鉆孔灌注樁施工工藝及質量問題探討

張超

（上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

隨著建筑行業的不斷發展，在基礎施工中鉆孔灌注樁被廣泛應用。近年來，鉆孔灌注樁施工技術不斷發展（如向高深度和大直徑方向發展），提高了鉆孔灌注樁施工工藝難度和質量要求。鉆孔灌注樁施工受人員素質、機械設備和地質條件等諸多因素影響。施工工藝要點控制不嚴格，質量問題防治不到位，容易在施工中出現鉆孔坍塌、堵管和夾層及斷樁等問題。現對鉆孔灌注樁施工關鍵工藝流程和質量問題成因及防治措施進行探討，以助于施工人員把握施工重要環節，提升工程質量。

1 施工工藝流程

鉆孔灌注樁是建筑結構的地下隱蔽工程，涉及多個施工工藝流程，主要包括埋置護筒、制備泥漿及護壁、成孔及清孔和灌注混凝土。鉆孔灌注樁的各步施工工藝流程均關系到工程施工質量，在施工過程中要嚴格控制，避免工程質量事故發生。

1.1 護筒埋置

鉆孔灌注樁施工過程中要埋置護筒，護筒在施工過程中具有保護孔口控制成孔樁徑、引導鉆頭保證成孔的垂直度、維持孔內水位泥漿高度和防止地表水滲入、保護孔壁免于坍塌等作用。鋼護筒在施工中應用較多，其規格尺寸和埋設應符合要求[1]，一般要采用3～6mm厚的鋼護筒，內徑一般要求比樁徑大150～200mm。護筒的豎向垂直度要控制在1%以內，水平中心位置與鉆孔灌注樁偏差小于50mm，兩者中心線對齊。護筒的埋設深度要依據施工水文地質和施工設計具體情況而定，護筒頂端至少需要高出孔外水位或地下水位1.5～2m，同時護筒頂端也高出場地0.3m，護筒底端埋置深度與施工環境和土體性質相關，底端深度的控制應考慮減小護筒內外的透水性，盡量深埋。

1.2 制備泥漿及護壁

在鉆孔灌注樁施工中，受地下水位、鉆機擾動和土層壓力等諸多因素的影響，鉆孔內壁可能出現縮頸和坍塌，影響成樁質量，施工時應采取相應護壁措施，維持孔壁穩定。制備泥漿是鉆孔灌注樁施工過程中常用護壁的施工工藝，其作用機理[2]是封堵孔周土層縫隙，減少孔外水向孔內滲透，維持孔壁靜壓力，避免孔壁坍塌，從而達到護壁效果。制備泥漿時泥漿比重、含砂率和泥漿粘度等指標要匹配工程具體情況，合理選取和控制。適當提高泥漿比重，可增強護壁作用，但泥漿比重過大將堵塞泥漿泵影響混凝土置換，含砂率過大會磨損設備，泥漿粘度過大會加大泥漿凈化難度，影響泥漿泵運轉。依據已有研究[3]，泥漿比重可控制在1.02～1.15，含砂率可控制小于4%，粘度可控制在12～25。

1.3 成孔及清孔

成孔作業是鉆孔灌注樁施工工藝中的關鍵環節，在施工過程中應嚴格控制各個步驟以保證施工質量。成孔作業時要對鉆機的安裝進行檢查，保證鉆機整體處于平穩狀態，防止鉆機作業中失穩，同時作業中要關注檢查鉆機吊輪、底座中心和樁孔中心是否保持同一中心線，如發生偏移應及時調整糾正。成孔作業除了對鉆機具有要求外，還應根據鉆進過程中土層深度的變化情況，結合地質報告的土層剖面驗證鉆進土層，調節控制鉆機鉆進速度，如鉆進過程中碰到砂質土層，應降低鉆進速度和調慢鉆速；鉆進的土層由軟質土層向硬質土層過渡時應減慢鉆孔速度，鉆進的土層由硬質土層向軟質土層過渡時應加快鉆孔速度。

清孔作業是鉆孔灌注樁施工過程中保證混凝土順利灌注和成樁后樁端承載力正常發揮的重要環節。鉆孔灌注樁清孔作業常用方法有正循環法、泵吸反循環法和氣舉反循環法三種方法。正循環法具有操作簡單、費用低、效果和安全性較好的優點，但耗時較長，適用于鉆孔灌注樁施工過程中的第一次清孔；泵吸反循環法清孔耗時短，效果較好，但因為設備的局限性，應用鉆孔深度不能過深，推薦應用鉆孔深度不大于30m的清孔作業；氣舉反循環法耗時少，清孔效果是三種方法中最佳的方法，但其應用成本大，存在不安全因素，適合應用鉆孔深度大于30m的清孔作業。

1.4 灌注混凝土

灌注混凝土是鉆孔灌注樁施工關鍵工藝的最后一步，導管法是施工過程中應用較為普遍的方法，隨著混凝土澆筑的進行導管也逐節被拆卸，簡便快捷，適用范圍較廣。應用導管法進行混凝土灌注作業時要注意以下兩點：

（1）初次灌注，初次灌注量是影響成樁好壞的重要關鍵控制點，要盡量準確計算，綜合考慮導管空間位置、清孔后成渣厚度和泥漿比重等因素，同時做好防止鋼筋籠上浮的防范措施。

（2）連續灌注，灌注施工中要保持連續作業，利用測繩監測混凝土灌注位置，記錄灌注方量，上移導管并依據孔內混凝土澆筑情況拆除導管，作業時間宜控制在15min內。同時為防止坍孔和沉渣過厚，單根樁灌注混凝土作業時間不宜超過8h。

2 質量問題分析與防治措施

2.1 鉆孔坍塌

鉆孔灌注樁施工過程中孔壁坍塌是施工中發現較多的問題，其質量問題形成的誘因較多，可以分為兩個方面：①施工前準備不到位，主要表現在選擇的施工機具不適用現場地質的鉆孔施工，施工設計中泥漿配比指標不合適和護筒預埋深度控制不合理等方面；②施工中控制不足或操作產生不利影響，如鉆機鉆孔時鉆進速度和回轉速度過快、過長時間處于空鉆狀態等會引發孔壁坍塌；清孔時孔內泥漿被吸走，降低了泥漿粘度和相對密度，或清孔作業時間過久會導致孔壁坍塌；鋼筋骨架吊裝時碰撞孔壁導致鉆孔坍塌；鉆孔成形后等待混凝土灌注時間和灌注作業時間過長也會引發孔壁坍陷。

鉆孔坍塌問題的防治可從做足施工前準備和提高施工控制能力兩方面著手。在施工前做好充足施工規劃，如針對現場地質情況選用較為適合的鉆機進行鉆孔作業；在土層較為松散和較易坍塌的土層中加大護筒的埋置深度，同時護筒四周用粘土填封密實；選用泥漿時要用優質泥漿，結合施工實際條件適當提高泥漿粘度和相對密度控制指標。在鉆孔作業中提高現場控制能力，盡量減少作業失誤，如鋼筋籠搬運和吊裝過程中避免發生變形，同時安放到鉆孔中時要對準孔位，避免撞擊孔壁，加快吊裝作業，縮短沉放時間；在流砂土層和松散粉砂土層等鉆孔難度較大的土層要控制鉆進速度；成孔后，等待混凝土灌注時間一般不應大于3h，并控制混凝土灌注時間，在保證施工質量的情況下，盡量縮短灌注時間。

2.2 堵管問題

鉆孔灌注樁灌注混凝土作業中可能會遇到混凝土灌注受阻，即堵管現象。出現堵管的誘因主要有以下幾個方面：①混凝土質量問題。當混凝土配合比不達標、泌水離析和攪拌質量不符合要求，水灰比過小、坍落度過低，流動性較差，都會誘發堵管問題；②灌注作業時間持續較長。在灌注作業準備不足、中途停頓灌注和持續作業較長等時間因素影響下，混凝土表面出現初凝可能導致堵管問題；③溫度影響。在夏季施工混凝土中水分蒸發較快，金屬導管溫度較高，混凝土會粘結在內壁上，造成導管堵塞；相反在冬季施工中，受低溫影響，導管內壁可能形成凍結層，導致混凝土下降受阻。

堵管問題防治可從以下方面著手進行：①嚴格控制混凝土質量關，對混凝土配合比、水灰比、坍落度和流動性等指標進行灌注前檢測，當出現混凝土質量引發的堵管問題，對灌注用的混凝土進行整改，經重新拌合處理后達到要求再次使用；②要提升作業效率，減少時間影響，在作業中做到各施工步驟協調連續進行，分工明確，保證設備和水電正常，減少處理問題所花費的時間，從而提高作業效率；③降低溫度影響，在夏天施工選擇合適的時間灌注混凝土，高溫天氣作業時間宜選在下午四時之后，冬季施工做好導管的保溫，必要時選用噴燈、包裹或其他方式降低溫度的影響。

2.3 夾層與斷樁

夾層與斷樁是鉆孔灌注樁施工過成中較嚴重的問題，問題形成的原因與施工過程關系密切。導管埋入深度不夠，泥漿在灌入時混入，從而會形成夾層，嚴重時斷樁；灌注時導管提升過猛，以致底部脫離混凝土層可能形成斷樁；使用混凝土的質量不達標，或水進入導管稀釋混凝土，或灌注作業時間較長等引發混凝土離析或流動性喪失，影響降低混凝土質量，可能導致斷樁或夾層的出現。

夾層與斷樁嚴重影響成樁質量，在施工中要以預防為主。①提高現場作業人員技術水平，尤其是要加強測深員的培訓，測深員在灌注時要認真細心做好灌注曲線的繪制工作，能正確指導控制導管提升；②灌注作業要嚴格遵守操作規程，保證作業連續緊湊，勻速平穩提升導管；③加強混凝土質量的檢查和管理，避免作業中混凝土發生離析，盡量保證灌注階段混凝土的流動性；④制定有效的預防措施，作業出現問題時，能夠及時處理，如灌注過程中發生坍孔，應立即組織提出導管，進行清孔、排除坍落物、護壁和鉆小孔處理，然后再清孔灌注混凝土。

3 結論

鉆孔灌注樁是重要的基礎形式，為保證工程質量，施工人員需要掌握其施工關鍵工藝和質量問題的成因及防治。本文對護筒埋置、泥漿制備及護壁、成孔及清孔和混凝土灌注等施工工藝控制進行闡述，對鉆孔坍塌、堵管和夾層及斷樁等問題的成因和防治措施進行探討，幫助施工人員提升對施工關鍵工序的把控能力，防治施工質量問題，提升工程質量。