鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

楊笑炎

（中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司，湖南長沙 410004）

1 工程概況

西江特大橋位于南沙港鐵路上，橋梁中心里程為DK23+125.155，橋梁全長為8980.22m。橋梁樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑為1m、1.25m、1.5m、2m、2.2m、2.5m，樁基礎(chǔ)長度為20～70m，全橋樁基礎(chǔ)共5587 根。地質(zhì)情況主要由淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉砂、粉質(zhì)黏土、粉砂、中砂、全風(fēng)化花崗巖、弱風(fēng)化花崗巖組成。場地地表以下20m 深度范圍內(nèi)存在飽和淤泥質(zhì)粉砂、粉砂、中砂，區(qū)域內(nèi)飽和砂土可能發(fā)生液化現(xiàn)象。

2 鉆孔灌注樁施工技術(shù)

2.1 施工工序

測量放樣—護(hù)筒埋設(shè)—鉆進(jìn)設(shè)備就位—制備泥漿—鉆進(jìn)—第一次清孔—測量孔深和沉渣厚度—鋼筋籠下放—下導(dǎo)管—第二次清孔—測量沉渣厚度—放置隔離水球—水下灌注混凝土。

2.2 施工技術(shù)

2.2.1 測量放樣

采用坐標(biāo)或極坐標(biāo)方法，將鉆孔灌注樁的中點(diǎn)放樣誤差控制在5mm 以內(nèi)。將“十”字形交叉控制樁放置在離樁心2m 左右的安全區(qū)域內(nèi)，并在樁上標(biāo)出樁號。

以樁心為圓心，連接M、N、M＇、N＇四點(diǎn)建立坐標(biāo)，確認(rèn)無誤后，再開挖周圍的土方，并用水泥砂漿進(jìn)行加固，以確保樁身不發(fā)生位移。由于旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆頭的直徑比鋼絲繩直徑大，增加了重新定位的困難，故采用全站儀對其進(jìn)行定位，然后通過中心線的位置來判定鉆頭是否在正常軌道上。

2.2.2 護(hù)筒埋設(shè)

要求護(hù)筒內(nèi)徑大于樁徑20cm，頂面高于工程水位2m，鉆孔泥漿面高度在土層干裂時(shí)應(yīng)高于施工場地0.2～0.3m。在護(hù)套安裝完畢后，應(yīng)重新測量樁位及護(hù)套高度。當(dāng)樁頭附近的土壤是疏松的素填土或淤泥時(shí)，護(hù)套必須穿越地表的素填土或淤泥。

2.2.3 泥漿護(hù)壁

在砂土、碎石土、黏土中鉆孔時(shí)，應(yīng)選用膨潤土泥漿作為護(hù)壁材料。在黏土中鉆孔，當(dāng)其塑性值超過15時(shí)，可采用孔內(nèi)的原土進(jìn)行灌漿。在鉆進(jìn)中，當(dāng)鉆孔深度增加時(shí)，應(yīng)及時(shí)、連續(xù)地對鉆孔進(jìn)行注漿，保持井筒內(nèi)部的壓力，以避免井壁崩塌。

2.2.4 鉆孔

安裝、調(diào)整鉆架和起升機(jī)構(gòu)，將鉆頭抬起，慢慢地放進(jìn)防護(hù)設(shè)備中。當(dāng)“十”字線到位時(shí)，其與“十”字線相交處的偏差不得超過20mm。在開孔時(shí)，應(yīng)緩慢地鉆進(jìn)，速度為30～50cm/min；鉆進(jìn)達(dá)到4m 以上時(shí)，速度為60～90cm/min。在護(hù)套管周圍土層松散、出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象時(shí)，將鉆頭提起，用砂袋堵住滲漏處，加強(qiáng)護(hù)套，再將高黏性、高質(zhì)量的泥漿注入井中，然后利用鉆頭反向?qū)⒛z泥推入孔壁，堵塞漏漿孔洞，保證泥漿不外泄。在細(xì)砂層鉆進(jìn)時(shí)，鉆速要慢，使孔壁與膨潤土纖維水泥漿料充分結(jié)合。

2.2.5 鋼筋籠制作與安裝

在生產(chǎn)車間內(nèi)，采用槽鋼與鋼板進(jìn)行焊接，并利用胎具成型技術(shù)一次成型。加強(qiáng)箍筋設(shè)置于胎具的同一側(cè)，并將主筋焊接于胎模的凹槽中，鋼筋籠的主筋必須錯(cuò)開，且同一部位的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不能大于50%，布置密度為豎直方向每間隔2m 布置1 條，在周圍對稱地布置4 條。將箍筋插入支架，根據(jù)預(yù)設(shè)的位置進(jìn)行排列，箍筋與主筋緊密纏繞，然后用綁帶將箍筋前后交叉捆綁。在鋼筋籠下放時(shí)，安裝聲測管道并緊固。

2.2.6 導(dǎo)管安裝

采用直徑為300mm（T=14mm）的鋼質(zhì)管道進(jìn)行灌注。要求管道連接緊密，不滲漏，在使用前應(yīng)進(jìn)行水密性試驗(yàn)，試驗(yàn)水壓是鉆孔水壓的1.3 倍，而且不小于管道和焊接部位的最大內(nèi)壓。導(dǎo)管的上吊位置應(yīng)在樁孔的正中央，且垂直于樁的軸線。在測量完井眼深度后，將套管下端的間隙控制在30～40cm 之間。在混凝土澆筑之前進(jìn)行二次清孔，通過管道進(jìn)行循環(huán)注漿、循環(huán)換漿，泥漿由護(hù)筒排出，再流入沉淀池，重復(fù)操作，直到鉆孔中的鉆進(jìn)液達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為止。

2.2.7 混凝土灌注

應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)以確定混凝土配合比，灌注時(shí)應(yīng)保證其充分的流動(dòng)性、較好的黏性、較小的泌水性，坍落度應(yīng)在180～220mm 之間。在第一次澆筑時(shí)，應(yīng)進(jìn)行隔水處理，首先摻入0.2m3的水泥砂漿，然后放置在管道中隔水塞子的上端，在灌入砂漿時(shí)，應(yīng)逐步向下移動(dòng)。第一次澆筑混凝土的深度要超過1m，在水泥砂漿儲備足夠后，再利用管道將混凝土灌入孔內(nèi)。在澆筑時(shí)，管道的埋入深度應(yīng)控制在2～6m 之間，在每一次吊裝之前，首先要測量管道內(nèi)外表面的水層，并且在拆卸過程中一定要保證管道下端的深度不小于2m，以澆筑超高1m 左右為宜。在灌注過程中，如果發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部混凝土不足，則應(yīng)緩慢注入，避免出現(xiàn)高壓氣囊，從而影響成樁混凝土的緊實(shí)度[1]。

3 常見問題的預(yù)防及處理

3.1 塌孔

3.1.1 塌孔原因

塌孔即孔壁坍塌，其常見情狀是孔內(nèi)泥漿水位大幅度下降、孔口冒出大量氣泡、鋼渣出渣率明顯提高、鉆機(jī)負(fù)載顯著增加等。塌孔是由多種因素引起的。

第一，泥漿比重或其他性能未達(dá)到指標(biāo)，無法形成牢固的泥漿護(hù)壁。第二，出渣后沒有及時(shí)補(bǔ)充泥漿，造成孔內(nèi)泥漿不到位。第三，由于護(hù)筒埋設(shè)深度不足，導(dǎo)致下孔口漏漿、滑塌，以及孔口附近的土地浸沒或直接與護(hù)筒接觸，導(dǎo)致孔口垮塌，從而擴(kuò)展成嚴(yán)重塌孔。第四，鉆進(jìn)速度過快，特別是在軟砂地層中。第五，鉆頭鉆進(jìn)速度太快，導(dǎo)致空轉(zhuǎn)時(shí)間太長。第六，過高的壓差造成孔壁滲水，或者護(hù)筒下端出現(xiàn)反向穿孔。第七，鉆孔過程中，出渣后不能及時(shí)注漿（或水），造成孔內(nèi)水位下降；或泥漿相對密度和黏度過低，不能形成護(hù)壁。第八，吊裝鋼筋籠過程中與孔壁撞擊嚴(yán)重。

3.1.2 塌孔的預(yù)防及處理

第一，在松散的砂土層和流砂中，要嚴(yán)格控制進(jìn)尺速率，并選擇相對密度大、黏度大、膠體率高的泥漿或優(yōu)質(zhì)泥漿。第二，在出現(xiàn)孔洞崩塌的情況下，可以立即拆掉護(hù)套，并將井眼注滿，然后再鉆入護(hù)套。第三，如果出現(xiàn)鉆孔崩塌，則在判斷崩塌部位后，用砂石混合料（砂石和黃土）回填在塌方上方1～2m 處，如果塌方較大，則全部回填，待填土壓密后再進(jìn)行鉆孔。第四，在清孔過程中，及時(shí)進(jìn)行灌漿（或注水），以確保井口必需的水位。第五，在鋼筋籠吊裝過程中，鋼筋籠必須保持垂直，并吊放在鉆孔中心，嚴(yán)防撞擊孔壁。

3.2 鉆孔偏斜

3.2.1 鉆孔偏斜的主要原因

第一，在鉆進(jìn)過程中遇到大型的巖石或探頭石。第二，在軟硬層和斜坡交界部位，采用斜井鉆進(jìn)；或在顆粒尺寸差異較大的砂礫巖地層中進(jìn)行鉆孔，鉆具的受力不均勻。第三，在擴(kuò)孔量較大時(shí)，鉆頭的搖擺傾向于一側(cè)。第四，鉆具基座土層不平，可能造成鉆具用力不均，從而導(dǎo)致不均勻沉降、位移。第五，鉆桿變形彎曲，或連接不佳。

3.2.2 鉆孔偏斜的預(yù)防及處理

第一，鉆機(jī)安裝過程中，轉(zhuǎn)盤和底座必須保持水平，固定鉆桿的鉆眼、鉆桿的中心、套管的中心、起重機(jī)的輪緣等必須垂直，并定時(shí)進(jìn)行校正。第二，鉆頭在旋轉(zhuǎn)過程中上端振動(dòng)太大。鉆架上應(yīng)增加導(dǎo)軌，并通過調(diào)整提升鉆頭，使其在導(dǎo)軌輔助下對中鉆入。第三，定時(shí)對鉆桿進(jìn)行檢查和調(diào)整，在發(fā)生彎曲時(shí)，可利用千斤頂對其進(jìn)行校正。

3.3 掉鉆落物

3.3.1 造成掉鉆落物的主要原因

第一，在卡鉆時(shí)，由于用力過猛，或操作失誤，導(dǎo)致鉆桿或鋼絲繩超載而發(fā)生疲勞斷裂。第二，鉆桿產(chǎn)生滑絲現(xiàn)象或連接不牢。第三，電機(jī)連接錯(cuò)誤，導(dǎo)致鉆機(jī)發(fā)生反轉(zhuǎn)、鉆桿出現(xiàn)松動(dòng)。第四，轉(zhuǎn)向環(huán)、轉(zhuǎn)向套等焊接不牢發(fā)生斷裂。第五，操作失誤，導(dǎo)致扳手、撬棍等物品掉進(jìn)孔內(nèi)。

3.3.2 掉鉆落物的預(yù)防及處理

第一，鉆孔之前，要將孔洞中的雜物清理干凈，如用電磁鐵吸凈零散的鐵塊。第二，定時(shí)檢查鉆具、鉆桿、鋼絲繩及連接設(shè)備。第三，在脫鉆后，要對鉆頭的情況進(jìn)行檢查，如果鉆頭上有沉渣或塌孔的土石，則應(yīng)及時(shí)將鉆頭清理干凈[2]。

3.4 鉆孔漏漿

3.4.1 鉆孔漏漿的主要原因

第一，在砂礫或流砂等具有高滲透性的土層中，尤其是在有地下水的情況下，稀泥漿會從孔內(nèi)漏出。第二，護(hù)筒埋設(shè)深度不足或回填土未夯實(shí)，都會導(dǎo)致漏漿。第三，護(hù)筒制造不合格，縫合不嚴(yán)，都會造成漏漿。第四，水柱壓力較高或水頭太高，也會造成孔壁滲漿。

3.4.2 鉆孔漏漿的預(yù)防及處理

第一，對于旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，必須采用黏性更高的鉆進(jìn)液。對于沖擊鉆機(jī)，可在泥漿中加入黏性更強(qiáng)的泥漿，或用黏土摻片石或卵石進(jìn)行反復(fù)撞擊以加固護(hù)壁。第二，屬于套管滲漏的，按照上述有關(guān)套管的埋入規(guī)定進(jìn)行處理。如果接頭出現(xiàn)不是很嚴(yán)重的漏水，可以用棉絮、棉布堵塞接頭。若有嚴(yán)重的滲漏，必須將護(hù)套挖出，修補(bǔ)好后再埋入。

3.5 鋼筋籠上浮

3.5.1 鋼筋籠上浮的主要原因

第一，鋼筋籠的起始高度過高、水泥砂漿流動(dòng)性差、管道埋入過深、鋼筋籠被混凝土托起等都會導(dǎo)致鋼筋籠上浮。第二，在鋼筋籠內(nèi)澆筑混凝土?xí)r，若將管道提升，管道與鋼筋籠的距離過于狹窄，則會在管道的沖擊下導(dǎo)致鋼筋籠上浮。第三，因?yàn)闈仓炷练獾缀臅r(shí)過長，導(dǎo)致上部混凝土初凝，表面出現(xiàn)硬殼，混凝土與鋼筋籠之間產(chǎn)生了一定的夾持力，如果此時(shí)管道底部不能及時(shí)抬起，那么混凝土就會從管道底部涌出，并以一定的速度向上抬起，從而帶動(dòng)鋼筋籠上浮。第四，鋼筋籠頂部不牢固，在灌注樁基礎(chǔ)混凝土?xí)r，混凝土的沖力往往導(dǎo)致鋼筋籠上浮。

3.5.2 鋼筋籠上浮的預(yù)防及處理

第一，鋼筋籠要準(zhǔn)確定位，并與孔口緊密相連?？衫? 根2.5m 的10#槽鋼在樁基礎(chǔ)上進(jìn)行固定，4根50mm 的鋼管緊固在鋼筋籠頂部的內(nèi)箍筋上，待鋼筋籠就位后，將4 根鋼管與2 根槽鋼焊接好。同時(shí)注意，澆筑施工一定要緩慢勻速地進(jìn)行。第二，當(dāng)混凝土頂面距鋼筋籠底部1m 處時(shí)，灌注速率要減慢；當(dāng)混凝土升高到距鋼筋籠底部4m 以上時(shí)，將管道提起，使底孔比鋼筋籠底部高2m，并恢復(fù)正常的灌注速率[3]。

3.6 斷樁

3.6.1 斷樁的主要原因

第一，由于管道底與孔底的高度過高，且第一批混凝土澆筑量不夠，導(dǎo)致底板斷裂。第二，由于管道底與孔底的高度過低，使第一批混凝土難以下落，并與泥漿混合，致使底板斷裂。第三，管道的密封性能較差，在第一批混凝土灌注后，外部泥漿的壓力過大，會滲透管道中，使混凝土和泥漿混合，從而導(dǎo)致堵頭失效。第四，由于設(shè)備故障或混凝土物料供給中斷，造成長時(shí)間的施工停頓，混凝土凝固，從而導(dǎo)致斷裂。第五，注漿管脫空或脫落引起斷裂。

3.6.2 斷樁的預(yù)防及處理

第一，對每個(gè)管道的長度進(jìn)行精確的測量，并進(jìn)行編號，還可以將裝配好的管道直接放入孔底，核對孔深和管長是否匹配。第二，必須按照孔徑、管道直徑準(zhǔn)確地計(jì)算并嚴(yán)格核對第一批混凝土的灌注量。第三，灌漿裝置必須添加后備裝置，為可能出現(xiàn)的進(jìn)料問題提前做好預(yù)案。第四，若第一次混凝土封底不成功，則應(yīng)立即拔出導(dǎo)管，將鋼筋籠抬起，清空混凝土，然后再次安裝鋼筋籠、灌注混凝土。第五，在灌漿時(shí)發(fā)生斷裂，如果斷樁離地面很遠(yuǎn)，則應(yīng)在清除鋼筋籠后再次開孔；如果斷樁離地面較近，則可以采取接樁法；如果原有的鉆孔不能使用，則必須回填后移位補(bǔ)樁。

3.7 灌注高度不足及其處理

第一，測量誤差和樁頂預(yù)留量過小是導(dǎo)致灌漿高度不足的主要原因。第二，在灌漿高度不夠時(shí)，可將樁頭開挖并進(jìn)行接樁。

3.8 特殊地質(zhì)的處理方法

3.8.1 淤泥地質(zhì)

以南沙港鐵路工程為例，部分樁基礎(chǔ)位于魚塘或河流中，魚塘位置通常較淺，可以采取清淤換填的方法，將淤泥置換為片石和黃土；河流位置通常采用填筑圍堰的方法，若河流水位較高或?qū)恿餍购樵斐捎绊?，則可以采取修筑棧橋后再進(jìn)行填筑的方法，施工期間盡可能不影響河流正常過水，施工完畢后及時(shí)恢復(fù)河道暢通[4]。

3.8.2 巖溶地質(zhì)

南沙港鐵路工程樁基礎(chǔ)施工過程中，經(jīng)常會遇到巖溶地質(zhì)。通常在樁基礎(chǔ)施工之前，需要對每一個(gè)樁位進(jìn)行地質(zhì)鉆探，如果發(fā)現(xiàn)巖溶孔洞，則進(jìn)行注漿充填。在正式鉆進(jìn)之前，應(yīng)準(zhǔn)備好片石及黏土，便于鉆進(jìn)過程中遇到未探明孔洞時(shí)及時(shí)進(jìn)行充填。若鉆進(jìn)過程中遇到巖溶孔洞，孔內(nèi)泥漿會迅速下降，為防止泥漿下降后造成塌孔，需立即將鉆頭提起，并回填片石及黏土，直至泥漿不再下降。再次施工時(shí)，回填的片石和黏土?xí)纬尚碌哪嗍o(hù)壁，反復(fù)多次直至穿過溶洞位置。

3.8.3 喀斯特地質(zhì)

南沙港鐵路工程樁基礎(chǔ)施工過程中，偶爾會遇到喀斯特地質(zhì)。沖擊鉆在鉆進(jìn)過程中，若遇到斜巖，會導(dǎo)致孔底兩側(cè)承載力不同，鉆頭沖擊到孔底時(shí)會向承載力較低的一側(cè)傾斜，反映到鉆機(jī)處會使鋼絲繩突然向一側(cè)偏位，若不及時(shí)處理會導(dǎo)致樁身偏斜等情況。遇到斜巖后通常采用反復(fù)多次回填片石的方法，使得孔底兩側(cè)承載力趨近一致，直至穿過斜巖位置。

4 結(jié)語

目前，鉆孔灌注樁施工技術(shù)越來越成熟，并且仍在不斷地革新和進(jìn)步。新型的成孔設(shè)備不斷涌現(xiàn)，有些甚至可以不排土、不排泥漿。今后，鉆孔灌注樁施工技術(shù)將會真正實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保施工。隨著新技術(shù)、新設(shè)備的廣泛應(yīng)用，鉆孔灌注樁施工將會越來越便捷和高效。