淺談橋梁鉆孔灌注樁施工技術

帥 毅

(四川蜀南投資管理有限公司,四川成都610072)

1 工程概況

省道106線資陽過境段沱江二橋，橋面寬度24.5 m，全橋長613 m。橋跨布置為1×40 m+6×30 m+5×40 m+6×30 m, 上部結構為預應力砼簡支T梁，基礎和下部結構為普通砼蓋梁、單排3柱式墩、嵌巖樁基。兩岸引橋(含交界墩)位于沱江河灘Ⅰ級階地上，共有30根φ1.6 m、9根φ2.0 m嵌巖樁，樁長26～38 m。覆蓋層為耕植土和砂土，其下為粉砂、砂卵石和強風化頁巖，持力層為中風化頁巖。根據現場實際情況，采用正循環沖擊鉆機成孔、導管法灌注水下砼的施工方案。

2 鉆孔準備工作

(1)鉆孔前的準備工作主要包括：建立現場測量控制網，樁位放樣，整理平整場地，布設施工便道，設置供電及供水系統，制作鋼護筒，準備鉆孔機具和制漿材料等。

(2)施工前，按技術規范要求對設計文件和施工現場進行詳細核查，編寫施工安全技術交底書，做好開工前的安全技術交底工作。

(3)根據施工進度，準備充足合格的各種原材料，加強對周轉性材料的調配工作，同時依據進度要求合理調配各種機具，在使用前對設備進行調試，確保機械性能良好。

3 鉆孔施工

3.1 埋設護筒

護筒采用厚度δ=12 mm鋼板卷制焊接而成，直徑比樁徑大20 cm，高度2～5 m。護筒用全站儀測量定位后，周圍用黏土回填密實，填厚不小于1 m，確保護筒位置的準確及穩定，其平面位置偏差不得大于5 cm、斜度不得大于1%。護筒的頂端高出地面30～50 cm。

3.2 鉆機就位

鉆機就位后，底座和頂端應平穩，在鉆進施工中不應產生位移或沉陷，否則應找出原因，及時處理。沖錘的中心軸和樁的中心在同一鉛垂線上。

3.3 制作泥漿

制漿前，先把黏土盡量打碎，使其在攪拌中容易成漿，縮短成漿時間，提高泥漿質量。制漿時，可將打碎的黏土直接投入護筒內，使用沖擊錐小沖程反復沖擊制漿，待黏土已沖攪成泥漿時，即可進行鉆孔。多余的泥漿用管子導入鉆孔外泥漿池貯存，以便隨時補充孔內泥漿。

3.4 沖孔

沖擊過程中，應始終保持孔內水位高于施工水位(地下水位)1.5 m以上，并低于護筒頂面0.3 m，以防溢出。

沖孔過程中，要注意均勻釋放沖錘的鋼繩長度，避免出現因“打空錘”導致鉆架扭曲變形。出渣或其他原因停鉆后，再次開鉆時，應由低沖程漸變至正常沖程，防止卡錘。

要根據進尺情況，及時出渣，出渣后應及時添加適量黏土、片石和補水，并隨時注意保持孔內水頭。注意黏土一次添加量不要過多，防止粘錘。

隨時嚴格檢查鉆機機械性能、鉆架結構安全、鋼繩磨損和沖錘磨耗等情況，發現異常立即處理，防止發生鉆架倒塌和掉錘等事故。

鉆進過程中應做好鉆孔施工記錄，特別是鉆渣取樣。孔超深應符合規范要求。

3.5 事故處理

由于地質構造的復雜性和施工期間各種因素的影響，鉆孔事故常有發生。及時確認事故類型，采取補救措施，才能減少損失，保證質量。

3.5.1 偏斜孔

鉆機安裝時，支撐不好、樁孔地質構造不均勻等因素引起鉆機整體或鉆頭在鉆孔過程中發生偏斜，導致出現偏孔。

因鉆機傾斜造成的應先移開鉆機，檢查鉆孔壁情況，如果鉆孔壁比較穩定，則應加固施工范圍內的地基或加大鉆機的支撐面積，再重新安裝鉆機恢復施工；鉆孔壁隨時有坍塌可能的，應將鉆孔回填至原地面，待地層靜置穩定后重新開始鉆孔。

地質構造不均勻引起的，先分析清楚巖層的走向，爾后采用適當的回填材料(回填材料一般為片石加黏土、純堿、鋸末等組成的混合物)將鉆孔回填至計算確定的高程處，靜置一段時間后恢復施工。孔中心偏差小于20 cm的，靜置1～2 h后可以繼續鉆孔。孔中心偏差大于20 cm的，應根據情況靜置2 h甚至更長的時間待地層沉積穩定后恢復鉆孔施工。穿過傾斜巖層過程中，應采用自重較大的沖擊鉆，以慢速鉆孔。

3.5.2 護筒脫落

由于護筒外側的回填質量不好、受地面水流的浸泡等因素引起的護筒失去穩定、脫落。出現護筒脫落應立即停止鉆孔，將鉆機移開，采取相應措施處理。由于地面流水引起的可先排除流水，在原地面上填一層黏土使地面干燥、不滲漏，而后，重新安裝護筒(作好護筒外側填筑)恢復鉆孔施工。

3.5.3 卡鉆

鉆孔經過巖層分界面時相鄰巖層強度差別較大、操作中未及時根據地質情況調整鉆頭的行程等原因引起“卡鉆”現象。針對發生“卡鉆”的原因采取相應的方法處理：

由于“探頭石”引起的卡鉆現象，可以適當往下放鉆頭，而后，強力快速往上提，使“探頭石”受瞬間沖擊縮回，從而順利提起鉆頭。

因鉆頭穿過巖層突變處導致的卡鉆，優先采用水下爆破的方法進行處理。在整體巖層中此方法容易奏效，砂土地層中不宜采取此方法處理。

由于機械故障導致鉆頭在濃泥漿中滯留時間過長造成的鉆頭無法提升現象，應采取插入高壓水管置換泥漿的方法進行處理。

3.5.4 縮孔

縮孔是在飽和性黏土、淤泥質黏土，特別是IL>1.0處于流塑性狀態的土層中出現的特有現象，其原因是此類地層含水高、塑性大，鉆頭經過后鉆孔壁回縮，從而導致鉆孔的直徑小于設計的樁直徑。針對發生縮孔的原因，采取塊、卵石土回填，而后用重量較大的沖擊鉆沖擊，擠緊鉆孔孔壁的辦法處理；或者采用在導正器外側焊接一定數量的合金葉片進行旋轉清理的辦法。

3.5.5 掉鉆

由于機械故障、鋼絲繩斷裂、孔壁坍塌等因素造成鉆頭落入孔底的現象通常稱“掉鉆”。發生“掉鉆”后，應及時采取恰當的方法實施打撈。

鉆孔壁穩定的情況，直接用鉆機起吊“打撈器”入孔進行打撈。打撈前，先用“探針”探明鉆頭在孔中的位置為制定打撈方案提供依據。打撈設備和打撈操作方法必須保證在抓住鉆頭后盡量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的現象發生。

鉆孔壁出現局部坍塌將鉆頭埋沒且大部分鉆孔壁處于穩定時，應先加大孔內泥漿的濃度，將旋轉鉆頭放入安全的深度范圍攪動泥漿以加強鉆孔壁，再采取“氣舉法”清除鉆頭上方的沉積土和淤泥，確認鉆頭已露出后再實施鉆頭的打撈工作。鉆孔壁隨時有繼續坍塌可能時，先在孔內安裝長鋼護筒、攪拌樁圍護、帷幕法等方法加固鉆孔壁，而后打撈鉆頭。

3.6 檢孔

鉆孔完成后，必須檢測孔深、直徑和傾斜度，其中孔徑和孔深須達到設計要求，傾斜度不得大于1%。

3.7 清孔

清孔就是在吊放鋼筋籠之前，對孔內的石碴、泥漿進行必要的清理。其目的是將孔內鉆渣清除干凈，保證孔底沉淀厚度滿足要求。終孔檢查后，應迅速清孔，防止因停頓過久，使泥漿、鉆渣沉淀過多造成清孔困難甚至坍孔。

采用空氣吸泥法進行清孔。清孔后，應檢測孔底沉淀量并必須符合設計及規范要求。清孔完成后立即安裝鋼筋籠。

4 鋼筋籠制作與安裝

4.1 鋼筋籠的制作

(1)制作鋼筋籠所使用鋼筋的種類、型號和直徑符合設計圖紙的規定。鋼筋籠由主筋、加強筋、螺旋箍筋、定位筋等組成，其構造應滿足設計要求。

(2)鋼筋籠在加工場統一加工，一般為9 m/段，鋼筋籠各段之間主筋采取機械套筒連接。

(3)制作時均需在型鋼焊制的骨架定位平臺進行，以保證制作的鋼筋籠的整體直度及主筋機械套筒連接接長時的對位度。

(4)在鋼筋籠內部每間隔一定距離(一般為2 m)在加強筋位置設置“十”字撐，以提高鋼筋籠的剛度，避免汽車吊吊運和安裝過程中變形。在鋼筋籠準確就位后，應將“十”字撐割除，以免影響樁基砼灌注。

(5)制作鋼筋籠時應按設計要求布置檢測管，安裝時將檢測管綁扎于加勁鋼筋之上，其底端用鋼板焊牢封底，要求不漏水，澆筑混凝土前，往管內注滿水，其上用塞子堵死，防止雜物和砼進入管中堵塞管道。

4.2 鋼筋籠的安裝

鋼筋籠吊裝時對準孔位，盡量豎直輕放、慢放，遇障礙物可慢起慢落和正反旋轉使之下落，無效時，立即停止下落，查明原因后再安裝。不允許高起猛落，強行下放，防止碰撞孔壁而引起坍塌。入孔后牢固定位，容許偏差不大于5 cm，并使鋼筋籠處于懸吊狀態。

安裝到位后，應將鋼筋籠頂部通過鋼筋與護筒口焊接牢固，以防止鋼筋籠在砼灌注過程中上浮。

5 砼灌注設備安裝

導管一般采用無縫鋼管加工而成。其直徑按樁長、樁徑和每小時需要通過的砼數量計算確定且不得小于250 mm；其分節長度應便于拆裝和搬運并小于導管提升設備的提升高度，中間節一般長2 m左右，下端節可加長至4～6 m，漏斗下可配長約1 m的上端節導管，以便調節漏斗的高度。要求導管內壁光滑、順直、光潔無局部凹凸，各節導管內徑應大小一致、偏差不大于±2 mm。導管總數應配備10%左右的備用導管，其中還應準備有多節長度各異的短管，其中最少兩節0.5 m的導管，有利于控制導管口離孔底的距離，同時也方便拔管時，合理掌握導管的拆卸長度。

每套導管在初次沉放前應試拼，并經試壓，確保不漏水。試拼后的導管要逐一標號，并在其上用油漆每隔50 cm記錄其長度，現場拼接時要保持密封圈無破損，接頭嚴密，管軸順直。

儲料斗采用鋼板及型鋼加勁肋制作，底部做成斜坡。儲料斗的容量須滿足首批砼量并考慮一定富余量。

導管、漏斗、儲料斗在孔內和孔口用吊車等機械安裝完成后，應立即進行二次清孔。

6 二次清孔

由于吊裝鋼筋籠和安裝導管要花很長的時間，孔底的沉碴厚度不能滿足灌注要求，須進行二次清孔。其方法是用泥漿泵將泥漿通過導管沖至孔底，以使泥漿產生循環，從而將孔底的沉淀厚度降低至滿足規范及設計要求。

7 樁基水下砼灌注

7.1 灌注砼應注意的問題

(1)灌注水下砼前要檢查泥漿指標并必須符合規范要求。

(2)首批砼的灌注十分重要，其目的是將孔底的沉渣通過砼的強大沖擊力沖卷干凈并懸浮于砼面層，并將導管埋置至少超過1 m，以保證不出現斷樁。

(3)砼灌注工作開始后，必須連續不斷地進行并且每斗砼灌注間隔時間盡量縮短；拆除導管所耗費時間應嚴格控制，一般不超過15 min，不能中途停工；在灌注砼過程中，隨時探測砼高度，及時拆除或提升導管，注意保持適當的埋深，導管埋深一般保持在2～4 m，最大埋深不大于6 m。

(4)砼灌注前、首批砼灌注后的導管下端距樁底距離均應控制為0.3～0.4 m。

(5)每灌注一段時間，要及時抽拔導管，要根據砼灌入量計算灌注高度并進行實測復核，從而確定提升導管時間和拆導管的長度。

(6)導管提升不能太快，若超過已灌砼表面，就會形成斷樁；若抽拔不及時，埋入過深，則有可能因為砼初凝，使導管不能拔除，造成工程事故。因此必須有嚴格控制導管提升時間。

(7)嚴禁導管漏水或導管底口進水(即封不住底)而造成斷樁事故，保證施工質量。

(8)水下灌注砼的實際樁頂標高應高出樁頂設計標高0.5～1.0 m。

(9)當砼灌注完畢后，待樁上部混凝土開始初凝，解除對鋼筋籠固定措施，保證鋼筋籠隨著砼的收縮而收縮，避免粘結力的損失。

(10)砼澆筑完成后，應立即對檢測管進行檢查，若有雜物或砼進入管內，應立即進行處理，確保管道暢通。

7.2 水下砼灌注中出現問題的對策

7.2.1 封底失敗

由于首批砼數量過小、孔底的沉渣厚度大等原因導致首批砼灌注入孔后，未實現水下砼封底的現象稱為封底失敗。封底失敗后，應立即暫停灌注，及時對孔內已灌注的砼進行清理：地層穩定性較好的，應采取導管內安裝高壓風管進行二次清孔的方法將已灌注的砼清理干凈，重新檢查符合規范要求后，重新開始水下砼灌注。地層穩定性差或高壓清孔的方法不能奏效則應及時拆除導管、拔除鋼筋籠，將鉆機安裝到位，將未灌注砼部分鉆孔回填，待地層沉積穩定后用沖擊鉆清除已灌注的砼，達到孔底設計標高后，重新開始水下砼灌注。

7.2.2 卡管

因砼和易性差、砼中含有大塊骨料或受潮凝固的水泥塊、灌注砼沖擊力不足等原因導致水下砼灌注過程中無法繼續進行的現象統稱為“卡管”。

由于砼質量造成的導管堵塞，可以少量(根據堵管前測量及計算的導管埋深結果在保證導管最小安全埋深確定)提升導管而后快速下落的方法或加大一次性灌注砼數量而后快速提升再迅速下放，以沖擊疏通導管的方法進行處理。

由于砼沖擊力不足造成的，應及時加長上部導管的長度，而后，以一次性較大量砼沖擊灌注達到疏通導管的目的。

采取“二次開球法”進行處理。具體操作方法：將導管插入已灌注砼中0.5～0.8 m，而后按照水下封底的操作方法實施二次封底。以上幾種方法處理不能奏效應立即停止，認為已斷樁。

7.2.3 斷樁

由于灌注中提升導管失誤、砼供應中斷(下雨、停電、機械故障等)或導管漏水等原因導致導管中已灌注的砼與導管的砼隔斷，無法繼續灌注的現象通稱為斷樁。在灌注過程中認定發生斷樁事故后，應立即停止繼續灌注，并采取經濟、可行的進行方法處理，盡量將損失降低到最小：

已灌注砼較少時，應立即拔出導管和鋼筋籠，然后一般采取沖擊鉆清除已灌注部分，再實施原位恢復。斷樁截面位置距離孔口深度不大于10 m、孔內水可以用水泵抽干時，可采用清除樁頂不合格砼，而后澆筑“干樁”接長至設計樁頂標高。

8 樁頭鑿除

由于孔底始終有少量沉渣，這些沉渣通過首批砼沖卷至砼頂面，從而導致樁頭砼強度大大降低，在進行地系梁施工前須將這部分砼通過人工鑿掉。鑿除樁頭砼必須采用人工手工或空壓機風鎬鑿除，不得采用爆破或其它影響樁身質量的方法進行。鑿除樁頭后樁基頂部不能有殘余松散層和薄弱通層，嵌入地系梁內的樁頭及錨固鋼筋長度必須符合設計要求。

9 結束語

鉆孔、灌注砼都是在水下進行的，其工程質量只能通過科學的過程控制來保證和通過完工后的儀器檢測來確認。因此，對作業人員的操作熟練程度和工藝水平、管理人員的指揮水平和判斷決策能力都有較高的要求。

綜上所述，在鉆孔灌注樁的施工過程中存在許多不確定因素，稍有疏忽則易出現質量事故，雖然事故后期處理的方法也很多，但無論采取什么先進的辦法進行處理都將對工程的進度、質量及施工企業的信譽帶來不可忽視的影響。因此，在鉆孔灌注樁施工中必須作到每個工序嚴格按照規范操作，水下砼的灌注必須統一指揮、緊張而有序地進行，提前對可能出現的問題制定切實有效地防范措施并進行預演，盡最大努力杜絕事故的發生，以確保工期和工程質量優良。