鉆孔灌注樁施工工藝及技術管理研究

孫衍臣SUN Yan-chen；史立強SHI Li-qiang；劉洪喜LIU Hong-xi；楊勛YANG Xun；胡清亮HU Qing-liang

（①山東省公路橋梁建設集團有限公司，濟南 250014；②山東農業大學，泰安 271018）

0 引言

鉆孔灌注樁作為目前橋梁工程中最經常使用的一種樁型，其具有施工噪音小、可建造超長樁、大直徑樁、適用于多種復雜地層等特點，在公路橋梁樁基施工中被廣泛應用。但是灌注混凝土時質量難控制，成孔慢，泥渣不易處理容易造成環境污染。為了使施工過程中鉆孔灌注樁的整體質量得到保證，施工和技術人員不僅要掌握相關的施工工藝，還要采取有效的方法和技術措施對施工質量進行控制[1]。

1 工程概況

國高青蘭線泰安-東阿界黃河大橋工程起止樁號K134+854.5-K139+000，全長4145.5m。其中，橋梁全長3916m，引道長229.5m。橋梁由東向西的橋跨組成為：濟平干渠東側接線引橋采用13×30m 預應力混凝土連續梁，跨濟平干渠橋采用65+120+65m 預應力混凝土連續梁，灘內引橋采用20×50+9×51m 預應力混凝土連續梁橋，主橋采用180+430+180m 雙塔單索面組合梁斜拉橋，跨大堤橋采用2×180m 連續鋼桁梁橋，堤外接線引橋采用22×30m 預應力混凝土連續梁。

全橋樁基共583 根（直徑1.5m 樁8 根、直徑1.8m 樁319 根、直徑2.0m 樁132 根、直徑2.2m 樁124 根），穿過的地質覆蓋層為粉土、粉質粘土、強風化石灰巖、中風化石灰巖等，樁基類型主要有摩擦樁和嵌巖樁兩種。本橋的樁基均處于陸地上。46#和47#主墩樁基樁徑2.2m，每個主墩下布置50 根樁基，按10×5（橫橋向×順橋向）布置。其中46#墩為摩擦樁，47#墩為嵌巖樁，且47#墩處于巖溶地區。

2 氣象氣候條件

工程沿線屬于暖溫帶大陸性氣候區，年平均氣溫14.7℃，年平均降水量671mm，年日照時數2616.8 小時。最冷月為1 月，月平均氣溫為-0.4℃，最熱月為7 月，月平均氣溫為27.5℃。

大氣降水、陸水、地下水等為本區水資源主要來源，其特點是：區域分布不均，豐枯變化懸殊。

3 施工準備

本工程樁基均位于陸地之上，要求樁基施工位置現場場地整平壓實，施工便道暢通，適宜施工鉆機、吊車、混凝土罐車出入施工現場。采用自設拌合站，拌合站內建一個80 方和120 方拌合站負責供應混凝土，進場原材料并嚴格按照規范和監理要求的檢測頻率和檢測手段進行檢測，確保原材料合格。

本橋樁長的跨度較大，2# 墩樁長8m，46# 墩樁長100m，由于沖擊鉆施工速度較慢，對于40m 以上的樁基，施工周期太長無法滿足施工進度安排，所以對于樁長大于40m 以上的樁基優先采用旋挖鉆機和回旋鉆機施工，同時對于持力層為中風化石灰巖的樁基，巖石強度較高，對旋挖鉆的性能要求過高，優先采用沖擊鉆和回旋鉆施工。所以根據各樁位的地質情況，擬采用的鉆機類型見表1。

表1 鉆機類型表

4 鉆孔灌注樁施工工藝

4.1 測量定位

測量墩位處標高，一般墩位處高于周圍地面30cm。由全站儀放出樁的中心位置并使用GPS 測量儀進行復核，引護樁，并用“＋字線”定位，以作就位和復核之用、鉆機就位前，技術人員應檢查原固定樁的位置，放樁位置偏差應小于10mm。測量樁位時必須對相鄰樁位的相對位置進行復核。

圖1 測量定位

4.2 鉆機就位對中

旋挖鉆機就位：履帶旋挖鉆機有自動行走系統，旋挖鉆機行進并進行對中，對位完成后，設置并鎖定樁基中心相對坐標為（0，0，0），并將數據導入旋挖鉆機計算機系統。使用全站儀或經緯儀仔細檢查鉆桿的垂直度。

回旋鉆機就位：鉆機支墊必須安裝牢固，鉆尖對中（偏差小于20mm），鉆桿垂直，用具有準確度的水平儀進行測量。為保證鉆孔垂直度，中心滑輪架、磨盤中心、樁中心三點必須在一條直線上，磨盤必須水平，鉆進必須隨時檢查，保證鉆機垂直。鉆機安裝就位后，要對鉆機進行加固和限位，保證鉆機在鉆進過程中不產生位移。底座和頂端應平穩、牢固，在鉆進過程中不致產生傾斜位移。鉆機頂部吊裝的中心裝盤滑輪與鉆孔中心保持同一垂直度，鉆進過程中經常檢查，如有問題，應在規定時間內糾正。

4.3 埋設護筒

采用10mm 厚的鋼板制作護筒，護筒直徑應比樁徑大20～30cm，入土深度不小于2m。護筒優先采用挖埋法：①先在樁位處挖出比護筒預埋深度深0.3～0.5m、直徑比護筒大0.4～1.0m 的圓坑；②在坑底填0.3～0.5m 厚的粘土并夯實；③在坑底下標出鉆孔中心，將護筒放進坑內，找到護筒中心位置，使護筒中心與坑底中心重合，其中心軸線與樁位偏差不應大于200mm，且應保證護筒的垂直度[2]；④用鉛錘線校直護筒；⑤在護筒四周對稱均勻的回填、夯實粘土。

在粘性土中埋設護筒時深度不應小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m；其高度應滿足孔內泥漿面高度的要求，當地下水位高，孔口土質差時，應在地下水位以下切入，或適當增加埋深，護筒上口一般宜高出地面300mm。

如護筒線面的土層不是粘性土，底部開口易滲漏塌陷，應深挖換土，回填壓實粘土后放置護筒，厚度約300～500mm。

4.4 泥漿調制

施工前選定泥漿池及沉淀池位置。泥漿池應高于護筒，以便泥漿經過泥漿槽流入孔內。根據樁基孔的直徑和深度確定泥漿池和沉淀池的大小，泥漿池宜為井孔體積的1.5 倍。泥漿池旁邊設置沉淀池，泥漿循環利用，施工完畢回填泥漿池基坑。在造漿過程中對泥漿的各種性能指標進行抽檢，符合規范要求時再投入使用。

圖2 泥漿循環

4.5 成孔施工

用全站儀或經緯儀檢查鉆桿垂直度，開始旋挖鉆進，宜抵擋慢速鉆進，在用過砂層時，應放慢鉆進速度。每鉆進2m 或地層發生變化時，應從鉆筒取土查明土質并記錄；在鉆進時，定期檢查泥漿的主要指標，特別是泥漿的比重和含砂率。在旋挖鉆井時，使用泥漿泵將泥漿從泥漿池中注入孔內，以保持孔內水頭的高度。

4.5.1 成孔垂直度控制

這是灌注樁順利施工的重要條件，否則無法安裝鋼筋籠和導管。為保證成孔垂直度，應擴大鉆機支承面積，加強錨固等措施，使鉆機穩固；經常校核鉆架，經常檢查磨盤是否水平，鉆桿是否垂直[3]。原則上，每次換班時要檢查鉆機是否平移、錨固是否牢固；磨盤的水平度在每次接鉆桿后都要檢查，并記錄。對于不符合要求的孔，要及時停止鉆進，提鉆到一定高度進行掃孔作業。

4.5.2 鉆進控制

剛開鉆時，一定要控制好鉆速，進尺一定要慢，控制好鉆壓，采用小鉆壓鉆進。鉆進的前30m 是控制成孔垂直度的關鍵，相關技術人員要加強檢測和控制。鉆進控制遵循分地層控制原則，針對不同的地層，采用不同的鉆進方法。在地層變換時，尤其是從軟弱地層進入較硬地層時，要慢速鉆進，上下來回掃孔，以防出現斜孔。接長鉆桿前，應先提起鉆頭離孔底30cm 以上，繼續排渣4-5 分鐘，再將鉆具上提接長鉆桿。鉆桿連接端面要涂防水油，放橡膠止水圈，螺栓要對稱平衡擰緊上牢。嚴格要求鉆桿接頭的密封性，保證泥漿全部送達孔底。防止泥漿沖刷井壁。

4.6 成孔監測

成孔后，使用JJC-1D 型灌注樁孔徑檢測系統對孔徑、孔深、沉淀厚度、傾斜度等指標進行檢查。成孔檢測儀全套設備包括井徑、沉渣、垂直度的測量探頭及絞車、電纜、井口滑輪等主要部件。工地現場另做一套檢孔器備用，檢孔器用螺紋鋼筋做成。

4.7 清孔

檢孔完成后，用筒鉆進行去渣清孔，在清孔過程中速度要慢，并保持孔內的水頭高度。

回旋鉆機鉆孔后，將鉆頭從孔底提升10～20cm，旋轉鉆頭，注入含沙量低、密度相對較低的泥漿，清除鉆孔中漂浮的鉆渣和泥漿，更換較稠密的泥漿。清孔時需保持孔內水頭，使其不會塌陷。

沖擊鉆成孔后，鉆頭會繼續向孔內注入泥漿。通過低沖程的沖擊錐反復攪拌，使孔內泥漿和沉渣下沉，通過泥漿的循環從孔中排除，為灌注混凝土創造良好的條件。

4.8 鋼筋籠安裝

鋼筋籠加工完畢，成孔檢驗合格后，方可開始鋼筋籠的吊裝施工。用吊車將鋼筋籠豎起并吊入孔內，如果鋼筋籠長度過長無法豎起，可將鋼筋籠截成兩段起吊。當第一段下放至孔口外留1m 左右時將兩根鋼管穿過鋼筋籠，使其擔于孔口上。下一步將吊起第二段鋼筋籠，并按照規范要求將住進焊接牢固并補上所缺鋼筋，規定整個鋼筋籠上下必須保持順直，最后將整個鋼筋籠下入孔中[4]。

圖3 鋼筋籠安裝

4.9 二次清孔

灌注混凝土前，復測孔內沉淀厚度，如果沉淀厚度不超過10cm，則直接灌注水下混凝土；反之，則利用導管進行二次清孔。

二次清孔根據樁長情況和鉆機類型選擇不同的清孔方式，采用沖擊鉆施工的樁基樁長較短，可采用泥漿正循環法進行清孔；采用回旋鉆施工的樁基，樁長普遍在40m以上，采用泵吸反循環法進行施工，其中樁長>70m 的樁基采用氣舉反循環法進行施工；旋挖鉆采用正循環法進行施工。

二次清孔時間應控制在1～2 小時。在泥漿比重及含砂率符合施工要求后馬上進行樁基水下混凝土灌注。

4.10 灌注混凝土

采用直徑為300mm 的鋼導管灌注混凝土，澆注前檢查水泥、砂石料質量和數量，混凝土配合比按試驗室提供配合比進行，開始前要檢修拌和設備，確保計量系統準確，經常檢查用水計量系統，避免其對混凝土強度產生影響。同時拌和前要對骨料含水量進行測量，以調整后期用水量。混凝土的坍落度應符控制在180～220mm 之間，每10m3～20m3測定一次。

5 鉆孔灌注樁技術管理措施

圖4 導管安裝

鉆孔灌注樁施工過程中很重要的一個部分就是成孔，如果在施工中控住不好，就會出現塌孔、縮頸、斷樁、樁孔傾斜和沉渣過厚等一些問題，這些現象的發生將會影響整個樁身的質量，給整個工程帶來不必要的隱患，因此在施工中要控制好以下幾個方面[5]。①鉆孔灌注樁施工開始前，為了保證成樁的質量要提前制定專項施工方案；鉆孔灌注樁的質量檢測應該滿足規定要求，并且符合驗收標準。如果樁孔垂直度出現問題，將會影響鋼筋籠的吊裝和導管的安裝。因此，第一要保證鉆井施工平臺的平整、穩固，嚴格控制樁孔垂直度問題。第二在施工過程中要時常檢查鉆機沖孔錐，使其符合要求，如果未符合要求要進行修復或更換。②清孔的首要目的是清除孔底鉆渣，因此，在泥漿配制過程中要嚴格控制含砂率，在灌注混凝土之前，要復測孔底鉆渣厚度，并且采取有效的方法進行二次清孔，給混凝土的灌注質量提供保障。③混凝土必須連續灌注，直至澆筑的混凝土高于圖紙規定的截斷高度才可以停止，以確保截斷面以下的所有混凝土均符合強度標準；澆筑時必須采取防止鋼架上浮的措施，灌注混凝土頂面距鋼架底部1m 時，應降低澆筑速度；當出現非連續澆筑時，漏斗中的混凝土下落后，拉動導管，并觀察從孔口返回的漿液，直至孔口不在返漿；最后，要核對混凝土的灌注量，適當增加漏斗高度，使混凝土有更大的沖擊力，以增加混凝土的壓力，提高混凝土密實度。④為防止斷樁、堵泥、堵管等現象，必須要控制好混凝土的攪拌時間和坍落度。隨時了解混凝土面的標高和導管的埋深，并確保防止導管的下端被抬出混凝土表面。在施工過程中，需要掌控好灌注工藝和管理措施。

6 結語

①鉆孔灌注樁施工工藝對現場環境的適應性較強，可以同時滿足多種要求，例如：安全、質量、效率等，并且具有較高的可行性和推廣價值。②鉆孔灌注樁施工整個流程中一個重要的環節就是混凝土澆筑，應該加大質量控制力度，例如：拌合高性能混凝土、控制下料距離等。③成孔灌注樁施工中，加強樁身質量檢測，例如：聲波透射法、低應變法等，可以根據實際情況中的具體需求用鉆芯法輔助，方便判斷成樁質量。