城市道路橋梁鉆孔樁灌注樁施工及其質量問題處理要點

陳君煒

(柳州高速公路運營有限公司，廣西 柳州 545000)

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，城市道路橋梁工程日益增多，樁基礎應用也越來越多，鉆孔灌注樁適應于各種土層和基巖施工，具有成樁直徑和樁長靈活、單樁承載力大的優點，是一種很好的、值得推廣的地基加固處理方法。

1 鉆孔樁灌注樁的適用性分析

我國樁基礎的應用以20世紀50年代初期為分界線，在此前以木樁為主，后逐漸被鋼筋混凝土樁和預應力混凝土樁所取代。1963年河南安陽修建馮宿橋，采用傳統打井方法，以人工轉動磨盤的方式鉆孔，開辟了鉆孔灌注樁先河。

鉆孔灌注樁分為人工鉆孔與機械鉆孔兩大施工方法，近幾十年來，隨著鉆孔樁設計、機械設備、施工工藝和方法的深入研究，無論在理論上還是在實踐中均趨于成熟，不同成樁方法的適用范圍不同，具體如表1所示：

表1 鉆孔灌注樁不同成樁方法的適用范圍表

鉆孔灌注樁在我國城市道路橋梁中的應用具有諸多優勢：(1)適用性廣，可用于陸地，也可用于水域，施工不受季節氣候影響，可施工0.3～0.6 m直徑的小樁、2～4 m直徑的樁，也可施工更大直徑的樁；(2)承載能力大，可根據需要樁長、樁徑以及承載層選擇任何尺寸，切實保證樁承載力滿足要求；(3)成本相對較低，與預制樁相比，鉆孔樁有利于節省鋼材、木材，造價低；(4)環境污染小，在城市建設中，與預制樁相比，鉆孔樁對于周邊環境的影響相對較小，產生的噪音與濃煙較少。

2 城市道路橋梁鉆孔樁灌注樁施工工藝

城市道路橋梁鉆孔樁灌注樁施工，由于所選擇的成孔方式不一，施工地質條件不同，相應的施工工藝也有所差別。在施工前，需確定具體的施工工藝，作為安排施工和各工序進度的依據，由于鉆孔樁灌注樁施工方法眾多，本文僅以正、反循環回轉鉆與沖擊鉆為例作具體分析：

2.1 正循環回轉鉆

正循環回轉鉆基本原理如圖1所示，施工流程如圖2所示，其成樁直徑在1.8 m內，當成樁直徑<8 m，鉆進成孔效果好。根據施工實踐可知，正循環自然帶渣能力偏弱，因此施工中必須重視泥漿基本指標的控制。

1.鉆頭；2.泥漿循環方向；3.沉淀池；4.泥漿池；5.泥漿泵；6.水龍頭；7.鉆桿；8.鉆機回轉裝置圖1 正循環回轉鉆基本原理圖

圖2 正循環回轉鉆施工流程圖

2.2 反循環回轉鉆

反循環回轉鉆成孔按其原理可分為泵吸、氣舉、噴射(射流)反循環三種，其基本原理分別如圖3～5所示。

1.鉆桿；2鉆頭.；3.旋轉臺盤；4.液壓馬達；5.液壓泵；6.方型傳動桿；7.砂石泵；8.吸渣軟管；9.真空柜；10.真空泵；11.真空軟管；12.冷卻水槽；13.泥漿沉淀池圖3 泵吸反循環示意圖

1.氣密式旋轉接頭；2.氣密式傳動桿；3.氣密式鉆桿；4.噴射嘴；5.鉆錘；6.壓送膠管；7.轉盤；8.油壓泵；9.空壓機；10.壓氣膠管；11.泥漿沉淀池圖4 氣舉反循環示意圖

1.旋轉盤；2.射水；3.沉淀池 圖5 噴射反循環示意圖

反循環回轉鉆施工機械作業時產生的噪音小、效率高，一般天然泥漿就可以起到保護孔壁的作用，但是在工程現場地下水位較高時，不便于施工，具體施工流程如圖6所示。在實際作業中需根據孔深、巖土條件、鉆頭的類型等合理確定鉆進速度，保證鉆進作業的順利完成。

圖6 反循環回轉鉆施工流程示意圖

2.3 沖擊鉆

沖擊鉆施工，主要是通過鋼絲繩將重錘(如：洛陽錘)拉起，達到設計最高點后，放松鋼絲繩，實現重錘的自然下落，利用沖擊的作用破碎樁底巖土，孔底巖渣在泵抽吸下排出孔外。沖擊鉆施工方法適用范圍廣，樁孔直徑最大可達2.5 m，鉆孔深度最大達100 m。沖擊鉆施工工藝流程如圖7所示，其在破碎帶有裂隙的堅硬巖土時效果較好，能耗小，利用沖擊鉆作業而成的樁孔可能不能形成非常標準的圓形截面，在鉆進過程中需予以注意，切實保證作業質量。

圖7 沖擊鉆施工工藝流程示意圖

3 城市道路橋梁鉆孔樁灌注樁施工常見質量問題及其處理要點

3.1 鉆進施工常見質量問題及其處理要點

3.1.1 鉆孔遭遇較硬巖石處理

鉆孔遭遇較硬巖石，需在第一時間查明地質資料，應保證樁基的長度，如巖石太堅硬不能鉆進，則可與設計及業主、監理工程師等相關各方協商，以支承樁或嵌巖樁對孔進行終孔，但嵌巖深度應滿足設計要求。

3.1.2 坍孔處理

鉆孔時，若是孔壁內水位突然上升、驟降，出渣量增加，卻不見進尺，可初步判斷為坍孔，采用探測錘進行探測。

坍孔原因分析主要有四種：泥漿性能不達標；護筒底腳漏水；施工不當；護筒周圍堆放重物等。一旦發生坍孔事故，必須在第一時間確定原因，并采取針對性的處理方法，如改善泥漿性能、加高水頭、深埋護筒等。

3.1.3 鉆機卡鉆、脫落鉆物處理

沖擊鉆孔時，若是新鉆錘直徑過大、遇探頭石、孔內掉入物件等，均會導致卡鉆等事故的出現，具體處理方法為：

(1)卡鉆嚴禁強提，可以小錘沖擊等方式松動鉆渣，及時打撈掉落鉆物，擱置時間不宜過長，防止出現坍孔事故；

(2)若是鉆錘無法打撈，則必須與各參建單位共同研究終孔、重新開孔方案。

3.2 灌注施工常見質量問題及其處理要點

3.2.1 導管進水

(1)初灌導管進水：主要原因有首批混凝土儲量不足、導管底口與孔底相距過大等。對此需提出導管，吸出散落在孔底的混凝土，若是需要則提出鋼筋籠，復鉆清孔，重新灌注。

(2)中期導管進水：主要原因有導管接頭不嚴、導管提升過猛、導管底口超出原混凝土面等，對此需拔換原管重新下新管，抽干新管內泥水后，方可繼續灌注。

3.2.2 塞管

(1)初灌導管堵塞：主要原因有隔水栓卡管、混凝土坍落度過小等，對此需采用長桿沖搗管內混凝土，抖動吊繩或提升迅速下落振沖。若是采取上述方法后混凝土依舊無法下落，則需重新吊裝導管、灌注。

(2)中期導管堵塞：此時孔內混凝土已初凝，需拔出導管，重新鉆孔成樁。

3.2.3 埋管

埋管事故出現的主要原因有導管埋深過大、導管內外混凝土已初凝、提管過猛等。

(1)預防措施：嚴格控制埋管深度，以6～8 m為宜，或是三節管長以內；在導管上安裝附著式振動器，防止混凝土過早初凝；首批混凝土摻入緩凝劑；控制好提升導管的力度，不得過猛。

(2)處理措施：初時可以滑車、千斤頂試拔，若無法拔出，凡并非混凝土初凝所致的情況，均可派潛水工在水下將導管齊混凝土面切斷，重新下導管灌注，上下斷層間做好補強。

3.2.4 樁身夾泥斷樁

此種事故基本為上述各種情況引發的次生結果，對于樁身夾泥斷樁，需開展深入探查，明確實際情況，做好壓漿補強等處理工作。

4 實例探析

4.1 工程概況

本文以桂梧高速公路賀州連線城市景觀大道為例展開分析。此道路為改造工程，由一級路改建為城市主干道。在原高速路中，設有1座6×20 m大橋跨越沙田河，改造方案如下：保留現狀大橋為主車道，兩側各增1座大橋作為輔道、人行道。新建大橋跨徑6×20 m，每幅橋寬12.25 m，橋長126.04 m，先簡支后結構連續結構，橋臺采用埋置式臺，柱式墩、樁基礎。

4.2 鉆孔樁灌注樁施工工藝

4.2.1 施工流程

本工程鉆孔樁灌注樁采用沖擊鉆方法，具體施工工藝流程如下頁圖8所示。

圖8 鉆孔樁灌注樁施工工藝流程圖

4.2.2 施工技術要點

4.2.2.1 施工準備

施工前需做好以下準備工作：搭設鋼棧橋；護筒制作、樁位放樣、護筒埋設；泥漿制備，鉆機就位，底部墊平，本工程施工機械設備如下頁表2所示；做好班組人員的技術安全交底工作。

表2 施工機械設備表

4.2.2.2 鉆進

鉆機安裝就位后，啟動泥漿泵、鉆機，開始鉆孔。

樁基護筒底腳下2～4 m為河床表面較松散，可以濃泥漿小沖程、高頻率反復沖砸，保證孔壁牢固；砂、卵石夾土等松散層鉆進，可按1∶1投黏土、小片石，以小沖程反復沖擊。

若是在鉆進時，遭遇流砂，可適當增加黏土比例，確保孔壁牢固；遭遇漂石或巖層，可投黏土、小片石，表面墊平后以十字形鉆錐沖擊。鉆進時，應經常檢查孔位、孔形、孔傾斜度，及時糾偏。按時檢查泥漿指標，鉆進過程泥漿性能要求如表3所示。

表3 泥漿性能指標表

4.2.2.3 鉆進過程排渣以及清孔

樁基采用泥漿泵配合排渣清孔，清孔排渣時注意孔內原有水頭，防止坍孔；清孔后，從孔口、孔中部、孔底提出泥漿平均值應符合質量標準要求。

4.2.2.4 鋼筋籠制作、安裝、下放

鋼筋籠在鋼筋加工場加工、現場安裝，以一輛25 t吊車吊裝入孔。鋼筋籠分三節制作，第一節入孔后，掛于施工平臺上，吊車吊起第二節鋼筋籠進行接長，接長完畢后整體下放入孔；如此反復，完成第二、三節的鋼筋籠接長及下放。由于是水上平臺施工，考慮到鋼筋籠的定位，在完成第二、三節鋼筋籠下放，需要加接一節鋼筋籠吊環下放，完成后整體固定在施工平臺上。同一節內鋼筋籠接長以直螺紋套筒連接，節與節之間采用雙面搭接焊連接，焊縫的質量應符合規范要求。

4.2.2.5 安裝導管

擬準備φ250 mm快速接頭導管30節，每節2.7 m，準備1個容積6.0 m3的漏斗。導管安裝前進行水密承壓、接頭抗拉試驗；導管事先編好順序，每次使用均檢查安全螺釘、橡膠墊圈、拆裝工具等，必要時再做充水試驗。

4.2.2.6 二次清孔

鋼筋籠、導管安裝，易致孔底沉渣超標，在灌注水下混凝土前需對泥漿各項指標加以檢查，若是不達標，則需進行二次清孔，采用導管法，利用導管上口壓入合格泥漿，置換孔底沉渣，各項指標檢驗達標后，調整導管高度，開始水下混凝土灌注施工。

4.2.2.7 灌注水下混凝土

本橋C30水下混凝土設計坍落度為180～220 mm，理論配合比為：水泥(P.042.5)∶砂(0～4.75 mm)∶碎石(4.75～31.5 mm)∶水∶減水劑∶粉煤灰=375 kg∶822 kg∶945 kg∶190 kg∶9.135 kg∶60 kg。

采用直升導管法灌注水下混凝土，混凝土灌注導管采用內徑φ250 mm型快速接頭導管，首批混凝土灌注前應檢查導管底口至孔底間的距離，控制在35～45 cm，灌入首批混凝土后使導管在混凝土內埋深至少1 m。灌注開始后，應緊湊、連續進行，嚴禁中途停工；灌注快結束時，核對混凝土灌入數量，確定灌注高度。

4.2.2.8 鑿除樁頭

當樁頭處于深水中時，可在混凝土終凝前用射水法沖松混凝土，如圖9，在混凝土終凝前插入射水管，射水管下端焊有一菱形鋼板，下端封閉，再在射水管下端焊一根與鋼管成45°的出水管，射水管中通水把混凝土沖松，使射水口以上混凝土集料與水泥砂漿分離，拔出射水管，待混凝土達到設計強度的70%以上，清除松動的混凝土，設計樁頂以上50 cm混凝土待終凝后用風鎬鑿除。

1.樁頂設計標高；2.三角架；3.輸水管；4.推鉗；5.樁基工作平臺；6.高壓水泵；7.護筒 圖9 射水沖松樁頭混凝土示意圖(cm)

沒有上述設備時，可在水中圍堰搭設完畢后，把圍堰內的水抽干，用風鎬鑿除。

4.2.2.9 樁基檢測

澆筑樁基之前預埋檢測管，對于所有成樁在達到檢測日期時必須進行檢查和檢測，必要時可進行抽芯取樣直接檢測，其質量必須嚴格符合施工規范和檢查標準的要求。檢測方法采用超聲波檢測。

4.3 鉆孔灌注樁施工質量保證措施

(1)施工開始前，落實好技術交底工作，熟悉設計圖紙、施工工藝、質量要求等。

(2)放樣準確，鋼棧橋穩固。

(3)鋼筋電焊工、機械工需持證上崗。

(4)原材料經檢驗合格方可投入使用，確保材料質量滿足要求。

(5)鉆孔施工中必須檢孔，一旦發現偏差及時糾正。

(6)樁底必須支撐在設計要求的持力層上，每樁做好隱蔽檢查。

(7)鉆孔時密切觀察土層、巖層變化，一旦發現異常及時通知相關負責人，質量檢驗程序圖如圖10所示。

圖10 質量檢驗程序圖

5 結語

目前在我國城市橋梁工程建設中，鉆孔灌注樁已經成為了主要樁型，應用廣泛。在實際橋梁樁基施工中，合理的施工工藝是保證工程質量的前提，因此必須合理選擇成樁方法，合理確定施工流程，落實好每道工序，明確施工中易出現的事故及其預防、處理方法，切實保證樁基質量滿足要求，為后續作業奠定良好基礎。