沖擊鉆孔灌注樁施工技術(shù)及質(zhì)量控制

摘 要：沖擊鉆孔灌注樁憑借著眾多優(yōu)勢(shì)而在樁基礎(chǔ)中被廣泛采用。但該工藝工序較多、難度大，因此，必須加強(qiáng)施工中的質(zhì)量控制。本文結(jié)合工程實(shí)例，從水下混凝土灌注、鋼筋籠就位及清孔、機(jī)械成孔、人工挖孔論述了沖擊鉆孔灌注樁施工技術(shù)，并介紹了施工過(guò)程中的質(zhì)量控制措施，為類似工程的應(yīng)用提供施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：樁基；沖擊鉆孔灌注樁；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

隨著樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的不斷創(chuàng)新，沖擊鉆孔灌注樁被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)工程施工中。沖擊鉆孔灌注樁施工有很多優(yōu)點(diǎn)，它能適用于不同的復(fù)雜地質(zhì)條件，在施工過(guò)程中應(yīng)用泥漿護(hù)壁，防止孔內(nèi)局部塌方，成樁后能形成較高的豎向承載力。但是，沖擊鉆孔灌注樁也有一些缺點(diǎn)。在施工過(guò)程中，如果不謹(jǐn)慎控制好質(zhì)量，容易產(chǎn)生斷樁、樁身夾泥、鋼筋籠上浮、縮孔、塌孔、沖孔偏斜等質(zhì)量問(wèn)題。因此，對(duì)沖擊鉆孔灌注樁施工技術(shù)要求較高，同時(shí)在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制工作。

1工程概況

某橋梁工程，基礎(chǔ)為φ1.2m和φ1.6m樁基礎(chǔ)，上部采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁，橋跨布置為94孔×30m每孔，共計(jì)94孔1316片梁。0號(hào)和94號(hào)墩采用φ1.2m樁基礎(chǔ)，其余樁基礎(chǔ)采用φ1.6m摩擦樁，樁身為C25普通硅酸鹽混凝土。

2施工方案選擇

結(jié)合工程具體情況，決定采用人工挖孔與沖擊鉆孔相結(jié)合的施工方案。即從自然地坪開(kāi)始先進(jìn)行人工挖孔作業(yè)（混凝土護(hù)壁），至4～5m左右（地下水位線處），然后采用沖擊鉆進(jìn)行泥漿護(hù)壁機(jī)械成孔。樁身混凝土施工采用導(dǎo)管水下灌注。

3沖擊鉆鉆孔灌注樁施工工藝

施工順序?yàn)椋撼醪椒艠印斯ね诳住謴?fù)控制點(diǎn)→護(hù)筒埋設(shè)→機(jī)械鉆孔→成孔檢測(cè)→清孔→下鋼筋籠→下導(dǎo)管→二次清孔→混凝土澆筑→破除樁頭→成樁檢測(cè)。

3.1人工挖孔

由于灌注樁的直徑大，地質(zhì)條件為砂卵石層，地表以下4～5m內(nèi)無(wú)水，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)挖與地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告相吻合，經(jīng)研究決定，在樁體上部采用人工挖孔方法施工。

（1）平整場(chǎng)地、定樁位

施工現(xiàn)場(chǎng)的控制網(wǎng)及高程復(fù)測(cè)完畢后，利用各控制點(diǎn)首先放出橋中心線及橋中心控制樁；然后利用橋中心控制樁為控制點(diǎn)，用全站儀精確定出各樁位中心樁，并對(duì)已定樁位采取釘4根鋼筋樁作為控制點(diǎn)，然后用混凝土固定的方式精心保護(hù)。

（2）安裝提升系統(tǒng)

提升架采用小型卷?yè)P(yáng)機(jī)，將其置于樁孔之上，并將提升架的支腿埋入土中不得少于50cm，以保證在使用過(guò)程中架子不會(huì)傾覆，埋完后在支腿周圍壓上重物（見(jiàn)圖1）。

圖1提升架示意

（3）樁孔挖土及清底

中心樁位引護(hù)完畢后，用人工從上至下逐層開(kāi)挖。如遇卵石及大量漂石時(shí)，用鑿石機(jī)將其松動(dòng)破碎后再挖。當(dāng)挖至1m深時(shí)對(duì)樁底進(jìn)行清理，將松動(dòng)土全部鏟起放入桶中，通過(guò)提升機(jī)將余土提出樁孔外直至清完。

（4）綁扎鋼筋

孔底清理干凈并將余土運(yùn)出后，開(kāi)始綁扎護(hù)壁鋼筋。先在樁孔壁上劃出加強(qiáng)鋼筋的位置，然后打入相應(yīng)數(shù)量的鋼筋頭，并將橫向加強(qiáng)筋固定其上；加強(qiáng)筋固定后，開(kāi)始綁扎豎向筋，鋼筋設(shè)置為φ8@200，采用鐵絲梅花綁扎法進(jìn)行。

（5）支設(shè)模板

模板采用一節(jié)組合工具內(nèi)定型鋼模板，用500mm@900mm弧形鋼模及拼裝板組成，用U形卡連接，上下各設(shè)一道兩半圓的[8內(nèi)箍頂緊，不另設(shè)支撐，以便井下作業(yè)，拆上節(jié)支下節(jié)，如此循環(huán)。

（6）澆筑混凝土護(hù)壁

護(hù)壁厚15cm（允許誤差？30mm），采用C20混凝土，混凝土護(hù)壁縱向搭接10cm。為保證接縫嚴(yán)密，混凝土在澆筑過(guò)程中振搗密實(shí)，上部100mm高澆灌口澆筑完畢后用混凝土堵塞，防止有地下水沖壞土壁。混凝土澆筑過(guò)程中，隨時(shí)用小錘敲擊模板外側(cè)以檢查混凝土是否澆筑到位。

3.2機(jī)械成孔

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，為克服大粒徑卵石、漂石層的鉆孔困難，選用CZ-30型沖擊鉆機(jī)。對(duì)于φ1.6m灌注樁，采用外徑1.6m十字形沖錘一次成孔，用圓形掏渣筒掏渣，并選用合理的鉆進(jìn)參數(shù)。鉆頭的選擇要根據(jù)地層的具體情況。對(duì)于卵石層宜選用管錐，對(duì)堅(jiān)硬的巖層宜選用實(shí)心錐。同時(shí)也要根據(jù)地層選擇合適的沖程：密實(shí)砂、砂礫石、砂卵石及礫石、卵石粒徑較大的土層選用高沖程（100cm）；松散的砂、砂礫石、砂卵石土層選用中沖程（75cm）；粘性土、亞粘土層選用中沖程（75cm）；易塌地層選用小沖程（40～60cm）。在松軟地層每次可松繩5～8cm，密實(shí)堅(jiān)硬土層每次可松3～5cm。應(yīng)防止松繩過(guò)少而打空錘，且應(yīng)防止松繩過(guò)多，降低鉆進(jìn)速度，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生鋼絲繩糾纏事故等。通過(guò)漂石層或巖層時(shí)，如其表面不平整，應(yīng)先投入粘土和小片石將其填平，再低錘快打，松繩長(zhǎng)度宜4cm，待沖平后再大沖程鉆進(jìn)。

3.3鋼筋籠就位及清孔

清孔方法一般有換漿、抽漿、掏渣、空壓機(jī)噴射等。本工程樁均為摩擦樁，為保證孔底沉渣清除干凈，增加單樁承載力，因此本工程采用了換漿二次清孔工藝。

（1）首次清孔

樁身成孔后經(jīng)驗(yàn)收合格，首先用沖擊鉆頭泛漿，掏渣筒清孔，直到孔內(nèi)泥漿相對(duì)密度控制在1.1～1.2，沉渣厚度小于5cm。

（2）鋼筋籠就位

將驗(yàn)收合格的鋼筋籠運(yùn)至孔口，運(yùn)輸過(guò)程中要防止變形；吊點(diǎn)處要加強(qiáng)處理，防止脫焊，吊鉤垂直于籠子中心，保證鋼筋籠垂直下入孔內(nèi)。

（3）二次清孔

本橋采用泥漿循環(huán)進(jìn)行二次清孔，可以有效地清除孔底沉渣。用高壓水泵清孔注意事項(xiàng)：清孔過(guò)程中必須始終保持孔內(nèi)原有水頭，讓泥漿正常循環(huán)，以中速將相對(duì)密度1.03～1.10的較純泥漿壓入，把鉆孔懸浮鉆渣較多的泥漿換出。如樁體較長(zhǎng)，則泥漿置換時(shí)間應(yīng)相應(yīng)加長(zhǎng)，保證泥漿整體均勻。

3.4水下混凝土灌注

清孔完畢應(yīng)立即進(jìn)行水下灌注樁身混凝土，利用清孔用導(dǎo)管安裝初灌斗直接灌注，可縮短灌注時(shí)間。準(zhǔn)備工作及澆筑順序如下。

1）本工程采用內(nèi)徑300mm導(dǎo)管澆筑水下混凝土，接頭采用絲扣連接，用O形橡膠圈密封，嚴(yán)防漏水。下導(dǎo)管前進(jìn)行水密性檢查，檢驗(yàn)水壓為0.6～1.0MPa，不漏水為合格。

2）首盤混凝土灌注埋管深度不得小于1m，澆筑過(guò)程中導(dǎo)管在混凝土中的埋深控制在2～6m。灌注中經(jīng)常用測(cè)錘探測(cè)混凝土面的上升高度，并適時(shí)提升，逐級(jí)拆卸導(dǎo)管，保持導(dǎo)管的合理埋深。

3）遇特別情況（局部嚴(yán)重超徑、縮頸、漏失層位和灌注量特別大的樁孔等）增加探測(cè)次數(shù)，同時(shí)觀察返水情況，以正確分析和判斷孔內(nèi)的情況。

4）澆筑水下混凝土的最后混凝土面高程高出設(shè)計(jì)高程50～100cm，以保證鑿除樁頂混凝土浮渣后滿足設(shè)計(jì)要求，確保樁身混凝土頂質(zhì)量。

5）混凝土澆筑過(guò)程中，及時(shí)統(tǒng)計(jì)每樁混凝土澆筑量，并計(jì)算樁身混凝土充盈系數(shù)，每根樁作混凝土試塊2～3組，專人填寫水下混凝土灌注記錄。

4施工質(zhì)量控制措施

1）若在灌注樁下部出現(xiàn)斷樁的情況，最簡(jiǎn)單的辦法就是在孔內(nèi)填入毛石，用沖擊鉆沖孔，將鋼筋籠及樁底混凝土砸入樁四壁及樁底，然后重新進(jìn)行施工。

2）沖擊鉆機(jī)成孔的樁孔易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，尤其是在地質(zhì)情況復(fù)雜、成孔時(shí)間較長(zhǎng)的時(shí)候。施工的一根樁在灌注完成后，檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)在標(biāo)高-5.8m處有樁身夾泥現(xiàn)象。傳統(tǒng)的方法是將缺陷樁鑿除再重新澆筑，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且造價(jià)昂貴；由于地質(zhì)情況全部為砂層，非常容易塌方，所以不能大面積開(kāi)挖。最后決定采用在緊靠此根灌注樁周圍打設(shè)高壓懸噴樁，樁長(zhǎng)為出現(xiàn)夾層處到地表面，樁體之間互相咬合，形成一個(gè)水泥漿護(hù)筒，防止外部水和砂礫進(jìn)入樁體。待水泥凝固后，將出現(xiàn)夾層處以上的混凝土全部鑿除，清理干凈后，重新澆筑混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。經(jīng)過(guò)處理后的灌注樁，經(jīng)小應(yīng)變檢測(cè)合格，最后做樁身承載力檢測(cè)滿足設(shè)計(jì)要求（見(jiàn)圖2）。

圖2處理塌孔示意

3）出現(xiàn)夾層情況后，也可以根據(jù)施工情況，在樁頂鉆取3～4個(gè)孔，將注漿管通過(guò)鉆孔到夾泥區(qū)，用泵壓大于20MPa的高壓水流對(duì)缺陷段自下而上進(jìn)行切割噴射，噴射時(shí)噴管提升速度為10cm/min，旋進(jìn)速度為20r/min，噴射處理長(zhǎng)度上下各延長(zhǎng)50cm，一孔進(jìn)行切割，而另一孔有水溢出時(shí)可認(rèn)定夾層區(qū)已打通，可換另外2個(gè)孔，直至3個(gè)孔全部打通。鉆孔之間連通后，壓入清水利用水循環(huán)將廢渣排出樁身，當(dāng)出水口的水由濁變清時(shí)，再換其它孔輪流處理，直至所有的孔水流都為清水時(shí)，清渣工作結(jié)束，最后灌注高強(qiáng)度的水泥漿。

4）卡鉆多因樁孔形成了梅花孔或鉆頭磨損未及時(shí)修補(bǔ)導(dǎo)致樁徑變小，而新修補(bǔ)的鉆頭直徑陡然增大形成卡鉆。遇到這種事故不宜強(qiáng)行提鉆，可采用小錐沖擊或沖、吸的方法將鉆頭周邊擴(kuò)大；也可用一直徑較樁徑大30cm的筒錐在埋鉆外圍沖擊，使卡鉆及上部樁徑擴(kuò)大，從而提出鉆頭，這種方法的弊端是較為煩瑣、耗時(shí)；若巖層中卡鉆，在條件允許的情況下也可采用定向爆破提鉆。

5）埋鉆多是由于停機(jī)后鉆頭未能及時(shí)提出導(dǎo)致鉆渣埋鉆，此種情況在砂礫層中經(jīng)常發(fā)生，因此要養(yǎng)成\"隨停隨提\"的好習(xí)慣。另一種常見(jiàn)的原因就是塌孔埋鉆。處理這種事故應(yīng)采用空氣吸泥機(jī)將埋鉆的泥砂吸走，提出鉆頭。

5結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，沖擊鉆孔灌注樁施工環(huán)節(jié)較多，工藝復(fù)雜且施工大部分是在水下進(jìn)行的，其施工過(guò)程隱蔽性較強(qiáng)，因此，成樁質(zhì)量有可能受到多種因素的干擾和制約，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致樁身承載力的明顯降低，甚至造成病樁、斷樁等重大質(zhì)量事故。為此，掌握好沖擊鉆鉆孔灌注樁的施工技術(shù)和采用必要的質(zhì)量控制措施是關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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