鉆孔灌注樁施工技術在建筑工程中的應用分析

文／王志鴻 長沙市美的房地產開發有限公司 湖南長沙 410000

引言：

鉆孔灌注樁是一種提高地基承載力的高效方法，其豎向承載力受樁身尺寸、樁身材料、樁周土性質、成樁施工方法等因素的影響。近年來，鉆孔灌注樁施工面臨諸多復雜地質環境，由于其施工工程無法直接觀察，也不能開挖檢查成樁質量，導致鉆孔灌注樁基易出現質量問題，對此加強鉆孔灌注樁施工技術的應用研究具有重要意義。

1、鉆孔灌注樁概述

近年來，隨著城市化進程的加快，超高層建筑及大型橋梁的建設蓬勃發展，鉆孔灌注樁作為其主要基礎形式得到廣泛應用，使用量逐年增加。鉆孔灌注樁由于其特殊工藝更易制成超大樁徑、超長直徑的樁體，故單樁承載力較大；在承受相同的樁頂荷載下，鉆孔灌注樁布樁的數量更少，單樁間距更大，群樁效應相應減少，更利于建筑結構整體安全性；樁徑增加也致使樁體剛度增加，樁體可承受較大的水平荷載，抗滑作用顯著；鉆孔灌注樁施工過程中對樁周土體擾動與破壞較小，對周邊既有建筑結構破壞較小，且施工時噪聲低、震動小，特別在人群集中區域內，優勢明顯；鉆孔灌注樁受地層因素影響較小，樁體可穿越各類復雜地層，樁端既可放置于彈性模量較大的低壓縮地層上，也可以把樁體嵌入巖石層當中；鉆孔灌注樁為原地澆筑成樁，無需搬運吊裝，可降低運輸吊裝費用；鉆孔灌注樁施工過程中無需承受錘擊，故可選用較低配筋率的鋼筋籠，也可根據實際情況沿樁土深度做變截面配筋或只在樁體上部安放鋼筋籠。

除上述優點外，鉆孔灌注樁仍有不少缺點需要重視。由于應用時間較短、現場施工難度較大，樁身缺陷普遍存在，比如：泥皮過厚、沉渣過厚、樁身擴徑與縮徑等。樁身缺陷會對樁基承載能力的發揮產生一定的抑制作用，進一步地成為影響上部結構穩定性的潛在因素，因此合理選擇鉆孔灌注樁施工防范，加強施工過程控制，對于保證鉆孔灌注樁承載特性、提高建筑結構安全性具有重要意義。

2、鉆孔灌注樁施工技術在建筑工程中的應用要點

2.1 施工準備

鉆孔灌注樁施工前要組織施工圖紙交底，做好施工記錄交底和鉆孔樁施工方案交底。同時，在正式施工前要做好前期的準備工作，如主要設備調試、施工材料準備、臨時設施等。

2.2 成孔作業

成孔階段主要工作包括施工設備選擇、樁身成孔垂直度控制、樁位與鉆孔深度控制、進度控制、泥漿質量控制和清孔等內容。隨著技術進步，在建筑領域旋挖成孔灌注樁工藝逐步取代安全隱患大、施工進度緩慢的人工挖孔樁工藝，大大節省了勞動力，有利于現場施工的安全控制。旋挖成孔灌注樁適用于高回填且地質條件復雜的工程，且旋轉鉆孔灌注樁采用的是液壓驅動、電腦控制的模式，可以快速、精準確定鉆孔位置，并對鉆孔的垂直度進行自動矯正，自動測量鉆孔深度，提高施工效率、確保鉆孔質量。鉆孔清孔采用兩次清孔模式，第一次在終孔后，第二次在吊鋼筋籠后。第一次清孔要求返回的泥漿中不含粘土碎片，第二次清孔要防止塌落洞。

2.3 鋼筋籠制作和吊裝

鋼筋籠要在標高位置固定好，防止上浮。同時根據要求進行鋼筋籠聲探測管固定，做好端口保護，為后期樁基測試做好準備。

2.4 灌注混凝土

鉆孔灌注樁混凝土工作關鍵包括：一是保障原材料質量。按照要求做好原材料質量檢驗檢測工作，保障原材料質量符合要求，嚴謹使用不合格的原材料；二是做好混凝土導管防水測試。在進行導管安裝前要做好防水測試工作，防止混凝土澆筑時產生混凝土離析等問題；三是注意混凝土坍落度與混凝土攪拌時間的控制；四是灌注開始后，應連續地進行，準備好導管拆卸機具，縮短拆除導管的時間間隔，控制最后一次混凝土灌注量，在泥漿全部排除后超灌混凝土高度宜為0.8 ～1.0m，保證鑿除浮漿后暴露的樁頂混凝土強度滿足設計要求。

3、案例分析

3.1 項目背景

某建筑工程主體為框架結構，長76m，寬42m，地上兩層，地下一層，建筑高度為24m。基礎為樁基礎 +防水板式基礎。本工程樁基采用鉆孔灌注樁（端承樁），樁身直徑為800mm，縱筋為20C22mm；箍筋為C8m @200（@100）；加勁箍筋為C20mm@2000，樁身混凝土等級為C35。根據工程樁設計圖紙，樁長為2 ～7.8m 不等，其中嵌巖段長度為0.8 ～4.8m 不等。

3.2 地質水文情況

3.2.1 地質情況

將勘察深度范圍內揭露的巖土體根據相關規范劃分為4 個工程地質層，各層具體分述如下：

①-1 層雜填土：雜色，松散，以建筑垃圾為主，堆填時間小于1年。

①-2 層素填土：灰黃色，可塑狀態為主，填積時間大于10年。

③層粉質粘土：黃褐色，硬塑狀態為主，強度韌性中等。

④層卵礫石層：灰黃色、黃褐色，成分復雜，卵石礫徑20 ～200mm，由粉質黏土充填，局部含中粗砂，鉆進時孔壁易坍塌。

⑤-1 層強風化含礫砂巖：棕紅色，強烈風化呈碎塊狀，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

⑤-2 層中風化含礫砂巖：棕紅色，塊狀結構，巖體較完整，巖體基本質量等級為 IV 級。

3.2.2 水文情況

孔隙型潛水主要賦存于場地①-1 層雜填土以及①-2 層素填土中。③層粉質黏土為相對隔水層。勘探測得穩定水位埋深為0.63 ～1.73m。承壓水主要賦存于④層卵礫石、⑤-1 層強風化含礫砂巖風化裂隙和節理裂隙中。

3.3 鉆孔灌注樁施工要點

3.3.1 施工工藝選擇

旋挖成孔灌注樁宜用于黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及風化巖層，應根據不同的地層情況、地下水位埋深及其他周邊環境情況，采用干作業成孔或泥漿護壁成孔工藝。本工程施工場地極為狹小，無法提供泥漿護壁成孔工藝所需的泥漿池；且由于周邊環境的影響，需保證場區內的文明施工。因此采用干作業成孔工藝，施工工序為：樁位放樣→鉆機就位→埋設護筒→鉆孔至設計深度→空轉鉆頭清孔→吊放鋼筋籠→灌注混凝土。

3.3.2 施工技術要點

灌注樁施工過程中除常規做法外，需特別注意以下幾點：

（1）鉆頭需選用帶保徑裝置的鉆頭。

（2）鉆進過程應隨時檢查鉆桿的垂直度，若發現偏差應立即調整；鉆進過程中遇軟硬土層交界面或傾斜巖面，應保持低速、低鉆壓鉆進，確保鉆桿的垂直度滿足要求。

（3）鉆進至持力層巖面時，需勘探人員進行判巖后再繼續鉆進，確保嵌巖深度滿足設計要求。

（4）鉆孔結束后與吊放鋼筋籠之前若間隔較長時間，必須嚴格執行清孔工序。

3.4 鉆孔灌注樁質量檢測與處理措施

3.4.1 質量檢測

（1）檢測項目。為保證樁基檢測結果的合理性，應采用兩種或兩種以上的檢測方法對照檢測結果。根據相關規范，本工程樁基檢測項目、檢測方法及數量如表1所示。

表1 樁基檢測項目及數量

（2）檢測結果。經第三方檢測，受檢樁中單樁豎向抗壓靜載試驗（3 根）及聲波透射法檢測（11 根）的14根樁滿足設計要求，采用低應變法檢測的60 根樁中，有兩根樁檢測結果異常，檢測結果如圖1、圖2所示。

圖1 低應變樁基完整性檢測附圖（34 號樁）

圖2 低應變樁基完整性檢測附圖（95 號樁）

檢測人員懷疑樁底沉渣過厚，后續通過鉆芯法驗證，實際鉆芯結果如圖3、圖4所示。

圖3 實際鉆芯結果（34 號樁）

圖4 實際鉆芯結果（95 號樁）

3.4.2 質量缺陷修復

根據該質量問題，項目部立即組織召開專家論證會議研究處理方式，專家提出可根據灌注樁后注漿施工技術機理，通過后開孔注漿的方法，嘗試加強樁底沉渣承載能力，后續再通過檢測結果判斷加強處理后的樁是否滿足設計要求。

注漿處理主要施工方法如下：

（1）鉆孔。在樁頂彈線確定鉆孔位置，先固定鉆孔機械，調整鉆桿垂直度，并在施鉆時控制鉆桿垂直度，避免破壞樁身鋼筋，以低應變檢測樁身長度作為參考，鉆進過程中持續連接鉆桿，直到鉆頭鉆入到樁底沉渣與中風化巖石交界處。

（2）清孔。當鉆孔鉆入深度達到要求后，選一個鉆孔（后鉆孔）為高壓注水孔，另一個孔（取芯孔）為排污孔，將高壓注水管插入孔底，壓強控制在1.0 ～1.5MPa 范圍內。持續注入清水沖洗，清洗部分軟弱沉渣，直至排污孔處冒出的泥漿完全變為清水。

（3）注漿。清孔結束后，在后鉆孔孔口預埋套管，套管外側與孔壁內側的環形空間采用水泥砂漿填充，待水泥砂漿固結后再進行注漿施工。采用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥配置水泥漿，水泥漿的水灰比應與原混凝土的水灰比相同，內摻水泥用量12%的膨脹劑，以此降低水化熱，減少收縮。用注漿泵持續逐級加壓注入配制好的水泥漿，最大壓強控制在2.0MPa 左右，直到取芯孔孔口返出純水泥漿。這時采用栓塞封閉取芯孔，同時保持注漿壓力穩定。待進漿量很小時，樁底清水清洗后剩余頑固沉渣的空隙中已充滿水泥漿液。

（4）骨料填充。注漿完成后，提升起后鉆孔內的注漿設備及取芯孔內的栓塞，為了保證注漿孔內的注漿體強度，在已灌滿水泥漿的鉆孔內投入小粒徑的碎石（粒徑約20mm）進行填充，碎石量參考樁身混凝土骨料比例。

（5）孔口封堵。填充完后，用與孔徑相匹配的等強度混凝土塊堵住孔口，最后用水泥砂漿封死。

3.4.3 修復后再檢測

待達到28d 齡期后，對注漿處理的兩根樁重新進行低應變檢測，檢測結果合格，可進行后續施工，檢測結果如圖5、圖6所示。

圖5 低應變再檢測附圖（34 號樁）

圖6 低應變再檢測附圖（95 號樁）

結語：

綜上所述，雖然鉆孔灌注樁施工技術在我國已經越來越成熟，但是到了具體的施工過程中還是會出現諸多施工質量問題。鉆孔灌注樁工程質量問題的出現原因多種多樣，例如施工中鉆孔的深度和直徑、泥漿護壁是否符合要求、使用護筒的方式，機械設備的鉆進速率以及與鉆孔孔壁的碰撞，機手對于機械的操作，地層特征，巖土體工程特性，地下水等。對此，應結合實際施工要求，選擇適宜的鉆進方式以及鉆進設備，制定出專項可行的施工方案，減少施工過程中鉆孔塌陷等質量病害的出現，同時需對成樁位置復核、鋼筋籠安裝檢查、沉渣厚度檢查等符合要求后方可進入下一工序，提高施工質量，方能到達加快工期、降低費用的效果。