基于復雜地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁的施工技術(shù)及應用

王博宇

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116033）

0 引言

鉆孔灌注樁施工所面臨的復雜地質(zhì)條件，涉及土質(zhì)的穩(wěn)定性、水文條件的影響等多個方面。為了解決這些挑戰(zhàn)，本文綜合運用了鋼筋加工與焊接、泥漿配制、護筒埋設、鉆孔與清孔控制等多方面的解決措施。通過對大連長興島精細化工園區(qū)建設項目的實踐應用，驗證了這些技術(shù)手段的有效性與可行性。在本文的研究過程中，參考了多篇相關(guān)文獻。高宗文等[1]的研究指出，鉆孔灌注樁在淤質(zhì)土地層中的承載性能具有重要意義；邱堂堂和馬雷[2]則著眼于鉆孔灌注樁施工技術(shù)在公路橋梁工程中的應用；李曉亮等[3]則從建筑工程角度探討了鉆孔灌注樁樁基施工技術(shù)的應用；張學林和杜崇磊[4]的研究關(guān)注了鉆孔灌注樁在橋梁工程中的應用情況；王永全等[5]則探討了鉆孔灌注樁技術(shù)在房建工程中的應用。這些文獻為本文提供了豐富的理論支撐與實踐經(jīng)驗，為本研究提供了寶貴的參考依據(jù)。本文的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在鉆孔灌注樁施工技術(shù)上。通過對復雜地質(zhì)條件下的實際挑戰(zhàn)進行分析，并針對性地提出解決措施，如長護筒、全樁長保護等技術(shù)手段，以確保施工的安全與質(zhì)量。此外，本文還對鉆孔灌注樁施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行了詳細闡述，為同類工程施工提供了指導意義。

1 工程概況

大連長興島精細化工業(yè)園區(qū)建設項目EPC 總承包—北口標識工程位于大連長興島，主要包括標志、擋墻施工等內(nèi)容。具體范圍：（1）標志牌、樁基、短柱、鋼結(jié)構(gòu)、景觀和照明；（2）擋土墻、樁基、混凝土擋土墻。場地內(nèi)沒有活動斷層和巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象，也沒有自然條件下的滑坡、泥石流、地面塌陷、采空區(qū)和液化地層等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2 施工難點分析及對策

2.1 建設難點

在工程項目中，所面臨的場地條件往往復雜多變，尤其是土質(zhì)方面的挑戰(zhàn)。本次建設的場地表面以素填土為主，這種土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差，極易發(fā)生塌陷。場地內(nèi)還含有角礫和礫石，這些顆粒呈棱角狀，大小不等，通常在2 ～50mm 之間，其含量占據(jù)了場地土質(zhì)的50%～75%。更為嚴重的是，地面上還散布著尺寸大于200mm 的石塊，這無疑增加了場地處理的難度。此外，場地地下10 余m 以下，存在一層厚度達到2m 的礫石層，遇水后極易發(fā)生垮塌，這給支護樁的成孔作業(yè)帶來了極大的困難。

2.2 應對措施

針對礫石層深度較大的情況，采取長護筒、全樁長保護等措施保證砂礫層不坍塌。對地表面積較大的混凝土塊體，通常采用挖土機開挖、置換、下護筒進行澆筑。首先，使用挖土機將混凝土塊體周圍的土壤挖開，然后進行置換，將原有的土壤替換為更加穩(wěn)定的材料。接著，在下方安裝護筒，以保護孔壁的穩(wěn)定性。最后，進行混凝土的澆筑。這種方法可以有效地解決地表面積較大的混凝土塊體的施工問題，保證工程的質(zhì)量和進度。

3 鉆孔灌注樁施工技術(shù)

3.1 鋼筋加工

該項目鋼筋籠的制造過程是在專門的鋼筋籠加工廠中完成的，長度嚴格按照工程需求進行精確制作。鋼筋籠的標準節(jié)長度由施工單位根據(jù)具體樁的長度進行精確決定。在焊接過程中，為確保結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，同一截面上焊縫的數(shù)量被嚴格控制，不得超過總焊縫數(shù)量的50%。此外，兩個相鄰的焊縫之間必須保持至少1m 的距離，以減小焊接應力，確保焊接質(zhì)量。

3.1.1 鋼筋下料

根據(jù)施工圖紙的詳細要求進行精確的材料切割。在下料之前，為提高工作效率和材料利用率，可采用閃光焊機將材料預先焊接為一個整體。隨后，依據(jù)所需的材料長度，利用鋼筋切割機精準地將其分割成所需形狀，從而降低生產(chǎn)過程中的廢品率。在此過程中，鋼筋的種類、規(guī)格、數(shù)量及長度等必須與設計要求完全一致，以確保施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.1.2 鋼筋籠綁扎

在鋼筋籠的綁扎過程中，必須確保綁扎部位具備充足的強度，以滿足結(jié)構(gòu)安全性的要求。采用適當?shù)暮附蛹夹g(shù)，確保鋼筋能夠穩(wěn)固地固定在設計指定的位置上。鋼筋籠的制作必須嚴格遵循設計圖紙和規(guī)范，以保證結(jié)構(gòu)的整體性能，同時確保保護層的厚度。井口焊接的鋼筋籠連接處應暫時避免綁扎箍筋，以便后續(xù)施工操作。預留的鋼筋接頭遵循錯開原則，確保接頭之間的距離不小于1m，下料的長度根據(jù)接頭的搭接長度進行精確計算。

3.1.3 井口焊接

井口的焊接采取單搭接的方式，焊縫的長度設定為鋼筋直徑的10 倍，以保證連接部位具備足夠的強度。將鋼筋頭部進行扭彎處理，以確保兩根鋼筋中心線對齊，從而增強焊接接頭的整體穩(wěn)定性。在執(zhí)行這一關(guān)鍵工序時，需精選經(jīng)驗豐富的焊工進行操作，以確保焊接工藝的高標準執(zhí)行，進而保證焊接接頭的質(zhì)量達到最佳狀態(tài)。

3.1.4 焊接技術(shù)要求

（1）搭接焊接規(guī)范。鋼筋籠的主筋為單側(cè)搭接焊接，且焊接時間不得少于10d，焊條采用E50 型號。選取300 根同種規(guī)格的鋼筋，將其分成3 組，分別進行拉伸實驗。①焊接面必須是平坦的，沒有凹陷或焊瘤；②焊縫部位不應出現(xiàn)肉眼可見的裂縫；③焊縫表面無明顯裂縫；④橫向咬邊厚度不能超過0.5mm，對焊接中的氣孔、夾雜物要有嚴格控制，每4cm 的焊縫長度不能超過2 條。圖1 為鋼筋單面搭接焊示意圖。

圖1 鋼筋單面搭接焊示意圖

（2）閃光焊接接頭技術(shù)規(guī)范。由同一名焊工負責焊接300根相同規(guī)格和直徑的鋼筋。若在同一臺班中接頭數(shù)目相對較少，可以在一個星期內(nèi)對這些接頭進行累積計算，以確保焊接質(zhì)量符合規(guī)范要求，少于300 件以同批次計算。選取6 根試件，分別進行三根抗拉實驗和三根彎曲實驗。①接縫不允許出現(xiàn)橫向裂縫；②鋼筋與焊條的接觸部位不能出現(xiàn)明顯灼傷；③接縫彎曲角度不能超過3°；④接頭軸向偏差不能超過0.1 倍，并且不能超過2mm。

3.2 鉆孔灌注樁施工要點

3.2.1 場地平整

整平場地涉及對地面的測量、挖掘和填充，以確保整個場地的高度、坡度和水平度都符合建筑要求。接下來是清除雜物，這些雜物包括石塊、樹根、垃圾等，它們會嚴重影響地面的平整度和穩(wěn)定性。最后通過使用專業(yè)的夯打設備，對地面進行反復夯打和壓實，使地面更加緊實、穩(wěn)定。

為了避免地表徑流進入井中，需要在基坑周圍設置排水溝。排水溝的設置可以有效地引導雨水和其他水源遠離基坑，防止因水浸而導致的工程事故。同時調(diào)節(jié)地下水位的作用，保持場地的干燥和穩(wěn)定。

3.2.2 測量定位

GPS 的放樣應用。測量、定位、設置護樁，以核對樁位精度，測量完畢后，再進行重新測量，并進行縱向、橫向測量，保證測量結(jié)果無誤，再安裝十字型護樁，同時做好標記。放樣完畢后，填寫《施工放樣報告》，交駐地監(jiān)理小組勘測工程師復核。在埋設護樁時，要用水泥灰漿（或混凝土）包好，標記清楚，鉆機安裝前仔細檢查。

3.2.3 護筒的制造及埋設

鋼護筒由A3 鋼制成，其厚度大于10mm，內(nèi)徑宜大于樁徑0.2 ～0.4m。鋼護筒應分段制作，長度一般為2.5 ～4m。在護筒的上部留有1 ～2 個溢流孔，溢流孔高度高出地表0.25 ～0.35m。鋼護筒的埋設要精確，上、下端位置偏差不超過5cm，傾角不超過1%。測量、定位后，將護筒的中心和樁心對齊。為了避免鋼筋籠偏位，在埋設鋼護筒時，應在護筒四角對稱布設定位筋，并在護筒四周進行分層夯實。護筒的深度與樁的長度相等，護筒整體下壓至樁底。測量無誤后，在周圍回填粘土，并進行分層夯實。護筒在距地表0.5m 處，并用十字線固定。對接吻合完成后，再進行焊接。焊接寬度不能少于8mm，焊接高度不能少于4mm。護筒下入后，采用線錘觀測或計量器具對護筒垂直度進行檢驗。鋼護筒內(nèi)側(cè)要確保接頭圓順，外側(cè)采用φ20 mm 鋼筋對幫焊接補強，同時要滿足剛性、強度和防漏要求。鋼護筒分段焊接必須滿足規(guī)范，鋼護筒下放和下放后各項技術(shù)參數(shù)均不能超過設計和規(guī)程所規(guī)定的容許偏差。

3.2.4 鉆機就位、校正

施工過程中，要保證鉆機的穩(wěn)定，不能有傾斜、移位，為了精確地控制鉆孔深度，支架上要做好刻度，便于觀察和記錄。

3.2.5 鉆孔

首先，將護筒埋入泥漿中，隨后進行鉆進。在鉆進過程中，初始階段應使用低速慢鉆，直至護筒以下1m 深度。隨后，將轉(zhuǎn)速調(diào)整至正常水平。在鉆進過程中，務必對巖渣進行取樣，并嚴密監(jiān)控泥漿的各項指標。同時，要特別關(guān)注地層變化，根據(jù)實際情況，靈活調(diào)整鉆進速度、鉆壓以及泥漿比重等參數(shù)。對于易坍塌的砂土或軟黏土，建議采用低檔慢速施工方式，并適時提升孔內(nèi)水頭，增大泥漿密度，以確保施工的安全與穩(wěn)定。當鉆孔達到設計高程，并用巖樣證實到位后，就可以停鉆了。

3.2.6 驗孔

在鉆孔作業(yè)達到既定深度后，需對孔深、孔位、孔徑、孔形以及傾斜度進行全面檢查，并將檢驗結(jié)果詳細記錄在終孔檢查表中。在此過程中，需運用檢孔器對孔內(nèi)孔徑、孔形和傾角進行精準測量。此外，利用測繩（錘）來測定孔深和虛土層，虛土厚度的計算方式為鉆孔深度與實測深度之差，其值應嚴格控制在100mm 以內(nèi)。在確保所有參數(shù)均符合設計要求后，應立刻填寫終孔檢查表，并提交給監(jiān)理工程師進行簽字確認。只有當?shù)玫奖O(jiān)理工程師的同意后，方可進行鉆孔底部的清理工作，并澆筑水下混凝土。在完成當前樁基的成孔檢測后，鉆機需移至下一個樁位，同時填寫鉆孔施工日志，覆蓋孔罩，設置警告標志，并撤離鉆機。

3.2.7 清孔

通過撈砂斗來清除孔內(nèi)的砂土和殘渣，確保孔壁的清潔和穩(wěn)定。根據(jù)地質(zhì)條件、孔深、孔徑等因素合理調(diào)整撈砂斗的工作頻率，撈砂斗的工作頻率不應低于2 次。配合其他施工設備和工藝，如旋挖鉆機、泥漿護壁等，共同實現(xiàn)孔內(nèi)清砂的目的。

3.2.8 安放鋼筋籠

鋼筋籠加工完成并由監(jiān)理驗收合格方可下入樁孔。下放鋼筋籠的過程中，必須保證鋼筋籠中心與鉆孔中心對齊，可采用浮筒對中。鋼筋籠的高度必須得到精確控制，其底面高度的允許誤差為±5cm，頂部高度的允許誤差為+2cm。在鋼筋籠的堆放、運輸、吊裝以及下孔等作業(yè)過程中，必須嚴格遵守相關(guān)的作業(yè)規(guī)程，以確保作業(yè)的安全性和有效性。在施工過程中，要對施工人員進行技術(shù)交底，并采取相應的質(zhì)量控制措施，以防止鋼筋籠發(fā)生變形。鋼筋籠吊裝時，應對好孔位，起吊平穩(wěn)，沉放速度慢，防止與孔壁發(fā)生撞擊。鋼筋籠就位后，必須及時進行固定。為了保證加固部位的準確定位和保護層的厚度，必須用焊接連接。

3.2.9 下導管

經(jīng)過慎重考慮和精確計算，決定選用直徑為φ300mm、壁厚為6mm 的無縫管作為導管。每節(jié)導管的標準長度為3m，底部特殊設計為4m，以滿足工程需求。此外，還需配備2 節(jié)1m 和2 節(jié)1.5m 的短管，這些短管可根據(jù)實際需要靈活組合，用于調(diào)整導管的總長度和漏斗的高度，確保施工過程的順利進行。

導管的連接方式為螺紋型，雙法蘭間加4 ～5mm 的橡膠密封圈。在安裝導管之前，應先檢查管道有無破損、密封環(huán)、卡口是否完好、管道內(nèi)壁是否平滑、連接處是否緊實，并做抗拉、防漏等測試，測試結(jié)果合格后方可使用。安裝時，每一處都要涂上黃油，并用螺絲固定，以免在澆筑過程中，發(fā)生斷裂，在澆筑混凝土之前要做提升測試，使位置對中，軸線平直，穩(wěn)定下放，防止夾持鋼筋骨架與孔壁的撞擊，通常情況下，導管下端至鉆孔底部的間距是25 ～40cm。

3.2.10 澆注混凝土

在鉆孔樁施工中，混凝土灌注是一個非常關(guān)鍵的過程，要對成樁質(zhì)量進行檢驗（包含泥漿指數(shù)、沉積物厚度測試等內(nèi)容），檢查合格后才能開始灌注，一旦發(fā)現(xiàn)沉淀量超出規(guī)定標準，必須立即重新清理孔洞。在此過程中，必須特別關(guān)注孔壁的穩(wěn)定性，以防止出現(xiàn)任何形式的塌孔。灌注在混凝土初凝時間2.5h 之內(nèi)完成。首次澆筑混凝土量要確保導管的初埋深度大于1m，并澆筑到導管底部，首次澆筑完成后需進行連續(xù)澆筑，施工期間導管埋深要控制在2 ～6m。混凝土攪拌車在運輸過程需要檢測密實度和塌落度，不合格的要重新拌和，二次拌和不合格的不得采用。首批混凝土注入孔底后，即刻對勘探孔內(nèi)混凝土面高度進行測量，并據(jù)此計算導管埋深，滿足要求才可正常注入。自混凝土澆筑開始，必須保持緊密且連續(xù)的作業(yè)，不得出現(xiàn)任何中斷。

澆筑過程中，應避免混凝土混合物從漏斗口落入孔內(nèi)，引起水泥的粘稠凝固，影響測量精度。在施工中，要密切關(guān)注混凝土下落及鉆孔內(nèi)水位的上升與下降，隨時觀測鉆孔混凝土液面的高低，以指導導管的吊裝與拆除。導管起吊過程中，要保證軸線垂直，定位對中，然后逐級抬升，如果要清除鋼筋骨架，則可以將導管移至鉆孔中央，將其從鋼筋框架中分離出來。當導管被抬升至暴露在孔上方法蘭連接點的某一水平時，可以拆卸1 節(jié)和2 節(jié)導管。此時，應暫時中止灌注工作。首要任務是撤離漏斗，并確保井口導管穩(wěn)固固定。隨后，緊固導管的連接螺栓，并將起吊導管的吊鉤懸掛在待拆導管的上部吊環(huán)之上。當所有螺栓均已拆除后，應緩緩吊起待拆卸的導管，并小心將其降落。接下來，將漏斗重新插入井口導管內(nèi)，調(diào)整至適當位置，繼續(xù)灌注流程。拆管過程需迅速進行，通常不會超過15min。為預防螺栓、橡皮塊及工具落入井中，必須格外謹慎。一旦導管接頭被拆卸下來，應立即進行清洗，并按既定規(guī)范妥善碼放。

灌注時，如管內(nèi)混凝土未充分充入氣體，則要緩慢灌入混凝土，料斗及管路不宜整筒灌注，為避免管道內(nèi)部產(chǎn)生過高的氣壓而形成氣囊，進而壓迫管節(jié)間的橡皮襯墊，導致管路發(fā)生滲漏。為確保樁頂施工的質(zhì)量，應在預先設計的樁頂標高位置進行混凝土的灌注。具體的灌注位置可依據(jù)鉆孔的深度、方式以及清孔的方法等因素進行精確確定。通常情況下，灌注位置位于地下0.5 ～1m 的范圍內(nèi)，對于較深的樁孔，灌注位置則設定為1m 處。只有當混凝土的抗壓強度達到5Mpa 的要求后，才可進行地下保護筒的拆除工作。

4 結(jié)論

本文系統(tǒng)介紹了鉆孔灌注樁在復雜地質(zhì)條件下的施工技術(shù)及應用，針對土質(zhì)不良、礫石層遇水易垮塌等問題提出了一系列解決措施，經(jīng)項目實踐驗證，取得了以下結(jié)論：

（1）鉆孔灌注樁技術(shù)在復雜地質(zhì)條件下具有可行性和可靠性，通過鋼筋加工與焊接、泥漿配制等多方面措施，能有效解決施工難題。

（2）采用長護筒、全樁長保護等技術(shù)手段，能夠有效提高工程質(zhì)量，確保施工安全。

（3）在大型市政工程中的應用實踐表明，鉆孔灌注樁技術(shù)不僅提高了施工效率，還為現(xiàn)代化市政橋梁建設提供了可靠技術(shù)支持，具備了環(huán)保特性。

綜上所述，鉆孔灌注樁技術(shù)在復雜地質(zhì)條件下的施工應用具有重要意義，對于提高工程質(zhì)量、確保施工安全以及推動城市基礎設施建設具有積極的促進作用。