橋梁工程鉆孔灌注樁施工技術要點

李登貴

(中鐵十二局集團第三工程有限公司 山西太原 030024)

橋梁工程鉆孔灌注樁施工技術要點

李登貴

(中鐵十二局集團第三工程有限公司 山西太原 030024)

公路橋梁工程基礎設計中鉆孔灌注樁被廣泛使用，在其施工過程中通過采取有效的預控措施可以避免經常發生的施工弊病，以保證樁基質量，減少施工經濟損失。

鉆孔樁；缺陷；措施

鉆孔灌注樁由于水文、地質的復雜性，在施工過程中，如果不能對影響樁基質量的不當操作做出預控，那么有可能造成樁基質量不合格或者出現諸如三類樁等現象，從而影響工程質量和施工方的工期進度。

1、工程概況

某高速公路大橋，全橋長718m。孔跨布置為： 23×30m。橋墩采用雙柱式圓形墩，鉆孔灌注樁基礎，樁基共48棵，樁徑1.8-2.0米，樁長30-40m。

2、工程地質情況

橋位依山傍河，樁基主要工程地質有：粉質粘土、卵石土、塊石土、圓礫土、角礫土、泥質粉砂巖、角礫巖。相對工程地質條件較差。

大橋鉆孔樁施工過程中，因人為和地質因素等原因影響，再次出現了諸多質量通病。就本橋沖擊鉆孔施工中遇到的一些問題，本文探討一些應對措施。

3、鉆孔過程中出現的相關問題的處理

3.1 孔位偏斜。多因護筒埋置中心與樁位中心的偏差；鉆孔樁機安裝支撐不牢；鉆孔樁位地質下沉；鉆進過程中地質軟硬不均或遇突出孤石等原因引起。應對措施：

（1）在護筒定位后及時復核護筒的位置，嚴格控制護筒中心與樁位中心線偏差不大于50mm，并認真檢查回填土是否密實，以防鉆孔過程中發生漏漿的現象。

（2）認真核對地質資料，特別是在地質情況發生變化地段應用探孔器檢查成孔的垂直度。若因地質構造不均勻引起的，先分析清楚巖層的走向，而后采用適當的回填材料（回填材料一般為片石加黏土等組成的混合物）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20cm的，靜置1～2h后可以繼續鉆孔。孔中心偏差大于20cm的，應根據情況靜置2h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，落錘高差減小，以慢速鉆孔，可以逐漸修正。

3.2 縮孔。是在飽和性粘土、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；或是因為鉆頭磨損嚴重造成。針對前一種原因，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；同時要隨時檢查鉆頭直徑，磨損較大的應及時補焊。

3.3 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：

（1）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”受力瞬間沖擊縮回，從而順利提起鉆頭。

（2）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。

（3）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。

3.4 掉鉆。是由于機械故障、鋼絲繩斷裂、孔壁坍塌或打空錘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。另施工過程中注意觀察鋼絲繩的工作狀態，落錘后若鋼絲強顫動厲害則可能是鋼絲繩收放量小了，在打空錘，此時應合理放松繩索。防止空打造成繩索斷裂。

3.5 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，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等方法加固鉆孔壁，而后打撈鉆頭。

4、水下混凝土灌注中出現問題的對策

4.1 沉碴厚度超標。其原因有第一次清孔泥漿比重過小；下籠時刮壞孔壁使泥土坍落孔底；二次清孔不徹底。控制措施：

（1）施工中（清孔前）泥漿的控制指標：黏度測定，一般地層：17～20s；松散易坍地層：19～28s含砂率不大于4%；膠體率不小于95%；PH值應大于6.5。在鉆孔灌注樁施工和清孔過程中必須嚴格控制，不能就地取材，而要專門采取泥漿制備，選用高塑性粘土或膨潤土，拌制泥漿必須根據施工機械、工藝及穿越土層進行配合比設計。每立方泥漿中粘土量可用下式計算：

式中：V--每立方米泥漿所需粘土體積，m3

p1—粘土密度，t/ m3

p2—要求的泥漿密度，t/ m3，p2= v×p1+（1-v）×p3

p3—水的密度，t/ m3，p3=1

（2）注意鋼筋籠能否順利下放，沉放時不能碰撞孔壁；當吊放受阻時，不能加壓強行下放，因為這將會造成坍孔、鋼筋籠變形等現象，應停止吊放并尋找原因，如因鋼筋籠沒有垂直吊放而造成的，應提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，則按前述方法糾偏，并在重新驗收成孔質量后再吊放鋼筋籠。鋼筋籠要快，盡可能縮短沉放時間。

（3）鋼筋籠下放到位后進行二次清孔。清孔應達到以下標準：孔內排出或抽出的泥漿手摸無2～3mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，黏度17～ 20s。

4.2 鋼筋籠吊放變形。籠身在加強箍圈內設置同型號鋼筋的十字支撐，同時保證鋼筋籠保護層合格。

4.3 封底失敗。是由于首批混凝土數量過小、孔底的沉碴厚度大等原因導致首批混凝土灌注入孔后，未實現水下混凝土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混凝土進行清理。

（1）首批灌注砼數量應能滿足導管初次埋置深度（≥1.0米）和填充導管底部的需要,鉆孔樁所需首批砼數量可按下式計算：

式中：V--首批砼所需數量，m3

HC--首批砼在孔內的高度，m

h2--導管初次埋設深度，m，h2≥1.0m

h1--井孔內砼面高度達到HC時，導管內砼柱的高度，m，而

其中：HW--是井孔內砼面以上水或泥漿的深度，m

γW--井孔內水或泥漿的重度，KN/m3

γC--砼的容重，KN/m3

D--井孔直徑，m

d--導管內徑，m

由于孔徑的不均勻，該式計算出的首批混凝土數量后，需根據現場孔內情況適當增大混凝土量。

（2）地層穩定性差應及時拆除導管、拔除鋼筋籠，將鉆機安裝到位，重新置換泥漿后用沖擊鉆清除已灌注的混凝土，達到孔底設計標高后。

（3）導管口距孔底要保持400mm 左右的距離，旋轉時要精確測量,反復校核。當球塞被壓出導管并灌下一定數量的混凝土后，應將導管緩慢下降100～300mm ,使灌注初期導管被混凝土埋入的深度盡可能加大,以保證封底成功和底層混凝土質量。

4.4 卡管因混凝土和易性差、混凝土中含有大塊骨料或受潮凝固的水泥塊、灌注混凝土沖擊力不足或是導管密封不好、導管內擠入高壓空氣等原因導致水下混凝土灌注過程中無法繼續進行的現象統稱為“卡管”。

（1）由于混凝土自重不足造成的導管堵塞，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較大混凝土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。砼拌和物要有良好的和易性，在運輸和灌注過程中，無離析，泌水，其坍落度為18～20cm；當灌注至樁頂標高8～10m時，應及時調小至12～16cm，以提高樁身上部砼強度。

（2）導管使用前應進行水密試驗，合格后方準使用。進行水密實驗的水壓不應小于孔內水深 1.3倍的壓力,也不應小于導管壁和焊縫可能承受砼時最大壓力的

1.3 倍,可按下式計算:

P=γChC-γWHW

式中：p—導管可能受到的最大內壓力,Kpa

γC—砼拌各物的容重,取24KN/m3

hC—導管內砼柱最大高度,m,以導管全長或預計的最大高度計

γW—井孔內水或泥漿的重度, KN/m3

HW—井孔內水或泥漿的深度,m

另當導管內混凝土不滿含有空氣時，后續混凝土要徐徐灌入，以免在管內形成高壓氣囊，擠壞管節密封圈，導致漏水、漏漿。

（3）采取“二次拋球法”進行處理。具體操作方法：當砼灌注量超過 20m3時。立即更換導管，重新下放導管至距已澆砼面 20～40cm（設已澆砼面深度為H1）再次拋球，認真計算出砼充滿整個導管及沒過導管的砼量，當砼達到管底時（設此時砼面深度為 H2）馬上利用重物將導管壓入到起始砼澆注深度（＜H1）并連續澆注，將砼澆注到要求的標高加上（H2-H1）的高度。

4.5 斷樁由于灌注中提升導管失誤、混凝土供應中斷（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混凝土與導管的混凝土隔斷，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，提拔導管和鋼筋籠，盡量將損失降低到最小。并采取以下辦法處理：

（1）斷樁截面位置處于設計樁全長的三分之一以下時，一般采取沖擊鉆清除已灌注部分，再實施原位恢復。

（2）斷樁截面位置處于設計樁全長的三分之二以上且距離孔口深度不大于10m時，先進行鉆孔壁加固，而后進行鉆孔樁的接長比較經濟。

（3）斷樁截面位置處于設計樁全長的三分之一與三分之二之間的，應對各種處理方法進行對比，選擇經濟、可行的處理方法。墩（臺）樁布置有條件變更，樁布置改變造成的損失較小的，應積極與設計單位聯系爭取變更設計；樁布置無法改變但可以增加樁的，最好由設計單位提供增加樁方案，實施增加基樁；不具備以上兩類情況的一般應及時采取沖擊鉆處理后原位恢復。

4.6 鋼筋籠上浮由于鋼筋籠的加固不可靠或灌注過程中提升導管等原因帶來的鉆孔樁鋼筋籠移位現象統稱鋼筋籠上浮。防浮籠措施：在鋼筋籠下部外側沿籠體豎向每隔2米設一層倒鉤，共設3層，每層4個，呈90°布置，相鄰層錯開布置，倒鉤用φ8鋼筋制成長10cm，與主筋夾角為30°。萬一發生鋼筋籠上浮，應立即暫停灌注，采取以下措施進行處理。

（1）對于鋼筋籠上浮在1倍直徑以下的可以在采取有效防止上浮的措施后繼續灌注。懸吊鋼筋焊縫脫落的，應及時補焊；懸吊鋼筋彎曲的情況應增加鋼管支撐。

（2）鋼筋籠上浮比較嚴重的必須拔出鋼筋籠，比照斷樁進行處理。

5 ．灌注成樁后發現的質量缺陷的處理

5.1 樁全長小于設計要求這種缺陷可分為兩類：處理樁頭后，混凝土頂面高程小于設計要求、樁頭質量不合格；鉆孔底部沉積的虛碴在清孔時未清理干凈導致樁全長小于設計、嵌入基巖深度小于設計。后一種情況本橋未出現。

（1）樁頂高程小于設計要求的原因是混凝土灌注終孔時控制失誤。基坑開挖后進行鉆孔樁的接長。在護筒防護下開挖接長部分的樁孔。開挖后，將原灌注的混凝土表面清理干凈，頂面人工鑿修平整灌注混凝土至設計位置。接長部分混凝土的強度應比原設計提高一個等級，新舊混凝土的接合面必須作好混凝土的接茬處理。

（2）在拔出最后一節導管時，速度要慢，防止樁頂沉淀的泥漿擠入導管形成泥心影響樁頭質量。一般樁頭混凝土多澆1米，在28天后破樁頭，以保證其質量。

5.2 樁體混凝土不連續由于灌注過程中，發生的孔壁局部坍塌的雜物等侵入混凝土、混凝土和易性差等因素在樁體形成夾層導致鉆孔樁混凝土不連續。對于此類問題，應積極與設計單位協調采取合理措施處理。

施工中任何一環節出了問題都將直接影響整個工程的質量和進度，因此，在鉆孔樁施工中必須做到每個工序嚴格按照規范操作，水下混凝土灌注統一指揮、緊張而有序，對可能出現的問題制定切實有效的防范措施，盡最大努力杜絕事故的發生。任何情況下的鉆孔樁在施工過程中所出現的疑難問題與地質層、施工方法有密切的關系。施工時，應掌握地質材料，鉆機操作必須認真、熟練，盡量避免施工失誤現象。

［1］《橋梁施工專項技術手冊》人民交通出版社,2004年

［2］《橋梁施工工程師手冊》 人民交通出版社,1997年

［3］《橋梁墩臺與基礎工程》 中國鐵道出版社 2007年

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1007-6344（2016）07-0051-02