正循環鉆孔灌注樁施工過程控制及防控對策

王永春

（上海市凱達公路工程有限公司，上海 201600）

0 引言

隨著經濟社會的高速發展，我國對交通基礎建設的需求也越來越高，興建了大量的道路、橋梁。在很多工程設計中，橋梁工程的基礎采用樁基礎，主要是樁基礎擁有結構承載力較高、沉降量小、穩定性好、抗震性能好以及可以提高地基剛度、改變地基基礎自振頻率等優點。樁基礎類型可分為：挖孔樁、鉆孔樁、管樁、沉樁等。同時，鉆孔樁的施工方式一般包括：回轉鉆 (正循環、反循環)、沖擊鉆、旋挖鉆、沖抓鉆、潛水電鉆和長螺旋鉆等。本文重點介紹了正循環鉆機鉆孔灌注樁的施工過程控制，對施工過程中經常出現的質量問題進行成因分析，并給出了具體的防控對策。

1 適用范圍

正循環鉆孔灌注樁適用于黏性土、粉性土、砂性土以及卵礫石粒徑小于10mm、含量不大于15%的土層和軟質巖層，主要用于樁徑小于1.5m、樁長不超過50m 的樁基工程。

上海地區除西南部有零星剝蝕丘陵，其余地區多屬于軟土地基，橋梁工程樁基礎普遍采用正循環回轉鉆施工方法。

2 操作原理及施工工藝

正循環回轉鉆鉆孔原理：鉆孔是利用鉆頭旋轉切削巖土，鉆頭連接在鉆桿上，鉆機的旋轉動力通過鉆桿傳遞給鉆頭。在鉆頭下沉旋轉過程中，用泥漿泵把混合好的漿液抽到鉆桿內腔，通過鉆桿流入孔底，然后從鉆桿周圍向上回流，一方面泥漿護壁，再一方面使鉆渣浮起，從鋼護筒上部流進沉淀池，較大的渣塊在沉淀池中沉淀，上部較稀的漿液又進入了循環池，進行重復利用。

工藝流程是：平整現場—樁位放樣—埋設鋼護筒—樁機安裝就位—鉆進（泥漿配制）—清孔(成孔檢測)—下放鋼筋籠—安放導管—二次清孔—檢測沉渣厚度和泥漿指標—灌注水下混凝土—成樁—移機。

3 施工過程控制

3.1 泥漿循環系統規劃

泥漿嚴禁污染周邊河道、農田及道路等，科學合理布置好沉淀池、循環池和廢漿池，孔口、沉淀池、循環池之間通過溝槽連通，泥漿可以循環流動，廢漿經晾曬后用封閉式槽罐車外運至指定位置。泥漿循環如圖1 所示。

圖1 正循環泥漿系統示意圖

3.2 成孔施工

第一，開工前先將場地整平壓實，做好材料運輸過道，測放復核好樁位。特別是要對樁位處地面標高進行復測，與設計樁頂標高進行對比，如果地面標高低于或僅略高于樁頂設計標高，要及時告知業主及設計部門研究解決。

第二，為保證鉆孔垂直度滿足規范要求，正循環回轉鉆機在安裝時務必控制好鉆桿的垂直度，同時保證鉆機平臺的水平度，底部要支承牢固，樁機安裝完成后由具有相應資質的單位進行檢測驗收，驗收合格后才可以投入使用。

第三，護筒為鋼護筒，壁厚約3～5mm，護筒內徑一般比樁徑大20～40cm，護筒要水平居中埋置，護筒埋置深度一般在2m 左右，護筒的頂部一般高于場地30cm，護筒周圍回填黏土并夯實。為便于在鉆孔過程中隨時檢測樁位的偏移情況，在安裝好的護筒外周按“十”字形等間距插打四個護樁。

第四，鉆桿要編號并記錄好每節長度，根據鉆進中已安裝的鉆桿長度復核鉆孔深度，終孔時孔深必須經監理復核無誤后方可終孔。

第五，在正式鉆進前，將適量的黏土、膨潤土、水混合在護筒內，開啟鉆機并利用鉆頭拌和混合物，此時鉆頭不進尺，將泥漿拌好后抽至循環池，待循環池里的泥漿完全夠用后，再用泥漿泵將泥漿抽至鉆桿內腔，開始鉆進。

第六，在鉆孔過程中不要無故停鉆，盡可能地一次性不間斷地進行鉆孔。鉆進速度要按照實際的地質狀況加以控制，在剛開始鉆孔時要慢速鉆孔，以便于泥漿護壁。超過護筒底端2m 左右，可正常鉆進。

第七，在鉆孔時，每隔一段時間做一次泥漿性能檢測，注入鉆桿的泥漿比重宜為1.05～1.20，黏度宜為16～22s，鉆孔內的泥漿比重不宜高于1.30，黏度宜為20～26s。為了避免塌孔，要掌握好泥漿指標，同時要保證孔內的水頭高度，水頭高度略低于地面高度即可。

第八，鉆進過程中，注意鉆渣的撈取，特別在地層變化處，同時要做好鉆孔原始記錄。

3.3 清孔

成孔后要進行兩次清孔，兩次清孔方式一般均采取換漿法，利用鉆桿向孔底壓入密度相對較小的泥漿，將孔底沉渣和孔內漂浮的鉆渣跟隨著孔內泥漿，一起向上流出孔外。首次是在終孔后立即進行清孔工藝，而第二次是在放置好導管后即進行清孔工藝。

終孔后及時清孔，以防墜入孔底的鉆渣愈來愈多。向孔底壓入泥漿時將鉆頭上下抽動并慢速旋轉大約5min，將較大的泥塊進行破碎，首次清孔時間不少于1h，完成時孔口內應無泥塊返出，泥漿密度降低到1.20 左右，黏度大約為20～25s。

二次清孔后的泥漿指標要求：密度1.03～1.10、黏度17～20s、含砂率小于2%、膠體率大于98%，且沉渣厚度也要滿足設計及規范的要求。

3.4 鋼筋籠制作及安放

3.4.1 鋼筋籠制作

（1）鋼筋進場后，項目管理人員要及時取樣送檢，檢測合格后再使用。

（2）由于樁基長度較長，鋼筋籠制作時須分段進行，同一截面的鋼筋接頭數不得超過一半。主鋼筋和加強筋點焊固定完成后，在籠體上捆扎螺旋筋，螺旋筋點焊在主筋上，同時要焊好保護層鋼筋。

（3）主筋的連接須根據設計要求是采用焊接還是套筒連接，不管是焊縫還是套筒、絲扣均要符合設計及規范要求。

3.4.2 鋼筋籠安放

（1）經檢查合格的鋼筋籠運至現場，采用吊機進行分段安裝，鋼筋籠要緩慢下放，不得觸碰孔壁以致塌孔。下節籠子中心與樁位中心重合后即進行固定，鋼筋接頭以焊接為例，吊起上節籠子進行對正焊接，焊接要對稱進行，焊縫滿足設計及規范要求。按此順序實施，直到完成了最后一節鋼筋籠，在對鋼筋籠平面方位和上下高度復核無誤后，再通過頂部吊環筋固定到鉆機上，以免在灌注水下混凝土時沖撞鋼筋籠引起移位或上浮。

（2）為防止下籠時，觸碰孔壁，第一節籠的下端鋼筋可以稍向內折彎。如碰到下籠困難，要查明原因對癥處理，不得強行下插。

（3）在各段鋼筋籠上都要按設計規定安裝聲測管，聲測管之間通過套筒連接，聲測管的上下端及接頭處務必做好密封處理以防進漿堵管。

3.5 安裝導管

采用鋼導管灌注水下混凝土，根據樁徑大小選擇合適的導管內徑，一般為200～350mm，導管的連接可采用螺紋連接或法蘭盤連接。

導管在使用前首先要經過全面檢查測試，從外形、尺寸、連接、螺紋絲扣等方面進行檢查，并要嚴格按照國家標準要求開展水密承壓測試和連接抗拉測試，測試合格后將導管編號，并標明每節長度，做好記錄。

安裝導管時，導管上下方向要垂直，平面位置要居中，并慢慢下放防止撞擊孔壁以及鋼筋籠，導管下口離孔底約30～40cm 時進行固定。

3.6 灌注水下混凝土

第一，大部分工程都要求采用商品混凝土，標號一般為C30 或C35 水下混凝土，初凝時間不早于2.5h，坍落度180～220mm?；炷敛捎盟鄶嚢柢囘\輸，運至現場后要查看配合比報告并在現場測試坍落度，符合設計及規范要求方可使用。

第二，料斗容積要能達到首批灌注混凝土的方量要求，首批混凝土的計算主要包含三個方面：一是導管底口至孔底間的方量，這個距離高度在30～40cm；二是在首批混凝土下去后導管的初次埋深，按標準要求為不小于1m；三是導管內的混凝土高度要能平衡導管外的水頭壓力。

第三，向料斗內放料前，可以先灑水濕潤料斗，重要的是要用隔水栓將導管口密封好，不能漏漿。當混凝土料填滿料斗時，迅速拔起隔水栓，讓混凝土料通過導管沖向孔底，將孔底的沉渣翻起，隨著混凝土面上升，最后排出孔外。同時混凝土料要連續、不間斷地從水泥攪拌車內放入料斗中，灌注過程要盡可能連續，減少中斷時間，單樁灌注時間要求不大于4h，灌注充盈系數一般為1.1～1.25。

第四，灌注過程中導管埋深要求為2～6m，根據實時導管長度計算出當時導管埋深，超過6m 后要及時拆管，拔管時要緩慢上拉，避免導管拔脫斷樁，或導管在混凝土中的埋置深度過淺，進入混凝土表面的浮漿中，造成樁身混凝土存在夾層。同時在拆除導管時，對導管的上口要做好保護，避免泥塊、雜物等掉入導管中。拆除下來的導管要安排人員及時沖洗干凈。

第五，灌至樁頂附近時，隨著高差越來越小，可以適當增加導管埋深，可以使用導管上下不斷插搗混凝土，使混凝土可以順利下落并充分返漿，為避免樁頭混凝土松散，一般混凝土灌注高度都要超過樁頂設計標高1.5m 左右。

4 常見問題分析及防控對策

4.1 塌孔

原因分析：主要是護壁泥漿受到了破壞引起的。

防控對策：一是在埋設護筒時，充分保證埋設深度，護筒的周圍用黏土回填并且要夯實，以預防筒底漏水；孔內的水頭高度始終要維持在略低于鋼護筒頂。二是在鉆孔和清孔期間，要保證泥漿的密度和黏度滿足要求。三是剛開鉆時可能是回填土層或鉆進到了疏松砂層、軟弱地層時，要相應降低鉆孔速度，并控制好泥漿各項指標。四是如果出現塌孔，可以回填黏土至坍塌部位以上約2m 處，等沉積密實后再重新開鉆。

4.2 縮孔

縮孔成因分析：一是鉆頭外圈變小了；二是經過淤泥質的黏土層時，土體含水量較大，存在流動的趨勢，土層易產生膨脹，致使孔徑變小。

防控對策：一是如果鉆頭損壞嚴重，須及時修理或調換。二是鉆頭經過淤泥質土層時，要加快進度，同時提高泥漿性能，增強泥漿護壁能力，減少孔壁外凸。三是用探孔器具即可探明縮孔情況，若發現有縮孔現象，可以用鉆頭上下不斷掃孔，恢復正常孔徑。

4.3 鉆孔偏斜

原因分析：一是在安裝鉆機時，鉆機底座不水平，或者在鉆進中底座發生位移、沉降。二是在鉆進時，鉆頭遇到阻力受力不均，比如鉆到傾斜的硬地層或者粒徑較大的卵礫石層。三是鉆頭變形，鉆桿不直有弧度。四是遇到堅硬的障礙物。

防控對策：一是在加固鉆機底座時要確保水平度，安裝鉆機前須將施工場地整平壓實，地基承載力要能滿足施工壓力需求。二是碰到鉆頭受力不均，首先要降低鉆進速度，可以吊著鉆頭慢慢鉆進。三是經常檢查鉆頭、鉆桿，發現損壞、彎曲，要及時修復或更換。四是遇到堅硬的障礙物無法鉆進時，可改用沖擊鉆法。

4.4 堵管

原因分析：混凝土在導管中流動不暢，時間一長就堵管了。

防控對策：一是從混凝土本身加大其流動性，可以摻外加劑提高和易性。二是一旦開始灌注水下混凝土，就要求連續灌注，不可以停頓時間過長。三是發現混凝土下落較慢時，可以適當上下抽插導管，使混凝土下落。四是控制好導管埋深，埋深不可過大。

4.5 鋼筋籠上浮

原因分析：導管內混凝土下落后，導管外四周混凝土返上，觸碰到鋼筋籠底端時，形成一個沖擊力，將鋼筋籠向上頂起。

防控對策：一是鋼筋籠下放完成后，要通過頂部的吊環筋固定在鉆機上，壓住鋼筋籠防止上浮。二是當混凝土的出口位置距離鋼筋骨架的底端小于2m時，要慢慢灌注混凝土。

4.6 斷樁

原因解析：一是導管密封性不好，出現滲漏。二是上拔導管時，管底與混凝土面脫空或管口埋置過淺已進入了混凝土頂面的浮漿層中。三是因導管埋置過深，以致導管與混凝土間已黏結，再向上猛提導管可造成樁體斷裂。四是間斷時間過長，混凝土已無法流動。

防控對策：一是在安放導管前，要對導管進行檢查、試驗，滿足相關要求后再使用。二是在灌注過程中，要準確掌握導管的具體埋深，拆管上拔時，要保證導管的最低埋深。三是導管的埋深要符合規定要求。四是開灌后，盡量保證一次性連續灌注完成。

5 結語

正循環鉆孔灌注樁具有機器小、振動小、噪音低、工程費用低等優點，在以黏性土、砂性土、粉性土為主的地區，得到了普遍的應用；同時鉆孔樁也具備施工工序繁雜、較易出現質量問題等缺點，這就要求現場施工人員熟練掌握正循環鉆孔樁的工藝要求和控制要點，盡可能地避免或減少質量問題的發生，切實保證鉆孔灌注樁施工質量。