續(xù)澆筑時(shí)，漏斗中的混凝土下落后，拉動(dòng)導(dǎo)管，并觀察從孔口返回的漿液，直至孔口不在返漿；最后，要核對(duì)混凝土的灌注量，適當(dāng)增加漏斗高度，使混凝土有更大的沖擊力，以增加混凝土的壓力，提高混凝土密實(shí)度。④為防止斷樁、堵泥、堵管等現(xiàn)象，必須要控制好混凝土的攪拌時(shí)間和坍落度。隨時(shí)了解混凝土面的標(biāo)高和導(dǎo)管的埋深，并確保防止導(dǎo)管的下端被抬出混凝土表面。在施工過程中，需要掌控好灌注工藝和管理措施。

6 結(jié)語

①鉆孔灌注樁施工工藝對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以同時(shí)滿足多種要求，例如：安全、質(zhì)量、效率等，并且具有較高的可行性和推廣價(jià)值。②鉆孔灌注樁施工整個(gè)流程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是混凝土澆筑，應(yīng)該加大質(zhì)量控制力度，例如：拌合高性能混凝土、控制下料距離等。③成孔灌注樁施工中，加強(qiáng)樁身質(zhì)量檢測，例如：聲波透射法、低應(yīng)變法等，可以根據(jù)實(shí)際情況中的具體需求用鉆芯法輔助，方便判斷成樁質(zhì)量。