基于復雜地質條件下鉆孔灌注樁的施工技術及應用

王博宇

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116033）

0 引言

鉆孔灌注樁施工所面臨的復雜地質條件，涉及土質的穩定性、水文條件的影響等多個方面。為了解決這些挑戰，本文綜合運用了鋼筋加工與焊接、泥漿配制、護筒埋設、鉆孔與清孔控制等多方面的解決措施。通過對大連長興島精細化工園區建設項目的實踐應用，驗證了這些技術手段的有效性與可行性。在本文的研究過程中，參考了多篇相關文獻。高宗文等[1]的研究指出，鉆孔灌注樁在淤質土地層中的承載性能具有重要意義；邱堂堂和馬雷[2]則著眼于鉆孔灌注樁施工技術在公路橋梁工程中的應用；李曉亮等[3]則從建筑工程角度探討了鉆孔灌注樁樁基施工技術的應用；張學林和杜崇磊[4]的研究關注了鉆孔灌注樁在橋梁工程中的應用情況；王永全等[5]則探討了鉆孔灌注樁技術在房建工程中的應用。這些文獻為本文提供了豐富的理論支撐與實踐經驗，為本研究提供了寶貴的參考依據。本文的創新點主要體現在鉆孔灌注樁施工技術上。通過對復雜地質條件下的實際挑戰進行分析，并針對性地提出解決措施，如長護筒、全樁長保護等技術手段，以確保施工的安全與質量。此外，本文還對鉆孔灌注樁施工過程中的關鍵環節進行了詳細闡述，為同類工程施工提供了指導意義。

1 工程概況

大連長興島精細化工業園區建設項目EPC 總承包—北口標識工程位于大連長興島，主要包括標志、擋墻施工等內容。具體范圍：（1）標志牌、樁基、短柱、鋼結構、景觀和照明；（2）擋土墻、樁基、混凝土擋土墻。場地內沒有活動斷層和巖溶等不良地質現象，也沒有自然條件下的滑坡、泥石流、地面塌陷、采空區和液化地層等不良地質現象。

2 施工難點分析及對策

2.1 建設難點

在工程項目中，所面臨的場地條件往往復雜多變，尤其是土質方面的挑戰。本次建設的場地表面以素填土為主，這種土質結構松散，穩定性差，極易發生塌陷。場地內還含有角礫和礫石，這些顆粒呈棱角狀，大小不等，通常在2 ～50mm 之間，其含量占據了場地土質的50%～75%。更為嚴重的是，地面上還散布著尺寸大于200mm 的石塊，這無疑增加了場地處理的難度。此外，場地地下10 余m 以下，存在一層厚度達到2m 的礫石層，遇水后極易發生垮塌，這給支護樁的成孔作業帶來了極大的困難。

2.2 應對措施

針對礫石層深度較大的情況，采取長護筒、全樁長保護等措施保證砂礫層不坍塌。對地表面積較大的混凝土塊體，通常采用挖土機開挖、置換、下護筒進行澆筑。首先，使用挖土機將混凝土塊體周圍的土壤挖開，然后進行置換，將原有的土壤替換為更加穩定的材料。接著，在下方安裝護筒，以保護孔壁的穩定性。最后，進行混凝土的澆筑。這種方法可以有效地解決地表面積較大的混凝土塊體的施工問題，保證工程的質量和進度。

3 鉆孔灌注樁施工技術

3.1 鋼筋加工

該項目鋼筋籠的制造過程是在專門的鋼筋籠加工廠中完成的，長度嚴格按照工程需求進行精確制作。鋼筋籠的標準節長度由施工單位根據具體樁的長度進行精確決定。在焊接過程中，為確保結構的安全性和穩定性，同一截面上焊縫的數量被嚴格控制，不得超過總焊縫數量的50%。此外，兩個相鄰的焊縫之間必須保持至少1m 的距離，以減小焊接應力，確保焊接質量。

3.1.1 鋼筋下料

根據施工圖紙的詳細要求進行精確的材料切割。在下料之前，為提高工作效率和材料利用率，可采用閃光焊機將材料預先焊接為一個整體。隨后，依據所需的材料長度，利用鋼筋切割機精準地將其分割成所需形狀，從而降低生產過程中的廢品率。在此過程中，鋼筋的種類、規格、數量及長度等必須與設計要求完全一致，以確保施工質量和結構的穩定性。

3.1.2 鋼筋籠綁扎

在鋼筋籠的綁扎過程中，必須確保綁扎部位具備充足的強度，以滿足結構安全性的要求。采用適當的焊接技術，確保鋼筋能夠穩固地固定在設計指定的位置上。鋼筋籠的制作必須嚴格遵循設計圖紙和規范，以保證結構的整體性能，同時確保保護層的厚度。井口焊接的鋼筋籠連接處應暫時避免綁扎箍筋，以便后續施工操作。預留的鋼筋接頭遵循錯開原則，確保接頭之間的距離不小于1m，下料的長度根據接頭的搭接長度進行精確計算。

3.1.3 井口焊接

井口的焊接采取單搭接的方式，焊縫的長度設定為鋼筋直徑的10 倍，以保證連接部位具備足夠的強度。將鋼筋頭部進行扭彎處理，以確保兩根鋼筋中心線對齊，從而增強焊接接頭的整體穩定性。在執行這一關鍵工序時，需精選經驗豐富的焊工進行操作，以確保焊接工藝的高標準執行，進而保證焊接接頭的質量達到最佳狀態。

3.1.4 焊接技術要求

（1）搭接焊接規范。鋼筋籠的主筋為單側搭接焊接，且焊接時間不得少于10d，焊條采用E50 型號。選取300 根同種規格的鋼筋，將其分成3 組，分別進行拉伸實驗。①焊接面必須是平坦的，沒有凹陷或焊瘤；②焊縫部位不應出現肉眼可見的裂縫；③焊縫表面無明顯裂縫；④橫向咬邊厚度不能超過0.5mm，對焊接中的氣孔、夾雜物要有嚴格控制，每4cm 的焊縫長度不能超過2 條。圖1 為鋼筋單面搭接焊示意圖。

圖1 鋼筋單面搭接焊示意圖

（2）閃光焊接接頭技術規范。由同一名焊工負責焊接300根相同規格和直徑的鋼筋。若在同一臺班中接頭數目相對較少，可以在一個星期內對這些接頭進行累積計算，以確保焊接質量符合規范要求，少于300 件以同批次計算。選取6 根試件，分別進行三根抗拉實驗和三根彎曲實驗。①接縫不允許出現橫向裂縫；②鋼筋與焊條的接觸部位不能出現明顯灼傷；③接縫彎曲角度不能超過3°；④接頭軸向偏差不能超過0.1 倍，并且不能超過2mm。

3.2 鉆孔灌注樁施工要點

3.2.1 場地平整

整平場地涉及對地面的測量、挖掘和填充，以確保整個場地的高度、坡度和水平度都符合建筑要求。接下來是清除雜物，這些雜物包括石塊、樹根、垃圾等，它們會嚴重影響地面的平整度和穩定性。最后通過使用專業的夯打設備，對地面進行反復夯打和壓實，使地面更加緊實、穩定。

為了避免地表徑流進入井中，需要在基坑周圍設置排水溝。排水溝的設置可以有效地引導雨水和其他水源遠離基坑，防止因水浸而導致的工程事故。同時調節地下水位的作用，保持場地的干燥和穩定。

3.2.2 測量定位

GPS 的放樣應用。測量、定位、設置護樁，以核對樁位精度，測量完畢后，再進行重新測量，并進行縱向、橫向測量，保證測量結果無誤，再安裝十字型護樁，同時做好標記。放樣完畢后，填寫《施工放樣報告》，交駐地監理小組勘測工程師復核。在埋設護樁時，要用水泥灰漿（或混凝土）包好，標記清楚，鉆機安裝前仔細檢查。

3.2.3 護筒的制造及埋設

鋼護筒由A3 鋼制成，其厚度大于10mm，內徑宜大于樁徑0.2 ～0.4m。鋼護筒應分段制作，長度一般為2.5 ～4m。在護筒的上部留有1 ～2 個溢流孔，溢流孔高度高出地表0.25 ～0.35m。鋼護筒的埋設要精確，上、下端位置偏差不超過5cm，傾角不超過1%。測量、定位后，將護筒的中心和樁心對齊。為了避免鋼筋籠偏位，在埋設鋼護筒時，應在護筒四角對稱布設定位筋，并在護筒四周進行分層夯實。護筒的深度與樁的長度相等，護筒整體下壓至樁底。測量無誤后，在周圍回填粘土，并進行分層夯實。護筒在距地表0.5m 處，并用十字線固定。對接吻合完成后，再進行焊接。焊接寬度不能少于8mm，焊接高度不能少于4mm。護筒下入后，采用線錘觀測或計量器具對護筒垂直度進行檢驗。鋼護筒內側要確保接頭圓順，外側采用φ20 mm 鋼筋對幫焊接補強，同時要滿足剛性、強度和防漏要求。鋼護筒分段焊接必須滿足規范，鋼護筒下放和下放后各項技術參數均不能超過設計和規程所規定的容許偏差。

3.2.4 鉆機就位、校正

施工過程中，要保證鉆機的穩定，不能有傾斜、移位，為了精確地控制鉆孔深度，支架上要做好刻度，便于觀察和記錄。

3.2.5 鉆孔

首先，將護筒埋入泥漿中，隨后進行鉆進。在鉆進過程中，初始階段應使用低速慢鉆，直至護筒以下1m 深度。隨后，將轉速調整至正常水平。在鉆進過程中，務必對巖渣進行取樣，并嚴密監控泥漿的各項指標。同時，要特別關注地層變化，根據實際情況，靈活調整鉆進速度、鉆壓以及泥漿比重等參數。對于易坍塌的砂土或軟黏土，建議采用低檔慢速施工方式，并適時提升孔內水頭，增大泥漿密度，以確保施工的安全與穩定。當鉆孔達到設計高程，并用巖樣證實到位后，就可以停鉆了。

3.2.6 驗孔

在鉆孔作業達到既定深度后，需對孔深、孔位、孔徑、孔形以及傾斜度進行全面檢查，并將檢驗結果詳細記錄在終孔檢查表中。在此過程中，需運用檢孔器對孔內孔徑、孔形和傾角進行精準測量。此外，利用測繩（錘）來測定孔深和虛土層，虛土厚度的計算方式為鉆孔深度與實測深度之差，其值應嚴格控制在100mm 以內。在確保所有參數均符合設計要求后，應立刻填寫終孔檢查表，并提交給監理工程師進行簽字確認。只有當得到監理工程師的同意后，方可進行鉆孔底部的清理工作，并澆筑水下混凝土。在完成當前樁基的成孔檢測后，鉆機需移至下一個樁位，同時填寫鉆孔施工日志，覆蓋孔罩，設置警告標志，并撤離鉆機。

3.2.7 清孔

通過撈砂斗來清除孔內的砂土和殘渣，確保孔壁的清潔和穩定。根據地質條件、孔深、孔徑等因素合理調整撈砂斗的工作頻率，撈砂斗的工作頻率不應低于2 次。配合其他施工設備和工藝，如旋挖鉆機、泥漿護壁等，共同實現孔內清砂的目的。

3.2.8 安放鋼筋籠

鋼筋籠加工完成并由監理驗收合格方可下入樁孔。下放鋼筋籠的過程中，必須保證鋼筋籠中心與鉆孔中心對齊，可采用浮筒對中。鋼筋籠的高度必須得到精確控制，其底面高度的允許誤差為±5cm，頂部高度的允許誤差為+2cm。在鋼筋籠的堆放、運輸、吊裝以及下孔等作業過程中，必須嚴格遵守相關的作業規程，以確保作業的安全性和有效性。在施工過程中，要對施工人員進行技術交底，并采取相應的質量控制措施，以防止鋼筋籠發生變形。鋼筋籠吊裝時，應對好孔位，起吊平穩，沉放速度慢，防止與孔壁發生撞擊。鋼筋籠就位后，必須及時進行固定。為了保證加固部位的準確定位和保護層的厚度，必須用焊接連接。

3.2.9 下導管

經過慎重考慮和精確計算，決定選用直徑為φ300mm、壁厚為6mm 的無縫管作為導管。每節導管的標準長度為3m，底部特殊設計為4m，以滿足工程需求。此外，還需配備2 節1m 和2 節1.5m 的短管，這些短管可根據實際需要靈活組合，用于調整導管的總長度和漏斗的高度，確保施工過程的順利進行。

導管的連接方式為螺紋型，雙法蘭間加4 ～5mm 的橡膠密封圈。在安裝導管之前，應先檢查管道有無破損、密封環、卡口是否完好、管道內壁是否平滑、連接處是否緊實，并做抗拉、防漏等測試，測試結果合格后方可使用。安裝時，每一處都要涂上黃油，并用螺絲固定，以免在澆筑過程中，發生斷裂，在澆筑混凝土之前要做提升測試，使位置對中，軸線平直，穩定下放，防止夾持鋼筋骨架與孔壁的撞擊，通常情況下，導管下端至鉆孔底部的間距是25 ～40cm。

3.2.10 澆注混凝土

在鉆孔樁施工中，混凝土灌注是一個非常關鍵的過程，要對成樁質量進行檢驗（包含泥漿指數、沉積物厚度測試等內容），檢查合格后才能開始灌注，一旦發現沉淀量超出規定標準，必須立即重新清理孔洞。在此過程中，必須特別關注孔壁的穩定性，以防止出現任何形式的塌孔。灌注在混凝土初凝時間2.5h 之內完成。首次澆筑混凝土量要確保導管的初埋深度大于1m，并澆筑到導管底部，首次澆筑完成后需進行連續澆筑，施工期間導管埋深要控制在2 ～6m。混凝土攪拌車在運輸過程需要檢測密實度和塌落度，不合格的要重新拌和，二次拌和不合格的不得采用。首批混凝土注入孔底后，即刻對勘探孔內混凝土面高度進行測量，并據此計算導管埋深，滿足要求才可正常注入。自混凝土澆筑開始，必須保持緊密且連續的作業，不得出現任何中斷。

澆筑過程中，應避免混凝土混合物從漏斗口落入孔內，引起水泥的粘稠凝固，影響測量精度。在施工中，要密切關注混凝土下落及鉆孔內水位的上升與下降，隨時觀測鉆孔混凝土液面的高低，以指導導管的吊裝與拆除。導管起吊過程中，要保證軸線垂直，定位對中，然后逐級抬升，如果要清除鋼筋骨架，則可以將導管移至鉆孔中央，將其從鋼筋框架中分離出來。當導管被抬升至暴露在孔上方法蘭連接點的某一水平時，可以拆卸1 節和2 節導管。此時，應暫時中止灌注工作。首要任務是撤離漏斗，并確保井口導管穩固固定。隨后，緊固導管的連接螺栓，并將起吊導管的吊鉤懸掛在待拆導管的上部吊環之上。當所有螺栓均已拆除后，應緩緩吊起待拆卸的導管，并小心將其降落。接下來，將漏斗重新插入井口導管內，調整至適當位置，繼續灌注流程。拆管過程需迅速進行，通常不會超過15min。為預防螺栓、橡皮塊及工具落入井中，必須格外謹慎。一旦導管接頭被拆卸下來，應立即進行清洗，并按既定規范妥善碼放。

灌注時，如管內混凝土未充分充入氣體，則要緩慢灌入混凝土，料斗及管路不宜整筒灌注，為避免管道內部產生過高的氣壓而形成氣囊，進而壓迫管節間的橡皮襯墊，導致管路發生滲漏。為確保樁頂施工的質量，應在預先設計的樁頂標高位置進行混凝土的灌注。具體的灌注位置可依據鉆孔的深度、方式以及清孔的方法等因素進行精確確定。通常情況下，灌注位置位于地下0.5 ～1m 的范圍內，對于較深的樁孔，灌注位置則設定為1m 處。只有當混凝土的抗壓強度達到5Mpa 的要求后，才可進行地下保護筒的拆除工作。

4 結論

本文系統介紹了鉆孔灌注樁在復雜地質條件下的施工技術及應用，針對土質不良、礫石層遇水易垮塌等問題提出了一系列解決措施，經項目實踐驗證，取得了以下結論：

（1）鉆孔灌注樁技術在復雜地質條件下具有可行性和可靠性，通過鋼筋加工與焊接、泥漿配制等多方面措施，能有效解決施工難題。

（2）采用長護筒、全樁長保護等技術手段，能夠有效提高工程質量，確保施工安全。

（3）在大型市政工程中的應用實踐表明，鉆孔灌注樁技術不僅提高了施工效率，還為現代化市政橋梁建設提供了可靠技術支持，具備了環保特性。

綜上所述，鉆孔灌注樁技術在復雜地質條件下的施工應用具有重要意義，對于提高工程質量、確保施工安全以及推動城市基礎設施建設具有積極的促進作用。