淺談正循環鉆機鉆孔灌注樁施工工藝及質量控制

陳健

【摘要】正循環鉆孔灌注樁是橋梁施工中常見的一種基礎，因其承載力比較好，適應性強，噪音小、振動小，等原因已被廣泛應用在公路、鐵路、房屋建筑、港口等領域。但是由于其在施工過程中控制不好會出現塌孔、導管不易提升等現象，所以本文筆者通過多年的施工經驗歸納、總結得出一些體會感悟、便于大家一起學習探討。

【關鍵字】正循環鉆孔灌注樁、施工工藝、質量控制

前言：正循環鉆孔灌注樁在我國應用和發展已有半個世紀之久，充分表明了這是一類很有活力、適應性強、方興未艾的技術，但是發展的歷程中也伴隨著一些質量通病，影響施工質量。

一、鉆孔灌注樁施工方法

1、施工準備

（1）測量放樣，確定樁位中心線，在施工區域內，清理河床淤泥、雜物，施工區域用推土機填筑土方。平面尺寸按樁位中心線向外各放出3.5m，四周用壓路機整平碾壓密實。

（2）施工前，進行場地整平，在鉆機作業處鋪設路基鋼板，以免鉆機產生不均勻沉降。

2、樁位放樣

用全站儀進行鉆孔樁定位，定出鉆孔樁位置后設置好護樁，護樁不少于4個，然后施放樁位十字軸線，作為護筒埋設的控制線及鉆機就位對中，以及施工過程中復測樁位的依據。

3、埋設護筒

護筒有固定樁位，引導鉆頭方向，隔離地面水免其流入井孔，保護孔口不坍塌，并保證孔內水位（泥漿）高出地下水或施工水位一定高度，形成靜水壓力（水頭），以保護孔壁免于坍塌等作用。

護筒設置的一般要求

（1）護筒中心豎直線應與樁中心線重合，除設計另有規定外，平面允許誤差為50mm，豎直線傾斜不大于1%。干處可實測定位，水域可依靠導向架定位。

（2）旱地、筑島處護筒可采用挖埋設法，護筒底部和四周所填粘質土必須分層夯實。

（3）護筒連接處要求筒內無突出物，應耐拉、壓，不漏水。

4、鉆機就位

鉆機就位在護筒埋設完畢后再就位，機架就位時注意不碰撞保護樁。機架就位后要利用保護樁拉十字線，將機架正確對中，并調整機架水平，然后固定機架，保持機架平穩，避免在鉆孔過程中由于振動跑位。

5、泥漿制備

空鉆向孔中注入清水、備用粘土造漿，其性能指標應符合規范要求。鉆孔泥漿經常試驗，對不符合規定的泥漿，應及時調整。

6、鉆進

（1）正循環鉆進成孔

1）泥漿循環系統設置

在相臨兩個墩臺之間設一個泥漿循環池（長6m、寬2.5m、深2.5m）供應兩個墩臺基樁循環用，在橋跨之外統一規劃泥漿沉淀池（根據排漿數量確定）；出漿口開挖寬60cm，深50cm的泥漿槽，在泥漿池沉淀池處設過濾網。

2）鉆進參數

根據工程地質勘探報告結合工程所在地域確定鉆進速度。

7、成孔與終孔

（1）鉆孔過程中，詳細記錄施工進展情況，包括時間、高程、檔位、鉆頭、進尺情況等。

8、清孔

清孔采用換漿法，二次清孔，即成孔檢查合格后立即進行第一次清孔，并清除護筒上的泥皮；鋼筋籠下好灌注混凝土前，再次檢查沉淀層厚度、泥漿指標，若超過規定值，必須進行二次清孔，二次清孔合格后立即灌注混凝土。

9、鋼筋籠加工及就位

鋼筋籠應在鋼筋加工場制作，制作好的鋼筋骨架必須平整墊放。鋼筋籠每隔2～4.0m設置臨時十字加勁撐，以防變形；

10、下導管二次清孔

（1）導管選用：導管直徑按樁長、樁徑和每小時灌注的混凝土數量確定；導管的壁厚應滿足強度和剛度的要求，確保混凝土安全灌注。

（2）導管在使用前和使用一段時期后，應對其規格、質量和拼接構造進行認真檢查，并做拼接、過球、水密承壓、接頭抗拉等試驗，經常更換密封圈。

11、灌注水下砼

水下混凝土的強度、和易性、坍落度等應符合設計和規范的要求。拌和站有足夠的生產能力，灌注時間不得長于首批混凝土初凝時間，對于灌注時間較長的樁，應對混凝土的初凝時間進行特別設計。灌注前應檢查拌和站、料場、灌注現場的準備情況，確定各項準備工作就緒后方可進行。

二、施工中質量控制點的控制方法與控制措施

（一）控制方法

質量的過程控制主要是指在項目實施過程中對工程質量進行事前控制、過程中控制、事后評價和督促改進。

1、事前控制

1.1人員保障

人員的數量和素質應滿足工程需要和合同的規定。

1.2原材料控制和驗收

在開工前，施工單位應及時組織符合要求的材料進場，經自檢合格后報駐地監理組驗收并上報資料。

2、過程中控制

按照首件工程認可的有關規定，對關鍵性首件分項工程的實施實行認可，及時總結經驗、教訓，確定合理工序和管理人員、設備配備要求。

3、事后控制

在每道工序完成后及時對照工序質量目標做好工序自檢盒中間檢驗，發現不足及時，在后續工序、分項工程實施過程中加以改進，保證分項工程達到規定的質量目標，確保整個工程項目總體質量目標的實現。

（二）控制措施

為了保證分項工程質量達到規定的要求，針對本分項工程確定樁位坐標、垂直度、孔徑、清孔、鋼筋籠接頭和水下混凝土灌注為工序質量控制點。

1、樁位坐標控制

施工場地準備好后，應先復測業主所提供基線以及基點，在確認沒有錯誤的前提下，根據所給基線及基點確定出樁點，用鋼釬標記已確定出的樁位，并用護筒埋設進行保護，護筒安置需牢固確定，護筒中心應于樁位重合。

2、垂直度的控制

根據規范規定灌注樁成孔垂直度不得超過樁身長度的1 %。否則將影響橋體的荷載分布，進而影響整個橋梁的使用壽命。

2.1造成成孔垂直度超標的原因如下：

（1） 筑島土料碾壓不實，或在雨后施工，鉆孔機械施工由于振動致使機械發生傾斜。

（2） 場地不平，鉆機鉆孔前未進行超平，以至于鉆桿不直，造成鉆孔傾斜。

2.2防治措施

（1）針對以上原因，采取以下防治措施：作好場地平整工作，松軟場地及時進行分層碾壓處理；雨季施工現場采取排水措施，防止鉆孔處表面積水；鉆機左右兩側增加調整裝置，開鉆前從兩個方向校正鉆桿的垂直度，鉆頭尖部一定要對準樁位，對中誤差嚴格控制在d/ 6 ，且≥200 mm。并在鉆孔時，經常校正鉆機的垂直度。

3、孔徑的控制，防止縮徑

3.1成因

關于成孔的擴徑問題，在上述兩個問題中均產生不同程度的擴徑，值得補充的是地下流砂。地下流砂一般是在承壓水的作用下，鉆機破壞了原有的平衡系統使承壓水帶動細砂產生流動形成的，也是造成擴徑甚至塌孔的主要原因。

3.2防治措施

在實際施工中，要實地分析擴徑的原因，采取正確措施。如果是地下流砂的原因，則通過采用反循環鉆機，減慢成孔速度增加護壁泥漿的濃度以及外水頭壓力的辦法，來預防孔壁坍塌造成的擴孔。

4、清孔質量

清孔要分兩次進行。首次是成孔結束后，讓鉆桿轉而不進尺供漿對孔底進行沖洗排渣，盡量使沉渣厚度小于設計或規范要求。第二次清孔是在下放鋼筋籠和導管后，在導管口加悶蓋注入高壓泥漿進行清孔，使沉渣厚度小于設計或規范要求為止。應重視混凝土灌注前的清孔。灌注前抽吸2min后，一方面抽出一定的沉渣，另一方面泥漿的抽吸作用使得一部分沉渣、沉淤上浮，而且短時間內不會沉淀。此時灌注混凝土，混凝土墜落的巨大沖擊力還能濺除最后殘余的部分沉渣和沉淤，可基本上將孔底沉渣清除干凈。嚴禁采用加深孔底深度的方法代替清孔。

5、鋼筋籠接頭質量

在進行鋼筋籠的加工與安裝時應注意控制以下幾點：①鋼筋焊接前應試焊，合格后才能進行鋼筋籠正式焊接，焊工必須持證上崗操作；②鋼筋質量必須進行檢驗，合格后應按設計進行加工。焊條型號應與鋼筋規格相適應；③搭接電弧焊時，兩鋼筋搭接端應先折向一側，使兩焊接筋軸線一致。

6、水下混凝土灌注質量

鉆孔灌注樁是采用不同的鉆孔方法， 在土中形成一定直徑的井孔， 達到設計標高后， 將鋼筋骨架吊入井孔中，灌注混凝土， 成為樁基礎的一種工藝。成孔后的混凝土灌注施工是保證樁質量的關鍵環節， 必須把可能出現的問題考慮周全， 預防可能發生的質量通病。

6.1導管進水

1）、現象

灌注樁首次灌注混凝土時， 孔內泥漿及水從導管下口灌入導管； 灌注中， 導管接頭處進水； 灌注中， 提升導管過量； 孔內水和泥漿從導管下口涌入導管等現象。

2）、原因分析

（1） 首次灌注混凝土時， 由于灌滿導管和導管下口至樁孔底部間隙所需的混凝土總量計算不當， 使首灌的混凝土不能埋住導管下口，而是全部沖出導管以外， 造成導管底口進水事故。

（2） 灌注混凝土中， 由于未連續灌注， 在導管內產生氣囊， 當又一次聚集大量的混凝土拌和物猛灌時， 導管內氣囊產生高壓； 將兩節導管間加入的封水橡皮墊擠出， 致使導管接口漏空而進水。

（3） 由于接頭不嚴密， 水從接口處漏入導管。

（4） 測深時， 誤判造成導管提升過量， 致使導管底口脫離孔內混凝土液面， 使水進入。

3）、治理方法

首灌底口進水和灌注中導管提升過量的進水， 一旦發生， 停止灌注。利用導管作吸泥管， 以空氣吸泥法， 將已灌注的混凝土拌和物全部吸出。針對發生原因， 予以糾正后， 重新灌注混凝土。

6.2、導管堵管

1）、現象

導管已提升很高， 導管底口埋入混凝土接近1 m。但是灌注在導管中的混凝土仍不能涌翻上來。

2）、原因分析

（1） 由于各種原因使混凝土離析， 粗骨料集中而造成導管堵塞。

（2） 由于灌注時間持續過長， 最初灌注的混凝土已初凝， 增大了管內混凝土下落的阻力， 使混凝土堵管。

3）、治理方法

灌注開始不久發生堵管時， 可用長桿沖、搗或用振動器振動導管。若無效果， 拔出導管， 用空氣吸泥機或抓斗將已灌入孔底的混凝土清除， 換新導管， 準備足夠量的混凝土， 重新灌注。

6.3鋼筋籠在灌注混凝土時上浮

1）、現象

鋼筋籠入孔， 雖已加以固定， 但在孔內灌注混凝土時，鋼筋籠向上浮移。

2）、原因分析

混凝土由漏斗順導管向下灌注時， 混凝土的位能產生一種頂托力。該種頂托力隨灌注時混凝土位能的大小， 灌注速度的快慢， 首批混凝土的流動度， 首批混凝土的表面標高大小而變化。

3）、預防措施

（1） 鋼筋骨架上端在孔口處與護筒相接固定。

（2） 灌注中， 當混凝土表面接近鋼筋籠底時， 應放慢混凝土灌注速度， 并應使導管保持較大埋深， 使導管底口與鋼筋籠底端間保持較大距離， 以便減小對鋼筋籠的沖擊。

（3） 混凝土液面進入鋼筋籠一定深度后， 應適當提導管， 使鋼筋籠在導管下口有一定埋深。但注意導管埋入混凝土表面應不小于2 m。

6.4灌注混凝土時樁孔坍孔

1）、現象

灌注水下混凝土過程中， 發現護筒內泥漿水位忽然上升溢出護筒， 隨即驟降并冒出氣泡， 為坍孔征兆。如用測深錘探測混凝土面與原深度相差很多時， 可確定為坍孔。

2）、原因分析

（1） 灌注混凝土過程中， 孔內外水頭未能保持一定高差。在潮汐地區， 沒有采取措施來穩定孔內水位。

（2） 護筒刃腳周圍漏水； 孔外堆放重物或有機械振動，使孔壁在灌注混凝土時坍孔。

（3） 導管卡掛鋼筋籠及堵管時， 均易發生坍孔。

3）、治理方法

（1） 灌注混凝土過程中， 要采取各種措施來穩定孔內水位， 還要防止護筒及孔壁漏水。

（2） 用吸泥機吸出坍入孔內的泥土， 同時保持或加大水頭高度， 如不再坍孔， 可繼續灌注。

（3） 如用上法處治， 坍孔應不停時， 或坍孔部位較深，宜將導管、鋼筋籠拔出， 回填粘土， 重新鉆孔。

6.5、埋導管事故

1）、現象

導管從已灌入孔內的混凝土中提升費勁， 甚至拔不出，造成埋管事故。

2）、原因分析

（1） 灌注過程中， 由于導管埋入混凝土過深， 一般往往大于6 m。

（2） 由于各種原因， 導管在埋深過大情況下（≥15m的時候），而且未及時提升， 部分混凝土初凝， 抱住導管。

3）、治理方法

（1） 埋導管時， 用鏈式滑車、千斤頂、卷揚機、挖掘機、鏟車等設備進行試拔。

（2） 若拔不出時， 按斷樁處理。

6.6、樁頭澆注高度短缺

1）、現象

已澆注的樁身混凝土， 沒有達到設計樁頂標高再加上50～100cm 的高度。

2）、原因分析

（1） 混凝土灌注后期， 灌注混凝土產生的超壓力減小，此時導管埋深較小。由于探測時， 儀器不精確， 或將過稠的漿渣、坍落土層誤判為混凝土表面。

（2） 測錘及吊索不標準， 手感不明顯， 未沉至混凝土表面， 誤判已到要求標高， 造成過早拔出導管， 終止灌注。

3）、治理方法

（1） 盡量采用準確的水下混凝土表面測探儀， 提高判斷的精確度。當使用標準的測探錘檢測時， 可在灌注接近結束時， 用取樣盒等容器直接取樣， 鑒定良好混凝土面的位置。

（2） 對于水下灌注的柱身混凝土， 為防止剔樁頭造成樁頭短澆事故， 必須在設計樁頂標高之上， 增加50～100cm 的高度， 低限值用于泥漿比重小的、灌注過程正常的樁；高限值用于發生過堵管、坍孔等灌注不順的樁。

（三）結束語

施工中實踐表明、正循環鉆孔灌注樁的施工是一個綜合性的過程，對施工工藝質量控制等方面都做了大量工作。盡管有些質量通病是不可避免的，但是只要把控好過程控制，加強質量控制，各質量通病會明顯減少。

參考文獻：

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