斷層破碎帶地質條件下的鉆孔灌注樁質量控制技術

石 萍

(鶴崗市水務局，黑龍江 鶴崗 154100)

1 研究目標

1.1 研究區域地質概況

河床部位覆蓋層上部為第四系全新統沖洪積層，厚度為3.80～6.00 m。河床部位下部及左右兩岸覆蓋層為四系全新統一上更新統坡洪積層，厚度為8.00～16.00 m，下部基巖為二疊系上統五道嶺組流紋巖。鉆孔揭露的地層巖性由上至下分述如下:①卵石混合土:黃褐色～灰褐色，密實;顆粒以卵石為主，礫石次之，中粗砂少量;分布于河床表面，厚度連續穩定，在3.80～6.00 m。②碎石混合土(原黏土夾碎石):褐棕色～灰黃色，密實，黏性強，顆粒大小極不均勻，以碎石為主，砂礫石次之，并含有較多黏粉粒;分布于坡洪基臺地上部，厚度為8.00～16.00 m。③流紋巖:灰～灰黑色，斑狀或玻基斑狀結構，流紋構造，斑晶以石英為主，含有鉀長石、斜長石，基質為石英玻璃質，巖體節理裂隙發育，充有石英脈或鐵銹膜;分布于左右岸及河谷底部。

本區較大的斷裂為阿什河斷裂，呈北西向穿過壩址附近。受阿什河斷裂的影響和控制，本次勘探在鉆孔中見有寬度為5～10 m的構造破碎帶2條，流紋巖巖體中的斷層破碎帶部位，巖芯呈粉沙狀，不成孔，局部巖芯成碎屑狀。

本區內地下水類型主要有前第四系基石裂隙水和第四系沖積洪積層孔隙潛水。第四系沖積洪積層孔隙潛水:分布于河床部位，含水層由卵石混合土組成，厚度為5.0 m左右，含水層屬強透水～中等透水層。水化學類型為HCO3-CaMa型，主要接受降入滲和側向徑流補給，以徑流形式向下游或河水排泄，與河水互為補排關系。前第四系基石裂隙水:賦存于河谷基底及兩岸山丘中的基巖裂隙中，分布不均，受巖體風化及構造裂隙的發育程度控制;主要補給源為大氣降水入滲，富水性差異較大，排泄于山前臺地和河谷漫灘之中，或以泉的形式流出。

1.2 研究目標

通過對破碎帶地質條件下，沖擊成孔灌注樁施工的研究，探究復雜地質條件下的施工控制辦法和質量控制措施。

2 質量控制措施

2.1 施工機具的選擇

施工機具的好壞對能否保證施工質量以及功效的高低起著至關重要的作用。選擇好合適的施工機具是實現質量控制的首要條件。沖擊成孔灌注樁的施工機具主要包括成孔的鉆機、泥漿制備、鉆頭，成樁的導管、料斗、球塞、混凝土拌制與輸送設備。

根據不同的地質條件，不同的樁徑，其選擇使用的成孔機具如鉆機、鉆頭有很大差別。選擇鉆機，首先要看功率和扭矩夠不夠，因為樁徑越大，鉆進時切削阻力越大，要求功率和扭矩也越大。鉆頭直徑必須保證樁的設計直徑，一般比設計樁徑小5～6 cm，鉆頭形狀應對稱，錐尖角度≥120°，因為不對稱的鉆頭易產生斜孔錐尖過尖會在孔底產生一個錐形，在其中埋藏大量泥塊沉渣，影響樁的承載力。

成樁用設備主要根據樁體的混凝土方量來考慮安排。導管的基本要求是滿足混凝土灌注量、接頭密閉不漏水不漏氣。導管的長度應保證使得導管下口離孔底的距離保持在0.5 m左右。為此在施工中必須配有一些小導管，如0.5 m，1.0 m，1.5 m等不同長度。導管的選用除需考慮混凝土的方量，還應導管接頭的外徑比鋼筋籠直徑應小100 mm以上，以免導管鉤帶鋼筋籠。導管孔口的料斗與吊運混凝土的料斗的容量之和應保證首批灌注混凝土的數量滿足導管首次埋置深度(≥1.0 m)和填充導管底部的需要。首批灌注混凝土的數量不足會使得先灌入孔內的混凝土大量混雜泥漿，影響樁的質量。

2.2 鉆機就位的控制

鉆機的安裝就位，包含鉆樁位在大地平面的位置控制和所鉆樁孔本身的立體位置控制。

鉆孔灌注樁施工前應對施工場地整平壓實，當場地為深水區或淤泥層較厚時，應搭設工作平臺。應建立附合于結構物整體測量控制中的子控制網(包括平面控制與高程控制)，且所有測量必須有多余觀測。對擬施工樁位進行放樣，并在另一測站進行復核。有條件時，應用鋼尺對前后左右的樁位進行相互校核。在灌注樁施工中樁位的控制必須高度重視，確保無誤，一旦發生樁位錯誤將難以彌補。

鉆機安裝的基本要求是水平、穩固、三點(天車、轉盤、護筒中心)一垂線，這樣才能保證樁的垂直度和樁位偏差符合要求，安裝完畢后要用水平尺和測錘校驗。由于鉆孔灌注樁施工節奏快，鉆機安裝容易馬虎，常因未墊實、墊穩，而在開鉆后很快發生傾斜。發現這種情況應立即停鉆，重新調平或排除故障后再繼續施工，否則必定造成斜孔。

鉆機完成一樁孔后一般不應直接到鄰樁位施工而應實行跳打原則，這是為了防止因鉆機荷載或成孔的應力釋放而影響到剛灌注完混凝土的鄰樁的質量，實在無法調整樁位時，應停頓36 h以后才可在鄰樁上進行施工。

2.3 泥漿的調制和使用

實踐證明泥漿是鉆孔灌注樁施工質量好壞的重要環節，必須從嚴控制。泥漿一般采用水、黏土(或膨潤土)和添加劑按適當比例配置而成。在施工中應注意檢測泥漿的各項指標，尤其是比重和黏度這兩項最直觀、最重要的指標。泥漿的相對密度過大既影響鉆進速度，也使孔壁泥皮增厚;過小則護壁性能差，容易坍孔。

泥漿的品質能否調節好，除與現場管理人員的經驗與水平外，關鍵在于能否及時清理泥漿池溝中的沉淀物。有時因泥漿池淤滿而將沉淀物倒灌回孔內，則施工質量必定受到較大影響。

2.4 鉆進過程

鉆進過程中主要應加強以下事項的控制:

1)總的原則要快，一個樁的施工時間越短，質量也越不容易出現問題，當然，也不是要絕對的快，該慢的孔段要慢。如開孔時要輕壓慢鉆以防止發生孔斜，待鉆頭或導向部位全部進入地層后，方可加速鉆進;在淤泥質土層也不能太快，需防止形成螺旋形孔。

2)鉆進過程中泥漿循環量應根據地層和鉆進速度加以調整，若進尺速度快而泵量小，泥漿必定粘稠而且泥塊沉渣多，影響成孔質量;在松軟易坍地層中鉆進時若泵量和壓力太大，會造成擴徑甚至坍孔。

3)在鉆孔排渣、提鉆頭除土或因故停鉆時，應保持孔內具有規定水位和要求的泥漿比重和黏度。處理孔內事故或因故停鉆，必須將鉆頭提出孔外。

4)終孔時，需對樁孔的孔深、孔徑、傾斜度進行檢測，符合要求才能終孔，否則需繼續。

2.5 清孔

通常工次用兩次清孔來達到規定的混凝土灌注前的泥漿相對密度。

第一次清孔是鉆進至設計深度后直接利用鉆具進行的換漿清孔工作。第一次清孔是能否達到技術要求的根本基礎，不能因為有第二次清孔而忽視第一次清孔的重要性，因為第一次清孔的沖力(吸力)大，清孔能力強，可以把絕大部分沉渣，包括較大的泥塊都返出孔外，而第二次清孔是利用截面粗的導管進行，沖力(吸力)要小得多，不能承擔主要的清孔責任，因而第一次清孔一定應達到返出的泥漿中不含有的泥塊為止，根據筆者在施工中的經驗，對一根30幾米長的直徑650的樁來說，正循環清孔的時間應＞30 min。

第二次清孔是在下完鋼筋籠和導管以后利用導管進行的清孔，目的是清除這段時間里從泥漿中沉淀到孔底或是被鋼筋籠撞到下去的泥塊沉渣。

2.6 鋼筋籠

鉆孔灌注樁的鋼筋籠制作一般使用熱扎鋼筋，材質與焊接要求應符合國家的相關強制標準。

鋼筋籠制作的技術要求主要是:①鋼筋籠直徑應符合設計尺寸;②每節的長度≤9 m，且≥5 m，因為過長則吊起時易彎曲變形，過短則增加焊接時間，對成樁的質量不利;③使用法蘭接頭導管時，最下面的一節鋼筋籠底端應使主筋向外張開，以防導管掛鉤導管造成鋼筋籠上浮;④制作好的鋼筋籠應平臥堆放在平整干凈的場地，堆高不得超過兩層。

鋼筋籠在下籠過程中應從速，一般樁孔應在2～4 h內完成。

2.7 水下混凝土的灌注

混凝土的強度等級必須滿足設計要求，砂石料、水泥、水等應符合國家標準。此外，根據灌注樁的特點，水下混凝土還需控制:①初凝時間。這個指標對于灌注樁非常重要，一般要求所提供配比的初凝時間是實際澆灌時間的兩倍，否則容易在澆灌過程中出現導管凝死等事故。②流動性。規范要求坍落度18～22 cm，當坍落度小時，易堵塞導管，坍落度大時易發離析。

水下混凝土在灌注中應控制3點:①水下混凝土灌注前應檢查樁底的沉淀層厚度與泥漿指標，不符合要求則應再次清孔。②當混凝土灌到孔口不再返出泥漿時，說明混凝土壓力已等于或小于其在樁內頂升的阻力，此時應提升導管;若需提高0.5～1.0 m以上才能灌入混凝土，則此時應拆除一些導管，減小導管在混凝土的埋深，使動力重新大于阻力。③導管的埋深太大或太小都是不利的，埋深太大容易發生混凝土凝住導管的斷樁事故，埋深太淺容易沖翻孔內混凝土頂面而將沉渣泥漿卷入，造成夾泥至斷樁，也容易發生將導管拔出混凝土的事故。因此，應做到勤提勤拆，不能出現一次拆10多米的情況。

[1] 張曉巖.鉆孔灌注樁施工質量控制探討[J].廣西城鎮建設，2009(12):19-23.

[2] 范曉龍，孫皓，溫俊萍.某高速公路鉆孔灌注樁事故分析及處理[J].山西建筑，2009(07):21.