鉆孔灌注樁施工工藝的要點探討

文／陳文學 中海油惠州石化有限公司 廣東惠州 516086

引言：

近年來，隨著我國社會經濟發展，石油化工在國民經濟中占有重要的位置，在此背景下石油化工項目建設速度加快。鉆孔灌注樁是一種廣泛應用的基礎類型，因施工工序復雜，受到現場環境干擾，很容易出現質量和安全事故，造成人員傷害和財產損失。基于此，對鉆孔灌注樁工藝加強研究，明確關鍵參數設計和施工技術要點，才能保證施工質量，實現安全、進度、成本控制目標。

1、鉆孔灌注樁的技術優點和發展趨勢

1.1 技術優點

按照施工方法的不同，樁基礎主要分為預制樁、灌注樁兩大類。其中，灌注樁是在設計樁位上，利用人工或機械進行鉆孔，在孔內放置鋼筋籠并灌注混凝土。鉆孔灌注樁的技術優點包括：（1）適用于各種地基，可穿透軟硬夾層，通過擴大樁底發揮出樁身強度和承載力性能。（2）能建造出大直徑、大長度的樁基，滿足特殊的樁基礎施工需求。（3）施工過程中的噪音、震動小，帶來的污染少，具有良好的環保性。（4）機械配置較為簡單，運輸、吊裝工作量小，造價比預制樁低30%～60%。

1.2 發展趨勢

隨著鉆孔灌注樁的推廣應用，其發展趨勢表現為三個方面：（1）尺寸更大。過去因機械設備不足、工藝技術不成熟，灌注樁的尺寸??；如今為滿足大型工程的施工要求，灌注樁的尺寸越來越大。國內采用反循環成孔工藝，樁長超過100m，樁徑達到10m；國外則出現了樁長100m、樁徑超過25m 的鋼管樁。（2）成孔質量更高。樁基礎施工時，因地質水文條件不同，選擇成孔方式是一個重點，決定了成樁質量。在一些復雜的地層中，一般選擇簡單的沖孔方式，以保證成孔質量。同時，為了滿足現場施工要求，機械設備也在同步更新，能適應不同的地質條件，加快成孔速度。（3）污染程度更低。傳統鉆孔灌注樁在施工環節，泥漿制備和循環容易帶來污染。得益于科學技術進步，新型泥漿護壁技術出現，例如全套筒灌注樁施工，解決了泥漿帶來的污染問題，具有綠色環保的特點。另外，新材料、新技術的應用，以及現場管理工作的升級，提高了污染防治效果，施工過程造成的污染程度不斷減輕。

2、鉆孔灌注樁的關鍵參數設計

鉆孔灌注樁設計時，優先保證結構安全性、穩定性，關鍵參數有樁型、持力層、樁平面布置、樁長樁徑、樁基承載力、沉降驗算等，簡要介紹如下。

2.1 樁型選擇

不同樁型有不同特點，應考慮上部結構荷載、地質條件、現場環境、施工造價和工期要求等。選擇樁型時，對不同方案進行比選，從經濟性、合理性、可行性三個方面進行研究，最終確定最佳樁型。

2.2 持力層選擇

持力層選擇要滿足兩個要求：（1）滿足上部荷載和沉降變形要求；（2）滿足施工性價比要求。一般來說，持力層選擇堅硬的巖層上，減小樁基的沉降量，提高承載力。如果不在堅硬的巖層上，就要選擇高強度、低壓縮性的土層，最大程度上控制沉降量。

2.3 樁平面布置

式中，N 表示作用在承臺底面的豎向荷載（kN），[P]表示單樁容許力（kN），μ 表示偏心荷載多樁受力不均勻系數，一般取值1.1～1.2。

2.4 樁長樁徑

樁長、樁徑的選擇，兩者互相制約，在滿足施工要求的前提下，要考慮成本因素，發揮出樁基的承載力性能。其中，樁長要根據地質勘察結果，選擇適宜的樁端持力層，然后確定樁長；樁徑要結合施工特點和以往經驗確定。

2.5 樁基承載力

確定樁型后，可計算單樁承載力，依據相關規范計算公式是：

2.6 樁基沉降驗算

依據《建筑地基基礎設計規范》，計算沉降時上部荷載采用的是準永久值。一般情況下，計算得到的沉降量與施工完成后的沉降量，兩者差值要在容許值以內，計算方法是：

3、鉆孔灌注樁的施工工藝要點

鉆孔灌注樁施工工序是：成孔機械選擇→鋼護筒埋設→鉆孔施工→泥漿護壁→鋼筋籠制作與吊裝→清孔施工→灌注水下砼→基坑支護，工藝要點總結如下。

3.1 成孔機械選擇

鉆孔灌注樁施工中，常用的成孔機械有三種：回旋鉆、沖擊鉆和旋挖鉆，應根據地質水文條件和施工要求進行選擇。三種鉆機的施工特點見表1。

表1 不同鉆機的施工特點

以旋挖成孔法為例，和沖擊成孔法相比，施工現場整潔，不會產生較大的噪聲，尤其適用于市區中心或居民區附近。和正/反循環成孔法相比，泥漿處理更加簡單，不會造成污染，環保性更為突出。

3.2 鋼護筒埋設

鋼護筒的作用是：保證成孔的垂直度；對樁徑進行控制；避免地表水進入孔內，保持孔內靜水壓力平衡。鋼護筒埋設時，工藝要點包括：（1）護筒中心和樁孔中心，兩者位于一條直線上。（2）樁孔中心位置偏差≤50mm，護筒傾斜度≤1%，護筒底部和周圍使用黏質土分層填筑并壓實。（3）護筒埋設后，高度要超過地面30cm；如果孔內有承壓水，待承壓水位穩定后，護筒高度要超過水位≥2m。（4）結合水文條件和樁基設計要求，對護筒埋深進行適當調整。

3.3 鉆孔施工

鉆孔施工環節，工藝要點如下：（1）鉆孔前，放樣樁位點，在樁位周圍打下4 根木樁，引出十字線確定樁位中心，以此為依據埋設鋼護筒。（2）鉆機定位后，檢查鉆機底部的牢固程度，對鉆頭的垂直度進行校正，確保鉆桿中心、護筒中心和樁孔中心在一條直線上。（3）鉆進過程中，動態觀察成孔的垂直度，采用人工觀察+機械控制的方法。（4）根據地質條件確定鉆進速度，地層從硬變軟，可提高鉆進速度；地層從軟變硬，應降低鉆進速度；遇到砂層時，提高泥漿黏度和比重，減慢鉆進速度。

3.4 泥漿護壁

泥漿護壁適用于砂類土、卵石土、礫石土、黏砂土夾層中，形成一層泥皮可保護孔壁，防止發生坍孔。成孔過程中，要定期復核泥漿性能，如果泥漿出現問題，及時查明原因并調整，以滿足性能要求，見表2。

表2 旋挖成孔法的泥漿性能指標

3.5 鋼筋籠制作與吊裝

鋼筋籠制作環節，工藝要點包括：（1）鋼筋籠采用加強箍成型法，加強箍筋布設在主筋內側，并且標注主筋的位置，制作要滿足施工圖紙和規范的要求。（2）鋼筋焊接時，采用單面焊工藝，焊接頭的長度＞10d，保證焊接質量，避免出現欠焊、過焊等情況。（3）在鋼筋籠外側設置墊塊，用于控制保護層的厚度；頂部設置吊環，方便后續吊裝。（4）鋼筋籠制作完成，復核直徑、間距、垂直度等指標，確保符合設計要求。

鋼筋籠吊裝環節，工藝要點包括：（1）鋼筋籠運輸或吊裝時，防止發生變形，使用小型機具吊裝，例如25t起重機。（2）吊裝采用雙吊點法，準確計算吊筋的型號、數量，將吊筋布置在加強箍筋上，采用雙面焊牢固焊接。（3）向樁孔內吊裝鋼筋籠，應對準孔位，控制下放速度，不要碰觸到孔壁。到達設計位置后進行固定，防止導管安裝、清孔、灌注水下砼時導致鋼筋籠偏移或上浮。

3.6 清孔施工

清孔施工，主要有正循環、氣舉反循環、泵吸反循環三種工藝，對比見表3。（1）正循環清孔工藝，優點是施工簡單、造價低、較安全，且清孔效果好；缺點是清孔時間長，不適用于沉渣要求高的情況。（2）氣舉反循環清孔工藝，優點是速度快、效果好；缺點是對清孔設備要求高，適用范圍小，且施工成本高。（3）泵吸反循環清孔工藝，優點是速度較快、效果好；缺點是只能用于孔深＜50m 的樁基中。（4）清孔完成后，測量沉渣厚度，常見如測繩法、錘球法、電容法、聲吶法等。端承樁沉渣厚度＜50mm，摩擦樁沉渣厚度＜100mm，抗拔樁沉渣厚度≤200mm。

表3 不同清孔方法的效果比較

3.7 灌注水下砼

式中，D 表示樁孔直徑（m），d 表示導管內徑（m），H表示樁孔底至導管底端間距，一般取值0.3～0.4 m，H表示導管初次的埋置深度（m），h表示樁孔內砼達到埋深時，導管內砼平衡導管外壓力需要的高度（m）。

水下砼灌注工藝要點包括：（1）一次性澆筑完成，除非有特殊情況，中途不能停工。（2）采用測繩法，確定砼的灌注深度，及時提升導管，確保導管埋深是合理的。（3）提高施工效率，盡量縮短每根樁的灌注時間，防止孔底沉渣過厚造成坍孔。（4）竄動導管能加快下批砼的灌注速度，并提高密實度、單樁承載力指標，在非連續灌注時采用。（5）灌注結束后，樁頂標高應超過設計值1m 左右，方便后續樁頭處理。

4、工程案例分析

4.1 工程概況

某樁基礎工程項目，為化工聯合裝置樁基工程。樁基采用旋挖鉆孔灌注樁，樁徑分為800mm 和1000mm 兩種，砼強度等級為C35P8，水下砼摻加抵抗Cl、SO腐蝕的復合型外加劑，共計砼灌注工程量為16780m。

4.2 旋挖鉆孔灌注樁施工方案

本次鉆孔灌注樁施工采用旋挖鉆，配置TR250 型旋挖鉆機2 臺，工藝流程是：樁位放樣→埋設護筒→鉆機就位→旋挖鉆進→一次清孔→成孔質量檢查（孔深、沉渣等）→吊裝鋼筋籠→下設導管→二次清孔→沉渣厚度檢查→灌注水下砼→拔除導管、護筒→完工驗收。施工工藝要點不再重復介紹。成孔驗收指標如下：①樁位允許偏差滿足設計要求；②樁徑允許偏差≥0；③孔深≥設計深度；④垂直度允許偏差＜1%；⑤沉渣厚度≤50mm；⑥進入持力層深度：直徑800mm 樁≥2m，直徑1000mmm 樁≥2.5m。

4.3 質量通病的防治措施

結合以往經驗，針對鉆孔施工中的質量通病，包括坍孔、孔位偏斜、鋼筋籠上浮、斷樁等，明確原因并制定防治措施，總結如下。

4.3.1 坍孔

坍孔原因主要有：在松軟砂層中進尺過快；下放鋼筋籠時碰觸孔壁，清孔時間過長。采取的預防措施有：（1）在松散的土層鉆進時，快轉速慢進尺。（2）下放鋼筋籠時，對準樁孔中心豎直緩慢插入，避免觸及孔壁。（3）鋼筋籠安裝時間不能過長，縮短清孔時間，及時澆筑水下砼。

4.3.2 孔位偏斜

孔位偏斜原因主要有：鉆進時遇到孤石或探頭石；有軟硬地層的交界處；鉆機底部發生不均勻沉陷。采取的預防措施有：（1）鉆機就位后，確保安裝平穩，底部水平度達標。（2）鉆進時，鉆桿一定要調直，設置導向桿防止擺動幅度過大。（3）遇到硬物時，使用沖抓錐排除障礙。（4）在軟硬交界地層處，緩慢下鉆、進行掃孔。

4.3.3 鋼筋籠上浮

鋼筋籠上浮的原因主要有：砼灌注速度過快；導管提升操作不當。采取的預防措施有：（1）砼灌注初期，鋼筋籠埋設2m 之前，適當減緩澆筑速度。（2）導管提升時，注意觀察導管的位置，避免和鋼筋籠鉤掛。（3）在鋼筋籠頂部，與護筒對稱焊接固定。

4.3.4 斷樁

斷樁原因主要有：砼量計算錯誤；導管破損導致泥漿進入管內；灌樁時間過長或中間引起卡管。采取的預防措施有：（1）安排專人測量孔內砼深度，計算導管埋深。（2）導管在使用前，檢查導管的密封性，出現損壞的不能使用。（3）確保砼供應及時，嚴把砼的質量關。

4.4 施工成果

本項目施工期間，開展全過程質量監控，主要內容包括：材料進場進行性能檢測，開工前進行技術交底，每道工序落實三檢制度，實行工班長負責制，儀器儀表和設備進行標定，施工資料分類歸檔管理等。結果顯示，旋挖鉆鉆孔灌樁樁在規定時間內完工，期間未發生嚴重的質量、安全事故，不僅造價控制在預算范圍內，而且順利通過了質量驗收，取得良好的綜合效益。

結語：

綜上所述，鉆孔灌注樁因具有多種技術優點，在工程中得到廣泛應用。文章從樁型、持力層、樁平面布置、樁長樁徑、樁基承載力、沉降驗算等方面指出關鍵參數的設計，從機械選擇、鋼護筒埋設、鉆孔施工、泥漿護壁、鋼筋籠制作與吊裝、清孔施工、灌注水下砼等方面總結了施工工藝要點。希望通過本文，為類似工程的施工提供借鑒，切實提高工程質量。