大直徑超深鉆孔灌注樁的施工關鍵技術*

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 概述

1.1 工程概況

昆山中環主線高架及匝道、立交橋、金雞河大橋等均以鉆孔灌注樁基礎為主，灌注樁樁徑為1.0～1.8 m不等，樁長為30～85 m。

1.2 工程地質條件

昆山屬蘇州市，地處湖沼積低洼平原區，屬于太湖流域堆積平原地貌區之低洼湖蕩平原地貌亞區，地層起伏較大，地層中含砂率極高，自地面以下約10 m范圍內為黏土和粉質黏土層，自10 m左右范圍以下，多為粉砂層，砂粒含量極高，并局部夾有塊狀砂巖，泥漿自造能力很差。

2 關鍵施工技術

2.1 施工工藝控制[1-3]

研究設計和地質資料→施工方案、質安保體系制定→測量放線→場地處理→護筒埋設→鉆機就位→鉆孔→隨鉆進隨檢孔至孔底→一次清孔→鋼筋籠沉放→安裝導管→二次清孔→灌注水下混凝土→混凝土試件制作

2.2 施工機械選型

本工程成孔深度較深、樁徑較大、施工工藝要求較高，且深層地質較差，要確保鉆孔樁垂直度要求及成孔質量，一般扭矩較小的鉆機的機械性能很難達到施工要求。例如在剛開始施工樁基時，周市立交C匝道20#橋臺2#樁（φ1 500 mm，樁長40 m）采用的是GPS-15型鉆機，但在鉆孔時，尤其是進入粉砂層后，由于地質條件較差（有塊狀砂巖），加之鉆速過快，配套鉆桿因為抗扭性能不強，發生了鉆桿斷裂、掉鉆事故。結合本工程地質情況，回轉鉆正循環成孔應選擇扭矩大、穩定性好的GPS-20型或GPS-30型鉆機施工。

2.3 施工垂直度控制

2.3.1 平面定位控制

1）測量放樣工作。根據業主移交的測量控制點在施工場地利于保護和放樣的地方設置地面導線點和高程控制點，根據設計圖紙提供的坐標計算軸線坐標，采用地面導線控制法逐一放出軸線。這是控制平面位置準確的關鍵。

2）護筒埋設。護筒內徑比樁徑大200～400 mm，長度一般為2 m，埋入原土20 cm，河道處局部埋深長4 m。以施工樁位為中心，用十字交叉法沿樁位四周測放4 個控制樁，以埋設護筒時控制樁不受影響為原則，再將鉆頭中心對準樁位中心，用鉆頭挖出樁直徑大小的圓孔，再用擴孔鉆頭擴到鋼護筒外徑大的圓孔，復核樁中心線，樁中心有偏差則進行修正，樁位中心準確后將底部整平夯實，然后用鉆機安放護筒。安放護筒時，保證鋼護筒的圓心和樁的中心重合，護筒壁垂直。護筒安放完成后應復核護筒中心與樁中心的偏差，一般平面允許誤差50 mm，豎直線傾斜不大于1%。干處可實測定位，水域可依靠導向架定位。

3）鉆機就位。鉆機安裝前，應檢查鉆機平臺是否符合平臺的設計要求，確保平整、穩固。鉆機平臺、鉆機及鉆架穩定牢固，以確保鉆機在鉆進過程中不會發生傾斜、位移及沉陷。鉆架垂直及機身水平，鉆架上的起吊滑輪組與轉盤中心應在同一鉛垂線上。應對鋼護筒的位置及直徑進行復查，鉆頭、鉆桿中心與護筒中心的偏差≤5 cm。鉆機就位后，應測量護筒頂、平臺標高，用于鉆孔過程中進行孔深測量參考。

2.3.2 施工垂直度控制

鉆機就位并調平，鉆機塔架頭部滑輪、轉盤中心和樁位三點應在同一鉛直線上。鉆機機身必須牢固，保證施工過程中不位移、不傾斜。在開鉆前必須進行滿負荷運轉。

根據不同的地質特點，合理控制鉆進參數（鉆速、鉆壓、鉆進速度要求）。一般土層（主要指黏土層）使用Ⅱ擋（70 r/min），適當減小鉆壓，加快鉆進速度；在特殊情況下（主要指砂層土），實用Ⅰ擋（40 r/min），適當增加鉆壓，減慢鉆進速度。

鉆孔中的鉆進快與慢，護壁泥漿的性能、指標要根據實際地層的土質情況而變化。

本工序的重點為：鉆進時密切注意樁架的穩定情況，護筒、土體是否有下陷情況，接、拆鉆桿時要小心謹慎，每次應仔細檢查鉆桿接頭是否連接緊密。在鉆孔前應檢查鉆頭直徑，并隨時對磨損的鉆頭進行修補，同時確保鉆頭直徑。

2.3.3 驗孔

根據地質勘察報告及鉆出渣樣辨別是否達到持力層，當樁孔深度達到設計要求的持力層和深度時，須請監理方進行樁底土層驗槽，以確認達到設計要求的持力層。采用的鋼筋檢孔器直徑等于鉆孔樁鋼筋籠直徑加100 mm，但不得大于鉆頭直徑，長度為4D～6D（D為鉆孔直徑），吊入鉆孔內進行孔深、孔徑（≥設計樁徑）、孔型和垂直度的檢測。檢測結果報監理工程師復檢，合格后進行下道工序。

2.4 不同階段孔壁穩定的泥漿指標控制[4-7]

本工程上部基本為淤泥質黏土和粉質黏土，具備原土造漿條件，在鉆孔前先制備好泥漿，以備在鉆進過程中使用。穩定泥漿必須具有良好的物理性能、流變性能和穩定性能。主要指標為泥漿的密度、黏度、和含砂量等。泥漿的配合比根據現場試鉆情況確定，在施工過程中根據測孔情況和混凝土灌注方量及時調整泥漿的施工參數。在施工過程中必須定期監測泥漿指標，及時調整，嚴防坍孔事故，泥漿性能指標見表1。

泥漿相對密度：上部孔段1.20左右，中下部砂層孔段1.25～1.30。

鉆進過程中，確保施工樁徑不小于設計樁徑，對易頸縮及坍塌的土層，除必須保持泥漿具有良好的性能指標外，還應控制好鉆進速度，同時適當上下提鉆掃孔擴徑，做好施工保徑工作。

表1 泥漿性能指標

泥漿護壁，泥漿采用鉆進土層過程自然造漿法造漿。根據以往類似施工經驗及地質特性，⑦層有大量砂層粉砂黏土互層，地質情況復雜，成孔必然造成泥漿相對密度大黏度小，因此必須采取相應措施保證孔壁穩定性。首先應保證泥漿池儲存一定量的優質泥漿；至⑤層以下成孔施工時把成孔的泥漿排放到廢漿池，將儲存的優質泥漿用泥漿泵抽至孔內，以保證孔壁穩定性及孔內沉渣滿足設計要求。

鉆孔泥漿相對密度控制在1.20～1.3之間（泥漿比重儀測定），泥漿的黏度控制在18～26 s（黏度計測定）；在雜填土、粉質粉土層夾砂、砂層鉆進時必須使用較濃泥漿，使之能在孔壁上形成致密泥皮，維護孔壁穩定和清孔沖渣，確保成孔質量。

2.5 沉渣厚度的控制

成孔后，鉆頭提高孔底10～20 cm，保持慢速空轉，維持循環清孔時間≥30 min。采用性能較好的泥漿，控制泥漿的相對密度和黏度，不要用清水進行置換。鋼筋籠吊放時，使鋼筋籠的中心與樁中心保持一致，避免碰撞孔四壁。開始澆筑混凝土時，導管底部至孔底的距離宜為30～40 mm，應有足夠的混凝土儲備量，使導管一次埋入混凝土面以下的深度＞1.0 m，以利用混凝土的巨大沖擊力濺除孔底沉渣，達到清除孔底沉渣的目的。

2.6 影響施工速度的因素分析及對策

1）機械故障。針對這一問題，還是加強施工前的檢查及日常保養維修，并配備專職機修工，備好備用零件，以應突發情況。

2）施工時，鋼筋工操作不熟練，互相配合不默契，鋼筋籠制作效率較低。應提高工人操作技能，加大配合力度。鋼筋籠焊接至少配備3 臺焊機焊接，縮短焊接時間，但晚間的焊接質量須加強監督并保障。

3）混凝土澆筑時，與攪拌站溝通聯系缺乏針對性和及時性，導致澆筑中等待時間較長，混凝土計劃性方面考慮不全。應事先制定混凝土供應方案和現場踏勘運輸路線，并制定應急預案；現場在得知混凝土供應不上時，應放慢澆筑速度，并經常提放導管，防止導管被混凝土固結。

4）泥漿池較小。泥漿池需根據樁身體積調整，泥漿池總容量最好不小于單樁體積3 倍，并設三級（分倉）沉淀池，確保泥漿沉淀充分。另外施工時考慮一清、二清采取泵吸反循環工藝，確保清孔質量和時間。配備除砂器（除砂網加密），二次清孔后，如果泥漿黏度已經達到下限17 s左右，而相對密度仍然較大達到1.2以上，則考慮采用除砂器，去除泥漿中的砂粒和泥土顆粒。

3 工程實施效果

從工程施工實際情況來看，各項指標均在設計及規范標準內，單樁施工時間也基本控制在1 d，隨著工程的進展，單樁施工時間基本在20 h。

樁基工程實施后，檢測樁基Ⅰ類樁合格率99.9%，僅1根Ⅱ類樁。應該說，對于回轉鉆正循環施工工藝，上述關鍵點把握住后，樁基施工的工藝穩定性和質量是可以保證的。

4 結語

以上幾點是橋梁樁基在施工過程中對大直徑鉆孔樁成孔、成樁比較有影響的因素，也是在施工中最常規、最容易出問題的環節。

當然，地下作業施工不可預計的影響因素眾多，但只有掌握了這些容易出現問題的原因之所在以及出現這些問題后的處理措施，才能在樁基施工過程中有針對性地做到事先預防和控制，才能做到發生了其中的某種故障后能從容地進行處理，才能確保樁基的工程質量，確保工程進度。