鉆孔灌注樁成孔工藝與質量控制問題探討

郝鵬博 上海華城工程建設管理有限公司

1 前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量的城市建筑以及基礎設施建設也在不斷增多。而在各項建筑施工過程中，鉆孔灌注樁因本身具有操作較為方便，且適用能力強等眾多優(yōu)勢被廣泛應用。但在實際施工過程中也因鉆孔灌注樁的工作性質較為復雜，同時會因施工環(huán)境或地質條件等多種因素的影響，使成樁后的樁身質量難以得到保證。因此如何在施工過程中合理選擇鉆孔灌注樁成孔工藝以及有效控制其質量，成為當前建筑行業(yè)中各部門需要重點關注的問題。本文將深入探討鉆孔灌注樁成孔的相關工藝以及質量影響因素，并提出具體的應對策略。

2 鉆孔灌注樁成孔工藝

2.1 鉆孔灌注樁成孔工藝與適用范圍

鉆孔灌注樁成孔工藝的選擇，通常會根據(jù)實際建筑施工過程中的地理位置、建筑施工要求以及工程條件等選擇適合的成孔工藝，同時在實際的成孔過程中也會對鉆孔工藝的工作原理、成孔效率以及能力等多方面因素加以研判，從而確定最為適宜的鉆孔灌注樁成孔工藝。結合近年來鉆孔灌注樁成孔工藝的發(fā)展，歸納概括出了常見的各種鉆孔技術工藝以及適用范圍（見表1）。

表1 鉆孔灌注樁成孔工藝適用范圍以及相關參數(shù)

2.2 鉆孔灌注樁成孔工藝對比分析

因鉆孔灌注樁成孔工藝相對較多，如按照樁的大小進行分類，小樁的施工范圍小且作業(yè)時間短，采用的鉆孔灌注樁成孔工藝也相對較為簡單，不再過多贅述。

本文選擇適用于中樁以及大樁的成孔工藝，例如我所參建的“銀川北京路延伸工程”以及“新建閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)郊野公園10-14地塊動遷安置房”等，因銀川北京路橋梁樁長較深、地層較差，動遷安置房毗鄰地鐵等原因危險系數(shù)及要求較高，因此對鉆孔速度以及質量提出了更高的要求，使用正循環(huán)與泵吸反循環(huán)等工藝會相對較多。以下對正循環(huán)、泵吸反循環(huán)兩種工藝進行對比分析。

2.2.1 正循環(huán)鉆孔灌注樁

正循環(huán)鉆孔灌注樁主要利用了高壓原理，通過鉆桿上下旋轉推注的力量將土層中的土壤搗碎并形成鉆渣，利用泥漿將鉆渣混合后形成泥漿懸浮，而后不斷上升溢入泥漿池，再經(jīng)過沉淀池沉淀后重復使用，因正循環(huán)主要利用泥漿的懸浮使其不斷上升，因此整個過程中對泥漿的質量要求會相對較高。

2.2.2 泵吸反循環(huán)鉆孔灌注樁

反循環(huán)與正循相反，泥漿主要由泥漿池反向流入鉆孔，到底土層底部后再與鉆渣混合，利用泵吸原理將泥漿與鉆渣混合物一同吸入進渣口，再由鉆桿將混合物向上進行抽吸，最終混合物將被送至沉淀池，而后經(jīng)過凈化后再次循環(huán)使用。該成孔工藝中使用泥漿的作用主要是為了護壁，因此對泥漿的要求與正循環(huán)相比較低，但如果樁孔較深或土層容易坍塌，則最好使用高質量的泥漿。

2.2.3 對比分析

相同點：二者之間的相同點在于鉆進與排渣過程可以同時連續(xù)進行，該特點優(yōu)于其他成孔工藝方法。循環(huán)回轉的鉆孔速度若在相同的土層中進行施工，二者均明顯優(yōu)于其他成孔工藝。但二者也有一定的劣勢存在，在成孔過程中需要配置沉淀池、泥漿槽以及儲漿池，而且環(huán)保要求高，泥漿需要配備泥漿處理車等進行處理后外運，或集中外運，整個施工現(xiàn)場的施工場地相對較大，所需要的水和泥漿原料會很多。這在卵石大于20%的土和相對硬質的風化巖石地層中不太適用，需配合其他成孔方式施工。

不同點：二者最大的不同點為鉆渣沖洗以及上返流速方面。反循環(huán)成孔工藝可以將泥漿與磚渣一同被泵吸到鉆桿管腔內(nèi)，因泵吸速度相對較快，因此上返流速自然提升，一般情況下，上返流速可以比正循環(huán)成孔工藝速度高出十倍以上。而正循環(huán)鉆進的速度主要依托于鉆桿內(nèi)高濃度與高比重的泥漿對懸浮鉆渣的振搗作用。與正循環(huán)相比，反循環(huán)優(yōu)勢更大。

2.3 成孔工藝的確定

綜上所述，因鉆孔灌注樁成孔工藝不同，適用的土層也不相同，因此在選擇成孔工藝的過程中所選用的類型十分重要。建筑企業(yè)施工部門與監(jiān)理會應該協(xié)商，根據(jù)施工工程的工期、地質情況及質量要求等多種因素綜合考慮，既要保證總體施工要求符合質量安全，同時也能確保鉆孔灌注樁的安全，并使建筑單位獲取一定的經(jīng)濟效益。

3 鉆孔灌注樁成孔質量控制因素及實施策略

因影響成孔質量的控制因素相對較多，本文將從施工機具、樁身垂直度以及泥漿等方面入手展開重點分析，并提出相應的質量控制實施策略。

3.1 施工機具

施工機具的選擇是影響成孔質量較為重要的因素之一，結合大多數(shù)樁基來看，樁基主要依靠摩擦樁對承載力進行計算，也就是說樁基的承載力主要由樁側摩阻力所提供，因此對于樁基的側面土體來說，剪切力的發(fā)揮程度直接影響到承載力的范圍。通過對以往有關于鉆孔灌注樁相關文獻和實例來看，即便施工現(xiàn)場各種條件如清孔方式、所用泥漿以及護壁因素等均相同，但最終的試樁結果也會出現(xiàn)一定的差別，造成該差別的因素之一則為孔壁的形狀。而對孔壁形狀產(chǎn)生差異的原因，根據(jù)全國范圍內(nèi)的施工現(xiàn)場使用不同的成孔工藝進行分析后發(fā)現(xiàn)，最主要的因素是施工機具，所謂的施工機具就是施工人員結合不同土層根據(jù)經(jīng)驗和施工條件等而選定的鉆機與鉆頭。常見的鉆頭有“單腰帶鉆頭”與“雙腰帶翼狀鉆頭”兩種，因此在鉆孔過程中應該選擇適宜的鉆頭開展工作，以最大限度地利用土層的抗剪強度，提高樁側的摩阻力。

3.2 樁身垂直度

樁基的承載力主要依托于鉆孔灌注樁的垂直度，通常樁身的垂直高度其孔斜率應小于1%。孔斜率超標不僅會對后期的鋼筋籠放置質量產(chǎn)生一定的影響，改變樁身的整體承受力，同時嚴重的孔斜率超標會導致樁身意外，對樁身上層的結構質量產(chǎn)生較大的影響。尤其是對砂土等一些較軟的土層，嚴重的孔斜率會直接導致樁孔出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。而當出現(xiàn)樁與樁之間距離過小時，可能出現(xiàn)“連體樁”，導致工程質量出現(xiàn)問題。測孔斜率本身工作較為費時，所以目前部分施工單位在施工的過程因工作繁瑣并未對其引起重視。但因該工作直接影響了樁基的承載力，對其成樁后的質量有直接影響，為此監(jiān)管單位應對其孔斜率提出更高的要求，做好測量孔斜率的工作，嚴禁出現(xiàn)孔斜率超標的現(xiàn)象。

為了避免孔斜率超標事件的發(fā)生，在鉆孔過程中應保證鉆桿的垂直度，在鉆孔時根據(jù)孔的位置及時調(diào)整鉆桿，做到隨偏隨矯正。施工前，監(jiān)工部門應和施工方共同研究鉆孔的土層，了解土層的分布，如在鉆孔過程中遇見了硬土層或斜狀巖層，則鉆孔速度適當減慢，如遇見其他土層可根據(jù)土層的性質選擇適合的機具，最大限度地避免孔斜率的發(fā)生。通過大多數(shù)的鉆孔工程施工可以發(fā)現(xiàn)，如在機具上安裝導正裝置可以最大限度地避免孔斜現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 泥漿

3.3.1 泥漿的配置

因在鉆孔灌注樁成孔過程中會涉及泥漿，泥漿在鉆孔灌注樁過程中主要起到攜渣、護壁、潤滑、冷卻鉆頭的作用，因此對泥漿的質量會有相關需求。從以往文獻報道和部分工程經(jīng)驗來看，鉆孔灌注樁成孔過程中使用的泥漿大都以黏土和膨潤土為主，依據(jù)不同的土層加入適量的CMC與NaOH，用量比例大約為總泥漿量的0.03%。經(jīng)過充分攪拌后使黏土膨脹，漿池體積一般為單樁體積的1.2倍左右，具體的泥漿性能指標如表2所示。

表2 鉆孔灌注樁泥漿的性能指標

在實際的選擇過程中，因施工地點不同土層結構也不同，因此在配比泥漿黏度時可根據(jù)上述參考數(shù)值進行適當?shù)恼{(diào)整，通常對黏土和淤泥質黏土的選擇應比參考數(shù)值略小一些。為了使泥漿的性能與鉆孔要求相配適，在泥漿的配置過程中應做好維護工作。如每隔2h對泥漿密度還有黏性進行測算，以保證泥漿的性能。在實際鉆進過程中，適當?shù)难a充水分和黏土。補充過程中應注意加入的速度和時間，確保水流細小而延長加入時間，避免一次加入過多而導致泥漿質量降低，從而影響孔壁的穩(wěn)定性。

3.3.2 泥漿流量

泥漿在鉆孔過程中會有一定的流動性，因此會對孔壁產(chǎn)生一定的摩擦力。但泥漿的流動方向基本與鉆孔方向相同，如泥漿的流速越大則泥漿的黏度也會隨之增大，孔壁的摩擦力就會不同程度的提高。例如以細粉砂層為例，在該土層中鉆進時單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的鉆渣數(shù)量會相對較多，此時鉆機人員會適當提高泥漿的流量和綜合鉆渣數(shù)量，使鉆進效率更高。但由于孔內(nèi)整體流速加快會使泥漿的流質發(fā)生一定的改變，極易產(chǎn)生不穩(wěn)定的絮流，導致泥漿對孔壁的沖擊力會更高，嚴重時會使孔壁出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。因此監(jiān)理部門應綜合考慮孔壁的穩(wěn)定性以及排渣的數(shù)量，結合實際情況選擇合適的泥漿流量，避免孔壁出現(xiàn)坍塌甚至對工程整體質量造成不利的影響。

3.4 施工工藝

3.4.1 鉆孔速度

施工過程中鉆孔速度將直接對成孔質量造成一定的影響，因鉆進的速度不同則會導致孔徑大小以及斜孔率發(fā)生不同程度的變化。例如在細粉砂層中鉆進時通常會采用快速通過法，該方法雖提高了鉆進的速度，但泥漿在進入鉆孔內(nèi)的過程中會因沒有足夠的護壁時間導致孔壁承受壓力不同，從而對成孔質量有影響。

通過對不同土層采用不同的成孔工藝進行工程實踐后均會發(fā)現(xiàn)“欲速則不達”。因此在實際的鉆孔過程中應結合土層的結構和地質特點選擇合適的速度，明確成孔后的孔壁具有的承載力，也保證孔斜率在誤差范圍以內(nèi)，避免出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

3.4.2 灌注材料

混凝土灌注是成樁的最后一道工序，混凝土的灌注也會直接影響成孔的質量，因此應該有效控制混凝土質量以及灌注環(huán)節(jié)。例如水下成孔灌注時，因水本身有一定的阻力，灌入過程也會存在阻力，施工中往往為了好灌注、方便省事，工人通常對水下灌注事先在澆筑前先向混凝土中加入適量的水，使混凝土坍落度變大，便于混凝土的順利灌注，同時相應地降低混凝土的強度。監(jiān)理人員應做好現(xiàn)場的旁站工作，切不可單純通過觀察而放松對現(xiàn)場施工的監(jiān)控。因灌注材料的過程中會出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，如骨料粒徑的大小選擇以及混凝土實際攪拌過程中的含砂率、水灰比等會與實驗過程中產(chǎn)生的數(shù)值有部分偏差，實際的混凝土和易性及流動性等均會較差，因而出現(xiàn)不同程度的堵管現(xiàn)象。若剛開灌不久可拔起導管、吊起鋼筋骨架，重新鉆至原孔底，安置骨架清孔后開始灌注混凝土。如卡管內(nèi)的混凝土通過上述方法無法得到有效解決，可快速拔出導管，清理導管內(nèi)積存混凝土和檢查導管后，重新安裝導管隔水栓，然后按初灌方法灌注混凝土，待隔水栓完全排除導管后立即將導管插入原混凝土內(nèi)，按照正常的方法繼續(xù)灌注。

4 結束語

鉆孔灌注樁成孔工藝利用率因近年來建筑工程施工作業(yè)的增多而逐漸提升，為了有效保證灌注樁的成孔質量，建筑工程施工監(jiān)理部門應嚴格審批施工方案，確保方案可行，結合不同的地質情況、作業(yè)需求以及工期安排等，選擇適宜的鉆孔灌注樁成孔工藝，并對每個環(huán)節(jié)的質量做好監(jiān)督工作，諸如施工機具、樁身的垂直度、泥漿等，保證每一環(huán)節(jié)工序的順利銜接，確保成樁質量符合施工標準。