淺析旋挖樁基施工問(wèn)題及防治措施

姜 亮，宋園園

(中國(guó)十九冶集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司，四川成都611730)

旋挖鉆機(jī)在國(guó)際上的發(fā)展已經(jīng)有幾十年的歷史，在中國(guó)也是在最近四、五年才被逐漸認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，成為近年來(lái)發(fā)展最快的一種新型樁孔施工方法。旋挖鉆孔澆筑樁技術(shù)被譽(yù)為“綠色施工工藝” ，其特點(diǎn)是工作效率高、施工質(zhì)量好、塵土泥漿污染少。旋挖鉆機(jī)是一種多功能、高效率的澆筑樁樁孔的成孔設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)桅桿垂直度的自動(dòng)調(diào)節(jié)和鉆孔深度的計(jì)量；旋挖鉆孔施工是利用鉆桿和鉆斗的旋轉(zhuǎn)，以鉆斗自重并加液壓作為鉆進(jìn)壓力，使土屑裝滿(mǎn)鉆斗后提升鉆斗出土。通過(guò)鉆斗的旋轉(zhuǎn)、挖土、提升、卸土和泥漿置換護(hù)壁，反復(fù)循環(huán)而成孔。此方法自動(dòng)化程度和鉆進(jìn)效率高，鉆頭可快速穿過(guò)各種復(fù)雜地層，在樁基施工特別是城市樁基施工中具有非常廣闊的前景。

但是，旋挖鉆孔澆筑樁這種比較成熟的施工工藝，在實(shí)際施工中還是會(huì)出現(xiàn)很多比較棘手的問(wèn)題。旋挖鉆孔澆筑樁在鉆孔、清孔、吊放鋼筋籠、澆筑混凝土這四個(gè)工序當(dāng)中，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)施工問(wèn)題，都有可能導(dǎo)致該樁的報(bào)廢。因此，本文針對(duì)這些問(wèn)題，分析了其出現(xiàn)的原因，并采取了相應(yīng)的處理措施，現(xiàn)將其總結(jié)出來(lái)。

1 工程簡(jiǎn)介

本工程位于成都市二環(huán)路東段解放路口東側(cè)起，沿刃具立交橋、桃蹊路、建設(shè)北路、建設(shè)路、建設(shè)南路至杉板橋(不含杉板橋)，主線(xiàn)全長(zhǎng)3.615km，高架橋標(biāo)準(zhǔn)段為雙向6車(chē)道高架快速路。設(shè)置有7個(gè)匝道(上行3個(gè)匝道。下行4個(gè)匝道)，3個(gè)BRT公交車(chē)站。工程全線(xiàn)高架橋，跨越一個(gè)刃具立交橋、一條河流、一個(gè)地鐵站以及多個(gè)平交道口。工程設(shè)計(jì)樁基818根，設(shè)計(jì)樁徑分別為1.2m、1.5m、1.8m、2.0m。全部采用旋挖鉆孔工藝施工。

2 旋挖鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

2.1 鉆孔樁中心偏位

2.1.1 中心偏位的原因

旋挖鉆機(jī)在實(shí)際鉆孔時(shí)，樁中心都會(huì)有不同程度的偏位，這種情況將影響鋼筋籠的吊放和樁的承載力，造成這種偏位的原因有：

(1)測(cè)量放線(xiàn)的誤差。

(2)鉆機(jī)埋設(shè)鋼護(hù)筒后，重新開(kāi)鉆時(shí)無(wú)法再核對(duì)測(cè)放的點(diǎn)位所出現(xiàn)的偏移。

(3)鉆進(jìn)過(guò)程中在鉆遇硬度不均勻的地層時(shí)，鉆頭會(huì)向較軟一側(cè)的地層方向偏移，造成斜孔，從而導(dǎo)致鋼筋籠無(wú)法下放至孔內(nèi)。

2.1.2 防治措施

針對(duì)以上問(wèn)題，在施工中采取了以下防治措施。

(1)嚴(yán)格要求測(cè)量人員按規(guī)范把每一個(gè)樁位測(cè)放出來(lái)并核實(shí)。

(2)在測(cè)放點(diǎn)位后，現(xiàn)場(chǎng)的施工員通過(guò)該點(diǎn)位向不同方向延伸引點(diǎn)2～4個(gè)，并記錄各引點(diǎn)到樁中心點(diǎn)的距離，盡量選取開(kāi)鉆時(shí)不易被破壞的地方引點(diǎn)，在埋設(shè)好鋼護(hù)筒后，在鋼護(hù)筒上放一較寬的木板，通過(guò)幾個(gè)引點(diǎn)及相對(duì)應(yīng)的距離再將孔位復(fù)原在木板上，最后用旋挖鉆機(jī)的鉆頭中心再次校準(zhǔn)木板上的孔位，便可開(kāi)始鉆進(jìn)。

(3)由于地層原因造成的斜孔，可采用C15的素混凝土或砂漿，用導(dǎo)管通過(guò)水下澆筑的形式，將鉆孔回填至孔位開(kāi)始偏移的深度往上1～2m處即可，然后用鋼筋防護(hù)網(wǎng)蓋住孔口，靜置24h后便可再次開(kāi)鉆。

2.2 孔口坍塌

2.2.1 坍塌原因

本施工的場(chǎng)地在原二環(huán)路底層道路中間占道打圍，由于原城市道路施工時(shí)回填的路基土未完全夯實(shí)，給旋挖鉆孔帶來(lái)了許許多多的困難，其最主要由兩種情況造成。

(1)旋挖開(kāi)始鉆孔時(shí)，原混凝土路面以下的回填土坍塌，導(dǎo)致無(wú)法埋設(shè)鋼護(hù)筒。若出現(xiàn)大面積坍塌時(shí)，甚至?xí)绊懙叫跈C(jī)及圍擋以外的交通安全。

圖1 回填土坍塌

圖2 回填土坍塌處理

(2)鉆孔過(guò)程中，旋挖機(jī)起下鉆時(shí)會(huì)帶動(dòng)孔內(nèi)的護(hù)壁泥漿反復(fù)沖刷鋼護(hù)筒下的松散土層，使其不斷的坍塌，造成鋼護(hù)筒底部的懸空，從而導(dǎo)致鋼護(hù)筒的下沉或偏移(圖1)。

2.2.2 防治措施

(1)若現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)較大的安全隱患時(shí)，在一般情況下采用C15的素混凝土或砂漿回填鉆孔(圖2)。但在回填處理之前用旋挖機(jī)在保證安全的前提下，繼續(xù)往下擴(kuò)孔鉆進(jìn)，取出松散的回填土，鉆至相對(duì)較穩(wěn)定的土層便及時(shí)回填混凝土至地面。將此孔放置1d后再重新放點(diǎn)開(kāi)鉆，為安全起見(jiàn)可多放置幾日。

(2)在松散土層中埋設(shè)護(hù)筒時(shí)，首先要選擇直徑合適的護(hù)筒，一般護(hù)筒內(nèi)直徑比樁直徑大10cm左右，護(hù)筒周?chē)耐馏w要夯密實(shí)，可直接用鉆頭或鉆桿頭部墩實(shí)，或者在護(hù)筒外壁加些黃泥夯實(shí)使之不漏水。或用鋼絲繩連接護(hù)筒引出固定，防止下沉。護(hù)筒內(nèi)要保持一定的水位差，以保持在離護(hù)筒頂50～100cm的范圍內(nèi)為宜。鉆孔過(guò)程中，鉆頭起落時(shí)，到護(hù)筒位置時(shí)應(yīng)慢放慢提，防止碰撞護(hù)筒。

2.3 孔壁坍塌

2.3.1 孔壁坍塌原因

在鉆孔的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)連續(xù)起下鉆后沒(méi)有進(jìn)尺或未達(dá)到預(yù)期的進(jìn)尺的情況。其原因可能是鉆遇松散的夾砂層，在護(hù)壁泥漿的沖刷下形成流砂，從而造成孔壁的坍塌，此情況可根據(jù)鉆挖出的土渣進(jìn)行判定。泥漿濃度過(guò)低，成孔后待灌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)以及吊放變形的鋼筋籠時(shí)都可能引起孔壁坍陷。

2.3.2 防治措施

提高護(hù)壁泥漿的濃度；搬運(yùn)和吊裝鋼筋籠時(shí)，應(yīng)防止變形，安放要對(duì)準(zhǔn)孔位，避免碰撞孔壁，盡可能縮短從成孔到開(kāi)始澆筑的時(shí)間；在鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)孔壁坍塌現(xiàn)象時(shí)，回填已準(zhǔn)備好的黃泥，可通過(guò)測(cè)繩控制，每次回填2～3m后下放旋挖鉆頭至孔底來(lái)回?cái)嚢璨⒓訅汉粚?shí)，依照此方法連續(xù)操作幾次，次數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定，經(jīng)處理后的鉆孔放置4～6h后可重新開(kāi)鉆。

2.4 樁底沉渣過(guò)多

2.4.1 樁底泥渣過(guò)多原因

在成孔后和混凝土澆筑前分別用測(cè)繩測(cè)出孔深，兩次的數(shù)據(jù)之差即為鉆孔的沉渣厚度。本工程在施工中很多樁孔都出現(xiàn)了沉渣過(guò)厚，已超出規(guī)范要求的情況。造成這種情況的原因有：清孔不徹底；鋼筋籠吊放過(guò)程中，未對(duì)準(zhǔn)孔位而碰撞孔壁使泥土坍落樁底；清孔后，待灌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，致使泥漿在孔底沉淀。

2.4.2 防治措施

本工程的樁基設(shè)計(jì)深度大多在30m以上，最長(zhǎng)達(dá)44m。鋼筋籠過(guò)長(zhǎng)，為防止鋼筋籠起吊時(shí)由垂直剛度不夠引起的鋼筋籠變形導(dǎo)致的質(zhì)量安全事故，采用在每個(gè)加勁箍中間加焊一個(gè)三角支撐，并在相鄰兩個(gè)加勁箍之間加焊一根斜支撐，其選用的鋼筋與主筋規(guī)格一致，這樣做出來(lái)的鋼筋籠非常的牢固。在下放鋼筋籠到孔底時(shí)，所有加焊的支撐都要割掉，這樣就導(dǎo)致成孔放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，沉渣過(guò)厚，改進(jìn)措施是在保證鋼筋籠安全的前提下，在割掉所有支撐后鋼筋籠重新起吊出鉆孔并移至鉆孔旁，用旋挖機(jī)再一次清孔，完成之后再將鋼筋籠下放至孔內(nèi)，減少空孔時(shí)間，從而減少沉渣。下完鋼筋籠后，檢查沉渣量，如沉渣量超過(guò)規(guī)范要求，則應(yīng)利用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔，直至孔口返漿密度及沉渣厚度均符合規(guī)范要求。

另外鋼筋籠吊放時(shí)，使鋼筋籠的中心與樁中心保持一致，避免碰撞孔壁。開(kāi)始澆筑混凝土?xí)r，導(dǎo)管底部至孔底的距離控制在50cm為宜。初始澆筑混凝土，應(yīng)有足夠的混凝土儲(chǔ)備量，一般采用較大料斗，使導(dǎo)管一次性埋入混凝土面以下1m以上，以利用混凝土澆筑的巨大沖擊力濺除孔底沉渣，達(dá)到清除孔底沉渣的目的。

3 鉆孔樁吊放鋼筋籠出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1 吊放鋼筋籠出現(xiàn)問(wèn)題的原因

鋼筋籠吊放過(guò)程中不能下至孔底，其原因可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：(1)鋼筋籠在起吊過(guò)程中造成的變形導(dǎo)致鋼筋籠軸線(xiàn)非直線(xiàn)；(2)孔徑不一致；(3)鋼筋籠下部插入孔壁。

3.2 防治措施

(1)鋼筋籠在加工時(shí)，一定要保證每一個(gè)主筋和加勁箍之間的焊點(diǎn)質(zhì)量。以及在起吊時(shí)，需專(zhuān)人指揮兩吊車(chē)之間的配合，以避免鋼筋籠不會(huì)因起吊操作失誤而變形。

(2)為保持孔徑基本一致，應(yīng)當(dāng)時(shí)常檢查鉆頭的磨損情況，一旦鉆頭直徑磨損超過(guò)1.5cm時(shí)，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)焊。

(3)為避免鋼筋籠吊放過(guò)程中插入孔壁，吊放鋼筋籠之前，將鋼筋籠下端50cm范圍內(nèi)的鋼筋圍繞軸線(xiàn)向中心收縮15～20cm即可。

4 水下混凝土澆筑過(guò)程中出現(xiàn)的施工質(zhì)量問(wèn)題

4.1 卡管

4.1.1 卡管原因

水中澆筑混凝土過(guò)程中，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行澆筑；返漿不順暢，甚至不返漿。其原因?yàn)椋?1)起初澆筑時(shí)，隔水栓堵管；(2)導(dǎo)管沖洗不干凈，造成導(dǎo)管內(nèi)壁有混凝土凝結(jié)；(3)混凝土和易性、流動(dòng)性差，造成離析；(4)混凝土中粗骨料粒徑過(guò)大；(5)施工中等待混凝土的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或混凝土在導(dǎo)管中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而卡管；(6)清孔不徹底，導(dǎo)管插入過(guò)深。

4.1.2 防治措施

(1)確保導(dǎo)管連接部位的密封性，及時(shí)檢查更換密封圈，導(dǎo)管接頭絲扣良好無(wú)損，接管時(shí)要上緊絲扣，保證導(dǎo)管的密封性。

(2)拆卸導(dǎo)管進(jìn)行沖洗時(shí)，注意導(dǎo)管內(nèi)壁要徹底沖洗干凈。

(3)加強(qiáng)對(duì)混凝土攪拌時(shí)間和混凝土坍落度的控制。水下澆筑要求混凝土必須具備良好的和易性，配合比應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室確定，坍落度宜為180～220mm。為改善混凝土的和易性和緩凝，水下混凝土宜摻外加劑。

(4)粗骨料的最大粒徑不得大于導(dǎo)管直徑和鋼筋籠主筋最小凈距的1/4，且應(yīng)小于40mm。

(5)還要考慮混凝土的運(yùn)輸距離及道路擁堵情況，控制好混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間，確保澆筑的連續(xù)性。在混凝土澆筑過(guò)程中，混凝土應(yīng)緩緩倒入漏斗的導(dǎo)管，切勿封堵導(dǎo)管孔口，避免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣塞。在施工過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻監(jiān)控機(jī)械設(shè)備，確保機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常，避免機(jī)械故障的發(fā)生而導(dǎo)致水下澆筑混凝土不連續(xù)。

(6)保證清孔質(zhì)量，導(dǎo)管長(zhǎng)度宜適合孔深的要求，其底部至孔底的距離控制在50cm。

4.2 短樁

4.2.1 造成短樁原因

本工程由于在城區(qū)內(nèi)施工，市政管線(xiàn)較多，而管線(xiàn)圖上與實(shí)際中的距離有一定的誤差，導(dǎo)致旋挖鉆進(jìn)時(shí)經(jīng)常鉆遇市政污水管、雨水管。這些管道的埋設(shè)一般在3～7m的范圍，鉆進(jìn)中不易被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致水下澆筑時(shí)混凝土順著管道流失，從而造成短樁。

4.2.2 防治措施

首先要統(tǒng)計(jì)出管線(xiàn)圖中樁位距離上述管道50cm內(nèi)的樁，在其鉆進(jìn)施工時(shí)，一般采用干鉆，緩慢地往下探鉆。若已穿過(guò)管道的預(yù)設(shè)埋深后，未發(fā)現(xiàn)管道則直接向孔內(nèi)加護(hù)壁泥漿繼續(xù)往下鉆進(jìn)；若鉆遇管道，則在現(xiàn)場(chǎng)立即采集管道與鉆孔重合部分距離的資料，及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)方進(jìn)行設(shè)計(jì)樁位調(diào)整，而現(xiàn)場(chǎng)則馬上用黃泥回填鉆孔處理。還有一種情況是鉆遇廢棄或已遷改過(guò)的管道時(shí)，則采用擴(kuò)孔下鋼護(hù)筒的方式。鋼護(hù)筒下到管道埋深的位置以下，堵住損壞的管道口，再繼續(xù)鉆進(jìn)。之后混凝土澆筑完后不拔出鋼護(hù)筒，從而避免混凝土的流失，鋼護(hù)筒在破樁時(shí)其中的一部分可以回收再利用。

4.3 斷樁

4.3.1 斷樁產(chǎn)生原因

混凝土凝固后不連續(xù)，中間被泥漿、孔渣等疏松體及泥土填充，輕微者為夾泥，嚴(yán)重者為斷樁。其原因：(1)導(dǎo)管底離孔底距離不合適，造成初埋導(dǎo)管深度不夠；(2)斷管；(3)灌樁過(guò)程中提升導(dǎo)管幅度過(guò)大；(4)孔中出現(xiàn)大窟窿。

4.3.2 防治措施

(1)前文中提到的，導(dǎo)管底部至孔底的距離控制在50cm為宜。如果導(dǎo)管底至孔底距離過(guò)大，造成首批混凝土入孔后，導(dǎo)管埋入長(zhǎng)度小于80cm，或者更小，甚至埋不住導(dǎo)

管而斷樁。一旦此類(lèi)情況發(fā)生，應(yīng)立即拔出導(dǎo)管，將鋼筋籠提出孔外，用旋挖機(jī)重新清孔至預(yù)定深度，重新下鋼筋籠及導(dǎo)管再次澆筑。

(2)斷管是由于導(dǎo)管插入混凝土深度過(guò)大，導(dǎo)管下部分混凝土已有強(qiáng)度，增大了提升導(dǎo)管的阻力，提升導(dǎo)管時(shí)將導(dǎo)管從法蘭連接處拔斷形成斷樁。斷管的原因主要是因?yàn)閷?dǎo)管埋入過(guò)深，因此施工時(shí)一方面要提高灌樁的速度，另一方面要勤于檢查孔內(nèi)混凝土的高度和導(dǎo)管埋入混凝土的深度，一旦埋入深度超過(guò)6cm，應(yīng)及時(shí)提升導(dǎo)管并根據(jù)實(shí)際情況確定拆卸導(dǎo)管的節(jié)數(shù)。

(3)提升導(dǎo)管時(shí)，將管底提出混凝土面形成斷樁。導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的長(zhǎng)度過(guò)少，提升幅度過(guò)大是直接的原因。因此，施工時(shí)要求技術(shù)人員應(yīng)時(shí)刻注意導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的深度不大于6m的同時(shí)，也不得小于2m。提升導(dǎo)管拆卸前，一定要探清楚導(dǎo)管在混凝土內(nèi)的埋深度以便確定拆卸導(dǎo)管的節(jié)數(shù)。

(4)如果成孔上下基本保持規(guī)則的圓形斷面，則混凝土上升的高度與拌合物的盤(pán)數(shù)有一定的比例關(guān)系。但實(shí)際施工時(shí)，有可能出現(xiàn)這樣的情況：清孔時(shí)，由于地層松散的原因在孔的中或下部出現(xiàn)塌孔，造成孔徑上下不一致，即所謂的“大肚子”，這時(shí)，混凝土在孔內(nèi)的上升高度與拌合物料盤(pán)數(shù)的比例關(guān)系就發(fā)生了改變，倘若還以孔徑較規(guī)則的比例關(guān)系推算混凝土用量，就會(huì)多計(jì)導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的長(zhǎng)度，導(dǎo)致提升導(dǎo)管長(zhǎng)度過(guò)大形成斷樁。因此要求技術(shù)人員在灌樁過(guò)程中不僅要記錄混凝土的澆筑次數(shù)，而且還要每車(chē)混凝土澆注后檢查一次實(shí)際混凝土上升的高度。

5 結(jié)束語(yǔ)

上述是結(jié)合二環(huán)路高架橋樁基施工過(guò)程中常見(jiàn)的一些質(zhì)量問(wèn)題，分析問(wèn)題原因，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的一些防治辦法，取得了很好的效果，在避免更多的損失上，取得了一定的成效。在旋挖鉆孔水下灌注樁施工中，針對(duì)具體的施工情況對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)都要有細(xì)微的控制，做到有的放矢，防微杜漸，有效的減小或避免工程質(zhì)量事故的發(fā)生，對(duì)工程的質(zhì)量、進(jìn)度、效益都將起到積極的作用。

[1]JTJ94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]

[2] 刁坤林.旋挖機(jī)鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制[J].工程科技，2006，(3)

[3] 趙志學(xué)，李魁.旋挖鉆機(jī)施工工藝[J].今日科苑，2010，(6)