淺析灌注樁施工工藝與成樁質量的關系

余深孜 門敬偉 中國水利水電第八工程局有限公司

鉆孔灌注樁在設計過程中確定的施工工藝均含有一定的意義，準確理解設計施工工藝意圖有利于成樁質量控制，現對常見旋挖施工工藝對成樁質量的影響進行對比探討。

一、不同樁型特點與質量控制要點

按樁的性狀和豎向受力情況，樁基可分為摩擦型樁和端承型樁兩大類。在施工中，只有對兩種類型的樁基有充分的認識和區分，才能在施工中更好的完成樁基的施工。可以從以下四個方面來區別：

1.定義的區別：端承型樁（地基承載力≥600Kpa），指樁頂垂直荷載由樁側阻力和樁端阻力分擔，但樁端阻力分擔較多，樁端一般進入中等密度以上的砂礫土層，或中等風化、微風化、新鮮基巖的頂部。這種樁的側摩阻力雖然是次要的，但也不容忽視。

支承樁是一種端承樁，即樁身穿過軟土層，樁端設置在致密砂礫土層中，或位于中風化、微風化、非風化硬巖層頂部，樁頂豎向荷載主要由樁端阻力承擔，但樁側阻力很小可以忽略。

摩擦樁（地基承載力≤600kpa）是指豎向荷載由樁側阻力和樁端阻力分擔，但樁側阻力分擔較大荷載的樁。摩擦樁樁端持力層一般為固體粘土、粉土和砂土，樁長直徑比不大。摩擦樁是一種摩擦樁，它的豎向荷載主要由樁側阻力承擔，但樁端阻力很小，可以忽略不計。

2.施工中的區別：摩擦力是樁身承受樁頂荷載時，樁身與周圍巖土之間的摩擦力。

端阻力是將樁端（樁底）置于強度較高的巖土層（又稱地基承載層）上，樁端下的巖土層在荷載傳遞到樁端時承擔荷載。

因此，有必要注意摩擦樁與端承樁的區別：在施工端承樁時，不得擾動或破壞樁端土體的結構和強度，應努力保護樁端土體的強度，不允許樁端土體被水侵蝕，必須清理樁端的空隙土和浮渣，否則會導致樁端沉降。

樁端應平整或臺階狀，無斜坡，樁端巖石中若有松動的巖石，應將其移除。在摩擦樁施工中，要注意保護和增加摩阻力，使樁周土墻變得粗糙，不擾動和破壞樁周土體的結構和強度，不讓樁周土體受到水的侵蝕等。

3.成孔后地質核查的區別：樁基成孔后要進行地質核查，對照是否和設計地質相符。

端承樁在鉆進過程中，每2m取一次渣樣，在地質變化比較大的地方，每50cm取一次樣，作為成孔后的地質核查依據。成孔后地質核查要求每個橋墩的第一根樁均要設計院人員到場，施工單位人員和監理單位人員共同到場進行地質核查，核查內容包括地質情況的變化、渣樣的現場確認、入巖的深度（就是進入最后一層巖層的深度），若地質情況與設計相符，并且入巖深度滿足設計要求，則可以進行下一步驟的施工，若不滿足以上條件則需要繼續鉆進或進行設計變更。

摩擦樁則只需要第一根樁設計院人員到場，剩余樁基施工時只需要施工人員做好記錄，監理人員見證，然后將結果送給設計院即可，但要留有影像資料。摩擦樁在鉆進過程中，每2m取一次渣樣，在地質變化比較大的地方，每50cm取一次樣，作為成孔后的地質核查依據，但是摩擦樁按一定批量設計院到場一次，進行現場對照，看是否設計與實際相符，若不符合情況則進行設計變更。一般摩擦樁只要地質情況不發生大的變化，就可以按摩擦樁正常施工。

4.清孔后的區別：在樁基成孔后，將鋼筋籠下好，導管安裝好，開始進行清孔，清孔后兩種樁相同之處為：泥漿比重均為：不大于1.1；含砂率均為：不大于2%；黏度均為：17-20s。但是端承樁和摩擦樁最大的區別就是沉渣厚度，端承樁為：≤5cm；摩擦樁為：≤20cm；端承樁沉渣厚度若過大，則會產生沉降，所以沉渣厚度一定要進行控制，要控制在5cm以內。

以上為端承樁和摩擦樁的區別，只有區別好這兩種樁基，才能對樁基施工進行很好的控制，樁基的質量才能有所保證。

二、不同清孔工藝的特點與質量控制要點

（1）泥漿正循環清孔：泥漿正循環清孔工藝是將泥漿泵抽出的泥漿通過橡膠軟管與孔口處的灌漿樁連接，將泥漿送至孔底，將泥漿懸浮送至孔底，將泥漿帶至孔底，再通過樁導管與孔壁之間的空隙返回地面，流入循環溝、沉淀池，進入泥漿池循環。正循環靠泥漿攜帶與懸浮沉渣清孔，不適宜于大直徑與孔深較深的樁。正循環二次清孔工藝原理見圖1。

圖1 正循環二次清孔工藝原理示意圖

泥漿正循環清孔質量控制要點：

1）選擇合適的泥漿泵，泥漿流量過大，沖刷孔壁過大，易塌陷。在實際施工中，以流量和揚程作為泥漿泵選型的依據，根據樁孔直徑可配制功率在12-30kw之間的3pn泥漿泵。

2）可以減少管接頭，避免管徑和運行方向的劇烈變化，降低泥漿循環系統的阻力和局部阻力消耗。

3）在泥漿循環過程中，泥漿循環系統中含有較多的粗顆粒或巖渣，這些粗顆粒或巖渣會反復循環進入井眼，影響井眼凈化效果。定期清理沉淀池和污泥池的污泥，擴大和加長污泥循環溝。

4）在清孔過程中，根據清孔效果，及時提升、放置管子，左右移動管子，加速孔底沉渣，達到快速清孔效果。

（2）泵吸泥漿反循環清孔

為保證清孔符合設計規范要求，大樁和深樁一般采用泥漿泵吸入反循環清孔技術。泵吸反循環二次井眼清理是利用砂泵將泥漿吸入管道與井壁之間的環形空間內的孔底，再吸入充填管道內腔，然后上升至地下泥漿循環系統。經過泥漿沉淀池處理后，由泥漿池和泥漿循環溝注入孔內。泵吸反循環二次清孔具有吸力大、清孔時間短、清孔底部干凈的特點。泵吸反循環清孔工作原理見圖2。

圖2 泵吸反循環清孔工作原理示意圖

泵吸反循環清孔質量控制要點：

1）井眼清理需要增加6bs 反循環砂泵。整個循環系統的管路布置復雜，反循環現場操作專業，真空度難以形成。

2）負壓對孔壁穩定性有一定影響，對于深粉土厚砂層樁孔應控制反循環流動。

3）清理鉆孔時，應注意保持護筒內泥漿表面水頭的高度，保持回流泥漿體積與吸入量之間的平衡。控制料漿的性質和參數，處理廢料漿和廢渣是十分必要的。

（3）氣舉反循環清孔

氣舉反循環清洗孔是將鍍鋅管插入管內約2/3孔深，將高壓空氣送入2/3孔深，與管內泥漿混合，充氣后在管內形成低壓區，連續通風管道內外壓差不斷增大。當壓差達到一定值時，平衡被打破，泥漿被迫在高壓下從管道中排出。氣舉反循環原理見圖3。

圖3 氣舉反循環原理示意圖

氣舉反循環清孔質量控制要點：

1）氣舉反循環裝置結構復雜，必須在實際工作前進行調整和優化，尤其是空壓機的選擇和進氣管的合理長度。

2）氣舉反循環可能在樁孔底部產生吸力負壓。

3）在反循環作業中，保護筒內泥漿水位的水頭高度應保持不變，返入井眼的泥漿量應與吸入量保持平衡，防止井眼塌陷。

（4）旋挖鉆斗清孔（無泥漿循環清孔）

旋挖鉆斗清孔即利用專用的撈渣鉆斗清除孔內的沉渣，在鉆進成孔過程和灌注混凝土前，不需要使用泥漿正循環或反循環進行孔內清孔的一種清孔方式。這種清孔方式，主要由旋挖鉆斗撈取鉆孔底沉渣，同時依靠泥漿保護孔壁的穩定性和懸浮泥沙的作用，使孔內泥漿中的粗顆或鉆渣在較長時間內處于懸浮狀態，安裝鋼筋籠和澆注管后，孔底保持少量或無泥沙。

旋挖鉆斗清孔質量控制要點：

1）做好孔口、孔壁的保護。采用旋挖撈渣鉆斗清渣，應充分做好孔口護筒埋設，保護筒內泥漿水頭高度應有效保持，以防止鉆進過程中孔口塌陷和孔壁塌陷。由于樁徑大，每次旋挖鉆斗提離孔口前，護筒內泥漿面都會下降1.2m左右，此時需進行及時補漿，維持護筒內液面高度。

2）采渣船結構合理。鉆至樁孔設計承載層深度后，采用挑斗無壓旋轉多次，使樁底盡可能平整，鉆孔導渣板盡可能短或平整，使孔底渣土進入筒體，導渣板高度越小，除渣效果越好。根據截渣斗的底部形狀，對清渣鉆斗的底部鉆孔結構進行改進，以減小導向板和中心錐的高度。

3）泥漿管理是關鍵。旋挖鉆機應成立專門的泥漿隊，派人負責泥漿調制和管理。

4）控制泥漿性能是回轉鉆斗清渣過程中的關鍵。為了實現無泥漿循環洗井，必須科學合理地掌握泥漿配置，動態地使用泥漿。如：上部土層鉆進時間短，此時應適當加大泥漿比重，維護孔壁穩定；巖層鉆進回轉阻力大，時間相對較長，泥漿比重可適當降低；終孔后旋挖鉆斗撈渣處理后，由于需要安放鋼筋籠、灌注導管，此時將泥漿調制成低比重、高粘度，使底部段泥漿形成絮狀和稠度，提升泥漿的懸浮能力，避免泥漿內固相顆粒沉入孔底。

5）采用鉆具排渣后，縮短了輔助作業時間，立即將樁身混凝土澆入罐籠，減少了孔底沉渣量。

三、不同護壁材料特點與質量控制要點

目前，旋挖鉆孔樁護壁泥漿主要分為膨潤土泥漿和化學泥漿。膨潤土泥漿對成孔有良好的效果，但泥漿層過厚，放置時間過長會削弱摩擦樁的側摩阻力，孔內泥漿不均勻，部分懸浮物逐漸下沉到孔底形成沉積物，費時費力。

四、總結

化學泥漿的堵塞效果與膨潤土泥漿相當。鉆進后，孔內泥漿穩定，鉆進殘渣少，二次沉淀少，凝結時間長。其次，根據對攪拌過程的分析，膨潤土泥漿需要專門的攪拌人員，具有攪拌時間長、攪拌難度小、配套工具多等缺點。化工泥漿具有綠色環保、使用簡單、體積小、使用方便、不需要專門人員，只需鉆機操作人員準備、快速制漿、用工具少等優點。但代價更高。