成都地鐵鉆孔灌注樁施工監(jiān)理控制要點淺議

廖 屹

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都 610072)

1 前 言

在成都地鐵1、2號線施工中廣泛采用了人工挖孔樁進行基坑圍護樁施工，但人工挖孔樁井下作業(yè)條件差、勞動強度大、成孔時間長、存在有毒氣體，施工人員在井下作業(yè)容易缺氧、中毒，特別是遇到了細沙、粉沙土層，在壓力水的作用下，易發(fā)生流沙和井漏現(xiàn)象，施工風(fēng)險較大。為了保證施工安全，提高成孔效率，成都地鐵3、4號線圍護結(jié)構(gòu)施工幾乎全部改用了鉆孔灌注樁。

鉆孔灌注樁由于其對不同地基的適應(yīng)性強，施工難度及成本適中，施工噪聲較小，對環(huán)境破壞較輕等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于市政、工業(yè)民用建筑、水利水電及橋梁碼頭等工程中。但鉆孔灌注樁在施工過程中，成樁質(zhì)量受外界因素影響較大，有時會發(fā)生縮徑、斷樁、樁身夾泥等現(xiàn)象，這些都會對地鐵車站基坑安全造成直接影響。同時它作為隱蔽工程，一旦存在質(zhì)量隱患，其加固和整改十分困難，所以在施工監(jiān)理過程中，對鉆孔灌注樁的質(zhì)量控制是整個地鐵車站監(jiān)理過程中的重要環(huán)節(jié)。探討鉆孔灌注樁監(jiān)理控制方法，作好質(zhì)量預(yù)控，為整個地鐵車站工程打好基礎(chǔ)，具有重要的意義。

2 鉆孔灌注樁準備階段的控制

鉆孔灌注樁是一項工序較多、技術(shù)要求高、需要在一個短時間內(nèi)連續(xù)完成的地下隱蔽工程。要保質(zhì)、保量、按期完成該項目，監(jiān)理必須在施工準備階段就做好事前控制。監(jiān)理工程師應(yīng)對工程特點及技術(shù)要求進行詳細了解，對可能影響鉆孔樁質(zhì)量的因素進行研究，對施工單位的施工組織設(shè)計和現(xiàn)場準備情況進行全面審查，對進場的施工機具和材料進行把關(guān)。同時編制專項監(jiān)理細則，組織圖紙會審和技術(shù)交底，對樁位和標高進行復(fù)核。

2.1 施工組織設(shè)計的審査

監(jiān)理工程師首先應(yīng)對鉆孔灌注樁施工組織設(shè)計進行審查，審查該施工組織設(shè)計是否結(jié)合具體工程實際、施工方案是否可行、施工工序是否合理、施工設(shè)備與人員配備是否足夠、對可能出現(xiàn)質(zhì)量隱患的環(huán)節(jié),是否制定相應(yīng)的保障措施。地質(zhì)條件通常是造成灌注樁施工中“漏漿、偏孔、塌孔”的主要原因，所以在施工組織設(shè)計中，要著重審查施工單位是否就地質(zhì)情況進行了詳細的調(diào)查分析。

2.2 鉆孔機具的審查

選擇合適的鉆孔機具是實現(xiàn)質(zhì)量控制的前提條件，監(jiān)理應(yīng)對施工單位進場機具進行審查。對于不同的地質(zhì)條件，不同的樁徑，選擇使用的成孔機具有一定的差別。選擇鉆機，應(yīng)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。鉆桿不宜采用過細的鉆桿，過細的鉆桿其桿內(nèi)通道小，泥漿循環(huán)量受限制，鉆進速度慢，沉渣多，成樁質(zhì)量難以保證。鉆頭直徑必須保證樁的設(shè)計直徑，一般比設(shè)計樁徑小5～6cm。

2.3 施工材料的審查

施工材料的質(zhì)量是保證施工質(zhì)量的基本要素，一旦原材料質(zhì)量出現(xiàn)問題, 可能造成地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。監(jiān)理必須重視對施工原材料的控制，應(yīng)審核鋼筋、水泥等材料的出場日期、出廠合格證、力學(xué)及化學(xué)性能，檢查骨料、水質(zhì)及其他添加劑等是否滿足設(shè)計規(guī)范要求，通過進場復(fù)檢等手段，審查材料是否合格。

2.4 對樁位和標高進行復(fù)核

監(jiān)理工程師應(yīng)加強樁位和標高的控制，這關(guān)系到地鐵車站的整體布局，也牽扯到主體結(jié)構(gòu)與冠梁的銜接。樁位出現(xiàn)偏差，可能會造成不可挽回的損失，所以在施工準備階段，監(jiān)理工程師要對樁位坐標進行仔細核算,對控制點高程進行多次校核。要采取施工單位自檢與監(jiān)理單位復(fù)檢、驗收相結(jié)合的措施, 將其偏差嚴格控制在設(shè)計和規(guī)范允許范圍之內(nèi)。

3 鉆孔樁施工過程的控制

鉆孔灌注樁施工過程是地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)理工作的中心環(huán)節(jié)，也是保證工程質(zhì)量的核心。在這一階段，護筒埋設(shè)、鉆機安裝、泥漿的選用及制備、終孔、清孔、鋼筋籠制作與安裝，混凝土的灌注等都是監(jiān)理控制的重點(見圖1)。

3.1 護筒埋設(shè)的檢查

護筒埋設(shè)是鉆孔灌注樁施工的開端，監(jiān)理應(yīng)檢查護筒位置與垂直度是否準確，護筒周圍和護筒底腳是否緊密和不透水，這些都對成孔、成樁的質(zhì)量有很大影響。

3.2 鉆機安裝的檢查

鉆機工作面地面應(yīng)平整，可預(yù)先加固處理地面，在鉆架下部支點處還可墊設(shè)方木，以擴散對地面應(yīng)力。監(jiān)理應(yīng)檢查鉆機就位時底盤是否保持平穩(wěn)、鉆架是否直立和鉆頭中心是否對準樁位中心。鉆架還應(yīng)可靠固定，確保在鉆進過程中不發(fā)生傾斜和位移。

3.3 泥漿的選用及制備

圖1 鉆孔灌注樁施工流程示意

鉆孔是成孔的關(guān)鍵，泥漿的合適與否又是鉆孔成功的關(guān)鍵，所以泥漿的選用及制備是鉆孔灌注樁是否成功的關(guān)鍵工序之一，監(jiān)理要對泥漿的選擇進行審查。選擇泥漿種類要根據(jù)站點具體地層情況結(jié)合進行。長大樁基及反循環(huán)施工，一般采用膨潤土泥漿；較短小的樁基、正循環(huán)施工一般采用粘土泥漿。

3.4 終孔的檢查

終孔后監(jiān)理應(yīng)進行終孔檢查，主要檢查項目包括孔深、孔徑、孔形、沉渣厚度。監(jiān)理應(yīng)參照地質(zhì)勘探報告，檢查是否已經(jīng)達到設(shè)計持力層以及進入持力層的深度。孔徑、孔形、垂直度檢查，用籠式檢孔器；樁位檢查，用全站儀測放樁位中心；孔深和孔底沉渣厚度檢查，用測繩配測錘，水下灌注樁沉渣厚度要按照設(shè)計值進行控制，成都地鐵設(shè)計要求厚度一般不大于50mm。

3.5 清孔的要求

監(jiān)理應(yīng)督促施工單位進行兩次清孔。第一次清孔是鉆進至設(shè)計深度后直接利用鉆具進行的換漿清孔，重點是攪碎孔底較大顆粒泥塊，同時上返孔內(nèi)尚未返出的鉆渣。根據(jù)成都地鐵鉆孔樁施工經(jīng)驗，對一根φ1 200mm、長20m的樁來說，清孔的時間應(yīng)大于30min。第二次清孔是在下完鋼筋籠和導(dǎo)管以后利用導(dǎo)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下去的泥塊沉渣。第一次清孔是能否達到技術(shù)要求的基礎(chǔ)，因為第一次清孔的沖力大，清孔能力強，可以把絕大部分沉渣返出孔外，第二次清孔是利用截面粗的導(dǎo)管進行，沖力較小，不能承擔主要的清孔責任，因而第一次清孔一定應(yīng)達到返出的泥漿中不含有的泥塊為止。同時在清孔過程中必須注意保持孔內(nèi)水頭，防止塌孔。

3.6 鋼筋籠制作與吊裝的檢查

(1)監(jiān)理應(yīng)對鋼筋籠的制作過程進行檢查。分段制作的鋼筋籠的長度以鋼筋的定長為宜，連接時50%的鋼筋接頭應(yīng)錯開焊接。為避免灌注導(dǎo)管掛籠及鋼筋籠上浮,籠底鋼筋略成喇叭狀。鋼筋籠的保護層應(yīng)設(shè)置成混凝土滾輪,厚度為混凝土的保護層厚度，每隔2m均勻布置4個穿在箍筋上,這樣既保證保護層厚度,又能減少對孔壁的擾動。在鋼筋籠綁扎過程中，監(jiān)理應(yīng)對鋼筋籠制作質(zhì)量進行檢驗。質(zhì)量檢驗標準見表1。

(2)鋼筋籠的吊裝檢查。鋼筋籠吊裝是灌注樁施工的重要工序,對于直徑大、籠身長的鋼筋籠，監(jiān)理應(yīng)要求施工單位采取措施對起吊點予以加強，以保證鋼筋籠起吊時不變形，吊放入孔時應(yīng)對準鉆孔中心緩慢下放至設(shè)計標高。鋼筋籠全部入孔后，監(jiān)理應(yīng)按設(shè)計要求檢查安放位置，符合要求后，施工單位可將主筋點焊于孔口護筒上或用鐵絲牢固綁扎于孔口使鋼筋籠定位，防止鋼筋籠因自重下落或灌注混凝土?xí)r往上串動造成錯位。

表1 鋼筋籠質(zhì)量檢驗標準

3.7 混凝土灌注的旁站監(jiān)理

混凝土灌注工序，是施工質(zhì)量控制的重點，監(jiān)理應(yīng)對鉆孔灌注樁的澆筑過程進行旁站監(jiān)理。主要檢查施工單位現(xiàn)場質(zhì)檢、試驗人員到崗、特殊工種人員持證上崗以及施工機械、材料準備情況、混凝土的配比和澆注質(zhì)量。首批混凝土下落后，混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑，沒有特殊原因不得長時間中斷,防止塌孔情況發(fā)生。在灌注過程中，監(jiān)理及施工人員要隨時測量和記錄孔內(nèi)混凝土高度及導(dǎo)管入孔長度，以控制和保證導(dǎo)管埋入孔內(nèi)混凝土中有適當?shù)纳疃龋乐箤?dǎo)管提升過猛，管底脫離混凝土面或埋入過淺而導(dǎo)致管內(nèi)進水造成斷樁夾泥，也要防止導(dǎo)管埋入過深而造成導(dǎo)管被混凝土埋住不能提升，導(dǎo)致中止灌注而斷樁。混凝土面灌注至高出設(shè)計標高面 50cm以上時停止灌注，清除樁頂混凝土至樁頂設(shè)計標高以上 10cm，高出部分待強度達到 70%設(shè)計強度后，用人工鑿除，確保樁頭質(zhì)量良好。監(jiān)理人員必須及時督促施工單位做好現(xiàn)場取樣和預(yù)留試塊等工作，并做好旁站監(jiān)理記錄和監(jiān)理日記，保存監(jiān)理旁站原始資料。

4 常見問題及監(jiān)理控制措施

4.1 塌孔的控制

在鉆孔過程中，如果出現(xiàn)鉆孔內(nèi)水位突然下降，孔口冒細密的水泡，出渣明顯增加，進尺慢或停止，就可能出現(xiàn)了塌孔。塌孔一般是因不良地質(zhì)情況、鋼護筒未按規(guī)定埋設(shè)、泥漿粘度不夠、護壁效果不佳、孔口周圍排水不良或下鋼筋籠及升降機具時碰撞孔壁等因素造成的，易造成埋、卡鉆事故，監(jiān)理應(yīng)高度重視。監(jiān)理首先應(yīng)認真研讀站點地質(zhì)勘察報告，對地層情況做到心中有數(shù)，還應(yīng)督促施工單位提高泥漿質(zhì)量，增加護筒的埋置深度，督促施工單位及時灌注混凝土，減少沉渣時間。發(fā)生塌孔后，如果發(fā)生的塌孔能用加大泥漿濃度來控制水位差，能使孔壁不再坍塌即可；如果不能停止時，當發(fā)生孔口坍塌，可拆除護筒并立即回填鉆孔，重新埋設(shè)深埋護筒。如果發(fā)生孔內(nèi)塌孔時，回填砂和粘土混合物，待回填物沉積密實后再進行鉆進。

4.2 擴徑和縮徑控制

擴徑、縮徑都是由于成孔直徑不規(guī)則出現(xiàn)擴孔或縮孔及其它不良地質(zhì)現(xiàn)象引起的。擴徑一般是由鉆頭振動過大、偏位或孔壁坍塌造成的，縮徑是由于鉆頭磨損過甚、焊接不及時或地層中含有遇水膨脹的巖土等,在應(yīng)力解除后產(chǎn)生側(cè)向位移。為避免擴徑的出現(xiàn)，監(jiān)理應(yīng)檢查鉆機是否固定、平穩(wěn)，要求減壓鉆進，防止鉆頭擺動或偏位，要始終保持適當?shù)哪酀{比重和足夠的孔內(nèi)水位，確保孔內(nèi)泥漿對孔壁有足夠的壓力，成孔尤其是清孔后應(yīng)督促施工單位盡快灌注混凝土，盡可能減少孔壁在小比重泥漿中的浸泡時間。為避免縮徑的出現(xiàn)，鉆孔前監(jiān)理人員應(yīng)詳細了解地質(zhì)資料，判別有無遇水膨脹等不良地質(zhì)條件的土層，如有，應(yīng)要求施工單位采用優(yōu)質(zhì)泥漿進行護壁，并時常對鉆頭的直徑進行校正。

4.3 鋼筋籠上浮的控制

在灌注混凝土前，鋼筋籠自重與懸吊力形成平衡狀態(tài)，在混凝土灌注過程中，下列原因可能引起鋼筋籠上浮：

(1)鋼筋籠在孔口固定不牢固或提升導(dǎo)管用力過猛，將鋼筋籠鉤掛；

(2)混凝土面到達鋼筋籠底面時，導(dǎo)管埋深過淺，灌注量過大或混凝土面超過鋼筋籠底一定高度時，導(dǎo)管埋深過大；

(3)混凝土質(zhì)量差，對于易離析、坍落度損失大的混凝土，都易使鋼筋籠上浮。

為避免出現(xiàn)鋼筋籠上浮現(xiàn)象，監(jiān)理應(yīng)要求施工單位采取如下控制措施：

(1)在鋼筋籠上加壓重物，并在上端加焊較粗鋼筋固定在鋼護筒頂部施工平臺上；

(2)用細鋼筋在鋼筋籠上加焊防浮倒刺；

(3)當混凝土上升至鋼筋籠底部附近時，緩慢提升導(dǎo)管以保持較小的埋管深度(≥1.5m)；

(4)確保混凝土質(zhì)量及加快混凝土灌注。

4.4 樁底沉渣過多的控制

清孔是灌注樁施工中保證成樁質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，監(jiān)理應(yīng)高度重視，清孔應(yīng)盡可能使樁孔中的沉渣全部清除，使混凝土與巖基結(jié)合完好，提高樁基承載力。施工中發(fā)生樁底沉渣的主要原因如下：

(1)沉渣過多主要由于清孔不干凈或未進行二次清孔；

(2)當使用的泥漿比重過小或泥漿注入量不足時，樁底的沉渣浮起困難，沉渣將堆積在樁底；

(3)鋼筋籠吊放過程中，如果鋼筋籠的軸向位置未對準孔位，將會碰撞孔壁，孔壁的泥土?xí)湓跇兜祝?/p>

(4)清孔后，待灌時間過長，致使泥漿沉積。

為了防止沉渣現(xiàn)象，監(jiān)理應(yīng)要求施工單位特別注意：

(1)施工中應(yīng)保證灌注樁成孔后，鉆頭提高孔底10～20cm，保持慢速空轉(zhuǎn)循環(huán)清孔不少于30min；

(2)工程中需采用性能較好的泥漿，控制泥漿的比重和粘度；

(3)鋼筋籠吊放時，應(yīng)使鋼筋籠的中心與樁中心保持一致，避免碰撞孔壁。在鋼筋籠的加工工藝上，可選用對焊工藝加快對接鋼筋籠速度，減少空孔時間；

(4)開始灌注混凝土?xí)r，導(dǎo)管底部至孔底的距離宜為30～40mm，應(yīng)有足夠的混凝土儲備量，使導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下1.0m以上，利用混凝土的沖擊力濺除孔底沉渣，達到清除孔底沉渣的目的。

4.5 斷 樁

澆筑工藝控制不當可能造成斷樁：

(1)施工中若導(dǎo)管底端距孔底過遠，則混凝土易被沖洗液稀釋，使水灰比增大，形成混凝土樁體與基巖之間被不凝固的混凝土填充；

(2)有時受地下水活動的影響或?qū)Ч苊芊獠涣迹瑳_洗液浸入混凝土水灰比增大，形成樁身中段出現(xiàn)混凝土不凝體；

(3)在澆注混凝土?xí)r，由于導(dǎo)管提升和起拔過多，露出混凝土面；

(4)施工單位為了方便，沒有使用導(dǎo)管，造成混凝土灌注時產(chǎn)生離析。

因此，監(jiān)理應(yīng)采取如下措施進行控制：

(1)成孔后，要求施工單位認真清孔，在灌注混凝土前，認真進行孔徑測量，準確算出全孔及首次混凝土灌注量；

(2)在地下水活動較大的地段，事先要用套管或水泥進行處理，止水成功后方可灌注混凝土，同時應(yīng)確保導(dǎo)管的密封性，導(dǎo)管的拆卸長度應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管內(nèi)外混凝土的上升高度而定；

(3)確保在混凝土初凝時間內(nèi)連續(xù)澆注；

(4)要求施工單位必須采用導(dǎo)管進行澆筑，避免產(chǎn)生離析。

5 結(jié)束語

監(jiān)理作為成都地鐵建設(shè)的參建方，要正確應(yīng)用有關(guān)規(guī)范，熟悉設(shè)計圖紙文件及各項技術(shù)要求，做好事前控制，強化施工準備、成孔、清孔、水下混凝土灌注等施工過程中各環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)控，確保灌注樁達到預(yù)期效果。成都地鐵3、4號線在采用了鉆孔灌注樁后，減小了車站主體圍護結(jié)構(gòu)的施工安全風(fēng)險，通過嚴格的質(zhì)量把控，鉆孔灌注樁正逐步發(fā)揮出它的優(yōu)點，達到了安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、高效的預(yù)期目的。