鉆孔灌注樁施工技術(shù)

張 錚

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213)

鉆孔灌注樁被廣泛地應(yīng)用用于工業(yè)建筑、高層樓宇、水利水電、市政工程以及橋梁碼頭等工程建設(shè)中。經(jīng)過多年的工程實(shí)踐，鉆孔灌注樁的施工方法和施工技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善。鉆孔灌注樁是通過機(jī)械鉆進(jìn)、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。常見機(jī)械鉆孔灌注樁的類型有沖擊成孔灌注樁、潛水鉆成孔灌注樁、正(反)循環(huán)鉆成孔灌注樁、旋挖成孔灌注樁和長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁等[1]。

1 工程概況

課題依托的武漢地鐵16號(hào)線(三標(biāo)段)項(xiàng)目包含鉆孔灌注樁共計(jì)5 395根，總長(zhǎng)154 672m，樁徑有6種，分別為0.6m、0.8m、1m、1.25m、1.5m、2.0m。

(1)根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭露，沿線除地表人工填土外，沿線覆蓋層為第四系全新統(tǒng)沖積層、第四系上更新統(tǒng)洪積層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層、殘積層。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料分析，場(chǎng)地內(nèi)古新統(tǒng)白堊系上統(tǒng)公安寨組、三疊系大冶組、二疊系棲霞、石炭系黃龍組、泥盆系云臺(tái)觀、志留系墳頭組均有分布，巖性主要為泥巖、砂巖、灰?guī)r、礫巖等。

(2)勘察場(chǎng)地沿線地下水主要類型有上層滯水、孔隙承壓水、碎屑巖裂隙水和巖溶裂隙水等，上述幾類地下水中，以孔隙承壓水及巖溶裂隙水對(duì)擬建工程的影響最為突出。根據(jù)勘察報(bào)告，工程沿線地下水及土樣對(duì)混凝土及鋼筋具微腐蝕性。

2 鉆孔灌注樁施工工藝

2.1 工藝流程

測(cè)量定位→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆孔(泥漿護(hù)壁)→第一次清孔→測(cè)孔深、沉渣厚度→下鋼筋籠→下導(dǎo)管→第二次清孔→測(cè)沉渣厚度→安放隔水球→水下灌注混凝土。

2.2 施工工藝

2.2.1 測(cè)量放線

用坐標(biāo)法或極坐標(biāo)法放出鉆孔灌注樁中心點(diǎn)，并打入標(biāo)樁，樁位中心點(diǎn)的放樣誤差控制在5mm范圍內(nèi)。在距樁中心約2.0m的安全地帶設(shè)置“十”字形控制樁，便于校核，樁上標(biāo)明樁號(hào)。

2.2.2 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大20cm，頂面高出施工水位或地下水位2m，還需滿足孔內(nèi)泥漿面的高度要求，在旱地時(shí)需高出施工地面0.2～0.3m。護(hù)筒埋設(shè)好后，要對(duì)樁位進(jìn)行復(fù)測(cè)，并測(cè)定護(hù)筒的高程。如果樁頂部周圍土體為松散的素填土或淤泥，鋼護(hù)筒應(yīng)穿過地面素填土及淤泥層。

2.2.3 泥漿護(hù)壁

在砂類土、碎(卵)石土或黏土夾層中鉆孔，采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁。在黏性土中鉆孔，當(dāng)塑性指數(shù)大于15，可利用孔內(nèi)原土造漿護(hù)壁。鉆進(jìn)過程中，隨著孔深的增加應(yīng)及時(shí)、連續(xù)地向孔內(nèi)補(bǔ)漿，維持護(hù)筒內(nèi)應(yīng)有的水壓，防止孔壁坍塌。泥漿性能指標(biāo)見表1。

表1 泥漿性能指標(biāo)

2.2.4 鉆孔

安裝、調(diào)整鉆架和起吊系統(tǒng)，將鉆頭吊起，徐徐放進(jìn)護(hù)筒內(nèi)。就位時(shí)用護(hù)樁引出十字線，鉆頭與十字線交點(diǎn)偏差不得超過20mm。開孔時(shí)慢速鉆進(jìn)30～50cm/min，鉆進(jìn)4m后可加速鉆進(jìn)60～90cm/min。如果護(hù)筒周圍土質(zhì)松軟出現(xiàn)漏漿時(shí)，提起鉆錐，用沙袋填堵夯實(shí)護(hù)筒四周，并向孔中加入稠度高、相對(duì)體積質(zhì)量大的泥漿，再次放入鉆頭反轉(zhuǎn)，使膠泥擠入孔壁堵住漏漿孔隙，使泥漿不滲漏，繼續(xù)進(jìn)行鉆孔作業(yè)。在細(xì)砂層鉆進(jìn)過程中，鉆頭提升須緩慢，鉆桿轉(zhuǎn)速減到低檔，配合膨潤(rùn)土纖維素泥漿施工。在鉆進(jìn)過程中，不定時(shí)對(duì)樁孔的垂直度進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，對(duì)孔深、孔徑、孔位和孔形等進(jìn)行檢查，確認(rèn)滿足設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行清孔(表2)。

表2 鉆孔灌注樁鉆孔允許偏差

2.2.5 鋼筋籠制安

鋼筋籠在加工場(chǎng)內(nèi)采用胎具成型法一次性整體制作，用槽鋼和鋼板焊成組合胎具。將加強(qiáng)箍筋就位于每道胎具的同側(cè)，按胎模的凹槽擺焊主筋，鋼筋籠主筋接頭要錯(cuò)開，同一截面上接頭數(shù)量不超過50 %。鋼筋籠的混凝土保護(hù)層厚度用耳筋控制，焊接在主筋上。設(shè)置密度按豎向每隔2m設(shè)一道，每一道沿圓周對(duì)稱布置4個(gè)。吊起骨架擱于支架上，套入盤箍筋，按設(shè)計(jì)要求的鋼筋位置布置好箍筋，箍筋與主筋纏繞緊密，使用綁絲一正一反交叉綁扎固定箍筋。為了保證鋼筋籠安裝起吊時(shí)不變形，對(duì)于長(zhǎng)鋼筋籠，起吊前在鋼筋籠內(nèi)焊接加強(qiáng)三角支撐，采用三點(diǎn)法起吊。在下放鋼筋籠的同時(shí)進(jìn)行聲測(cè)管安裝與固定(表3)。

表3 鉆孔灌注樁鋼筋籠制作、安裝允許偏差

2.2.6 導(dǎo)管安裝

采用鋼導(dǎo)管灌注，導(dǎo)管選用直徑為φ300mm(t=14mm)的鋼管。導(dǎo)管接頭嚴(yán)密不漏水，使用前進(jìn)行水密試驗(yàn)，壓強(qiáng)為1.3倍孔深水壓，且不小于導(dǎo)管壁和焊縫可能承受灌注混凝土?xí)r最大內(nèi)壓力的1.3倍。導(dǎo)管吊放位置應(yīng)居樁孔中心、軸線順直。測(cè)量孔深后，將導(dǎo)管下口懸空在30～40cm范圍之內(nèi)。灌注混凝土之前進(jìn)行二次清孔，清孔采用換漿法，利用導(dǎo)管作為泥漿進(jìn)入口，循環(huán)送入泥漿，循環(huán)更換孔內(nèi)泥漿，孔內(nèi)泥漿從護(hù)筒溢出進(jìn)入沉淀池沉淀，往復(fù)循環(huán)直至孔內(nèi)泥漿指標(biāo)符合規(guī)范要求。

2.2.7 混凝土灌注

混凝土配合比必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)并具有良好的和易性，灌注時(shí)要能保持足夠的流動(dòng)性，粘聚性要好、泌水性要小、坍落度控制在180～220mm。首批混凝土澆筑需要采取隔水措施，先拌制0.2m3水泥砂漿，置于導(dǎo)管內(nèi)隔水塞上部，倒入砂漿時(shí)，要將隔水塞逐漸下移。第一次灌注的混凝土必須能將導(dǎo)管下口埋置深度達(dá)到1m以上，儲(chǔ)足了首批混凝土灌筑量后剪掉隔水塞繩吊繩讓混凝土灌入孔底。澆筑過程中導(dǎo)管埋深始終控制在2～6m，每次提升導(dǎo)管前，先探測(cè)管內(nèi)外混凝土面高度，拆除每一節(jié)導(dǎo)管都必須保證導(dǎo)管下口埋深不小于2.0m，澆筑超高1m左右為宜。灌注過程中如遇到導(dǎo)管內(nèi)混凝土不滿時(shí)，后續(xù)混凝土要徐徐灌入，防止形成高壓氣囊，影響成樁混凝土的密實(shí)性。

2.3 特殊地質(zhì)的處理方法

2.3.1 淤泥地質(zhì)

淤泥地質(zhì)條件采用清淤換填方式處理，如水深較淺，直接采用土石料填筑施工平臺(tái)，如果水深較深則需要填筑圍堰或者搭設(shè)棧橋平臺(tái)。

2.3.2 巖溶地質(zhì)

在巖溶發(fā)育區(qū)域施工鉆孔灌注樁，鉆孔前在每個(gè)樁位進(jìn)行超前地質(zhì)鉆探，如鉆探發(fā)現(xiàn)有巖溶空隙，則對(duì)樁位區(qū)域地下巖溶空隙進(jìn)行注漿回填。地下巖溶處理完成后再進(jìn)行鉆孔灌注樁施工。

3 常見問題的預(yù)防及處理

3.1 塌孔

3.1.1 塌孔的原因

塌孔的特征是孔內(nèi)水位突然下降，孔口冒細(xì)密的水泡，出渣量顯著增加而不見進(jìn)尺，鉆機(jī)負(fù)荷顯著增加等。造成塌孔的原因很多，主要有：

(1)泥漿相對(duì)密度不夠及其它性能指標(biāo)不符合要求，不能在孔壁形成堅(jiān)實(shí)泥皮。

(2)出渣后未及時(shí)補(bǔ)充泥漿或其它原因造成孔內(nèi)水頭高度不夠。

(3)護(hù)筒埋置太淺，下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸濕泡軟，或鉆機(jī)直接接觸在護(hù)筒上，由于振動(dòng)使孔口坍塌，擴(kuò)展成較大塌孔。

(4)在松軟砂層中鉆進(jìn)進(jìn)尺太快。

(5)提出鉆錐鉆進(jìn)，回轉(zhuǎn)速度過快，空轉(zhuǎn)時(shí)間太長(zhǎng)。

(6)水頭太高，使孔壁滲漿或護(hù)筒底形成反穿孔。

(7)清孔后泥漿相對(duì)密度、粘度等指標(biāo)降低，用空氣吸泥機(jī)清孔泥漿吸走后未及時(shí)補(bǔ)漿(或水)，使孔內(nèi)水位低于地下水位。

(8)清孔操作不當(dāng)，供水管嘴直接沖刷孔壁、清孔時(shí)間過久或清孔停頓時(shí)間過長(zhǎng)。

(9)吊入鋼筋骨架時(shí)碰撞孔壁。

3.1.2 塌孔的預(yù)防及處理措施

(1)在松散粉砂土或流砂中鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)控制進(jìn)尺速度，選用較大相對(duì)密度、粘度、膠體率的泥漿或高質(zhì)量泥漿。

(2)發(fā)生孔口坍塌時(shí)，可立即拆除護(hù)筒并回填鉆孔，重新埋設(shè)護(hù)筒再鉆。

(3)如發(fā)生孔內(nèi)坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘質(zhì)土(或砂礫和黃土)混合物到塌孔處以上1～2m，如塌孔比較嚴(yán)重應(yīng)全部回填，待回填物沉積密實(shí)后再行鉆進(jìn)。

(4)清孔時(shí)及時(shí)補(bǔ)漿(或水)，保證孔內(nèi)必要的水頭高度。

(5)吊入鋼筋骨架時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心豎直插入，嚴(yán)防觸及孔壁。

3.2 鉆孔偏斜

3.2.1 鉆孔偏斜的主要原因

(1)鉆孔中遇有較大的孤石或探頭石。

(2)在有傾斜的軟硬地層交界處，巖面傾斜鉆進(jìn)；或者粒徑大小懸殊的砂卵石層中鉆進(jìn)，鉆頭受力不均。

(3)擴(kuò)孔較大處，鉆頭擺動(dòng)偏向一方。

(4)鉆機(jī)底座未安置水平或產(chǎn)生不均勻沉陷、位移。

(5)鉆桿彎曲，接頭不正。

3.2.2 鉆孔偏斜的預(yù)防及處理措施

(1)安裝鉆機(jī)時(shí)要使轉(zhuǎn)盤、底座水平，起重滑輪緣、固定鉆桿的卡孔和護(hù)筒中心三者應(yīng)在一條豎直線上，并經(jīng)常檢查校正。

(2)由于主動(dòng)鉆桿較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)上部擺動(dòng)過大。必須在鉆架上增設(shè)導(dǎo)向架，控制桿上的提引水龍頭，使其沿導(dǎo)向架對(duì)中鉆進(jìn)。

(3)鉆桿接頭應(yīng)逐個(gè)檢查，及時(shí)調(diào)正，當(dāng)主動(dòng)鉆桿彎曲時(shí)，要用千斤頂及時(shí)調(diào)直。

3.3 掉鉆落物

3.3.1 造成掉鉆落物的主要原因

(1)卡鉆時(shí)強(qiáng)提強(qiáng)扭，操作不當(dāng)，使鉆桿或鋼絲繩超負(fù)荷或疲勞斷裂。

(2)鉆桿接頭不良或滑絲。

(3)電動(dòng)機(jī)接線錯(cuò)誤，鉆機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，鉆桿松脫。

(4)轉(zhuǎn)向環(huán)、轉(zhuǎn)向套等焊接處斷開。

(5)操作不慎，落入扳手、撬棍等物。

3.3.2 掉鉆落物的預(yù)防及處理措施

(1)開鉆前應(yīng)清除孔內(nèi)落物，零星鐵件可用電磁鐵吸取，較大落物和鉆具也可用沖抓錐打撈，然后在護(hù)筒口加蓋。

(2)經(jīng)常檢查鉆具、鉆桿、鋼絲繩和聯(lián)結(jié)裝置。

(3)掉鉆后應(yīng)及時(shí)摸清情況，若鉆錐被沉淀物或塌孔土石埋住應(yīng)首先清孔，使打撈工具能接觸鉆桿和鉆錐。

3.4 鉆孔漏漿

3.4.1 造成鉆孔漏漿的主要原因

(1)在透水性強(qiáng)的砂礫或流砂中，特別是在有地下水流動(dòng)的地層中鉆進(jìn)時(shí)，稀泥漿向孔壁外漏失。

(2)護(hù)筒埋置太淺，回填土夯實(shí)不夠，致使刃腳漏漿。

(3)護(hù)筒制作不良，接縫不嚴(yán)密，造成漏漿。

(4)水頭過高，水柱壓力過大，使孔壁滲漿。

3.4.2 鉆孔漏漿處理措施

(1)凡屬于第一種情況的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)應(yīng)使用較粘稠或高質(zhì)量的泥漿鉆孔。沖擊鉆機(jī)可加稠泥漿或回填粘土摻片石、卵石反復(fù)沖擊增強(qiáng)護(hù)壁。

(2)屬于護(hù)筒漏漿的，應(yīng)按前述有關(guān)護(hù)筒的埋設(shè)要求辦理。如接縫處漏漿不嚴(yán)重，可由潛水工用棉、絮堵塞，封閉接縫。如漏水嚴(yán)重，應(yīng)挖出護(hù)筒，修理完善后重新埋設(shè)。

3.5 鋼筋籠上浮

3.5.1 鋼筋籠上浮的主要原因

(1)鋼筋籠放置初始位置過高，混凝土流動(dòng)性過小，導(dǎo)管在混凝土中埋設(shè)深度過大，鋼筋籠被混凝土托頂上升。

(2)當(dāng)混凝土灌注至鋼筋籠下，若此時(shí)提升導(dǎo)管，導(dǎo)管底端距離鋼筋籠僅有1m左右時(shí)，由于澆筑的混凝土自導(dǎo)管流出后沖擊力較大，推動(dòng)了鋼筋籠的上浮。

(3)由于灌注混凝土封底時(shí)間過長(zhǎng)，上層混凝土已接近初凝，表面形成硬殼，混凝土與鋼筋籠有一定的握裹力，如此時(shí)導(dǎo)管底端未及時(shí)提到鋼筋籠底端以上，混凝土在導(dǎo)管底端流出后將以一定的速度向上頂升，同時(shí)也帶動(dòng)鋼筋籠上升。

(4)由于鋼筋籠頂面沒有加固牢靠，導(dǎo)致在澆筑樁基混凝土過程中鋼筋籠受混凝土沖力產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。

3.5.2 鋼筋籠上浮的預(yù)防及處理措施

(1)鋼筋籠初始位置應(yīng)定位準(zhǔn)確，并與孔口固定牢固，在樁基鋼護(hù)筒上固定兩根2.5m長(zhǎng)10#槽鋼，然后在鋼筋籠頂面內(nèi)箍筋上固定四根φ50mm鋼管，待鋼筋籠定位完成后，將四根鋼管焊接在槽鋼上，在澆筑樁基混凝土?xí)r要控制澆筑速度，緩慢、勻速澆筑。

(2)當(dāng)灌注的混凝土頂面距鋼筋骨架底部1m左右時(shí)，降低混凝土灌注速度，在混凝土上升至骨架底口4m以上時(shí)，提升導(dǎo)管，使其底口高于骨架底部2m以上，同時(shí)恢復(fù)正常澆筑速度。

(3)導(dǎo)管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2～6m，嚴(yán)禁把導(dǎo)管提出混凝土面，當(dāng)發(fā)生鋼筋籠上浮時(shí)，立即停止灌注混凝土，準(zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)管埋深和已澆混凝土面標(biāo)高，提升導(dǎo)管后再進(jìn)行澆筑，鋼筋籠上浮現(xiàn)象即可消失。

3.6 斷樁

3.6.1 造成斷樁的主要原因

(1)導(dǎo)管底距離孔底太高，首批混凝土數(shù)量不足導(dǎo)致封底失敗，造成底部斷樁。

(2)導(dǎo)管底距離孔底太低，首批混凝土下落困難，與泥漿混合導(dǎo)致封底失敗，造成底部斷樁。

(3)導(dǎo)管密封性差，在首批混凝土灌注后，由于外部泥漿壓力太大，滲入導(dǎo)管內(nèi)，造成混凝土與泥漿混合導(dǎo)致封底失敗，造成斷樁。

(4)設(shè)備故障或混凝土材料供應(yīng)問題造成暫停較長(zhǎng)時(shí)間，使混凝土凝結(jié)而造成斷樁。

(5)注漿導(dǎo)管拔空或掉管造成斷樁。

3.6.2 斷樁的預(yù)防及處理措施

(1)準(zhǔn)確測(cè)量每節(jié)導(dǎo)管的長(zhǎng)度，并編號(hào)記錄，復(fù)核孔深及導(dǎo)管總長(zhǎng)度，也可將拼裝好的導(dǎo)管直接下到孔底，相互校核長(zhǎng)度。

(2)根據(jù)孔徑、導(dǎo)管直徑準(zhǔn)確計(jì)算和復(fù)核首批混凝土用量。

(3)對(duì)于部分灌注設(shè)備增加備用設(shè)備，對(duì)于可能發(fā)生的供料問題制定應(yīng)急預(yù)案。

(4)如果首批混凝土封底失敗，應(yīng)撥出導(dǎo)管，提起鋼筋籠，立即清孔，重新安設(shè)鋼筋籠、灌注混凝土。

(5)灌注過程中出現(xiàn)斷樁，如斷樁距離地面較深，應(yīng)鋼筋籠后重新成孔；如斷樁距離地面較淺，可采用接樁；如原孔無法利用，則回填后采取補(bǔ)樁的辦法。

3.7 灌注高度不足

(1)灌注高度不足的主要原因?yàn)闇y(cè)量不準(zhǔn)確，樁頭預(yù)留量太少。

(2)灌注高度不足可挖出樁頭進(jìn)行接樁處理。

4 結(jié)束語

鉆孔灌注樁施工技術(shù)發(fā)展到今天，施工工藝在不斷成熟，施工技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。未來鉆孔灌注樁施工主要向成孔設(shè)備創(chuàng)新以及不排土、不排泥漿綠色環(huán)保施工方向發(fā)展。隨著技術(shù)革新，鉆孔灌注樁必將更加普及，為未來建筑奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。