鉆孔灌注樁施工技術

張 錚

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213)

鉆孔灌注樁被廣泛地應用用于工業建筑、高層樓宇、水利水電、市政工程以及橋梁碼頭等工程建設中。經過多年的工程實踐，鉆孔灌注樁的施工方法和施工技術也在不斷發展和完善。鉆孔灌注樁是通過機械鉆進、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。常見機械鉆孔灌注樁的類型有沖擊成孔灌注樁、潛水鉆成孔灌注樁、正(反)循環鉆成孔灌注樁、旋挖成孔灌注樁和長螺旋鉆孔灌注樁等[1]。

1 工程概況

課題依托的武漢地鐵16號線(三標段)項目包含鉆孔灌注樁共計5 395根，總長154 672m，樁徑有6種，分別為0.6m、0.8m、1m、1.25m、1.5m、2.0m。

(1)根據地質鉆孔揭露，沿線除地表人工填土外，沿線覆蓋層為第四系全新統沖積層、第四系上更新統洪積層、第四系上更新統沖洪積層、殘積層。結合區域地質資料分析，場地內古新統白堊系上統公安寨組、三疊系大冶組、二疊系棲霞、石炭系黃龍組、泥盆系云臺觀、志留系墳頭組均有分布，巖性主要為泥巖、砂巖、灰巖、礫巖等。

(2)勘察場地沿線地下水主要類型有上層滯水、孔隙承壓水、碎屑巖裂隙水和巖溶裂隙水等，上述幾類地下水中，以孔隙承壓水及巖溶裂隙水對擬建工程的影響最為突出。根據勘察報告，工程沿線地下水及土樣對混凝土及鋼筋具微腐蝕性。

2 鉆孔灌注樁施工工藝

2.1 工藝流程

測量定位→埋設護筒→鉆機就位→鉆孔(泥漿護壁)→第一次清孔→測孔深、沉渣厚度→下鋼筋籠→下導管→第二次清孔→測沉渣厚度→安放隔水球→水下灌注混凝土。

2.2 施工工藝

2.2.1 測量放線

用坐標法或極坐標法放出鉆孔灌注樁中心點，并打入標樁，樁位中心點的放樣誤差控制在5mm范圍內。在距樁中心約2.0m的安全地帶設置“十”字形控制樁，便于校核，樁上標明樁號。

2.2.2 護筒埋設

護筒內徑比樁徑大20cm，頂面高出施工水位或地下水位2m，還需滿足孔內泥漿面的高度要求，在旱地時需高出施工地面0.2～0.3m。護筒埋設好后，要對樁位進行復測，并測定護筒的高程。如果樁頂部周圍土體為松散的素填土或淤泥，鋼護筒應穿過地面素填土及淤泥層。

2.2.3 泥漿護壁

在砂類土、碎(卵)石土或黏土夾層中鉆孔，采用膨潤土泥漿護壁。在黏性土中鉆孔，當塑性指數大于15，可利用孔內原土造漿護壁。鉆進過程中，隨著孔深的增加應及時、連續地向孔內補漿，維持護筒內應有的水壓，防止孔壁坍塌。泥漿性能指標見表1。

表1 泥漿性能指標

2.2.4 鉆孔

安裝、調整鉆架和起吊系統，將鉆頭吊起，徐徐放進護筒內。就位時用護樁引出十字線，鉆頭與十字線交點偏差不得超過20mm。開孔時慢速鉆進30～50cm/min，鉆進4m后可加速鉆進60～90cm/min。如果護筒周圍土質松軟出現漏漿時，提起鉆錐，用沙袋填堵夯實護筒四周，并向孔中加入稠度高、相對體積質量大的泥漿，再次放入鉆頭反轉，使膠泥擠入孔壁堵住漏漿孔隙，使泥漿不滲漏，繼續進行鉆孔作業。在細砂層鉆進過程中，鉆頭提升須緩慢，鉆桿轉速減到低檔，配合膨潤土纖維素泥漿施工。在鉆進過程中，不定時對樁孔的垂直度進行檢測。當鉆孔深度達到設計要求時，對孔深、孔徑、孔位和孔形等進行檢查，確認滿足設計要求后，進行清孔(表2)。

表2 鉆孔灌注樁鉆孔允許偏差

2.2.5 鋼筋籠制安

鋼筋籠在加工場內采用胎具成型法一次性整體制作，用槽鋼和鋼板焊成組合胎具。將加強箍筋就位于每道胎具的同側，按胎模的凹槽擺焊主筋，鋼筋籠主筋接頭要錯開，同一截面上接頭數量不超過50 %。鋼筋籠的混凝土保護層厚度用耳筋控制，焊接在主筋上。設置密度按豎向每隔2m設一道，每一道沿圓周對稱布置4個。吊起骨架擱于支架上，套入盤箍筋，按設計要求的鋼筋位置布置好箍筋，箍筋與主筋纏繞緊密，使用綁絲一正一反交叉綁扎固定箍筋。為了保證鋼筋籠安裝起吊時不變形，對于長鋼筋籠，起吊前在鋼筋籠內焊接加強三角支撐，采用三點法起吊。在下放鋼筋籠的同時進行聲測管安裝與固定(表3)。

表3 鉆孔灌注樁鋼筋籠制作、安裝允許偏差

2.2.6 導管安裝

采用鋼導管灌注，導管選用直徑為φ300mm(t=14mm)的鋼管。導管接頭嚴密不漏水，使用前進行水密試驗，壓強為1.3倍孔深水壓，且不小于導管壁和焊縫可能承受灌注混凝土時最大內壓力的1.3倍。導管吊放位置應居樁孔中心、軸線順直。測量孔深后，將導管下口懸空在30～40cm范圍之內。灌注混凝土之前進行二次清孔，清孔采用換漿法，利用導管作為泥漿進入口，循環送入泥漿，循環更換孔內泥漿，孔內泥漿從護筒溢出進入沉淀池沉淀，往復循環直至孔內泥漿指標符合規范要求。

2.2.7 混凝土灌注

混凝土配合比必須經過實驗并具有良好的和易性，灌注時要能保持足夠的流動性，粘聚性要好、泌水性要小、坍落度控制在180～220mm。首批混凝土澆筑需要采取隔水措施，先拌制0.2m3水泥砂漿，置于導管內隔水塞上部，倒入砂漿時，要將隔水塞逐漸下移。第一次灌注的混凝土必須能將導管下口埋置深度達到1m以上，儲足了首批混凝土灌筑量后剪掉隔水塞繩吊繩讓混凝土灌入孔底。澆筑過程中導管埋深始終控制在2～6m，每次提升導管前，先探測管內外混凝土面高度，拆除每一節導管都必須保證導管下口埋深不小于2.0m，澆筑超高1m左右為宜。灌注過程中如遇到導管內混凝土不滿時，后續混凝土要徐徐灌入，防止形成高壓氣囊，影響成樁混凝土的密實性。

2.3 特殊地質的處理方法

2.3.1 淤泥地質

淤泥地質條件采用清淤換填方式處理，如水深較淺，直接采用土石料填筑施工平臺，如果水深較深則需要填筑圍堰或者搭設棧橋平臺。

2.3.2 巖溶地質

在巖溶發育區域施工鉆孔灌注樁，鉆孔前在每個樁位進行超前地質鉆探，如鉆探發現有巖溶空隙，則對樁位區域地下巖溶空隙進行注漿回填。地下巖溶處理完成后再進行鉆孔灌注樁施工。

3 常見問題的預防及處理

3.1 塌孔

3.1.1 塌孔的原因

塌孔的特征是孔內水位突然下降，孔口冒細密的水泡，出渣量顯著增加而不見進尺，鉆機負荷顯著增加等。造成塌孔的原因很多，主要有：

(1)泥漿相對密度不夠及其它性能指標不符合要求，不能在孔壁形成堅實泥皮。

(2)出渣后未及時補充泥漿或其它原因造成孔內水頭高度不夠。

(3)護筒埋置太淺，下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸濕泡軟，或鉆機直接接觸在護筒上，由于振動使孔口坍塌，擴展成較大塌孔。

(4)在松軟砂層中鉆進進尺太快。

(5)提出鉆錐鉆進，回轉速度過快，空轉時間太長。

(6)水頭太高，使孔壁滲漿或護筒底形成反穿孔。

(7)清孔后泥漿相對密度、粘度等指標降低，用空氣吸泥機清孔泥漿吸走后未及時補漿(或水)，使孔內水位低于地下水位。

(8)清孔操作不當，供水管嘴直接沖刷孔壁、清孔時間過久或清孔停頓時間過長。

(9)吊入鋼筋骨架時碰撞孔壁。

3.1.2 塌孔的預防及處理措施

(1)在松散粉砂土或流砂中鉆進時，應控制進尺速度，選用較大相對密度、粘度、膠體率的泥漿或高質量泥漿。

(2)發生孔口坍塌時，可立即拆除護筒并回填鉆孔，重新埋設護筒再鉆。

(3)如發生孔內坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘質土(或砂礫和黃土)混合物到塌孔處以上1～2m，如塌孔比較嚴重應全部回填，待回填物沉積密實后再行鉆進。

(4)清孔時及時補漿(或水)，保證孔內必要的水頭高度。

(5)吊入鋼筋骨架時應對準鉆孔中心豎直插入，嚴防觸及孔壁。

3.2 鉆孔偏斜

3.2.1 鉆孔偏斜的主要原因

(1)鉆孔中遇有較大的孤石或探頭石。

(2)在有傾斜的軟硬地層交界處，巖面傾斜鉆進；或者粒徑大小懸殊的砂卵石層中鉆進，鉆頭受力不均。

(3)擴孔較大處，鉆頭擺動偏向一方。

(4)鉆機底座未安置水平或產生不均勻沉陷、位移。

(5)鉆桿彎曲，接頭不正。

3.2.2 鉆孔偏斜的預防及處理措施

(1)安裝鉆機時要使轉盤、底座水平，起重滑輪緣、固定鉆桿的卡孔和護筒中心三者應在一條豎直線上，并經常檢查校正。

(2)由于主動鉆桿較長，轉動時上部擺動過大。必須在鉆架上增設導向架，控制桿上的提引水龍頭，使其沿導向架對中鉆進。

(3)鉆桿接頭應逐個檢查，及時調正，當主動鉆桿彎曲時，要用千斤頂及時調直。

3.3 掉鉆落物

3.3.1 造成掉鉆落物的主要原因

(1)卡鉆時強提強扭，操作不當，使鉆桿或鋼絲繩超負荷或疲勞斷裂。

(2)鉆桿接頭不良或滑絲。

(3)電動機接線錯誤，鉆機反向旋轉，鉆桿松脫。

(4)轉向環、轉向套等焊接處斷開。

(5)操作不慎，落入扳手、撬棍等物。

3.3.2 掉鉆落物的預防及處理措施

(1)開鉆前應清除孔內落物，零星鐵件可用電磁鐵吸取，較大落物和鉆具也可用沖抓錐打撈，然后在護筒口加蓋。

(2)經常檢查鉆具、鉆桿、鋼絲繩和聯結裝置。

(3)掉鉆后應及時摸清情況，若鉆錐被沉淀物或塌孔土石埋住應首先清孔，使打撈工具能接觸鉆桿和鉆錐。

3.4 鉆孔漏漿

3.4.1 造成鉆孔漏漿的主要原因

(1)在透水性強的砂礫或流砂中，特別是在有地下水流動的地層中鉆進時，稀泥漿向孔壁外漏失。

(2)護筒埋置太淺，回填土夯實不夠，致使刃腳漏漿。

(3)護筒制作不良，接縫不嚴密，造成漏漿。

(4)水頭過高，水柱壓力過大，使孔壁滲漿。

3.4.2 鉆孔漏漿處理措施

(1)凡屬于第一種情況的回轉鉆機應使用較粘稠或高質量的泥漿鉆孔。沖擊鉆機可加稠泥漿或回填粘土摻片石、卵石反復沖擊增強護壁。

(2)屬于護筒漏漿的，應按前述有關護筒的埋設要求辦理。如接縫處漏漿不嚴重，可由潛水工用棉、絮堵塞，封閉接縫。如漏水嚴重，應挖出護筒，修理完善后重新埋設。

3.5 鋼筋籠上浮

3.5.1 鋼筋籠上浮的主要原因

(1)鋼筋籠放置初始位置過高，混凝土流動性過小，導管在混凝土中埋設深度過大，鋼筋籠被混凝土托頂上升。

(2)當混凝土灌注至鋼筋籠下，若此時提升導管，導管底端距離鋼筋籠僅有1m左右時，由于澆筑的混凝土自導管流出后沖擊力較大，推動了鋼筋籠的上浮。

(3)由于灌注混凝土封底時間過長，上層混凝土已接近初凝，表面形成硬殼，混凝土與鋼筋籠有一定的握裹力，如此時導管底端未及時提到鋼筋籠底端以上，混凝土在導管底端流出后將以一定的速度向上頂升，同時也帶動鋼筋籠上升。

(4)由于鋼筋籠頂面沒有加固牢靠，導致在澆筑樁基混凝土過程中鋼筋籠受混凝土沖力產生上浮現象。

3.5.2 鋼筋籠上浮的預防及處理措施

(1)鋼筋籠初始位置應定位準確，并與孔口固定牢固，在樁基鋼護筒上固定兩根2.5m長10#槽鋼，然后在鋼筋籠頂面內箍筋上固定四根φ50mm鋼管，待鋼筋籠定位完成后，將四根鋼管焊接在槽鋼上，在澆筑樁基混凝土時要控制澆筑速度，緩慢、勻速澆筑。

(2)當灌注的混凝土頂面距鋼筋骨架底部1m左右時，降低混凝土灌注速度，在混凝土上升至骨架底口4m以上時，提升導管，使其底口高于骨架底部2m以上，同時恢復正常澆筑速度。

(3)導管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2～6m，嚴禁把導管提出混凝土面，當發生鋼筋籠上浮時，立即停止灌注混凝土，準確計算導管埋深和已澆混凝土面標高，提升導管后再進行澆筑，鋼筋籠上浮現象即可消失。

3.6 斷樁

3.6.1 造成斷樁的主要原因

(1)導管底距離孔底太高，首批混凝土數量不足導致封底失敗，造成底部斷樁。

(2)導管底距離孔底太低，首批混凝土下落困難，與泥漿混合導致封底失敗，造成底部斷樁。

(3)導管密封性差，在首批混凝土灌注后，由于外部泥漿壓力太大，滲入導管內，造成混凝土與泥漿混合導致封底失敗，造成斷樁。

(4)設備故障或混凝土材料供應問題造成暫停較長時間，使混凝土凝結而造成斷樁。

(5)注漿導管拔空或掉管造成斷樁。

3.6.2 斷樁的預防及處理措施

(1)準確測量每節導管的長度，并編號記錄，復核孔深及導管總長度，也可將拼裝好的導管直接下到孔底，相互校核長度。

(2)根據孔徑、導管直徑準確計算和復核首批混凝土用量。

(3)對于部分灌注設備增加備用設備，對于可能發生的供料問題制定應急預案。

(4)如果首批混凝土封底失敗，應撥出導管，提起鋼筋籠，立即清孔，重新安設鋼筋籠、灌注混凝土。

(5)灌注過程中出現斷樁，如斷樁距離地面較深，應鋼筋籠后重新成孔；如斷樁距離地面較淺，可采用接樁；如原孔無法利用，則回填后采取補樁的辦法。

3.7 灌注高度不足

(1)灌注高度不足的主要原因為測量不準確，樁頭預留量太少。

(2)灌注高度不足可挖出樁頭進行接樁處理。

4 結束語

鉆孔灌注樁施工技術發展到今天，施工工藝在不斷成熟，施工技術也在不斷創新。未來鉆孔灌注樁施工主要向成孔設備創新以及不排土、不排泥漿綠色環保施工方向發展。隨著技術革新，鉆孔灌注樁必將更加普及，為未來建筑奠定更加堅實的基礎。