鉆孔灌注樁沖擊鉆成孔施工要點簡析

【摘 要】本文將結(jié)合筆者工程實踐詳細論述沖擊鉆成孔的施工要點及常見問題預(yù)防及排除措施，由于筆者水平有限，歡迎大家批評指正。

【關(guān)鍵詞】鉆孔灌注樁；沖擊鉆；成孔

引言

沖擊鉆成孔灌注樁是用沖擊式鉆機或卷揚機懸吊沖擊鉆頭（又稱沖錘）上下往復(fù)沖擊，將硬質(zhì)土或巖層破碎成孔，部分碎渣和泥漿擠入孔壁中，大部分成為泥渣，用淘渣筒掏出成孔，然后再灌注混凝土成樁。沖擊鉆成孔灌注樁的特點是：設(shè)備構(gòu)造簡單，適用范圍廣，操作方便，所成孔壁較堅實、穩(wěn)定，塌孔少，不受施工場地限制，無噪聲和振動影響等，因此被廣泛地采用，本工藝標準適用于工程中的黃土、粘性土或粉質(zhì)粘土和人工雜填土以及含有孤石的砂礫石層、漂石層、堅硬土層、巖層地基采用沖擊成孔灌注樁的工程。

1、工程地質(zhì)情況

筆者參與的斯里蘭卡漢班托塔海港發(fā)展一期項目油碼頭橋墩基礎(chǔ)灌注樁直徑為1.2m，深度在50～60m，其主要地質(zhì)情況如下：

（1）淤泥層，厚度10～15m，深灰色，飽和流塑狀。

（2）亞粘土層，土層與砂層交錯，層厚3～17m，主要為花崗巖風(fēng)化土，有較好的造漿性能。

（3）砂層，主要為砂礫層，與亞粘土層交錯，層厚5～6m，飽和、密實。

（4）強風(fēng)化層，層厚4～8m。

（5）弱風(fēng)化及微風(fēng)化層，弱風(fēng)化花崗巖層厚1.5m～7.7m，風(fēng)化較強，裂隙發(fā)育，強度一般；微風(fēng)化花崗巖，一般巖石完整，強度高。

2、鉆孔機械選用

根據(jù)本工程的地質(zhì)特點及工期要求，大部分采用了旋挖鉆成孔，少部分地質(zhì)復(fù)雜，基巖強度高，旋挖鉆成孔困難的孔位采用沖擊鉆成孔。沖擊鉆成孔是本文主要介紹內(nèi)容。

3、沖擊鉆成孔施工要點

3.1 孔壁保護

在鉆孔灌注樁施工中，為預(yù)防鉆孔及關(guān)注過程中孔壁的坍塌和縮徑，采取有效措施對孔壁進行施工過程中的防護是極為重要的，因此我們針對復(fù)雜地質(zhì)條件，尤其是在松散流沙層和有承壓水處，采取了一些有效措施，使鉆孔得到有效保護，順利完成了砼灌注樁的施工。

3.1.1 泥漿護壁

泥漿在鉆孔灌注樁中起護壁、排渣、冷卻鉆頭的作用，泥漿的護壁作用是因為泥漿液柱壓力作用在孔壁上，除平衡水壓力土壓力外，還給孔壁一個向外的作用力，部分水滲入底層，在孔壁表面形成一層固體顆粒的膠結(jié)物，泥皮。性能良好地泥漿失水量小，泥皮薄而密，具有較高的粘結(jié)力，對維護孔壁穩(wěn)定、防止塌孔起很大作用。地層主要為粉砂土層，一般不適合原土造漿，必須外借粘性黃土或增加化學(xué)處理劑（純堿和CMC）處理，各項指標經(jīng)調(diào)制后檢測合格后才能正式開鉆。

（1）純堿（Na2co3的作用。在泥漿中加入純堿，是除去粘土中部分鈣離子，將鈣質(zhì)土轉(zhuǎn)變?yōu)殁c質(zhì)土，使土顆粒水化作用增強，加速粘土的分散，提高粘土的造漿率。

（2）CMC的作用。CMC為大分子化合物，處理泥漿時主要用作失水劑和增粘劑。由于水分子的作用，使泥皮致密而堅韌，同時CMC溶于水中能增加泥漿的粘度，促使泥漿失水量下降。泥漿配置及性能指在地址條件較好、樁頂標高距自然地面較淺的樁在沖孔時未產(chǎn)生大的坍塌，此時我們采用泥漿護壁，簡化了施工工藝，降低了施工成本，并確保了成孔質(zhì)量。

3.1.2鋼管筒護壁

某些樁位因樁頂距離自然地面較深，土質(zhì)松散，承壓水較大，開孔2m后，孔壁坍塌嚴重，故采用與孔徑相同直徑，壁厚為8mm的鋼管，2m長一節(jié)，在鉆孔時逐步放入孔內(nèi)，隨著鉆孔進尺到設(shè)計要求深度，以此來保護鉆孔時的孔壁，確保造孔質(zhì)量及成功率。其特點為不使用泥漿，成孔速度快但在砼灌注時拔出護壁鋼管的難度較大。

鋼管護壁投入較多，且在上拔鋼管時有一定難度，但卻解決了地質(zhì)條件差，孔壁坍塌嚴重而無法成孔的問題，而且確保了成孔樁的質(zhì)量。

3.1.3鋼管護壁與泥漿綜合護壁

鉆孔時采用加大泥漿稠度及相對密度進行護壁，由于出現(xiàn)流沙和較大承壓水，泥漿護壁效果不良，產(chǎn)生局部縮徑和坍塌，對此及時采用了鋼管護筒，躲過了薄弱層。在6m以下采用大稠度、大密度泥漿護壁，未發(fā)生塌孔。若以鋼管護筒和大密度大稠度泥漿護壁按孔壁不同條件程度進行綜合使用，是機械成孔的一個良好途徑，既確保成孔質(zhì)量，又降低了全部使用鋼護筒的成本，同時省去了多道工序，提高了施工效率。

3.2沖擊成孔

沖擊法施工一般要點如下：

（1）鉆機對位準確，鉆架平穩(wěn)牢固，不擺動，不沉陷；

選擇合適鉆頭，對于砂礫層等以選擇十字沖錘為宜，較硬巖層選用六爪沖錘，鉆頭重量與鉆機起重能力要匹配。

（2）注意控制沖程，在開孔初期及覆蓋層、強風(fēng)化巖層必須使用小沖程，以不超過2.0m為宜，在強度較高的巖層應(yīng)盡量使用較高沖程，一方面提高破巖能力，加快沖孔速度，另一方面使鉆頭有充分旋轉(zhuǎn)的空間，以保證孔壁圓順，但沖程不宜超過4.0m。

（3）做到五勤，即勤測量（主要檢測沖錘對中情況、沖錘直徑、孔深、孔徑、傾斜等）、勤檢查（檢查鉆頭情況、沖繩、連接環(huán)等）、勤投片石和粘土、勤排渣、勤換鉆頭（鉆頭磨損時要及時修復(fù)更換，以保證鉆頭直徑和沖孔速度）。

3.3不同地質(zhì)層沖孔時應(yīng)注意事項

（1）雜填土、淤泥層。其土層松散，成分復(fù)雜，此層沖進速度在0.30m～0.40m/h，沖孔時應(yīng)注意控制沖程和沖孔速度，沖程應(yīng)控制在2.0m以內(nèi)，并每進尺2.0m左右投入適量粘土和片石，以便成孔和造漿。

（2）亞粘土、粘土、強風(fēng)化巖層。這類土層均為塑性，粘性大，沖孔時易粘錘和吸錘，此層沖進速度在0.13m～0.21m/h，因此，在沖孔時要嚴格控制沖程并經(jīng)常適量投入適量小片石及廢舊鋼絲繩頭等，一方面可以有效地防止吸錘，同時還可以很好的制造泥漿（這類土層的主要成分為粘粒，是較好的造漿材料，利用這類土層可以很好的節(jié)約成本）。

（3）沙礫土層、礫石層。此層沖進速度在0.08～0.10m/h，沖孔施工時主要注意排渣和造避，一方面用高比重、大粘度、浮渣能力強的泥漿，采用大流量的泥漿循環(huán)，及時排出沉渣；另一方面要經(jīng)常投入適量粘土和小片石進行造壁和造漿，特別是礫石層，巖石松散，透水性強，要經(jīng)常拋投粘土造壁。

（4）弱風(fēng)化、微風(fēng)化巖層。這一層巖石強度高，一般為20～50MPa，高的可達80MPa以上，此層沖進速度在0.03～0.05m/h，沖擊施工時，首先要求鉆頭要有足夠的強度和耐磨性，一般在鉆頭底部加焊耐磨、耐沖擊合金塊，同時要求采用大沖程（一般4.0m左右），一方面可以增強破巖能力，提高成孔速度；另一方面使鉆頭有足夠的旋轉(zhuǎn)空間，使孔圓順，保證成孔質(zhì)量，并防止卡鉆。另外，每沖1.0m左右須投入一定量片石和粘土，起排渣和防卡鉆作用。

3.4清孔

根據(jù)工程地質(zhì)條件，在沖孔時要穿越15m以上的粉砂土層，其泥漿的含砂率高，造成泥漿表面表觀密度高，而粘度降低，沉於增加，影響泥漿護壁效果和樁身砼質(zhì)量，所以在泥漿循環(huán)使用時，應(yīng)對護壁泥漿及時凈化，降低泥漿中的含砂率。

在本工程中采用抽筒掏渣法，掏渣過程中，不斷注入紅土球及清水，及時將孔內(nèi)殘渣排除孔外。在終孔時清渣及時，并不斷注入清水，保持孔內(nèi)殘渣排除孔外。在終孔時清渣及時，并不斷注入清水，保持孔內(nèi)水面接近孔口高。在終孔后攪動孔底沉渣的同時，也會使泥漿比重及粘稠度下降，因此，在終孔清孔時孔內(nèi)必須保持有較充足的水，并且清孔要及時檢查驗收，及時進行下一道工序，下鋼筋籠、澆筑砼，否則停留時間長將會導(dǎo)致孔縮徑和塌孔現(xiàn)象。

4、故障及其預(yù)防

在砂層鉆孔樁的施工中，極易出現(xiàn)的故障有掉鉆、縮徑、螺旋孔、斜孔、漏漿、塌孔和斷樁，這些故障對鉆孔樁的成孔成樁造成困難，甚至嚴重影響灌注樁的質(zhì)量。因此，對之必須進行妥善處理，重點在于預(yù)防。

（1）掉鉆：對于砂層的鉆孔樁，發(fā)生掉鉆主要是由于操作人員對鉆桿和鉆頭連接部位檢查不周密，或在鉆孔平臺上拆裝鉆桿時不小心造成的。因此，掉鉆事故應(yīng)以預(yù)防為主，而預(yù)防掉鉆主要從加強操作人員的責(zé)任心抓起，嚴格按照操作規(guī)程。另外，應(yīng)備好打撈工具，以備萬一發(fā)生掉鉆時能盡快將鉆頭打撈上來。

（2）縮徑：在砂層中發(fā)生縮徑的原因主要有兩個，一是遇到軟弱地層（如淤泥），二是在鉆進過程中鉆頭直徑受摩擦而變小。對縮徑應(yīng)以預(yù)防為主，主要措施有：調(diào)查清楚地址情況，重點在于查清有無軟弱夾層存在，如有軟弱層，需要會同監(jiān)理設(shè)計一同制定對策。經(jīng)常檢查鉆頭直徑，看其是否嚴重磨損，有則及時更換。一般情況下，鉆頭設(shè)有0.5m高的護圈后產(chǎn)生縮徑的可能性就很小了。

（3）斜孔、螺旋孔：斜孔和螺旋孔是由于鉆機位置不正、鉆桿不直、鉆臺中心和鉆桿中心不在同一垂直線上造成的。預(yù)防此類的措施：檢查鉆機的就位情況，確保鉆桿垂直，鉆機穩(wěn)定（一般情況下鉆桿垂直式容易保證的）。成孔過程中應(yīng)注意檢查樁孔的情況，如發(fā)現(xiàn)樁孔不直，則應(yīng)分析其成因，制定相應(yīng)對策，對已形成的孔，不要粘土填實后重鉆。

（4）漏漿和塌孔：這是孔壁出現(xiàn)問題造成的。如果護壁（泥皮）較薄，出現(xiàn)裂隙，終孔后發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)水位下降，此時便會有向孔外漏漿或向孔內(nèi)涌漿現(xiàn)象發(fā)生，直至孔壁塌孔。另外，在埋設(shè)護筒時若其底部處理不好，也會發(fā)生塌孔，因此，護筒與土層相接處須用粘土夯實，護筒外面與原土之間須用粘土填滿、夯實，嚴防地表水順該處滲入。預(yù)防塌孔的措施主要有：護筒埋設(shè)一定要按規(guī)范執(zhí)行，挖完基坑后應(yīng)立即埋設(shè)護筒（振動打樁除外）；做好泥漿護壁，經(jīng)常測試泥漿的各項指標，隨時掌握泥漿狀態(tài)；控制好沖擊速度，因為沖擊速度與泥漿壁效果在一定程度上成反比。萬一發(fā)生塌孔，不要用粘土回填密實，然后重新鉆孔。

5、結(jié)束語

1）擊法施工的優(yōu)點：

設(shè)備簡單靈活，不需要大型起重設(shè)備配合，機械投入少，施工成本低。

對施工現(xiàn)場要求不高，根據(jù)需要可以同時安排多臺鉆機，便于工期把握。

適應(yīng)性強，沖擊法施工幾乎適應(yīng)各類地層和任何復(fù)雜的地質(zhì)情況（如有拋石、孤石的地層，卵石層，熔巖地層，堅硬巖層等），具有獨特的施工特點。

2）護壁是維護孔壁穩(wěn)定，保證鉆孔施工順利進行的先決條件，尤其是遇到松散地層，優(yōu)質(zhì)泥漿的保證只管重要。

3）工程鉆孔施工時，根據(jù)地層以及設(shè)備的性能選擇適宜的成孔工藝，選擇合理的鉆具設(shè)備和破巖刀具。深孔施工，要注意合理配重，保證滾刀頭破巖壓力，采取減壓鉆進，以保證成孔的垂直度。

4）中要細心，認真檢查鉆頭、鉆桿、法蘭是否有裂紋，檢查滾刀、滾刀座及相關(guān)螺栓是否有問題；在鉆進過程中，檢查搖頭密封情況，檢查設(shè)備及配電情況，檢查接鉆桿及螺栓情況，只要鉆桿或螺栓有一點點裂紋也不可使用。在鉆進中，例行檢查兩次鉆頭，進行拆鉆檢查。另外在鉆進過程中，從出渣情況看，如果出渣少或不連續(xù)，應(yīng)及時判斷或拆鉆檢查，一旦發(fā)現(xiàn)疑問，立即更換，防止事故的發(fā)生。