淺談鉆孔灌注樁施工質量控制及一鉆成孔工藝

張兵兵

（甘肅省地質調查院，甘肅 蘭州 730000）

1 鉆孔灌注樁施工質量控制

1.1 施工準備

（1）放線。鉆孔灌注樁施工中樁位的確定是十分重要的，施工前必須嚴格按照設計文件準確測量并確定每根樁的位置，誤差不應超過20 mm。

（2）混凝土配合比。鉆孔灌注樁砼的強度等級通常采用C30的強度等級，施工前首先要按設計要求確定砼理論配合比，由于施工時，原材料的含泥量與含水量等指標在不確定因素影響下經常發生變化，因此施工時要進一步對理論配合比進行調整，調整后的配合比作為施工配合比來指導施工。

（3）施工機具。選擇合適的施工機具是實現鉆孔灌注樁質量控制的關鍵。泥漿循環回轉鉆進成孔灌注樁的施工機具主要包括成孔的鉆機、鉆桿、鉆頭、泥漿循環設備、料斗、隔水塞、泵送設備等。

鉆機的選擇應視灌注樁的樁徑大小、樁身長度等來確定。樁徑越大樁身越長要求選擇功率較大的鉆機，同時鉆桿也不宜過細，應滿足鉆進時扭矩的要求，以避免鉆桿彎曲造成孔斜等事故。鉆頭的直徑一般比設計樁徑小5 -6 cm，其形狀應對稱，錐尖夾角不應過小。灌注用導管的基本要求是滿足砼的灌注量，同時滿足樁徑與鋼筋籠直徑的要求，接頭密閉，不漏水不漏氣。每節導管長度一般3.5 m，為方便施工，應配備一些短節導管，如0.5 m、1.0m、1.5 m等不同長度，導管外徑應比鋼筋籠內徑小10cm以上，以滿足灌注混凝土的要求，并避免提升導管對鉤帶鋼筋籠。

1.2 鉆機就位

鉆機就位時應按經測量放線所確定的樁位進行，首先應對鉆機本身進行調平找正，使得天車、轉盤、護筒中心三點成一垂線；其次用測錘校驗鉆機所就位置是否滿足樁位的要求，鉆機回轉盤中心與樁位中心誤差應控制在20 mm之內。另外，鉆機的安裝必須保持水平穩固，以保證成樁的垂直度和樁位偏差符合要求。

1.3 泥漿選揮

實踐證明，泥漿的選擇是保證泥漿循環鉆進成孔灌注樁施工質量的主要環節，必須嚴格控制。泥漿一般采用水、粘土或膨潤土和添加劑制成，施工時應經常檢測泥漿的各項性能指標，尤其是比重和粘度這兩項最直觀最重要的指標，泥漿比重過大會影響鉆進速度，泥漿比重過小又會降低泥漿攜帶孔內沉渣及泥塊的功效，同時護壁性能也會降低，容易造成鉆孔坍塌或漏水等事故。一般情況下，注入孔口的泥漿比重≤1.15，漏斗粘度18″~22″，排出孔口的泥漿比重≤1.30，漏斗粘度20″~ 26″。

1.4 成孔

成孔過程中主要應加強以下幾個方面的控制：

（1）在其他條件允許的情況下，鉆進速度要快。相比之下，灌注樁的施工時間越短，質量越容易控制，但在開孔鉆進時，要輕壓、慢轉，以防止發生孔斜。另外在淤泥質土層鉆進時速度也不宜過快，以防止形成螺旋形孔或發生縮徑現象。

（2）鉆進過程中泥漿循環量應根據地層和鉆進速度加以調整，若鉆進速度加快，則必須加大泥漿循環泵量，以排除孔內泥塊沉渣。但在松軟易坍塌地層中鉆進時泵量不宜過大，否則會造成鉆孔坍塌或超徑現象。

（3）終孔時，應對樁孔的孔徑、孔深、垂直度等進行檢測，符合要求時方能終孔，否則須按要求進行解決處理。

1.5 清孔

施工時，通常采用兩次清孔來達到砼灌注的要求：

在樁孔達到終孔要求后，采用鉆具進行第一次清孔，排除孔內泥塊沉渣，并使泥漿密度降低至規定要求。在鋼筋籠和砼灌注導管安裝完畢后要進行第二次清孔，排除孔內泥塊沉渣，使泥漿密度降低至規定要求。并使實際孔深與清空后測量孔深之差亦即沉淤厚度符合要求，一般要求沉淤厚度≤10cm。每次清孔時泵量不應過大，以能排除孔內泥塊沉渣為宜，避免由于泥漿泵量過大造成孔壁不穩定，發生坍塌等事故。

1.6 鋼筋籠制作及安裝

鋼筋籠的制作及安裝的技術要求主要有：

（1）鋼筋籠直徑應符合設計要求，允許偏差±10mm。

（2）每節長度不宜超過9m，也不宜短于5m，以利于孔口焊接質量及焊接速度。

（3）當使用法蘭接頭導管時，最下面一節鋼筋籠的底端應使主筋向外張開，以免提升導管時鉤帶鋼筋籠，造成鋼筋籠上浮。

（4）上、下兩節鋼筋籠進行孔口焊接時應保持垂直狀態，各主筋位置應校正對準，主筋搭接長度應符合規定要求。

（5）鋼筋籠下入孔內過程中速度應適宜，以避免其與孔壁發生碰撞造成孔壁坍塌或使鋼筋籠變形，影響成樁質量。

1.7 導管安裝

（1）所選用導管外徑應滿足設計要求。

（2）導管下入孔內時，每兩節之間應安放密封膠圈，擰緊絲扣，以防止漏氣、漏水，造成混樁或斷樁事故。

（3）最下部導管底端應切成錐形斜口，以利于砼灌注。

1.8 混凝土灌注

水下混凝土灌注是確保成樁質量的關鍵工序，施工時應做好以下幾個方面的控制：

（1）混凝土的配比強度必須滿足設計要求。

（2）混凝土的坍落度要適宜，既不能過大也不能過小，坍落度太小易堵塞導管，坍落度太大易發生離析，一般控制在18 ~22 cm之間。

（3）灌注前應檢查孔底沉淤厚度與泥漿比重，不符合要求時應繼續清孔。

（4）導管底口距孔底高度以能放出隔水塞和混凝土為宜，一般控制在50 cm。

（5）灌注前應計算混凝土初灌量，保證初灌后導管有足夠埋深，初灌后導管埋深一般不小于0.8~1.3 m。

（6）混凝土灌注應連續進行，經常檢查導管內外混凝土高度，保證導管埋深在3~10 m，并及時提升及拆除導管，提升導管時要平穩，以免出料沖擊過大或導管鉤帶鋼筋籠造成鋼筋籠上浮。

（7）混凝土灌注結束后，應檢查水下混凝土灌注高度是否滿足設計要求，充盈系數是否在1.0 ~1.3之間，當確定滿足要求后，方能停止灌注，拆卸導管及其他灌注設備。

2 一鉆成孔工藝

利用先進技術、綜合治理、嚴細操作等手段，簡化施工程序，排除地層干擾，擺脫綜合治理的做法，在松散、坍塌、涌漏地層中，采取頂漏鉆進、一鉆到底的技術措施，把鉆孔打到設計深度，且不影響地質、探礦、簡易水文物探資料的取得，這樣快速完工的鉆孔，稱之為一鉆成孔。

在機械巖心鉆探中，特別是巖金普查勘探和煤田鉆探，一個100 m左右的基巖鉆孔在施工前總要考慮設備配套、鉆孔結構、沖洗液類型、護孔方法、巖心采取、物探測井、鉆孔封閉等許多問題。在施工中因某一方面出現問題，常常易致工程質量不高、工程進度緩慢、經濟效益事倍功半。這種慣常的方法，使探礦工程陷入了繁雜的綜合治理之中，消磨大量的人力、物力和財力，抑制了探礦工程的發展。

實踐證明，用一鉆成孔工藝打出的鉆孔，其質量好、效率高、成本低、施工周期短，充分顯示出鉆機和鉆進方法的優越性，它解決以下問題：

（1）可以在坍塌掉塊、涌漏剝落的地層中一律采取清水鉆進、氣代水鉆進、頂漏鉆進，擺脫了繁瑣的綜合治理過程，節約了大量的護堵材料。

（2）成孔迅速，以快制勝，縮短了施工周期，大幅度地提高各項經濟技術指標。

（3）能夠取全、取準鉆探、地質、物探、水文資料，比慣常的做法在質量上、時間上、安全上有保證，有提高。

（4）促進了探礦工程的科學化和專業化，改善了現場施工條件，實現了文明生產。

2.1 一鉆成孔的技術方法

一鉆成孔工藝是先進技術的綜合運用，它對鉆具的組配、鉆頭的選擇，通過小徑在大徑中架橋方法、物探測井程序、常見故障的處理等方面，都有特定要求，可通過下面幾個途徑來實現：

（1）中心取樣鉆探方法。這種鉆探方法，充分顯露出它的優越性，在不采取任何措施的條件下，都打出了100-300 m深的鉆孔。

（2）在鉆頭的選擇上，需選用適應各種巖層的多性能長壽命鉆頭，這是實現一鉆成孔的關鍵。如選用當前生產的優質產品，引用科研部門的井下換鉆頭成果，自己設計新型鉆頭等。

（3）在鉆孔測斜和物探測井程序上改變在裸孔中測井的危險性，可以在鉆桿中進行，從容安全。像方位角即使在超出鉆桿底端的外部測量，也安全得多。

（4）尋求新的鉆孔架橋方法。只能在最后的提鉆過程中進行，所用架橋“材料”要通過鉆桿、鉆頭送至封閉的架橋位置。比慣常的方法要困難很多。需尋求新的方法。

（5）一鉆成孔工藝，在鉆具的組配上強調強度，在操作上強調技術素質和嚴細，這就為避免事故提供了前提條件。諸如內管打撈遇阻、撈矛鋼繩拉斷、巖心脫落等事故的處理，設計幾件專用工具用繩索進行排除是可以做到的。

一鉆成孔的工藝特點和要求見表l。

2.2 一鉆成孔關鍵技術問題

實現一鉆成孔工藝的主要技術關鍵是：選擇或設計適應各種巖層的長壽鉆頭、提高繩鉆鉆桿接頭和中心取樣鉆雙壁鉆桿強度、尋求新的架橋方法和設計處理事故的專用工具，可通過下列途徑解決。

（1）鉆頭。在現階段的生產中，高進尺的長壽命鉆頭層出不窮，200-300 m的鉆孔，選用這類鉆頭足可，但考慮一鉆成孔的鉆頭工作條件較普通鉆進工藝惡劣得多，需選用或設計新型鉆頭。如自磨水口縱鑲金剛石鉆頭。這種鉆頭抗震動、適應能力強、壽命長，能隨著鉆頭的磨耗自行加深水口，保證了工作效率的穩定。還可引用增高金剛石鉆頭胎體高度的辦法解決或引用井下換鉆頭的科研成果。

（2）鉆桿接頭強度問題生產中使用的S75繩鉆鉆具和中心取鉆鉆具基本適用。但在生產中常出現斷鉆事故。其基本原因是連接具的絲扣部位強度偏低，可采取加厚、提高材質和調質等方法解決。

（3）處理事故專用工具。處理卡簧、短接脫落，可采用加重打撈器攜帶抓取器，沖擊器等方法處理。處理內管打撈不上來的問題，可設計具有沖擊裝置的撈矛打撈。

2.3 一鉆成孔的使用條件

一鉆成孔工藝的使用是有條件的。目前它不具備應用于一切深度的鉆孔和一切硬度（致密堅硬巖層）的巖層。

（1）適用于300 m以內的淺孔，巖石較軟的復雜地層、煤系地層、巖金地層。

（2）應選用從事中心取樣鉆和繩鉆的機臺試驗，沒有繩索和中心取樣鉆生產經驗的機臺不宜試用。

（3）在施工前應根據質量要求，進行精心設計；按設計要求進行精心施工，以快制勝、以快脫險。

（4）在試用一鉆成孔工藝時，在選擇鉆孔深度、地層條件上，應遵循“先易后難、先淺后深”的程序進行。