正循環(huán)鉆孔灌注樁施工過程控制及防控對(duì)策

王永春

（上海市凱達(dá)公路工程有限公司，上海 201600）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，我國對(duì)交通基礎(chǔ)建設(shè)的需求也越來越高，興建了大量的道路、橋梁。在很多工程設(shè)計(jì)中，橋梁工程的基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，主要是樁基礎(chǔ)擁有結(jié)構(gòu)承載力較高、沉降量小、穩(wěn)定性好、抗震性能好以及可以提高地基剛度、改變地基基礎(chǔ)自振頻率等優(yōu)點(diǎn)。樁基礎(chǔ)類型可分為：挖孔樁、鉆孔樁、管樁、沉樁等。同時(shí)，鉆孔樁的施工方式一般包括：回轉(zhuǎn)鉆 (正循環(huán)、反循環(huán))、沖擊鉆、旋挖鉆、沖抓鉆、潛水電鉆和長螺旋鉆等。本文重點(diǎn)介紹了正循環(huán)鉆機(jī)鉆孔灌注樁的施工過程控制，對(duì)施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行成因分析，并給出了具體的防控對(duì)策。

1 適用范圍

正循環(huán)鉆孔灌注樁適用于黏性土、粉性土、砂性土以及卵礫石粒徑小于10mm、含量不大于15%的土層和軟質(zhì)巖層，主要用于樁徑小于1.5m、樁長不超過50m 的樁基工程。

上海地區(qū)除西南部有零星剝蝕丘陵，其余地區(qū)多屬于軟土地基，橋梁工程樁基礎(chǔ)普遍采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆施工方法。

2 操作原理及施工工藝

正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆鉆孔原理：鉆孔是利用鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖土，鉆頭連接在鉆桿上，鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力通過鉆桿傳遞給鉆頭。在鉆頭下沉旋轉(zhuǎn)過程中，用泥漿泵把混合好的漿液抽到鉆桿內(nèi)腔，通過鉆桿流入孔底，然后從鉆桿周圍向上回流，一方面泥漿護(hù)壁，再一方面使鉆渣浮起，從鋼護(hù)筒上部流進(jìn)沉淀池，較大的渣塊在沉淀池中沉淀，上部較稀的漿液又進(jìn)入了循環(huán)池，進(jìn)行重復(fù)利用。

工藝流程是：平整現(xiàn)場(chǎng)—樁位放樣—埋設(shè)鋼護(hù)筒—樁機(jī)安裝就位—鉆進(jìn)（泥漿配制）—清孔(成孔檢測(cè))—下放鋼筋籠—安放導(dǎo)管—二次清孔—檢測(cè)沉渣厚度和泥漿指標(biāo)—灌注水下混凝土—成樁—移機(jī)。

3 施工過程控制

3.1 泥漿循環(huán)系統(tǒng)規(guī)劃

泥漿嚴(yán)禁污染周邊河道、農(nóng)田及道路等，科學(xué)合理布置好沉淀池、循環(huán)池和廢漿池，孔口、沉淀池、循環(huán)池之間通過溝槽連通，泥漿可以循環(huán)流動(dòng)，廢漿經(jīng)晾曬后用封閉式槽罐車外運(yùn)至指定位置。泥漿循環(huán)如圖1 所示。

圖1 正循環(huán)泥漿系統(tǒng)示意圖

3.2 成孔施工

第一，開工前先將場(chǎng)地整平壓實(shí)，做好材料運(yùn)輸過道，測(cè)放復(fù)核好樁位。特別是要對(duì)樁位處地面標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，與設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高進(jìn)行對(duì)比，如果地面標(biāo)高低于或僅略高于樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，要及時(shí)告知業(yè)主及設(shè)計(jì)部門研究解決。

第二，為保證鉆孔垂直度滿足規(guī)范要求，正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在安裝時(shí)務(wù)必控制好鉆桿的垂直度，同時(shí)保證鉆機(jī)平臺(tái)的水平度，底部要支承牢固，樁機(jī)安裝完成后由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后才可以投入使用。

第三，護(hù)筒為鋼護(hù)筒，壁厚約3～5mm，護(hù)筒內(nèi)徑一般比樁徑大20～40cm，護(hù)筒要水平居中埋置，護(hù)筒埋置深度一般在2m 左右，護(hù)筒的頂部一般高于場(chǎng)地30cm，護(hù)筒周圍回填黏土并夯實(shí)。為便于在鉆孔過程中隨時(shí)檢測(cè)樁位的偏移情況，在安裝好的護(hù)筒外周按“十”字形等間距插打四個(gè)護(hù)樁。

第四，鉆桿要編號(hào)并記錄好每節(jié)長度，根據(jù)鉆進(jìn)中已安裝的鉆桿長度復(fù)核鉆孔深度，終孔時(shí)孔深必須經(jīng)監(jiān)理復(fù)核無誤后方可終孔。

第五，在正式鉆進(jìn)前，將適量的黏土、膨潤土、水混合在護(hù)筒內(nèi)，開啟鉆機(jī)并利用鉆頭拌和混合物，此時(shí)鉆頭不進(jìn)尺，將泥漿拌好后抽至循環(huán)池，待循環(huán)池里的泥漿完全夠用后，再用泥漿泵將泥漿抽至鉆桿內(nèi)腔，開始鉆進(jìn)。

第六，在鉆孔過程中不要無故停鉆，盡可能地一次性不間斷地進(jìn)行鉆孔。鉆進(jìn)速度要按照實(shí)際的地質(zhì)狀況加以控制，在剛開始鉆孔時(shí)要慢速鉆孔，以便于泥漿護(hù)壁。超過護(hù)筒底端2m 左右，可正常鉆進(jìn)。

第七，在鉆孔時(shí)，每隔一段時(shí)間做一次泥漿性能檢測(cè)，注入鉆桿的泥漿比重宜為1.05～1.20，黏度宜為16～22s，鉆孔內(nèi)的泥漿比重不宜高于1.30，黏度宜為20～26s。為了避免塌孔，要掌握好泥漿指標(biāo)，同時(shí)要保證孔內(nèi)的水頭高度，水頭高度略低于地面高度即可。

第八，鉆進(jìn)過程中，注意鉆渣的撈取，特別在地層變化處，同時(shí)要做好鉆孔原始記錄。

3.3 清孔

成孔后要進(jìn)行兩次清孔，兩次清孔方式一般均采取換漿法，利用鉆桿向孔底壓入密度相對(duì)較小的泥漿，將孔底沉渣和孔內(nèi)漂浮的鉆渣跟隨著孔內(nèi)泥漿，一起向上流出孔外。首次是在終孔后立即進(jìn)行清孔工藝，而第二次是在放置好導(dǎo)管后即進(jìn)行清孔工藝。

終孔后及時(shí)清孔，以防墜入孔底的鉆渣愈來愈多。向孔底壓入泥漿時(shí)將鉆頭上下抽動(dòng)并慢速旋轉(zhuǎn)大約5min，將較大的泥塊進(jìn)行破碎，首次清孔時(shí)間不少于1h，完成時(shí)孔口內(nèi)應(yīng)無泥塊返出，泥漿密度降低到1.20 左右，黏度大約為20～25s。

二次清孔后的泥漿指標(biāo)要求：密度1.03～1.10、黏度17～20s、含砂率小于2%、膠體率大于98%，且沉渣厚度也要滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。

3.4 鋼筋籠制作及安放

3.4.1 鋼筋籠制作

（1）鋼筋進(jìn)場(chǎng)后，項(xiàng)目管理人員要及時(shí)取樣送檢，檢測(cè)合格后再使用。

（2）由于樁基長度較長，鋼筋籠制作時(shí)須分段進(jìn)行，同一截面的鋼筋接頭數(shù)不得超過一半。主鋼筋和加強(qiáng)筋點(diǎn)焊固定完成后，在籠體上捆扎螺旋筋，螺旋筋點(diǎn)焊在主筋上，同時(shí)要焊好保護(hù)層鋼筋。

（3）主筋的連接須根據(jù)設(shè)計(jì)要求是采用焊接還是套筒連接，不管是焊縫還是套筒、絲扣均要符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.4.2 鋼筋籠安放

（1）經(jīng)檢查合格的鋼筋籠運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，采用吊機(jī)進(jìn)行分段安裝，鋼筋籠要緩慢下放，不得觸碰孔壁以致塌孔。下節(jié)籠子中心與樁位中心重合后即進(jìn)行固定，鋼筋接頭以焊接為例，吊起上節(jié)籠子進(jìn)行對(duì)正焊接，焊接要對(duì)稱進(jìn)行，焊縫滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。按此順序?qū)嵤?，直到完成了最后一?jié)鋼筋籠，在對(duì)鋼筋籠平面方位和上下高度復(fù)核無誤后，再通過頂部吊環(huán)筋固定到鉆機(jī)上，以免在灌注水下混凝土?xí)r沖撞鋼筋籠引起移位或上浮。

（2）為防止下籠時(shí)，觸碰孔壁，第一節(jié)籠的下端鋼筋可以稍向內(nèi)折彎。如碰到下籠困難，要查明原因?qū)ΠY處理，不得強(qiáng)行下插。

（3）在各段鋼筋籠上都要按設(shè)計(jì)規(guī)定安裝聲測(cè)管，聲測(cè)管之間通過套筒連接，聲測(cè)管的上下端及接頭處務(wù)必做好密封處理以防進(jìn)漿堵管。

3.5 安裝導(dǎo)管

采用鋼導(dǎo)管灌注水下混凝土，根據(jù)樁徑大小選擇合適的導(dǎo)管內(nèi)徑，一般為200～350mm，導(dǎo)管的連接可采用螺紋連接或法蘭盤連接。

導(dǎo)管在使用前首先要經(jīng)過全面檢查測(cè)試，從外形、尺寸、連接、螺紋絲扣等方面進(jìn)行檢查，并要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求開展水密承壓測(cè)試和連接抗拉測(cè)試，測(cè)試合格后將導(dǎo)管編號(hào)，并標(biāo)明每節(jié)長度，做好記錄。

安裝導(dǎo)管時(shí)，導(dǎo)管上下方向要垂直，平面位置要居中，并慢慢下放防止撞擊孔壁以及鋼筋籠，導(dǎo)管下口離孔底約30～40cm 時(shí)進(jìn)行固定。

3.6 灌注水下混凝土

第一，大部分工程都要求采用商品混凝土，標(biāo)號(hào)一般為C30 或C35 水下混凝土，初凝時(shí)間不早于2.5h，坍落度180～220mm?；炷敛捎盟鄶嚢柢囘\(yùn)輸，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后要查看配合比報(bào)告并在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試坍落度，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求方可使用。

第二，料斗容積要能達(dá)到首批灌注混凝土的方量要求，首批混凝土的計(jì)算主要包含三個(gè)方面：一是導(dǎo)管底口至孔底間的方量，這個(gè)距離高度在30～40cm；二是在首批混凝土下去后導(dǎo)管的初次埋深，按標(biāo)準(zhǔn)要求為不小于1m；三是導(dǎo)管內(nèi)的混凝土高度要能平衡導(dǎo)管外的水頭壓力。

第三，向料斗內(nèi)放料前，可以先灑水濕潤料斗，重要的是要用隔水栓將導(dǎo)管口密封好，不能漏漿。當(dāng)混凝土料填滿料斗時(shí)，迅速拔起隔水栓，讓混凝土料通過導(dǎo)管沖向孔底，將孔底的沉渣翻起，隨著混凝土面上升，最后排出孔外。同時(shí)混凝土料要連續(xù)、不間斷地從水泥攪拌車內(nèi)放入料斗中，灌注過程要盡可能連續(xù)，減少中斷時(shí)間，單樁灌注時(shí)間要求不大于4h，灌注充盈系數(shù)一般為1.1～1.25。

第四，灌注過程中導(dǎo)管埋深要求為2～6m，根據(jù)實(shí)時(shí)導(dǎo)管長度計(jì)算出當(dāng)時(shí)導(dǎo)管埋深，超過6m 后要及時(shí)拆管，拔管時(shí)要緩慢上拉，避免導(dǎo)管拔脫斷樁，或?qū)Ч茉诨炷林械穆裰蒙疃冗^淺，進(jìn)入混凝土表面的浮漿中，造成樁身混凝土存在夾層。同時(shí)在拆除導(dǎo)管時(shí)，對(duì)導(dǎo)管的上口要做好保護(hù)，避免泥塊、雜物等掉入導(dǎo)管中。拆除下來的導(dǎo)管要安排人員及時(shí)沖洗干凈。

第五，灌至樁頂附近時(shí)，隨著高差越來越小，可以適當(dāng)增加導(dǎo)管埋深，可以使用導(dǎo)管上下不斷插搗混凝土，使混凝土可以順利下落并充分返漿，為避免樁頭混凝土松散，一般混凝土灌注高度都要超過樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高1.5m 左右。

4 常見問題分析及防控對(duì)策

4.1 塌孔

原因分析：主要是護(hù)壁泥漿受到了破壞引起的。

防控對(duì)策：一是在埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，充分保證埋設(shè)深度，護(hù)筒的周圍用黏土回填并且要夯實(shí)，以預(yù)防筒底漏水；孔內(nèi)的水頭高度始終要維持在略低于鋼護(hù)筒頂。二是在鉆孔和清孔期間，要保證泥漿的密度和黏度滿足要求。三是剛開鉆時(shí)可能是回填土層或鉆進(jìn)到了疏松砂層、軟弱地層時(shí)，要相應(yīng)降低鉆孔速度，并控制好泥漿各項(xiàng)指標(biāo)。四是如果出現(xiàn)塌孔，可以回填黏土至坍塌部位以上約2m 處，等沉積密實(shí)后再重新開鉆。

4.2 縮孔

縮孔成因分析：一是鉆頭外圈變小了；二是經(jīng)過淤泥質(zhì)的黏土層時(shí)，土體含水量較大，存在流動(dòng)的趨勢(shì)，土層易產(chǎn)生膨脹，致使孔徑變小。

防控對(duì)策：一是如果鉆頭損壞嚴(yán)重，須及時(shí)修理或調(diào)換。二是鉆頭經(jīng)過淤泥質(zhì)土層時(shí)，要加快進(jìn)度，同時(shí)提高泥漿性能，增強(qiáng)泥漿護(hù)壁能力，減少孔壁外凸。三是用探孔器具即可探明縮孔情況，若發(fā)現(xiàn)有縮孔現(xiàn)象，可以用鉆頭上下不斷掃孔，恢復(fù)正常孔徑。

4.3 鉆孔偏斜

原因分析：一是在安裝鉆機(jī)時(shí)，鉆機(jī)底座不水平，或者在鉆進(jìn)中底座發(fā)生位移、沉降。二是在鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭遇到阻力受力不均，比如鉆到傾斜的硬地層或者粒徑較大的卵礫石層。三是鉆頭變形，鉆桿不直有弧度。四是遇到堅(jiān)硬的障礙物。

防控對(duì)策：一是在加固鉆機(jī)底座時(shí)要確保水平度，安裝鉆機(jī)前須將施工場(chǎng)地整平壓實(shí)，地基承載力要能滿足施工壓力需求。二是碰到鉆頭受力不均，首先要降低鉆進(jìn)速度，可以吊著鉆頭慢慢鉆進(jìn)。三是經(jīng)常檢查鉆頭、鉆桿，發(fā)現(xiàn)損壞、彎曲，要及時(shí)修復(fù)或更換。四是遇到堅(jiān)硬的障礙物無法鉆進(jìn)時(shí)，可改用沖擊鉆法。

4.4 堵管

原因分析：混凝土在導(dǎo)管中流動(dòng)不暢，時(shí)間一長就堵管了。

防控對(duì)策：一是從混凝土本身加大其流動(dòng)性，可以摻外加劑提高和易性。二是一旦開始灌注水下混凝土，就要求連續(xù)灌注，不可以停頓時(shí)間過長。三是發(fā)現(xiàn)混凝土下落較慢時(shí)，可以適當(dāng)上下抽插導(dǎo)管，使混凝土下落。四是控制好導(dǎo)管埋深，埋深不可過大。

4.5 鋼筋籠上浮

原因分析：導(dǎo)管內(nèi)混凝土下落后，導(dǎo)管外四周混凝土返上，觸碰到鋼筋籠底端時(shí)，形成一個(gè)沖擊力，將鋼筋籠向上頂起。

防控對(duì)策：一是鋼筋籠下放完成后，要通過頂部的吊環(huán)筋固定在鉆機(jī)上，壓住鋼筋籠防止上浮。二是當(dāng)混凝土的出口位置距離鋼筋骨架的底端小于2m時(shí)，要慢慢灌注混凝土。

4.6 斷樁

原因解析：一是導(dǎo)管密封性不好，出現(xiàn)滲漏。二是上拔導(dǎo)管時(shí)，管底與混凝土面脫空或管口埋置過淺已進(jìn)入了混凝土頂面的浮漿層中。三是因?qū)Ч苈裰眠^深，以致導(dǎo)管與混凝土間已黏結(jié)，再向上猛提導(dǎo)管可造成樁體斷裂。四是間斷時(shí)間過長，混凝土已無法流動(dòng)。

防控對(duì)策：一是在安放導(dǎo)管前，要對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行檢查、試驗(yàn)，滿足相關(guān)要求后再使用。二是在灌注過程中，要準(zhǔn)確掌握導(dǎo)管的具體埋深，拆管上拔時(shí)，要保證導(dǎo)管的最低埋深。三是導(dǎo)管的埋深要符合規(guī)定要求。四是開灌后，盡量保證一次性連續(xù)灌注完成。

5 結(jié)語

正循環(huán)鉆孔灌注樁具有機(jī)器小、振動(dòng)小、噪音低、工程費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在以黏性土、砂性土、粉性土為主的地區(qū)，得到了普遍的應(yīng)用；同時(shí)鉆孔樁也具備施工工序繁雜、較易出現(xiàn)質(zhì)量問題等缺點(diǎn)，這就要求現(xiàn)場(chǎng)施工人員熟練掌握正循環(huán)鉆孔樁的工藝要求和控制要點(diǎn)，盡可能地避免或減少質(zhì)量問題的發(fā)生，切實(shí)保證鉆孔灌注樁施工質(zhì)量。