鉆孔灌注樁施工技術分析與應用

田成瑞

（山西長興路橋工程有限公司，山西 長治 046000）

在公路工程橋梁基礎中，鉆孔灌注樁已被廣泛應用，因為它具有施工簡單、易操作、速度快、承載力大等優點。但在施工過程中工藝環節較多，如測量、機械操作、鋼筋加工、砼拌制和灌注等多種工作，技術含量高、影響因素多，一環不慎，便會有質量事故發生，因而需要加強對施工準備、成孔、清孔、下鋼筋籠、灌注水下砼等施工過程進行質量監控，采取各種有效預防措施，保證或提高鉆孔灌注樁的成樁質量。

1 工藝流程及施工準備

1．1 工藝流程

施工前必須全面撐握鉆孔灌注樁的施工工藝，因鉆孔設備不同其施工工藝流程也不一樣，現以沖擊鉆機成孔為例，其主要施工工藝流程為：場地平整→孔位測定→護筒埋設→鉆機就位→開鉆成孔→提鉆→第一次清孔→檢孔→鋼筋籠吊放→下導管→第二次清孔→水下混凝土灌注→提拔導管→成樁。

1．2 主要準備工作

（1）認真編寫施工組織設計。工程開工前，施工單位應提前向監理部報送施工組織設計（專項施工方案）進行審查，其中包含施工方法、主要技術指標及控制措施。經監理工程師審核后完善施工組織設計方案。

（2）認真把好測量定位關。測量定位是整項工作的關鍵，在思想上必須有足夠重視，是關系到孔位的準確性，鉆孔的垂直度及基準面的標高。施工單位在具體操作過程中，必須嚴格按三檢制的要求層層落實，及時與監理方溝通，與監理方認真復核、驗收相結合，嚴格控制偏差在設計或規范允許范圍內。

（3）細心把護筒、鉆機安裝穩固、準確。護筒有固定樁位、鉆孔導向、保護孔口和隔離孔內外表層水的作用。在制作過程中要求堅固、耐用、不易變形、不漏水、裝卸方便和能重復使用等功能。一般采用帶法蘭的鋼質護筒，由3mm～5mm厚鋼板制作，在護筒外側上、中、下部各焊一道加勁肋增加剛度，防止變形，形狀可以做成整體或兩半圓。埋置時應保證平面位置正確，偏差不得大于5 cm，且高出施工最高水位1．0m～2．0m；在水下埋設的護筒應沿著導向架借助自重、射水、震動或錘擊等方法將護筒下沉至穩定深度。鉆機是鉆孔、吊放鋼筋籠、灌注混凝土的支架，要安裝穩定、安全。應能承受鉆具和其它輔助設備的重量，并具有一定的剛度，在鉆孔中或其它操作時，不易產生晃動，高度由鉆具長度和鋼筋骨架節長度決定，一般為8m～12m；底盤的長度應根據高度穩定性決定。主要受力構件的斷面尺寸，由施工中出現的最大負荷計算決定，安全系數不宜小于3。在鉆孔過程中，成孔中心必須對準樁位中心，鉆機架必須保持平穩，不發生位移、傾斜和沉陷；安裝就位時，詳細測量后底座用枕木墊實塞緊，頂端用纜風繩固定平穩，并在鉆孔過程中經常檢查，以保證轉盤面水平、鉆機機架垂直，進而確保樁身的垂直度和孔徑。

2 鉆孔質量控制

首先應根據孔徑和孔位所在的地質情況，選用鉆機型號和性能，選擇合適的鉆錐。在鉆孔過程中，應采取減壓鉆進，孔底承受的鉆壓不能超過鉆桿、鉆錐和壓塊重量之和的60%，以避免和減少斜孔、彎孔和擴孔現象。在成孔時應盡量避免孔底沉渣過多、孔壁坍塌、擴徑和縮徑等不良現象來影響樁基承載能力。其控制方法如下：

2．1 孔底沉渣控制

孔底沉渣是影響樁承載能力的重要因素，按規定，水下砼灌注摩擦樁樁底沉渣厚度應≤0．5D，但在實際施工過程中，常有樁底沉渣不能滿足要求的現象發生，主要原因是泥漿性能不符合要求（主要指標是泥漿比重和黏度）。實際施工時，施工單位應根據當地的地下水位高低和地層穩定情況來確定泥漿的比重和黏度，切勿盲目設置。若泥漿設置過稀，則攜渣能力不夠；若泥漿設置過稠，則孔壁會形成一層厚厚的泥皮，降低了摩擦樁的承載力。第一次清孔時必須不斷補充新鮮泥漿，將孔內含砂量大、性能差的泥漿置換出來；二次清孔時宜用泵吸及循環清孔（若采用正循環清孔，要排出巖渣和泥團，須加大泥漿比重和黏度，并且清孔的速度慢）。鉆孔結束后，應對終孔進行驗收，須嚴格檢鉆頭或測繩長度的準確性，杜絕以超深來抵消孔底淤積。

2.2 孔壁坍塌控制

出現未知的不良地質情況、鋼護筒未按規定埋設、泥漿黏度不夠、護壁效果不佳、孔口周圍排水不良或下放鋼筋籠及升降機具時碰撞孔壁等，都能產生孔壁坍塌、堆鉆、卡鉆事故。為解決和避免此類現象：首先，必須熟悉工程地質報告，對鉆孔的地質情況做到心中有底。其次，按規定埋設鋼護筒，保證孔口排水良好；鋼筋籠焊接牢固、成籠圓直，下放時必須保持順直，防止偏斜。再次，出現特殊地層時采用優質沖洗液護壁，或用正循環鉆進、反循環排渣來抑制不穩定段地層的坍塌。最后，在不穩定的地層中，不要過早換漿，可在下完鋼筋籠后第二次清孔時替換高比重的泥漿，并及時灌注混凝土，減少沉渣時間，確保樁身質量。

2．3 擴徑和縮徑控制

擴徑、縮徑都是由于成孔直徑不規則出現擴孔或縮孔及其他不良地質現象引起的。擴孔一般是鉆頭振動過大、偏位或孔壁坍塌造成的；縮徑是由于鉆頭磨損過甚、焊接不及時或地層中有遇水膨脹的軟土、黏土泥巖造成的。擴徑會增加砼灌注量，縮徑會減小樁的承載能力，故必須采取有力措施加以控制。為避免擴徑現象：首先，應先檢查鉆機是否固定、平穩，采用減壓鉆進，防止鉆頭擺動或偏位，成孔過程中要徐徐鉆進，以利形成良好的孔壁。其次，要始終保持適當的泥漿比重和足夠的孔內水位，確保孔內泥漿對孔壁有足夠的壓力。為解決縮徑現象，工作人員應及時詳細了解地質資料，判別是否有遇水膨脹等不良土層。如有應采用失水率小于3mL／30min～5mL／30min的優質泥漿進行護壁，經常校正鉆頭直徑，確保鉆頭直徑比成孔直徑小于20mm～25mm。

3 砼灌注質量控制

3．1 灌注前質量控制

（1）原材料控制。在工程中所采用的原材料質量必須進行嚴格控制，特別是黃砂要過篩去除各種雜質，細度模數符合規范要求；碎石要沖洗干凈，級配符合設計要求。水泥要正規廠家生產，三證俱全。待黃砂、碎石、水泥符合試驗要求后方可使用，拌制時須嚴格按試驗單中配合比配制，決不能有一絲馬虎。

（2）主要環節控制。對各項操作機械均需進行嚴格檢查，包括：漏斗底口的隔水設施、翻斗車的性能、攪拌機的試運轉、吸泥泵、清水泵、高壓水管及備用發電機等各種處理故障的設備，以防萬一。導管使用前應分清長短、分別編號，以利于計量埋深值，每次澆筑卸管后均應立即沖洗干凈。按《規范》要求，首批混凝土的數量應滿足導管初次埋置深度≥1．0m，因而須準確計量導管上口漏斗的斗容量。容量不夠的，應及時采取措施加以調整，保證首灌混凝土的沖擊力和排淤能力。開澆前還應測量孔底沉淀厚度，保證不大于規定值。如果超過規定值，應再次清孔。

3．2 灌注過程中的質量控制

（1）坍落度控制。混凝土的坍落度對成樁質量有直接影響，坍落度合理的混凝土應是拌和均勻、和易性好、內阻小、初凝時間長、潤滑性好且有較好的觸變性能，它可有效地保證混凝土灌注性、連續性和密實性，一般控制在18 cm～20 cm的范圍內。根據經驗，除首批混凝土數量滿足埋深要求外，可適當增加一點水泥量及含砂量，以保證其和易性和流動性，使以后澆入的混凝土容易頂升；若首批混凝土的初凝時間早于灌注全部砼所需的時間，則首批混凝土中還得摻入緩凝劑，以保障質量。

（2）導管埋深控制。導管底端在混凝土面以下的深度是否合理關系到成樁的質量，必須予以嚴格控制，提升時須符合以下原則：①每次卸掉的導管長度應和澆入的混凝土上升高度相對應；②必須保證導管埋深在2m～6m范圍內。這就要求我們每次下料后，都應準確測定混凝土面的上升高度，計算導管埋深，從而確定導管拆卸的節數并作好拆卸記錄，防止導管拔出砼面而成斷柱。

（3）鋼筋籠上浮控制。在混凝土澆至鋼筋籠位置時，應放慢混凝土澆筑速度，使導管有較大的埋深，待混凝土表面進入鋼筋骨架一定深度后，再提升導管口控制在最小埋深，使導管口高于鋼筋籠底骨架一定距離繼續灌注，防止鋼筋籠被頂托上升。

（4）樁頂質量控制。《規范》規定樁頂標高應預加0．5m～1．0m，需開挖基坑后鑿除質量不高的一部分樁頭，進而保證樁頂設計標高和樁身砼質量。在灌注樁施工中，要想保證樁頭的質量，必須控制好最后一次灌注量，樁頂不得偏低，鑿出浮漿高度后必須保證暴露的樁頂砼達到設計強度值。

4 常見故障及處理

4．1 樁基處理的原則及程序

（1）處理前應具備的條件：①事故性質和范圍清楚；②目的要明確，應有預定處理方案；③參加的人意見基本一致，并確定處理方案；④設計人員認可簽字。

（2）事故處理應滿足的基本條件：①對事故處理方案要求安全可靠，經濟合理，施工期短，方法可靠；②對未施工部分應提出預防和改進措施，防止事故的再次發生。

（3）事故應及時處理，防止留下隱患：①樁成孔后，應檢查樁孔嵌入持力層深度，巖石強度，沉渣厚度，樁孔垂直度等數據必須符合設計要求，只要有一項不符合設計要求，就應及時分析解決，建設單位代表簽字認可后，方能灌注混凝土、移動鉆機，防止以后提出復查等要求而產生不必要的浪費。②基坑開挖前必須全面檢查成樁記錄和樁的測試資料，發現質量上有爭議問題，

（4）應考慮事故處理對已完工程質量和后續工程方式的影響。如在事故處理中采取補樁時，會不會損壞混凝土強度還較低的鄰近樁。

（5）選用最佳處理方案。樁基事故處理方法較多，但對方案要進行技術經濟比較，選擇安全可靠，經濟合理和施工方便的方案。

4．2 樁基事故的常用處理方法

常用方法有接樁，補樁，補強，擴大承臺（粱），改變施工方法，修改設計方案等。下面結合事故發生的原因分別介紹幾種方法的應用情況。

（1）接樁法。當成樁后樁頂標高不足，常采用接樁法處理，方法有以下二種：①開挖接樁。挖出樁頭，鑿去混凝土浮漿及松散層，并鑿出鋼筋，整理與沖洗干凈后用鋼筋接長，再澆混凝土至設計標高。②嵌入式接樁。當成樁中出現混凝土停澆事故后，清除已澆混凝土有困難時，可采用此法。

（2）補樁法。樁基承臺（梁）施工前補樁，如鉆孔樁距過大，不能承受上部荷載時，可在樁與樁之間補樁。

（3）鉆孔補強法。此法適應條件是基身混凝土嚴重蜂窩，離析，松散，強度不夠及校長不足，樁底沉渣過厚等事故，常用高壓注漿法來處理，但此法一般不宜采用。高壓注漿補強。樁身混凝土局部有離析、蜂窩時，可用鉆機鉆到質量缺陷部位下一倍樁徑處，進行清洗后高壓注漿。樁長不足時，采用鉆機鉆至設計持力層標高；對樁長不足部分注漿加固。

（4）擴大承臺（梁）法。①樁位偏差過大，原設計的承臺（梁）斷面寬滿足不了規范要求，此時采用擴大承臺（梁）來處理。②考慮樁上共同作用，當單樁承載力達不到設計要求，可用擴大承臺（梁）并考慮樁與天然地基共同分組上部結構荷載的方法。需要注意的是在擴大承臺（梁）斷面寬度的同時，適當加大承臺（梁）的配筋。

（5）改變施工方法。樁基事故有些是因為施工順序錯誤或方式工藝不當所造成，處理時一方面對事故樁采取適當的補救措施；另一方面要改變錯誤的施工方法，以防止事故的發生。常用的方法有以下兩種。①改變成樁施工順序。如樁布置太密不便施工時，可采用間隔成樁法。②改變成樁方法。如成孔樁出現較大的地下水時，采用套管內成樁的方法。

在施工前，施工人員要認真學好專業基礎知識，自覺實踐，一絲不茍，認真總結，正確應用有關規范；熟悉地質資料、設計圖紙、相關文件及各項技術要求，不斷提高自身的業務素質和技術水平，抓好施工準備、成孔、清孔、水下砼灌注等各個環節的質量控制，采取各種有效的措施，保障灌注樁的成孔質量。