鉆孔灌注樁施工技術(shù)分析

熊 斌

(湖北省城市地質(zhì)工程院，湖北 武漢 430070)

鉆孔灌注樁是在人工挖孔樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種樁型。后者由于勞動(dòng)條件差、施工效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、存在安全隱患等諸多問題，將面臨被淘汰的命運(yùn);而前者采用機(jī)械鉆挖，具有作業(yè)條件改善、成孔速度快、質(zhì)量穩(wěn)定、安全環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，有“綠色施工工藝”之美譽(yù)。當(dāng)然，鉆孔灌注樁與人工挖孔樁還是有一些共同之處，都是成孔之后安置鋼筋籠再灌注混凝土而成樁，它們?cè)谲浫醯鼗铣尚偷拇蠼孛嫔顦犊梢院芎玫乜朔话慊A(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降對(duì)建筑物所帶來的危害，因而在工業(yè)建筑、高層樓宇、道路橋梁、港口碼頭、水利水電等工程建設(shè)中獲得廣泛應(yīng)用［1］。但是工程地質(zhì)條件的差別，加上鉆孔灌注樁的種類和技術(shù)特點(diǎn)各異，如何選擇合適的機(jī)具和施工工藝仍然值得探索和研究，因此本文對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行了分析探討。

1.鉆孔灌注樁的種類與施工工藝選擇

1.1 鉆孔灌注樁種類

鉆孔灌注樁的分類方法有許多，比如說按照在巖土中的承載方式分為摩擦樁、端承樁 (承于硬土或巖石)，更常用的分類方法是按照成樁工藝分為非擠土灌注樁和部分?jǐn)D土灌注樁兩大類，非擠土樁更為常見，這類樁又可分為干作業(yè)法、泥漿護(hù)壁法和套管護(hù)壁法三種類型。干作業(yè)法只適用于地下水位以上的干土層，泥漿護(hù)壁法和套管護(hù)壁法適用于多種地層，尤其泥漿護(hù)壁法在我國(guó)應(yīng)用更為普遍。泥漿護(hù)壁法之下還可細(xì)分為正循環(huán)成孔、反循環(huán)成孔、沖擊鉆成孔、旋挖成孔、清水鉆成孔、成孔擴(kuò)底等類型［2］。隨著鉆孔機(jī)械設(shè)備的不斷發(fā)展，還會(huì)產(chǎn)生更多的新型式，相應(yīng)地新的施工工藝也在不斷探索和涌現(xiàn)出來，因而在工程實(shí)踐中選擇適宜的機(jī)具和工藝具有重要的意義。

1.2 鉆孔灌注樁施工工藝選擇

在施工準(zhǔn)備階段，選擇合適的施工工藝可以獲得更好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果，一般應(yīng)綜合地質(zhì)條件、工程特點(diǎn)、環(huán)境條件、設(shè)備條件、工程造價(jià)、施工工期等因素，優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、風(fēng)險(xiǎn)較小的方案。通常情況下可分兩步選擇，第一步根據(jù)一般資料和施工經(jīng)驗(yàn)初選，第二步通過現(xiàn)場(chǎng)試樁選出最合適的機(jī)具和工藝。例如某橋梁工程［3］設(shè)計(jì)引橋樁基為Φ1.5m的鉆孔灌注樁，其樁長(zhǎng)為40～50m，并且所有樁都設(shè)計(jì)成摩擦樁，地層從上至下為第四系人工填土及沖積層 (粉質(zhì)黏土、粉砂、卵石)、第三系泥灰?guī)r與泥巖 (強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、半膠結(jié)狀泥巖夾砂礫巖)。根據(jù)工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件、設(shè)備條件和施工經(jīng)驗(yàn)，分別選擇沖擊鉆正循環(huán)成孔工藝 (JK－8鉆機(jī))、回旋鉆進(jìn)反循環(huán)成孔工藝 (GPS－15鉆機(jī))和旋挖鉆泥漿靜態(tài)護(hù)壁成孔工藝 (ZR250B鉆機(jī))。JK－8、GPS－15、ZR250B最大鉆孔直徑分別為2.0m、1.5m和2.5m，最大鉆孔深度分別為100m、50m、70m，可見它們都能滿足工程要求。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試樁，施工效率從高到低的順序是ZR250B、JK－8、GPS－15，成孔質(zhì)量由高至低的次序?yàn)閆R250B、JK－8、GPS－15，經(jīng)濟(jì)效益從大至小的順序是JK－8、ZR250B、GPS－15，綜合評(píng)分結(jié)果為ZR250B得8分，JK－8得7分，GPS－15得3分，因此該工程首選旋挖鉆泥漿靜態(tài)護(hù)壁成孔工藝 (ZR250B鉆機(jī))，沖擊鉆正循環(huán)成孔工藝 (JK－8鉆機(jī))可作為備選，而不宜采用回旋鉆進(jìn)反循環(huán)成孔工藝 (GPS－15鉆機(jī))。

2.鉆孔灌注樁關(guān)鍵施工技術(shù)分析

2.1 施工流程

以泥漿護(hù)壁法為例，施工流程一般為:場(chǎng)地平整 (圍堰筑島)→樁位放線→樁機(jī)調(diào)整就位→埋設(shè)護(hù)筒→配制泥漿→鉆進(jìn)成孔→提鉆→第一次清孔→孔質(zhì)量檢測(cè)→吊放鋼筋籠→安裝導(dǎo)管→第二次清孔→灌注混凝土→拔出導(dǎo)管→拔出護(hù)筒→成樁、移位。

2.2 護(hù)筒制作與埋設(shè)

護(hù)筒材質(zhì)可采用鋼材或鋼筋混凝土，鋼筋混凝土護(hù)筒只適用于陸地小截面樁型，而鋼護(hù)筒可用于陸地、水上各種樁型，但鋼護(hù)筒必須保證足夠的剛度，否則施工中易發(fā)生變形，同時(shí)護(hù)筒圓度也很重要，不然也會(huì)影響成孔作業(yè)。鋼護(hù)筒的壁厚一般不小于直徑的1/150，必要時(shí)應(yīng)設(shè)環(huán)向加勁筋和豎向加勁筋。沉放作業(yè)時(shí)必須控制護(hù)筒的垂直度，尤其在水中作業(yè)時(shí)要考慮水流、波浪等因素，必要時(shí)應(yīng)采用導(dǎo)向架進(jìn)行控制。

2.3 成孔、清孔泥漿的配制

護(hù)壁泥漿主要采用黏土泥漿、膨潤(rùn)土泥漿和混合泥漿三種類型。膨潤(rùn)土泥漿施工效果最好，但價(jià)格較高，如果當(dāng)?shù)赜袧M足質(zhì)量要求的黏土，選用黏土泥漿也是不錯(cuò)的選擇，或者摻入部分膨潤(rùn)土配制成混合泥漿。泥漿配制的性能與所采用的工藝、地層性質(zhì)有很大關(guān)系，在成孔和清孔換渣時(shí)鉆渣依靠泥漿帶出孔外，更重要的作用是通過平衡土層壓力來防止孔壁坍塌。泥漿的使用有靜態(tài)和循環(huán)兩種方式，循環(huán)又分正循環(huán)和反循環(huán)，反循環(huán)再分為泵吸反循環(huán)、氣舉反循環(huán)和射流反循環(huán)，每一種方式對(duì)泥漿的要求都有些差別。砂層等穩(wěn)定性差的土層要求泥漿的穩(wěn)定性要好，所以要采用鈉基膨潤(rùn)土配制，并摻加甲基纖維素、純堿等材料穩(wěn)定泥漿;相反地質(zhì)較好的土層可以采用含砂低的黏土造漿［4］。純堿的作用是調(diào)節(jié)pH值為堿性，使黏土顆粒易于分散，而甲基纖維素具有保水、增粘的作用。制漿時(shí)應(yīng)先加水，再加純堿，混勻后再加入膨潤(rùn)土，攪勻后加纖維素。泥漿攪拌時(shí)間不少于10min，新漿要在漿池放置24h再用。在放置期間泥漿必須保持流動(dòng)狀態(tài)，可利用泥漿泵進(jìn)行循環(huán)操作。

2.4 鉆進(jìn)技術(shù)

鉆進(jìn)是比較復(fù)雜的技術(shù)，因?yàn)殂@進(jìn)成孔質(zhì)量和效率與眾多因素有關(guān)，既與巖土層類別、鉆具種類、施鉆工藝有關(guān)，也與作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平、操作習(xí)慣有關(guān)。鉆具中最重要的是選擇合適的鉆頭，以反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為例，翼狀鉆頭以擠壓和切削破壞巖土層鉆進(jìn)，主要用于較軟的各種土層和砂層;牙輪滾刀鉆頭則以擠壓、沖擊、剪切破碎巖層，可用于硬一些的沙礫石層、中硬基巖。翼狀鉆頭又分為兩翼鉆頭、三翼鉆頭、四翼鉆頭，三翼鉆頭適用于各種土層及含少量砂礫的砂層，四翼鉆頭可鉆進(jìn)較硬的土層和帶礫石的砂土層。選好鉆頭后還要選擇合適的鉆進(jìn)參數(shù)，包括鉆進(jìn)壓力 (鉆壓)、鉆進(jìn)速度 (鉆速)、洗井參數(shù)等。其中最關(guān)鍵的因素是鉆壓，應(yīng)按照地層的巖性和構(gòu)造進(jìn)行選擇，初鉆應(yīng)低壓慢進(jìn)，正常后再恒壓鉆進(jìn)，在不同地層交界處容易產(chǎn)生井斜，故應(yīng)降低鉆壓或減少鉆頭刀具數(shù)量。鉆速應(yīng)根據(jù)巖性、鉆壓和刀具性能綜合考慮，巖石強(qiáng)度高、耐磨應(yīng)取小鉆速，流沙層容易塌孔也應(yīng)取小鉆速，鉆壓高并且刀具耐磨則可適當(dāng)增加鉆速。泥漿或清水等沖洗液的流量應(yīng)根據(jù)地層而定，孔底渣量大時(shí)可適當(dāng)加大流量，以提高排渣效率，但流量不能大到把循環(huán)液抽出。難鉆的地層可采用靜態(tài)低速方式，等井底渣量達(dá)到一定數(shù)量再排渣。

2.5 鋼筋籠制作與吊放

鋼筋籠應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求制作，除了尺寸偏差滿足要求以外，還要保證足夠的剛度，必要時(shí)加焊加勁筋和臨時(shí)內(nèi)支撐。對(duì)于深孔鋼筋籠應(yīng)全長(zhǎng)加工，分拆數(shù)段運(yùn)輸、吊放，再拼接。吊裝時(shí)應(yīng)采用多點(diǎn)平衡吊法，避免鋼筋籠變形。

2.6 清孔操作

清孔是鉆孔灌注樁施工過程中很重要的環(huán)節(jié)，要保證孔底渣厚和循環(huán)液含渣量滿足質(zhì)量要求，清孔不當(dāng)會(huì)影響到成樁質(zhì)量。清孔一般分兩次進(jìn)行，第二次尤其關(guān)鍵，因?yàn)楣嘧⒒炷燎跋路配摻罨\、導(dǎo)管可能間隔較長(zhǎng)時(shí)間，沉渣厚度會(huì)超出要求，并且下放鋼筋籠也會(huì)觸碰孔壁掉渣。清孔方法包括換漿法、抽漿法、淘渣法、噴射法、氣舉反循環(huán)法等，各種方法的特點(diǎn)、效果都不一樣，應(yīng)結(jié)合地層特性、工藝要求選擇。例如正循環(huán)鉆進(jìn)工藝可采用換漿法進(jìn)行第一次清孔，采用噴射法進(jìn)行第二次清孔。再如軟土地基正循環(huán)鉆進(jìn)工藝中，由于鉆孔、清孔過程中容易塌孔，故需采用濃泥漿護(hù)壁，第二次清孔方法的選擇就很關(guān)鍵;從經(jīng)濟(jì)性考慮應(yīng)采用換漿法，因?yàn)樗c正循環(huán)鉆進(jìn)設(shè)備一致，不額外增加機(jī)具;從適用性分析，抽漿法和氣舉反循環(huán)法清孔時(shí)過于激烈而易引起塌孔，都不適合;從清孔效果考慮，換漿法不比其他方法差;綜合這幾點(diǎn)，應(yīng)選擇換漿法進(jìn)行二次清孔。

2.7 混凝土配制與灌注

目前，鉆孔灌注樁施工多采用商品混凝土，但各廠家商品混凝土質(zhì)量參差不齊，存在魚龍混珠現(xiàn)象，因此必須仔細(xì)甄別商品混凝土廠家，并安排專人進(jìn)駐攪拌站監(jiān)督原材料和配合比，以便從源頭上控制混凝土質(zhì)量。灌注混凝土?xí)r，應(yīng)先拔出護(hù)管內(nèi)的球塞，等混凝土落下后確保導(dǎo)管埋入混凝土的深度不少于1m，再繼續(xù)灌注;混凝土上升至鋼筋籠底部4m以上后應(yīng)及時(shí)提升導(dǎo)管。每1根樁應(yīng)在混凝土終凝前灌注完成，并保證同1根樁連續(xù)灌注。

3.結(jié)語

鉆孔灌注樁是各類工程中應(yīng)用廣泛的深基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，由于綜合了地質(zhì)、巖土力學(xué)、混凝土、工程機(jī)械等多學(xué)科，既有一定的理論性，也是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門技術(shù)，只有將經(jīng)驗(yàn)與理論結(jié)合起來才能不斷提高施工技術(shù)水平，本文對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行了探討，希望同行之間可以相互借鑒和共同提高。

［1］張忠亭，丁小學(xué).鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)與施工 ［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］徐維鈞.樁基施工手冊(cè) ［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［3］陳天利，熊艷.襄樊漢江三橋引橋鉆孔灌注樁成孔工藝選擇 ［J］.建筑機(jī)械，2013(9):104－109.

［4］林禮進(jìn).優(yōu)質(zhì)泥漿在旋挖鉆孔灌注樁護(hù)壁中的應(yīng)用［J］.探礦工程 (巖土鉆掘工程)，2013，40(11):57－60，80.