鉆孔灌注樁施工技術分析

熊 斌

(湖北省城市地質工程院，湖北 武漢 430070)

鉆孔灌注樁是在人工挖孔樁基礎上發展起來的一種樁型。后者由于勞動條件差、施工效率低、質量不穩定、存在安全隱患等諸多問題，將面臨被淘汰的命運;而前者采用機械鉆挖，具有作業條件改善、成孔速度快、質量穩定、安全環保等優勢，有“綠色施工工藝”之美譽。當然，鉆孔灌注樁與人工挖孔樁還是有一些共同之處，都是成孔之后安置鋼筋籠再灌注混凝土而成樁，它們在軟弱地基上成型的大截面深樁可以很好地克服一般基礎結構沉降對建筑物所帶來的危害，因而在工業建筑、高層樓宇、道路橋梁、港口碼頭、水利水電等工程建設中獲得廣泛應用［1］。但是工程地質條件的差別，加上鉆孔灌注樁的種類和技術特點各異，如何選擇合適的機具和施工工藝仍然值得探索和研究，因此本文對有關問題進行了分析探討。

1.鉆孔灌注樁的種類與施工工藝選擇

1.1 鉆孔灌注樁種類

鉆孔灌注樁的分類方法有許多，比如說按照在巖土中的承載方式分為摩擦樁、端承樁 (承于硬土或巖石)，更常用的分類方法是按照成樁工藝分為非擠土灌注樁和部分擠土灌注樁兩大類，非擠土樁更為常見，這類樁又可分為干作業法、泥漿護壁法和套管護壁法三種類型。干作業法只適用于地下水位以上的干土層，泥漿護壁法和套管護壁法適用于多種地層，尤其泥漿護壁法在我國應用更為普遍。泥漿護壁法之下還可細分為正循環成孔、反循環成孔、沖擊鉆成孔、旋挖成孔、清水鉆成孔、成孔擴底等類型［2］。隨著鉆孔機械設備的不斷發展，還會產生更多的新型式，相應地新的施工工藝也在不斷探索和涌現出來，因而在工程實踐中選擇適宜的機具和工藝具有重要的意義。

1.2 鉆孔灌注樁施工工藝選擇

在施工準備階段，選擇合適的施工工藝可以獲得更好的技術、經濟效果，一般應綜合地質條件、工程特點、環境條件、設備條件、工程造價、施工工期等因素，優選出經濟合理、技術可行、風險較小的方案。通常情況下可分兩步選擇，第一步根據一般資料和施工經驗初選，第二步通過現場試樁選出最合適的機具和工藝。例如某橋梁工程［3］設計引橋樁基為Φ1.5m的鉆孔灌注樁，其樁長為40～50m，并且所有樁都設計成摩擦樁，地層從上至下為第四系人工填土及沖積層 (粉質黏土、粉砂、卵石)、第三系泥灰巖與泥巖 (強風化泥灰巖、半膠結狀泥巖夾砂礫巖)。根據工程特點、地質條件、設備條件和施工經驗，分別選擇沖擊鉆正循環成孔工藝 (JK－8鉆機)、回旋鉆進反循環成孔工藝 (GPS－15鉆機)和旋挖鉆泥漿靜態護壁成孔工藝 (ZR250B鉆機)。JK－8、GPS－15、ZR250B最大鉆孔直徑分別為2.0m、1.5m和2.5m，最大鉆孔深度分別為100m、50m、70m，可見它們都能滿足工程要求。經過現場試樁，施工效率從高到低的順序是ZR250B、JK－8、GPS－15，成孔質量由高至低的次序為ZR250B、JK－8、GPS－15，經濟效益從大至小的順序是JK－8、ZR250B、GPS－15，綜合評分結果為ZR250B得8分，JK－8得7分，GPS－15得3分，因此該工程首選旋挖鉆泥漿靜態護壁成孔工藝 (ZR250B鉆機)，沖擊鉆正循環成孔工藝 (JK－8鉆機)可作為備選，而不宜采用回旋鉆進反循環成孔工藝 (GPS－15鉆機)。

2.鉆孔灌注樁關鍵施工技術分析

2.1 施工流程

以泥漿護壁法為例，施工流程一般為:場地平整 (圍堰筑島)→樁位放線→樁機調整就位→埋設護筒→配制泥漿→鉆進成孔→提鉆→第一次清孔→孔質量檢測→吊放鋼筋籠→安裝導管→第二次清孔→灌注混凝土→拔出導管→拔出護筒→成樁、移位。

2.2 護筒制作與埋設

護筒材質可采用鋼材或鋼筋混凝土，鋼筋混凝土護筒只適用于陸地小截面樁型，而鋼護筒可用于陸地、水上各種樁型，但鋼護筒必須保證足夠的剛度，否則施工中易發生變形，同時護筒圓度也很重要，不然也會影響成孔作業。鋼護筒的壁厚一般不小于直徑的1/150，必要時應設環向加勁筋和豎向加勁筋。沉放作業時必須控制護筒的垂直度，尤其在水中作業時要考慮水流、波浪等因素，必要時應采用導向架進行控制。

2.3 成孔、清孔泥漿的配制

護壁泥漿主要采用黏土泥漿、膨潤土泥漿和混合泥漿三種類型。膨潤土泥漿施工效果最好，但價格較高，如果當地有滿足質量要求的黏土，選用黏土泥漿也是不錯的選擇，或者摻入部分膨潤土配制成混合泥漿。泥漿配制的性能與所采用的工藝、地層性質有很大關系，在成孔和清孔換渣時鉆渣依靠泥漿帶出孔外，更重要的作用是通過平衡土層壓力來防止孔壁坍塌。泥漿的使用有靜態和循環兩種方式，循環又分正循環和反循環，反循環再分為泵吸反循環、氣舉反循環和射流反循環，每一種方式對泥漿的要求都有些差別。砂層等穩定性差的土層要求泥漿的穩定性要好，所以要采用鈉基膨潤土配制，并摻加甲基纖維素、純堿等材料穩定泥漿;相反地質較好的土層可以采用含砂低的黏土造漿［4］。純堿的作用是調節pH值為堿性，使黏土顆粒易于分散，而甲基纖維素具有保水、增粘的作用。制漿時應先加水，再加純堿，混勻后再加入膨潤土，攪勻后加纖維素。泥漿攪拌時間不少于10min，新漿要在漿池放置24h再用。在放置期間泥漿必須保持流動狀態，可利用泥漿泵進行循環操作。

2.4 鉆進技術

鉆進是比較復雜的技術，因為鉆進成孔質量和效率與眾多因素有關，既與巖土層類別、鉆具種類、施鉆工藝有關，也與作業人員的經驗、技術水平、操作習慣有關。鉆具中最重要的是選擇合適的鉆頭，以反循環回轉鉆進為例，翼狀鉆頭以擠壓和切削破壞巖土層鉆進，主要用于較軟的各種土層和砂層;牙輪滾刀鉆頭則以擠壓、沖擊、剪切破碎巖層，可用于硬一些的沙礫石層、中硬基巖。翼狀鉆頭又分為兩翼鉆頭、三翼鉆頭、四翼鉆頭，三翼鉆頭適用于各種土層及含少量砂礫的砂層，四翼鉆頭可鉆進較硬的土層和帶礫石的砂土層。選好鉆頭后還要選擇合適的鉆進參數，包括鉆進壓力 (鉆壓)、鉆進速度 (鉆速)、洗井參數等。其中最關鍵的因素是鉆壓，應按照地層的巖性和構造進行選擇，初鉆應低壓慢進，正常后再恒壓鉆進，在不同地層交界處容易產生井斜，故應降低鉆壓或減少鉆頭刀具數量。鉆速應根據巖性、鉆壓和刀具性能綜合考慮，巖石強度高、耐磨應取小鉆速，流沙層容易塌孔也應取小鉆速，鉆壓高并且刀具耐磨則可適當增加鉆速。泥漿或清水等沖洗液的流量應根據地層而定，孔底渣量大時可適當加大流量，以提高排渣效率，但流量不能大到把循環液抽出。難鉆的地層可采用靜態低速方式，等井底渣量達到一定數量再排渣。

2.5 鋼筋籠制作與吊放

鋼筋籠應嚴格按照設計和規范要求制作，除了尺寸偏差滿足要求以外，還要保證足夠的剛度，必要時加焊加勁筋和臨時內支撐。對于深孔鋼筋籠應全長加工，分拆數段運輸、吊放，再拼接。吊裝時應采用多點平衡吊法，避免鋼筋籠變形。

2.6 清孔操作

清孔是鉆孔灌注樁施工過程中很重要的環節，要保證孔底渣厚和循環液含渣量滿足質量要求，清孔不當會影響到成樁質量。清孔一般分兩次進行，第二次尤其關鍵，因為灌注混凝土前下放鋼筋籠、導管可能間隔較長時間，沉渣厚度會超出要求，并且下放鋼筋籠也會觸碰孔壁掉渣。清孔方法包括換漿法、抽漿法、淘渣法、噴射法、氣舉反循環法等，各種方法的特點、效果都不一樣，應結合地層特性、工藝要求選擇。例如正循環鉆進工藝可采用換漿法進行第一次清孔，采用噴射法進行第二次清孔。再如軟土地基正循環鉆進工藝中，由于鉆孔、清孔過程中容易塌孔，故需采用濃泥漿護壁，第二次清孔方法的選擇就很關鍵;從經濟性考慮應采用換漿法，因為它與正循環鉆進設備一致，不額外增加機具;從適用性分析，抽漿法和氣舉反循環法清孔時過于激烈而易引起塌孔，都不適合;從清孔效果考慮，換漿法不比其他方法差;綜合這幾點，應選擇換漿法進行二次清孔。

2.7 混凝土配制與灌注

目前，鉆孔灌注樁施工多采用商品混凝土，但各廠家商品混凝土質量參差不齊，存在魚龍混珠現象，因此必須仔細甄別商品混凝土廠家，并安排專人進駐攪拌站監督原材料和配合比，以便從源頭上控制混凝土質量。灌注混凝土時，應先拔出護管內的球塞，等混凝土落下后確保導管埋入混凝土的深度不少于1m，再繼續灌注;混凝土上升至鋼筋籠底部4m以上后應及時提升導管。每1根樁應在混凝土終凝前灌注完成，并保證同1根樁連續灌注。

3.結語

鉆孔灌注樁是各類工程中應用廣泛的深基礎結構形式，由于綜合了地質、巖土力學、混凝土、工程機械等多學科，既有一定的理論性，也是實踐性很強的一門技術，只有將經驗與理論結合起來才能不斷提高施工技術水平，本文對有關問題進行了探討，希望同行之間可以相互借鑒和共同提高。

［1］張忠亭，丁小學.鉆孔灌注樁設計與施工 ［M］.北京:中國建筑工業出版社，2006.

［2］徐維鈞.樁基施工手冊 ［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［3］陳天利，熊艷.襄樊漢江三橋引橋鉆孔灌注樁成孔工藝選擇 ［J］.建筑機械，2013(9):104－109.

［4］林禮進.優質泥漿在旋挖鉆孔灌注樁護壁中的應用［J］.探礦工程 (巖土鉆掘工程)，2013，40(11):57－60，80.