泥漿護壁鉆孔灌注樁質(zhì)量控制

陳記權(quán)

（山西二建集團有限公司，山西 太原 030010）

1 事前控制措施

根據(jù)地質(zhì)條件的不同，選擇合適的施工機械是鉆孔灌注樁施工的第一步，常用的鉆孔機械有旋轉(zhuǎn)鉆機、沖擊鉆機、螺旋鉆機等，各機械簡述如下。

（1）旋轉(zhuǎn)鉆機按照排渣方式的不同有正循環(huán)鉆機、反循環(huán)鉆機。

正循環(huán)鉆機鉆孔的鉆進方式是利用鉆具的旋轉(zhuǎn)來削土，泥漿路線如下：泥漿泵抽取泥漿進入泥漿籠頭，通過鉆桿中心孔洞從鉆頭進入鉆孔內(nèi)，而泥漿挾帶鉆渣沿鉆孔上升，從護筒頂部自然排出，流入沉淀池，鉆渣在沉淀池受重力自然沉淀，而泥漿流回泥漿池可循環(huán)使用。

（2）沖擊鉆機鉆孔適用于黏性土、黃土、人工雜填土層、粉質(zhì)黏土，適合于在有硬土層、砂礫石、漂石、巖層中使用。

沖擊鉆孔是利用錐頭的沖擊作用將土體、礫石等砸成粉末，利用泥漿將其懸浮排出孔外；沖擊過程中不光要隨時排出鉆渣，還要補足泥漿必要時重新造漿，沖擊鉆成孔泥漿護壁是最重要的關(guān)鍵點。

（3）旋挖鉆機鉆孔是通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、削土、提升、卸土和泥漿撐護孔壁，反復(fù)循環(huán)直至成孔。

一般適用黏土、粉土、砂土、淤泥質(zhì)土、人工回填土、含有少量礫石、卵石的地質(zhì)。一般不適用于微風(fēng)化巖層等硬質(zhì)地層（除非鉆機具有大扭矩動力頭和相應(yīng)伸縮鉆桿，方可鉆孔施工）[1]。

應(yīng)用旋挖鉆機鉆孔的優(yōu)勢如下：直接取土出渣，不需接長鉆桿；縮短成孔時間，提高施工效率；取土上提過程中對孔壁擾動較?。蛔詣哟怪倍瓤刂坪妥詣踊匚豢刂?，成孔垂直度和孔位等能得到保證。旋挖鉆鉆頭如圖1 所示。

圖1 旋挖鉆鉆頭

2 施工過程控制措施

施工工藝流程：場地平整→測量樁位并放樣→開挖泥漿池、泥漿溝、調(diào)制泥漿（泥漿指標(biāo)控制）→埋設(shè)鋼護筒→鉆機就位（垂直校正）→成孔、泥漿循環(huán)、清除廢漿、泥渣（清渣、補漿）→成孔檢查并清孔（沉渣厚度控制）→驗收（位置、尺寸、形狀、孔深和傾斜度）→下放鋼筋籠和導(dǎo)管（澆筑水下混凝土）→沉渣檢測、二次清孔→澆筑水下混凝土→成樁→檢驗。

2.1 埋設(shè)護筒

護筒一般采用鋼護筒，其內(nèi)徑應(yīng)比樁徑大200mm；可以起到固定樁孔位，鉆頭導(dǎo)向的作用。

護筒頂部高于地面0.3m 或水面1.0~2.0m，起到隔離地表水、保護孔口，穩(wěn)定孔壁、防止坍孔的作用；同時應(yīng)高于樁頂設(shè)計高程1m，防止護筒侵入有效樁長內(nèi)[2]。

2.2 泥漿護壁

鉆機開始鉆孔前應(yīng)首先選取合適部位挖好泥漿池、泥漿溝；鉆孔泥漿由粉質(zhì)黏土造漿或膨潤土和添加劑按適當(dāng)配合比配制而成。

施工過程中鉆機鉆進，鉆渣排入泥漿池的同時，泥漿池里的新鮮泥漿補入鉆孔內(nèi)，保持所需的泥漿水頭的高度不變，保證護筒內(nèi)泥漿水頭壓力。施工中產(chǎn)生的鉆渣采用常見的重力沉降除渣法，即利用鉆渣與泥漿的密度不同使土渣沉淀，以清出鉆渣的方法。

2.3 成孔檢查及清孔

（1）成孔檢查。鉆孔灌注樁在成孔后，應(yīng)對樁孔的孔位、孔徑、孔形、孔深和傾斜度進行檢驗；清孔后，則應(yīng)對孔底的沉渣厚度進行檢驗?？咨钣弥劐N測繩測量，保證樁長滿足設(shè)計要求；孔徑控制主要控制鉆頭直徑一般都能滿足設(shè)計要求，注意預(yù)防孔深不足及坍孔和縮孔：加強施工中泥漿比重的控制，加強各道工序的銜接，要盡量縮短成孔后至澆注混凝土間隔的時間；如地基土質(zhì)不好遇到坍孔和縮孔情況，則考慮在制備的泥漿中加入適量膨潤土造漿護壁，下放鋼筋籠時避免碰撞孔壁。

（2）清孔檢查。鉆孔深度達到設(shè)計高程后，應(yīng)對孔徑、孔深和孔的傾斜度進行檢驗，符合要求后方可清孔。孔底沉渣厚度應(yīng)不大于設(shè)計規(guī)定；設(shè)計未說明時，對直徑≤1.5m 的摩擦樁宜≤200mm，對直徑＞1.5m 或樁長＞40m 以及土質(zhì)較差的摩擦樁宜≤300mm；對端承樁≤50mm，施工中特別注意：嚴(yán)禁采用通過加深鉆孔深度的方式來免除清孔工序。在鋼筋籠就位后，灌注混凝土前，應(yīng)再次檢查孔內(nèi)泥漿的指標(biāo)及孔底沉淀的厚度，如超過規(guī)定，應(yīng)進行二次清孔工序施工，符合要求后方可灌注水下混凝土。沉渣厚度過大將導(dǎo)致：①澆筑混凝土?xí)r沉渣可能進入混凝土中，從而影響強度；或者會在樁底部殘留沉渣，影響樁體穩(wěn)定性。②沉渣太厚將無法起到樁體與地層的嵌固作用，造成樁的受力不均，產(chǎn)生變形[3]。

2.4 鋼筋籠制作與吊裝

（1）鋼筋籠制作。進場的鋼筋需提供必要的質(zhì)量證明文件，且取樣復(fù)試合格后方可使用。鋼筋籠主筋的連接一般采用焊接或者機械連接，焊接前應(yīng)進行焊接工藝評定，焊接宜采用對焊方式，搭接焊時接頭不應(yīng)朝內(nèi)以免卡住導(dǎo)管且單面焊不小于10d，雙面焊接≥5d。同一斷面接頭率不超過50%。螺旋筋與主筋宜采用綁扎為主點焊為輔的綁扎方法，加強定位筋第一道設(shè)置于樁頂標(biāo)高處即-3.5m，其余間隔2m 設(shè)置（參考設(shè)計要求）。鋼筋保護層按設(shè)計要求控制≥50mm。若存在后壓漿工藝則注漿的導(dǎo)管依據(jù)與鋼筋籠綁扎牢固，導(dǎo)管口緊貼鋼筋籠，防止吊裝下籠時碰撞側(cè)壁。

（2）鋼筋籠吊裝。鋼筋籠起吊時，吊點宜在第2 道加強筋處；吊放時扶穩(wěn)，保證不彎曲；校正后，緩慢下放，特別注意過程中避免鋼筋籠碰撞孔壁，下放困難時應(yīng)及時查明原因，不得強行穿入，以免塌孔；用水平儀測量確保鋼筋籠下放到設(shè)計標(biāo)高。鋼筋籠不得直接將鋼筋骨架支承在孔底，應(yīng)將其吊掛在孔口的鋼護筒上，且不應(yīng)采用鋼絲繩或其他容易變形的材料進行吊掛，以免后期鋼筋籠上浮[4]。

2.5 水下混凝土澆筑

（1）采用鋼導(dǎo)管法灌注。導(dǎo)管使用前應(yīng)首先進行接頭水密承壓和接頭抗拉拔試驗，嚴(yán)禁采用壓氣試壓，以免在澆筑過程中發(fā)生泥漿沿鋼導(dǎo)管貫入或?qū)Ч芙宇^斷裂發(fā)生斷樁現(xiàn)象。導(dǎo)管內(nèi)徑（和樁徑大小及混凝土骨料大小有關(guān)）宜為200~350mm。進行試驗的水壓力應(yīng)不小于孔內(nèi)水深壓力的1.3 倍，且不小于灌注混凝土?xí)r導(dǎo)管壁和焊縫可能承受最大內(nèi)壓力P 的1.3 倍兩者取大值。計算式如下：

式中：P——導(dǎo)管的最大內(nèi)壓力，kPa；γc——混凝土的重度，一般為24kN/m3；γw——孔內(nèi)泥漿的重度，kN/m3；hc——導(dǎo)管內(nèi)混凝土最大高度，m，以預(yù)計的最大高度或?qū)Ч苋L計；Hw——孔內(nèi)泥漿的深度，m。

（2）首批混凝土的灌入量應(yīng)計算確定，應(yīng)滿足導(dǎo)管首次埋置深度（＞1m）的要求，混凝土的坍落度宜為160~220mm；混凝土應(yīng)連續(xù)灌注，灌注時間不得長于首批混凝土初凝時間（必要時可摻入緩凝劑）。灌注的過程中應(yīng)采取降低灌注速度的方式以防止鋼筋骨架上浮，澆筑過程中保持導(dǎo)管的埋置深度在2~6m。

（3）混凝土應(yīng)比設(shè)計超灌高≥0.5m，這是受到孔內(nèi)水下泥漿的影響，最上層混凝土混合有泥漿，強度不足，為保證有效樁長內(nèi)混凝土的澆筑質(zhì)量，采取超灌后二次破除樁頭工藝，以保證有效樁長內(nèi)樁頭的混凝土強度。

3 質(zhì)量檢測

3.1 質(zhì)量控制關(guān)鍵點

關(guān)鍵點如下：①樁位坐標(biāo)及垂直度。②泥漿指標(biāo)。③護筒埋深。④護筒內(nèi)水頭高度。⑤樁頂、樁底標(biāo)高、樁長的控制。⑥防止縮徑。⑦清孔及二次清孔質(zhì)量（端承樁與摩擦樁要求不同）。⑧鋼筋籠接頭質(zhì)量、及固定。⑨導(dǎo)管接頭質(zhì)量。⑩水下混凝土的灌注質(zhì)量。

3.2 檢驗項目

檢驗項目包括：混凝土強度、樁身完整性、孔深、樁位、孔徑、鉆孔垂直度、沉渣厚度。

每根灌注樁留取混凝士抗壓強度試件應(yīng)該各為3~4 組。

樁身完整性檢驗：①采用無破損法檢測。②隨機選擇。③有代表性的樁。④重要工程或重要部位的樁應(yīng)逐樁檢測。⑤設(shè)計有規(guī)定或者出現(xiàn)質(zhì)量、安全事故需要查明原因亦或者對樁的質(zhì)量有疑問時，可采用鉆取芯樣法檢測（檢驗樁底與地層結(jié)合情況時，超鉆芯樣至樁底0.5m）。

4 主要質(zhì)量問題及預(yù)防措施

4.1 斷樁

4.1.1 斷樁原因

（1）混凝土本身質(zhì)量。坍落度小、離析、外加劑問題、配合比中石料粒徑過大等。在混凝土澆筑過程中由于導(dǎo)管直徑較?。ㄒ话銥?00~350mm），發(fā)生堵塞，時間超過混凝土初凝時間未疏通；或者堵管時提升導(dǎo)管上下抖動迫使混凝土下落而導(dǎo)管底部高于了混凝土面[5]。

（2）測量出錯或計算首批混凝土灌注方量出錯。首批灌注的混凝土未埋住導(dǎo)管；測量出錯或盲目提拔導(dǎo)管，超出混凝土面或在泥漿和混凝土的混合層中，造成夾層。

（3）導(dǎo)管接口連接。導(dǎo)管接口不嚴(yán)、破損；由于導(dǎo)管埋置深度超過規(guī)定值或混凝土初凝，提拔導(dǎo)管時接頭斷裂；均致使泥漿進入樁身形成夾層。

（4）施工意外因素。提拔導(dǎo)管時，鋼筋籠卡住導(dǎo)管；材料供應(yīng)不足；或者其他意外情況（停電、機械故障、道路中斷、人員等）；造成混凝土澆筑中斷或者超過初凝時間。

4.1.2 斷樁預(yù)防措施

（1）選取和易性好，坍落度在160~220mm 的混凝土，導(dǎo)管直徑應(yīng)與樁徑、石料最大粒徑相匹配，大直徑導(dǎo)管優(yōu)先考慮，防止堵管。

（2）精確測量、計算導(dǎo)管長度，與拔出的導(dǎo)管長度校核，保證施工中導(dǎo)管的埋置深度要求：導(dǎo)管距離孔底距離250~400mm（不能埋入沉渣中），首次埋深至少1.0m，過程中2.0~6.0m。嚴(yán)禁不經(jīng)測量、計算盲目拔導(dǎo)管。

（3）導(dǎo)管使用前進行相關(guān)試驗（水密承壓、接頭抗拉拔），合格后方可用于施工；下放導(dǎo)管前檢查每節(jié)導(dǎo)管接頭連接質(zhì)量，合格后方可繼續(xù)下放導(dǎo)管。

（4）鋼筋籠焊接要保證焊口平順，宜對接，當(dāng)采用搭接時，接頭要不能在籠內(nèi)形成錯臺，以防卡住導(dǎo)管；關(guān)鍵機械、機具設(shè)備要有備用，材料要準(zhǔn)備充足；灌注中必要時在導(dǎo)管外部循環(huán)泥漿，穩(wěn)定孔壁、防止塌孔。

4.2 縮頸、塌孔

4.2.1 縮頸、塌孔原因

（1）土層中的膨脹土遇水后膨脹導(dǎo)致鉆孔縮徑。

（2）混凝土配合比問題，包括流動性差、骨料離析、坍落度小、比重小等；使得混凝土不能完全置換鉆孔內(nèi)的泥漿，形成部分樁身縮頸。

（3）樁身上部易出現(xiàn)縮頸缺陷。這是由于樁身上部施工時，上方自重壓力降低，混凝土不易密實形成的。

（4）造成塌孔的原因主要是地質(zhì)條件差或鉆孔內(nèi)形成的泥皮質(zhì)量差；鉆孔內(nèi)泥漿比重低或水頭高度低不能隔斷孔內(nèi)外滲流；下放鋼筋籠損壞護壁泥皮或成孔后放置時間過長。

4.2.2 縮頸、塌孔防治措施

（1）控制泥漿指標(biāo)，選擇合適的鉆進速度，使得孔壁的泥皮穩(wěn)定，則孔壁不會滲水，亦不會引起膨脹。一旦出現(xiàn)縮徑，應(yīng)減慢鉆進速度，上下反復(fù)掃孔，保證孔徑。成孔后縮短間歇時間及時澆注混凝土，以防縮徑。

（2）嚴(yán)格控制混凝土性能，保證混凝土質(zhì)量。

（3）澆筑上部樁身時，采用用人工振搗方式或者抽漿降低管外壓力方式，還可以選擇自密實性能良好的混凝土等有效措施；確?；炷翝沧①|(zhì)量。

（4）根據(jù)不同的地層條件，選擇合理的鉆進速度，控制泥漿指標(biāo)，保證泥漿護壁的隔水穩(wěn)定性；下放鋼筋籠時不得強行穿入、碰撞孔壁；成孔后盡快澆筑混凝土。

4.3 鋼筋籠上浮

4.3.1 鋼筋籠上浮原因

（1）鋼筋籠未采取有效的固定措施。

（2）混凝土在進入鋼筋籠底部時澆筑速度太快。

4.3.2 鋼筋籠上浮防治措施

（1）澆筑混凝土前，應(yīng)將鋼筋籠固定在孔位護筒上防止鋼筋籠下墜或上浮。

（2）當(dāng)澆筑混凝土接近鋼筋籠下口時（1m 左右），應(yīng)放慢澆筑速度；當(dāng)鋼筋籠被埋入混凝土中一定深度時（超過4m），再提升導(dǎo)管（保證埋深2.0~6.0m），方恢復(fù)正常灌注速度。

5 結(jié)語

鉆孔灌注樁質(zhì)量的關(guān)鍵在于泥漿護壁施工及水下混凝土澆筑這兩個方面：泥漿護壁施工質(zhì)量對鉆孔灌注樁的成孔質(zhì)量起決定性作用，尤其是孔徑、孔形和沉渣厚度；水下混凝土澆筑的質(zhì)量對成樁質(zhì)量起決定性作用，其影響樁身混凝土強度及樁身完整性。在施工中需對這兩個方面加強控制，方能保證鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量。