鉆孔灌注樁施工及質量事故分析與預防

【摘 要】 介紹了鉆孔灌注樁從成孔到水下混凝土澆注的全過程施工，較為詳細地闡述了鉆孔灌注樁的施工方法及施工過程的主要控制程序以及施工中常見的質量事故的原因與預防措施。

【關鍵詞】 鉆孔灌注樁；成孔；沖孔；清孔；鋼筋籠；灌注；質量事故

鉆孔灌注樁是一項質量要求高，施工工序多，并須在一個短時間內連續完成的地下隱蔽工程。這種樁基礎主要是依靠與四周土的摩擦力承載，屬摩擦樁。鉆孔灌注樁由于其施工過程無擠土、無振動、噪音小、成本低、工藝成熟、適用范圍廣、設備靈活簡單、對鄰近建筑物及地下管線危害小，且樁徑不受限制，適用于各種地質條件的優點，因而已成為工業、民用建筑、公路橋梁等工程經常采用的一種深基礎形式。

一、施工工藝

鉆孔灌注樁施工主要包括定位、鉆孔、清孔、安放鋼筋籠、水下澆灌混凝土等工序。施工工藝為：

平整場地—樁位放線—（護筒制作修理）埋設護筒—（樁位復測）鉆機就位對中—（泥漿凈化、制備泥漿）鉆進、撈取鉆渣—（放線、控制斜度、直徑）成孔檢查、驗收—第一次清孔—（鋼筋骨架制作）安裝鋼筋籠—下入導管—第二次清孔—（導管試拼、檢修）灌注混凝土前的準備工作—（制作混凝土試件）澆灌水下混凝土—移開鉆機—拆拔護筒—清理樁頭。

二、鉆孔

（一）護筒埋設

在孔口設置的護筒是一項保證質量的重要施工措施，必須認真做好。

（1）護筒的作用是固定鉆孔位置，保護孔口，提高孔內水位，防止地面水流入，增加孔內靜水壓力以維護孔壁穩定，并兼作鉆進導向；

（2）護筒一般用4～8mm鋼鈑制成。

（3）護筒埋設深度根據土質和地下水位而定，在粘性土中不宜小于1.0m，在砂土中不宜小于1.5 m，其高度尚應滿足孔內泥漿面高度的要求。

（4）埋設護筒時，在樁位打入或挖坑埋入，一般宜高出地面300～400mm，或高出地下水位1.5 m以上。

（5）護筒埋設應準確、穩定、護筒中心與樁位中心的偏差不得大于50 mm。

（二）沖孔施工

1、根據地質情況及以往施工經驗，因土層軟硬不一，故選用沖擊成孔工藝。采用泥漿護壁，正循環沖擊法成孔。

2、采用“十字”型沖擊鉆頭，鉆頭重量為5～8噸。在鉆頭上設置打撈環，并在沖擊鉆頭錐頂與提升絲繩之間設置自行轉向裝置。

3、泥漿制備應選用高塑性粘土或膨潤土。除能自行造漿的土層外，均應制備泥漿。

4 、樁機就位前，對鉆機的各項工作進行檢查，包括場地布置與鉆機座落處的平整和加固，主要機具的檢查與安裝。鉆機安裝就位后，底座和頂端應平穩，并嚴格與樁位對中。

5 、沖孔作業分班連續進行，經常對鉆孔泥漿進行測試，根據不同地層采用不同的性能指標和相應的鉆進速度。起下鉆具必須輕穩，以防鉆具刮損護壁，造成塌孔。達到設計孔深時，經質檢工程師驗收合格，報請監理人員驗收后，方可終孔。

（三）沖擊造孔過程中應注意以下施工要點：

1、開孔時應低錘（小沖程）密擊。

2、當孔深達護筒下3～4m后可加快速度加大沖程，轉入正常連續沖擊。 土層不好時宜提高泥漿密度必要時加入小片石和粘土或稀泥漿，經常清理鉆頭上泥塊拋粘土塊，勤沖勤掏渣，防坍孔；

3、沖孔時要隨時檢查樁位、垂直度、樁徑的偏差，樁徑偏差50mm（個別斷面），樁垂直度允許偏差1%，樁位允許偏差50mm；沖孔時應隨時測定和控制泥漿密度，保證泥漿供給，使孔內泥漿面穩定；

4、沖孔至基巖時應低錘密擊或間斷沖擊，以免偏斜；

5、必須準確控制松繩長度，避免打空鉆。一般不宜用高沖程，以免塌孔，擴孔或卡鉆等事故；

6、在造成孔時應及時排出將孔內殘渣，以免出現埋鉆現象，排渣可采用泥漿循環或抽渣打筒等辦法；

7、在鉆進過程中每鉆進4～5m深應檢查一次成孔，在更換鉆頭或容易縮孔處均應驗孔，如發現偏斜、彎孔、梅花孔、塌孔應立即停止鉆進，采取措施進行處理；

8、進入基巖，每鉆進300～500mm應取一次巖樣，并記下取樣時間和孔深，妥善保存，以便終孔驗證；

9、沖孔過程必須做好鉆孔施工記錄，施工中發現與地質資料不符之處應立即通知質檢人員，查明情況采取處理措施后再重新開始施工。

三、清孔

清孔是保證在不坍孔的情況下，將樁孔底部的沉渣盡量排除干凈。清孔方法主要有緩漿法和抽漿法兩種。通常，清孔分兩次進行，即在鉆孔結束后清孔一次，待鋼筋籠、導管安放完畢后再清一次孔。第二次清孔后應馬上灌注混凝土，中間耽擱時間不宜過長。

四、鋼筋籠的制作安裝及吊放

鋼筋籠制作場地安排在安裝樁位附近，制作場地要求平整。鋼筋籠的分段長度不宜超過8m，如果大于10m必須特別注意防止變形問題。對于長樁，當采取一些輔助措施后，也可作到12m左右。鋼筋籠分段沉放時應在孔口用焊接方法逐個接長。使用鋼筋定位器來保證樁身混凝土保護層的厚度。

五、水下混凝土灌注

1、水下混凝土的配合比要求。混凝土的配合比除了滿足設計強度要求外，還應考慮采用導管法在泥漿中澆灌混凝土的施工特點和這種施工方法對混凝土強度的影響。

2、在吊入鋼筋籠后、灌注水下混凝土之前應再次檢查孔內泥漿性能指標和孔底沉渣厚度，確保學渣打厚度摩擦樁≤40cm，端承樁≤5 cm；否則必須重新清孔；

3、灌混凝土導管采用管徑￠250無縫鋼管法蘭盤連接，保證導管能自由升降。導管長度應根據鉆孔深度確定，并保證導管下口離孔底0.25～0.40m；

4、混凝土采用拌和站集中攪拌。灌注前在現場復測混凝土坍落度、擴散度以及混凝土和易性、保證混凝土坍落度、流動性等到符合規范和設計要求。不合格混凝土嚴禁灌入孔內；

5 、起拔導管、護筒。當灌注混凝土達到標高后，應立即起拔懷管和護筒 ，將導管清洗干凈，并清理好施工現場。

六、常見質量事故分析與預防

（一）成孔質量事故分析

1、坍孔

鉆孔一般在第四紀地層作業居多，因第四紀地層復雜。由于不同土層結構其物理條件不同，受力后的性狀改變方式不同，孔壁不穩定常表現為坍塌、剝落、崩解。造成坍孔的主要原因為：

（1） 鉆進工藝參數選擇不當。不能根據地層選擇合理工藝參數，為求鉆進高效率，采用大鉆壓，高轉速，大泵量；另外，采用劣質泥漿或自然造漿鉆進，起不到護壁作用，造成坍孔。

（2） 清孔操作不當。在清孔時，清孔工具（如吸泥機）碰撞孔壁，供水管直接沖刷孔壁及清孔時間過長或孔內水位下降過快時，由于補水不足或不及時，引起地下水向孔內補給而導致坍孔。

（3） 護筒埋設不當。護筒高不夠、護筒外填土不實，有外部水滲入，特別是在粉砂、細砂等松散土層護筒內外極易貫通，時間一長會引起局部坍塌，進而演變為坍孔。

2、偏孔

偏孔的原因主要有：

（1）鉆機安裝不平，天輪與孔口中心不在一條垂直線上。

（2）換徑、換層或遇有較大卵礫石時，鉆進參數選擇不當，鉆機振動過大，主動鉆桿沒有導正，擺動過大。

（3）開孔時沒有按地層特點在鉆具上增設加重桿或加重桿過輕、直徑過小起不到孔底加壓與導正作用。

（4）鉆具剛性小，加之轉速快、鉆壓大且不均勻，人為造成偏孔。

3、孔底沉渣過厚

泥漿量小，上返速度慢，或粘性低都不能將巖屑有效懸浮并及時帶出，導致巖屑沉降堆積在孔底，若清孔不及時，勢必造成孔底沉渣過厚。

（二）成樁質量事故分析

1、導管堵塞

導管堵塞常導致灌注混凝土失敗，造成導管堵塞常見的原因有：

（1）隔水拴塞卡在導管中。

（2）混凝土塌落度過小，流動性差并夾有大粒徑的石料。

（3）混凝土攪拌不均勻、運距過長、導管漏水、混凝土離析、粗骨料集中卡在導管某一處。

（4）導管各節不同心，內壁不光滑。

（5）導管埋深過大，混凝土在導管中停流時間過長而凝結。

（6）灌注后期，導管內外壓差變小，灌注速度過慢，混凝土出現凝固現象。

2、浮籠

造成浮籠的原因有：

（1）混凝土水灰比不合格，運輸時間過長，孔內混凝土凝結成硬蓋。

（2）導管埋深過大，最下一節的法蘭盤被埋在混凝土面以下。

（3）鋼筋籠變形或沒有插到孔底而導管下端又處于鋼筋籠底端以下。

（4）鋼筋籠過輕而又沒有對其定位限制。

3、斷樁

造成斷樁的主要原因有：

（1）由于探測混凝土面錯誤或提管過快過高，導管底部提離混凝土面，孔內濃泥漿覆蓋混凝土面形成夾層。

（2）上部孔壁坍塌，或下籠后未復檢孔底沉渣，或孔底沉渣過多而未重新清孔。

（3）導管埋深過大，致使混凝土頂托力不夠，無法平衡上升而沿導管邊緣冒出，反壓在混凝土頂面之上。

（4）導管密封不嚴，因漏水導致混凝土離析或混凝土灌注中斷而斷樁。

4、樁頂欠澆

造成樁頂欠澆主要是因為清孔不干凈，孔底沉渣過多，混凝土面測量不準。

（三）成孔質量事故的預防

通過以上分析，成孔質量事故多數是由操作不當而引起，預防成孔質量事故的發生應作到：

（1）根據地層條件選用合理的鉆進工藝參數，在松散的砂層鉆進時，應適當控制鉆進速度，給泥漿護壁留有相當時間；在砂卵石層及換徑、換層時，或遇漂石、孤石時，應控制好鉆壓，以免造成鉆具抖動而塌孔。

（2）選用優質泥漿沖洗鉆孔，優質泥漿不僅能有效懸浮、攜帶巖屑，而且能在孔壁形成薄而致密的泥皮，有效護壁，在清孔時也易于清除。

（3）提放鉆具或用工具清孔時要輕，防止沖撞孔壁。

（4）鉆機安放要平整穩固，鉆架與地面垂直。

（5）清孔要及時，盡量縮短灌注的準備時間，同時保證孔內補水充足并有一定水位高度。

（6）選用單腰帶、雙腰帶鉆具，一方面利于導向，另一方面利于清除孔壁泥皮。

（四）成樁質量事故的預防

成樁質量事故的發生，大都是由于灌注混凝土操作不當引起的。預防質量事故的發生應作到：

（1）混凝土的水灰比及粗細骨料規格嚴格按設計配合比配制。

（2）灌注過程中，經常檢查導管埋深，既要保證導管在混凝土面下有一定埋深（不小于1.0米），又不至于埋深過大（不大于5米）。

（3）量準導管長度，計算好導管下端與孔底距離，計算好第一次灌注量，確保導管埋深符合規范要求。

（4）盡量縮短混凝土運輸距離及灌注時間，保持混凝土的均勻性和連續性。

（5）認真檢查導管的密封性能及各節的同心度。

（6）鋼筋籠有良好的定位、監測措施，防止浮籠。

（7）鋼筋籠有良好的定位、監測措施，防止浮籠。

（8）準確測量樁頂混凝土位置，防止多澆、欠澆（如使用樁頭探深取樣器等）。

隨著大型化、專業化鉆孔機械的問世和鋼筋混凝土的大量應用，鉆孔灌注樁以其成本低、噪音小、適用范圍廣等特點被廣泛應用。因鉆孔灌注樁是一項隱蔽工程，也是一種特殊施工，施工過程中也會有許多預料不到的現象和事情發生，因此，現場的施工人員、技術人員和管理人員應事先采取有效地預防措施，提高工程質量，創造經濟效益，提交優良工程。

參考文獻

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