泥漿護壁鉆孔灌注樁質量控制

陳記權

（山西二建集團有限公司，山西 太原 030010）

1 事前控制措施

根據地質條件的不同，選擇合適的施工機械是鉆孔灌注樁施工的第一步，常用的鉆孔機械有旋轉鉆機、沖擊鉆機、螺旋鉆機等，各機械簡述如下。

（1）旋轉鉆機按照排渣方式的不同有正循環鉆機、反循環鉆機。

正循環鉆機鉆孔的鉆進方式是利用鉆具的旋轉來削土，泥漿路線如下：泥漿泵抽取泥漿進入泥漿籠頭，通過鉆桿中心孔洞從鉆頭進入鉆孔內，而泥漿挾帶鉆渣沿鉆孔上升，從護筒頂部自然排出，流入沉淀池，鉆渣在沉淀池受重力自然沉淀，而泥漿流回泥漿池可循環使用。

（2）沖擊鉆機鉆孔適用于黏性土、黃土、人工雜填土層、粉質黏土，適合于在有硬土層、砂礫石、漂石、巖層中使用。

沖擊鉆孔是利用錐頭的沖擊作用將土體、礫石等砸成粉末，利用泥漿將其懸浮排出孔外；沖擊過程中不光要隨時排出鉆渣，還要補足泥漿必要時重新造漿，沖擊鉆成孔泥漿護壁是最重要的關鍵點。

（3）旋挖鉆機鉆孔是通過鉆斗的旋轉、削土、提升、卸土和泥漿撐護孔壁，反復循環直至成孔。

一般適用黏土、粉土、砂土、淤泥質土、人工回填土、含有少量礫石、卵石的地質。一般不適用于微風化巖層等硬質地層（除非鉆機具有大扭矩動力頭和相應伸縮鉆桿，方可鉆孔施工）[1]。

應用旋挖鉆機鉆孔的優勢如下：直接取土出渣，不需接長鉆桿；縮短成孔時間，提高施工效率；取土上提過程中對孔壁擾動較小；自動垂直度控制和自動回位控制，成孔垂直度和孔位等能得到保證。旋挖鉆鉆頭如圖1 所示。

圖1 旋挖鉆鉆頭

2 施工過程控制措施

施工工藝流程：場地平整→測量樁位并放樣→開挖泥漿池、泥漿溝、調制泥漿（泥漿指標控制）→埋設鋼護筒→鉆機就位（垂直校正）→成孔、泥漿循環、清除廢漿、泥渣（清渣、補漿）→成孔檢查并清孔（沉渣厚度控制）→驗收（位置、尺寸、形狀、孔深和傾斜度）→下放鋼筋籠和導管（澆筑水下混凝土）→沉渣檢測、二次清孔→澆筑水下混凝土→成樁→檢驗。

2.1 埋設護筒

護筒一般采用鋼護筒，其內徑應比樁徑大200mm；可以起到固定樁孔位，鉆頭導向的作用。

護筒頂部高于地面0.3m 或水面1.0~2.0m，起到隔離地表水、保護孔口，穩定孔壁、防止坍孔的作用；同時應高于樁頂設計高程1m，防止護筒侵入有效樁長內[2]。

2.2 泥漿護壁

鉆機開始鉆孔前應首先選取合適部位挖好泥漿池、泥漿溝；鉆孔泥漿由粉質黏土造漿或膨潤土和添加劑按適當配合比配制而成。

施工過程中鉆機鉆進，鉆渣排入泥漿池的同時，泥漿池里的新鮮泥漿補入鉆孔內，保持所需的泥漿水頭的高度不變，保證護筒內泥漿水頭壓力。施工中產生的鉆渣采用常見的重力沉降除渣法，即利用鉆渣與泥漿的密度不同使土渣沉淀，以清出鉆渣的方法。

2.3 成孔檢查及清孔

（1）成孔檢查。鉆孔灌注樁在成孔后，應對樁孔的孔位、孔徑、孔形、孔深和傾斜度進行檢驗；清孔后，則應對孔底的沉渣厚度進行檢驗。孔深用重錘測繩測量，保證樁長滿足設計要求；孔徑控制主要控制鉆頭直徑一般都能滿足設計要求，注意預防孔深不足及坍孔和縮孔：加強施工中泥漿比重的控制，加強各道工序的銜接，要盡量縮短成孔后至澆注混凝土間隔的時間；如地基土質不好遇到坍孔和縮孔情況，則考慮在制備的泥漿中加入適量膨潤土造漿護壁，下放鋼筋籠時避免碰撞孔壁。

（2）清孔檢查。鉆孔深度達到設計高程后，應對孔徑、孔深和孔的傾斜度進行檢驗，符合要求后方可清孔。孔底沉渣厚度應不大于設計規定；設計未說明時，對直徑≤1.5m 的摩擦樁宜≤200mm，對直徑＞1.5m 或樁長＞40m 以及土質較差的摩擦樁宜≤300mm；對端承樁≤50mm，施工中特別注意：嚴禁采用通過加深鉆孔深度的方式來免除清孔工序。在鋼筋籠就位后，灌注混凝土前，應再次檢查孔內泥漿的指標及孔底沉淀的厚度，如超過規定，應進行二次清孔工序施工，符合要求后方可灌注水下混凝土。沉渣厚度過大將導致：①澆筑混凝土時沉渣可能進入混凝土中，從而影響強度；或者會在樁底部殘留沉渣，影響樁體穩定性。②沉渣太厚將無法起到樁體與地層的嵌固作用，造成樁的受力不均，產生變形[3]。

2.4 鋼筋籠制作與吊裝

（1）鋼筋籠制作。進場的鋼筋需提供必要的質量證明文件，且取樣復試合格后方可使用。鋼筋籠主筋的連接一般采用焊接或者機械連接，焊接前應進行焊接工藝評定，焊接宜采用對焊方式，搭接焊時接頭不應朝內以免卡住導管且單面焊不小于10d，雙面焊接≥5d。同一斷面接頭率不超過50%。螺旋筋與主筋宜采用綁扎為主點焊為輔的綁扎方法，加強定位筋第一道設置于樁頂標高處即-3.5m，其余間隔2m 設置（參考設計要求）。鋼筋保護層按設計要求控制≥50mm。若存在后壓漿工藝則注漿的導管依據與鋼筋籠綁扎牢固，導管口緊貼鋼筋籠，防止吊裝下籠時碰撞側壁。

（2）鋼筋籠吊裝。鋼筋籠起吊時，吊點宜在第2 道加強筋處；吊放時扶穩，保證不彎曲；校正后，緩慢下放，特別注意過程中避免鋼筋籠碰撞孔壁，下放困難時應及時查明原因，不得強行穿入，以免塌孔；用水平儀測量確保鋼筋籠下放到設計標高。鋼筋籠不得直接將鋼筋骨架支承在孔底，應將其吊掛在孔口的鋼護筒上，且不應采用鋼絲繩或其他容易變形的材料進行吊掛，以免后期鋼筋籠上浮[4]。

2.5 水下混凝土澆筑

（1）采用鋼導管法灌注。導管使用前應首先進行接頭水密承壓和接頭抗拉拔試驗，嚴禁采用壓氣試壓，以免在澆筑過程中發生泥漿沿鋼導管貫入或導管接頭斷裂發生斷樁現象。導管內徑（和樁徑大小及混凝土骨料大小有關）宜為200~350mm。進行試驗的水壓力應不小于孔內水深壓力的1.3 倍，且不小于灌注混凝土時導管壁和焊縫可能承受最大內壓力P 的1.3 倍兩者取大值。計算式如下：

式中：P——導管的最大內壓力，kPa；γc——混凝土的重度，一般為24kN/m3；γw——孔內泥漿的重度，kN/m3；hc——導管內混凝土最大高度，m，以預計的最大高度或導管全長計；Hw——孔內泥漿的深度，m。

（2）首批混凝土的灌入量應計算確定，應滿足導管首次埋置深度（＞1m）的要求，混凝土的坍落度宜為160~220mm；混凝土應連續灌注，灌注時間不得長于首批混凝土初凝時間（必要時可摻入緩凝劑）。灌注的過程中應采取降低灌注速度的方式以防止鋼筋骨架上浮，澆筑過程中保持導管的埋置深度在2~6m。

（3）混凝土應比設計超灌高≥0.5m，這是受到孔內水下泥漿的影響，最上層混凝土混合有泥漿，強度不足，為保證有效樁長內混凝土的澆筑質量，采取超灌后二次破除樁頭工藝，以保證有效樁長內樁頭的混凝土強度。

3 質量檢測

3.1 質量控制關鍵點

關鍵點如下：①樁位坐標及垂直度。②泥漿指標。③護筒埋深。④護筒內水頭高度。⑤樁頂、樁底標高、樁長的控制。⑥防止縮徑。⑦清孔及二次清孔質量（端承樁與摩擦樁要求不同）。⑧鋼筋籠接頭質量、及固定。⑨導管接頭質量。⑩水下混凝土的灌注質量。

3.2 檢驗項目

檢驗項目包括：混凝土強度、樁身完整性、孔深、樁位、孔徑、鉆孔垂直度、沉渣厚度。

每根灌注樁留取混凝士抗壓強度試件應該各為3~4 組。

樁身完整性檢驗：①采用無破損法檢測。②隨機選擇。③有代表性的樁。④重要工程或重要部位的樁應逐樁檢測。⑤設計有規定或者出現質量、安全事故需要查明原因亦或者對樁的質量有疑問時，可采用鉆取芯樣法檢測（檢驗樁底與地層結合情況時，超鉆芯樣至樁底0.5m）。

4 主要質量問題及預防措施

4.1 斷樁

4.1.1 斷樁原因

（1）混凝土本身質量。坍落度小、離析、外加劑問題、配合比中石料粒徑過大等。在混凝土澆筑過程中由于導管直徑較小（一般為200~350mm），發生堵塞，時間超過混凝土初凝時間未疏通；或者堵管時提升導管上下抖動迫使混凝土下落而導管底部高于了混凝土面[5]。

（2）測量出錯或計算首批混凝土灌注方量出錯。首批灌注的混凝土未埋住導管；測量出錯或盲目提拔導管，超出混凝土面或在泥漿和混凝土的混合層中，造成夾層。

（3）導管接口連接。導管接口不嚴、破損；由于導管埋置深度超過規定值或混凝土初凝，提拔導管時接頭斷裂；均致使泥漿進入樁身形成夾層。

（4）施工意外因素。提拔導管時，鋼筋籠卡住導管；材料供應不足；或者其他意外情況（停電、機械故障、道路中斷、人員等）；造成混凝土澆筑中斷或者超過初凝時間。

4.1.2 斷樁預防措施

（1）選取和易性好，坍落度在160~220mm 的混凝土，導管直徑應與樁徑、石料最大粒徑相匹配，大直徑導管優先考慮，防止堵管。

（2）精確測量、計算導管長度，與拔出的導管長度校核，保證施工中導管的埋置深度要求：導管距離孔底距離250~400mm（不能埋入沉渣中），首次埋深至少1.0m，過程中2.0~6.0m。嚴禁不經測量、計算盲目拔導管。

（3）導管使用前進行相關試驗（水密承壓、接頭抗拉拔），合格后方可用于施工；下放導管前檢查每節導管接頭連接質量，合格后方可繼續下放導管。

（4）鋼筋籠焊接要保證焊口平順，宜對接，當采用搭接時，接頭要不能在籠內形成錯臺，以防卡住導管；關鍵機械、機具設備要有備用，材料要準備充足；灌注中必要時在導管外部循環泥漿，穩定孔壁、防止塌孔。

4.2 縮頸、塌孔

4.2.1 縮頸、塌孔原因

（1）土層中的膨脹土遇水后膨脹導致鉆孔縮徑。

（2）混凝土配合比問題，包括流動性差、骨料離析、坍落度小、比重小等；使得混凝土不能完全置換鉆孔內的泥漿，形成部分樁身縮頸。

（3）樁身上部易出現縮頸缺陷。這是由于樁身上部施工時，上方自重壓力降低，混凝土不易密實形成的。

（4）造成塌孔的原因主要是地質條件差或鉆孔內形成的泥皮質量差；鉆孔內泥漿比重低或水頭高度低不能隔斷孔內外滲流；下放鋼筋籠損壞護壁泥皮或成孔后放置時間過長。

4.2.2 縮頸、塌孔防治措施

（1）控制泥漿指標，選擇合適的鉆進速度，使得孔壁的泥皮穩定，則孔壁不會滲水，亦不會引起膨脹。一旦出現縮徑，應減慢鉆進速度，上下反復掃孔，保證孔徑。成孔后縮短間歇時間及時澆注混凝土，以防縮徑。

（2）嚴格控制混凝土性能，保證混凝土質量。

（3）澆筑上部樁身時，采用用人工振搗方式或者抽漿降低管外壓力方式，還可以選擇自密實性能良好的混凝土等有效措施；確保混凝土澆注質量。

（4）根據不同的地層條件，選擇合理的鉆進速度，控制泥漿指標，保證泥漿護壁的隔水穩定性；下放鋼筋籠時不得強行穿入、碰撞孔壁；成孔后盡快澆筑混凝土。

4.3 鋼筋籠上浮

4.3.1 鋼筋籠上浮原因

（1）鋼筋籠未采取有效的固定措施。

（2）混凝土在進入鋼筋籠底部時澆筑速度太快。

4.3.2 鋼筋籠上浮防治措施

（1）澆筑混凝土前，應將鋼筋籠固定在孔位護筒上防止鋼筋籠下墜或上浮。

（2）當澆筑混凝土接近鋼筋籠下口時（1m 左右），應放慢澆筑速度；當鋼筋籠被埋入混凝土中一定深度時（超過4m），再提升導管（保證埋深2.0~6.0m），方恢復正常灌注速度。

5 結語

鉆孔灌注樁質量的關鍵在于泥漿護壁施工及水下混凝土澆筑這兩個方面：泥漿護壁施工質量對鉆孔灌注樁的成孔質量起決定性作用，尤其是孔徑、孔形和沉渣厚度；水下混凝土澆筑的質量對成樁質量起決定性作用，其影響樁身混凝土強度及樁身完整性。在施工中需對這兩個方面加強控制，方能保證鉆孔灌注樁的成樁質量。