李登貴

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司 山西太原 030024)

橋梁工程鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)

李登貴

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司 山西太原 030024)

公路橋梁工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中鉆孔灌注樁被廣泛使用，在其施工過程中通過采取有效的預(yù)控措施可以避免經(jīng)常發(fā)生的施工弊病，以保證樁基質(zhì)量，減少施工經(jīng)濟(jì)損失。

鉆孔樁；缺陷；措施

鉆孔灌注樁由于水文、地質(zhì)的復(fù)雜性，在施工過程中，如果不能對(duì)影響樁基質(zhì)量的不當(dāng)操作做出預(yù)控，那么有可能造成樁基質(zhì)量不合格或者出現(xiàn)諸如三類樁等現(xiàn)象，從而影響工程質(zhì)量和施工方的工期進(jìn)度。

1、工程概況

某高速公路大橋，全橋長(zhǎng)718m?？卓绮贾脼椋?23×30m。橋墩采用雙柱式圓形墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基共48棵，樁徑1.8-2.0米，樁長(zhǎng)30-40m。

2、工程地質(zhì)情況

橋位依山傍河，樁基主要工程地質(zhì)有：粉質(zhì)粘土、卵石土、塊石土、圓礫土、角礫土、泥質(zhì)粉砂巖、角礫巖。相對(duì)工程地質(zhì)條件較差。

大橋鉆孔樁施工過程中，因人為和地質(zhì)因素等原因影響，再次出現(xiàn)了諸多質(zhì)量通病。就本橋沖擊鉆孔施工中遇到的一些問題，本文探討一些應(yīng)對(duì)措施。

3、鉆孔過程中出現(xiàn)的相關(guān)問題的處理

3.1 孔位偏斜。多因護(hù)筒埋置中心與樁位中心的偏差；鉆孔樁機(jī)安裝支撐不牢；鉆孔樁位地質(zhì)下沉；鉆進(jìn)過程中地質(zhì)軟硬不均或遇突出孤石等原因引起。應(yīng)對(duì)措施：

（1）在護(hù)筒定位后及時(shí)復(fù)核護(hù)筒的位置，嚴(yán)格控制護(hù)筒中心與樁位中心線偏差不大于50mm，并認(rèn)真檢查回填土是否密實(shí)，以防鉆孔過程中發(fā)生漏漿的現(xiàn)象。

（2）認(rèn)真核對(duì)地質(zhì)資料，特別是在地質(zhì)情況發(fā)生變化地段應(yīng)用探孔器檢查成孔的垂直度。若因地質(zhì)構(gòu)造不均勻引起的，先分析清楚巖層的走向，而后采用適當(dāng)?shù)幕靥畈牧希ɑ靥畈牧弦话銥槠羽ね恋冉M成的混合物）將鉆孔回填至計(jì)算確定的高程處，靜置一段時(shí)間后恢復(fù)施工。孔中心偏差小于20cm的，靜置1～2h后可以繼續(xù)鉆孔?？字行钠畲笥?0cm的，應(yīng)根據(jù)情況靜置2h甚至更長(zhǎng)的時(shí)間待地層沉積穩(wěn)定后恢復(fù)鉆孔施工。穿過傾斜巖層過程中，應(yīng)采用自重較大的沖擊鉆，落錘高差減小，以慢速鉆孔，可以逐漸修正。

3.2 縮孔。是在飽和性粘土、淤泥質(zhì)黏土，特別是IL＞1.0處于流塑性狀態(tài)的土層中出現(xiàn)的特有現(xiàn)象，其原因是此類地層含水高、塑性大，鉆頭經(jīng)過后鉆孔壁回縮，從而導(dǎo)致鉆孔的直徑小于設(shè)計(jì)的樁直徑；或是因?yàn)殂@頭磨損嚴(yán)重造成。針對(duì)前一種原因，采取塊、卵石土回填，而后用重量較大的沖擊鉆沖擊，擠緊鉆孔孔壁的辦法處理；同時(shí)要隨時(shí)檢查鉆頭直徑，磨損較大的應(yīng)及時(shí)補(bǔ)焊。

3.3 卡鉆。鉆孔經(jīng)過巖層分界面時(shí)相鄰巖層強(qiáng)度差別較大、操作中未及時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整鉆頭的行程等原因引起“卡鉆”現(xiàn)象。針對(duì)發(fā)生“卡鉆”的原因采取相應(yīng)的方法處理：

（1）由于“探頭石”引起的卡鉆現(xiàn)象，可以適當(dāng)往下放鉆頭，而后，強(qiáng)力快速往上提，使“探頭石”受力瞬間沖擊縮回，從而順利提起鉆頭。

（2）因鉆頭穿過巖層突變處導(dǎo)致的卡鉆，優(yōu)先采用水下爆破的方法進(jìn)行處理。在整體巖層中此方法容易奏效，砂土地層中不宜采取此方法處理。

（3）由于機(jī)械故障導(dǎo)致鉆頭在濃泥漿中滯留時(shí)間過長(zhǎng)造成的鉆頭無(wú)法提升現(xiàn)象，應(yīng)采取插入高壓水管置換泥漿的方法進(jìn)行處理。

3.4 掉鉆。是由于機(jī)械故障、鋼絲繩斷裂、孔壁坍塌或打空錘等因素造成鉆頭落入孔底的現(xiàn)象通常稱“掉鉆”，發(fā)生“掉鉆”后，應(yīng)及時(shí)采取恰當(dāng)?shù)姆椒▽?shí)施打撈。另施工過程中注意觀察鋼絲繩的工作狀態(tài)，落錘后若鋼絲強(qiáng)顫動(dòng)厲害則可能是鋼絲繩收放量小了，在打空錘，此時(shí)應(yīng)合理放松繩索。防止空打造成繩索斷裂。

3.5 鉆孔壁出現(xiàn)局部坍塌將鉆頭埋沒且大部分鉆孔壁處于穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)先加大孔內(nèi)泥漿的濃度，采取“氣舉法”清除鉆頭上方的沉積土和淤泥，確認(rèn)鉆頭已露出后再實(shí)施鉆頭的打撈工作。鉆孔壁隨時(shí)有繼續(xù)坍塌可能時(shí)，先在孔內(nèi)安裝長(zhǎng)鋼護(hù)筒等方法加固鉆孔壁，而后打撈鉆頭。

4、水下混凝土灌注中出現(xiàn)問題的對(duì)策

4.1 沉碴厚度超標(biāo)。其原因有第一次清孔泥漿比重過小；下籠時(shí)刮壞孔壁使泥土坍落孔底；二次清孔不徹底?？刂拼胧?/p>

（1）施工中（清孔前）泥漿的控制指標(biāo)：黏度測(cè)定，一般地層：17～20s；松散易坍地層：19～28s含砂率不大于4%；膠體率不小于95%；PH值應(yīng)大于6.5。在鉆孔灌注樁施工和清孔過程中必須嚴(yán)格控制，不能就地取材，而要專門采取泥漿制備，選用高塑性粘土或膨潤(rùn)土，拌制泥漿必須根據(jù)施工機(jī)械、工藝及穿越土層進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。每立方泥漿中粘土量可用下式計(jì)算：

式中：V--每立方米泥漿所需粘土體積，m3

p1—粘土密度，t/ m3

p2—要求的泥漿密度，t/ m3，p2= v×p1+（1-v）×p3

p3—水的密度，t/ m3，p3=1

（2）注意鋼筋籠能否順利下放，沉放時(shí)不能碰撞孔壁；當(dāng)?shù)醴攀茏钑r(shí)，不能加壓強(qiáng)行下放，因?yàn)檫@將會(huì)造成坍孔、鋼筋籠變形等現(xiàn)象，應(yīng)停止吊放并尋找原因，如因鋼筋籠沒有垂直吊放而造成的，應(yīng)提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，則按前述方法糾偏，并在重新驗(yàn)收成孔質(zhì)量后再吊放鋼筋籠。鋼筋籠要快，盡可能縮短沉放時(shí)間。

（3）鋼筋籠下放到位后進(jìn)行二次清孔。清孔應(yīng)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無(wú)2～3mm顆粒，泥漿比重不大于1.1，含砂率小于2%，黏度17～ 20s。

4.2 鋼筋籠吊放變形。籠身在加強(qiáng)箍圈內(nèi)設(shè)置同型號(hào)鋼筋的十字支撐，同時(shí)保證鋼筋籠保護(hù)層合格。

4.3 封底失敗。是由于首批混凝土數(shù)量過小、孔底的沉碴厚度大等原因?qū)е率着炷凉嘧⑷肟缀螅磳?shí)現(xiàn)水下混凝土封底的現(xiàn)象稱為封底失敗。封底失敗后，應(yīng)立即暫停灌注，及時(shí)對(duì)孔內(nèi)已灌注的混凝土進(jìn)行清理。

（1）首批灌注砼數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管初次埋置深度（≥1.0米）和填充導(dǎo)管底部的需要,鉆孔樁所需首批砼數(shù)量可按下式計(jì)算：

式中：V--首批砼所需數(shù)量，m3

HC--首批砼在孔內(nèi)的高度，m

h2--導(dǎo)管初次埋設(shè)深度，m，h2≥1.0m

h1--井孔內(nèi)砼面高度達(dá)到HC時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)砼柱的高度，m，而

其中：HW--是井孔內(nèi)砼面以上水或泥漿的深度，m

γW--井孔內(nèi)水或泥漿的重度，KN/m3

γC--砼的容重，KN/m3

D--井孔直徑，m

d--導(dǎo)管內(nèi)徑，m

由于孔徑的不均勻，該式計(jì)算出的首批混凝土數(shù)量后，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)孔內(nèi)情況適當(dāng)增大混凝土量。

（2）地層穩(wěn)定性差應(yīng)及時(shí)拆除導(dǎo)管、拔除鋼筋籠，將鉆機(jī)安裝到位，重新置換泥漿后用沖擊鉆清除已灌注的混凝土，達(dá)到孔底設(shè)計(jì)標(biāo)高后。

（3）導(dǎo)管口距孔底要保持400mm 左右的距離，旋轉(zhuǎn)時(shí)要精確測(cè)量,反復(fù)校核。當(dāng)球塞被壓出導(dǎo)管并灌下一定數(shù)量的混凝土后，應(yīng)將導(dǎo)管緩慢下降100～300mm ,使灌注初期導(dǎo)管被混凝土埋入的深度盡可能加大,以保證封底成功和底層混凝土質(zhì)量。

4.4 卡管因混凝土和易性差、混凝土中含有大塊骨料或受潮凝固的水泥塊、灌注混凝土沖擊力不足或是導(dǎo)管密封不好、導(dǎo)管內(nèi)擠入高壓空氣等原因?qū)е滤禄炷凉嘧⑦^程中無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行的現(xiàn)象統(tǒng)稱為“卡管”。

（1）由于混凝土自重不足造成的導(dǎo)管堵塞，可以少量（根據(jù)堵管前測(cè)量及計(jì)算的導(dǎo)管埋深結(jié)果在保證導(dǎo)管最小安全埋深確定）提升導(dǎo)管而后快速下落的方法或加大一次性灌注較大混凝土數(shù)量而后快速提升再迅速下放，以沖擊疏通導(dǎo)管的方法進(jìn)行處理。砼拌和物要有良好的和易性，在運(yùn)輸和灌注過程中，無(wú)離析，泌水，其坍落度為18～20cm；當(dāng)灌注至樁頂標(biāo)高8～10m時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)小至12～16cm，以提高樁身上部砼強(qiáng)度。

（2）導(dǎo)管使用前應(yīng)進(jìn)行水密試驗(yàn)，合格后方準(zhǔn)使用。進(jìn)行水密實(shí)驗(yàn)的水壓不應(yīng)小于孔內(nèi)水深 1.3倍的壓力,也不應(yīng)小于導(dǎo)管壁和焊縫可能承受砼時(shí)最大壓力的

1.3 倍,可按下式計(jì)算:

P=γChC-γWHW

式中：p—導(dǎo)管可能受到的最大內(nèi)壓力,Kpa

γC—砼拌各物的容重,取24KN/m3

hC—導(dǎo)管內(nèi)砼柱最大高度,m,以導(dǎo)管全長(zhǎng)或預(yù)計(jì)的最大高度計(jì)

γW—井孔內(nèi)水或泥漿的重度, KN/m3

HW—井孔內(nèi)水或泥漿的深度,m

另當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)混凝土不滿含有空氣時(shí)，后續(xù)混凝土要徐徐灌入，以免在管內(nèi)形成高壓氣囊，擠壞管節(jié)密封圈，導(dǎo)致漏水、漏漿。

（3）采取“二次拋球法”進(jìn)行處理。具體操作方法：當(dāng)砼灌注量超過 20m3時(shí)。立即更換導(dǎo)管，重新下放導(dǎo)管至距已澆砼面 20～40cm（設(shè)已澆砼面深度為H1）再次拋球，認(rèn)真計(jì)算出砼充滿整個(gè)導(dǎo)管及沒過導(dǎo)管的砼量，當(dāng)砼達(dá)到管底時(shí)（設(shè)此時(shí)砼面深度為 H2）馬上利用重物將導(dǎo)管壓入到起始砼澆注深度（＜H1）并連續(xù)澆注，將砼澆注到要求的標(biāo)高加上（H2-H1）的高度。

4.5 斷樁由于灌注中提升導(dǎo)管失誤、混凝土供應(yīng)中斷（下雨、停電、機(jī)械故障等）或?qū)Ч苈┧仍驅(qū)е聦?dǎo)管中已灌注的混凝土與導(dǎo)管的混凝土隔斷，無(wú)法繼續(xù)灌注的現(xiàn)象通稱為斷樁。在灌注過程中認(rèn)定發(fā)生斷樁事故后，應(yīng)立即停止繼續(xù)灌注，提拔導(dǎo)管和鋼筋籠，盡量將損失降低到最小。并采取以下辦法處理：

（1）斷樁截面位置處于設(shè)計(jì)樁全長(zhǎng)的三分之一以下時(shí)，一般采取沖擊鉆清除已灌注部分，再實(shí)施原位恢復(fù)。

（2）斷樁截面位置處于設(shè)計(jì)樁全長(zhǎng)的三分之二以上且距離孔口深度不大于10m時(shí)，先進(jìn)行鉆孔壁加固，而后進(jìn)行鉆孔樁的接長(zhǎng)比較經(jīng)濟(jì)。

（3）斷樁截面位置處于設(shè)計(jì)樁全長(zhǎng)的三分之一與三分之二之間的，應(yīng)對(duì)各種處理方法進(jìn)行對(duì)比，選擇經(jīng)濟(jì)、可行的處理方法。墩（臺(tái)）樁布置有條件變更，樁布置改變?cè)斐傻膿p失較小的，應(yīng)積極與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系爭(zhēng)取變更設(shè)計(jì)；樁布置無(wú)法改變但可以增加樁的，最好由設(shè)計(jì)單位提供增加樁方案，實(shí)施增加基樁；不具備以上兩類情況的一般應(yīng)及時(shí)采取沖擊鉆處理后原位恢復(fù)。

4.6 鋼筋籠上浮由于鋼筋籠的加固不可靠或灌注過程中提升導(dǎo)管等原因帶來(lái)的鉆孔樁鋼筋籠移位現(xiàn)象統(tǒng)稱鋼筋籠上浮。防浮籠措施：在鋼筋籠下部外側(cè)沿籠體豎向每隔2米設(shè)一層倒鉤，共設(shè)3層，每層4個(gè)，呈90°布置，相鄰層錯(cuò)開布置，倒鉤用φ8鋼筋制成長(zhǎng)10cm，與主筋?yuàn)A角為30°。萬(wàn)一發(fā)生鋼筋籠上浮，應(yīng)立即暫停灌注，采取以下措施進(jìn)行處理。

（1）對(duì)于鋼筋籠上浮在1倍直徑以下的可以在采取有效防止上浮的措施后繼續(xù)灌注。懸吊鋼筋焊縫脫落的，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)焊；懸吊鋼筋彎曲的情況應(yīng)增加鋼管支撐。

（2）鋼筋籠上浮比較嚴(yán)重的必須拔出鋼筋籠，比照斷樁進(jìn)行處理。

5 ．灌注成樁后發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷的處理

5.1 樁全長(zhǎng)小于設(shè)計(jì)要求這種缺陷可分為兩類：處理樁頭后，混凝土頂面高程小于設(shè)計(jì)要求、樁頭質(zhì)量不合格；鉆孔底部沉積的虛碴在清孔時(shí)未清理干凈導(dǎo)致樁全長(zhǎng)小于設(shè)計(jì)、嵌入基巖深度小于設(shè)計(jì)。后一種情況本橋未出現(xiàn)。

（1）樁頂高程小于設(shè)計(jì)要求的原因是混凝土灌注終孔時(shí)控制失誤?；娱_挖后進(jìn)行鉆孔樁的接長(zhǎng)。在護(hù)筒防護(hù)下開挖接長(zhǎng)部分的樁孔。開挖后，將原灌注的混凝土表面清理干凈，頂面人工鑿修平整灌注混凝土至設(shè)計(jì)位置。接長(zhǎng)部分混凝土的強(qiáng)度應(yīng)比原設(shè)計(jì)提高一個(gè)等級(jí)，新舊混凝土的接合面必須作好混凝土的接茬處理。

（2）在拔出最后一節(jié)導(dǎo)管時(shí)，速度要慢，防止樁頂沉淀的泥漿擠入導(dǎo)管形成泥心影響樁頭質(zhì)量。一般樁頭混凝土多澆1米，在28天后破樁頭，以保證其質(zhì)量。

5.2 樁體混凝土不連續(xù)由于灌注過程中，發(fā)生的孔壁局部坍塌的雜物等侵入混凝土、混凝土和易性差等因素在樁體形成夾層導(dǎo)致鉆孔樁混凝土不連續(xù)。對(duì)于此類問題，應(yīng)積極與設(shè)計(jì)單位協(xié)調(diào)采取合理措施處理。

施工中任何一環(huán)節(jié)出了問題都將直接影響整個(gè)工程的質(zhì)量和進(jìn)度，因此，在鉆孔樁施工中必須做到每個(gè)工序嚴(yán)格按照規(guī)范操作，水下混凝土灌注統(tǒng)一指揮、緊張而有序，對(duì)可能出現(xiàn)的問題制定切實(shí)有效的防范措施，盡最大努力杜絕事故的發(fā)生。任何情況下的鉆孔樁在施工過程中所出現(xiàn)的疑難問題與地質(zhì)層、施工方法有密切的關(guān)系。施工時(shí)，應(yīng)掌握地質(zhì)材料，鉆機(jī)操作必須認(rèn)真、熟練，盡量避免施工失誤現(xiàn)象。

［1］《橋梁施工專項(xiàng)技術(shù)手冊(cè)》人民交通出版社,2004年

［2］《橋梁施工工程師手冊(cè)》 人民交通出版社,1997年

［3］《橋梁墩臺(tái)與基礎(chǔ)工程》 中國(guó)鐵道出版社 2007年

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