鉆孔灌注樁施工法

一、基本概念

灌注樁是指在工程現(xiàn)場通過機械鉆孔、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(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，依照成孔方法不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類。

二、施工方法

鉆孔灌注樁的施工，因其所選護壁形成的不同，有泥漿護壁方式法和全套管施工法兩種。

1、泥漿護壁施工法

沖擊鉆孔，沖抓鉆孔和回轉(zhuǎn)鉆削成孔等均可采用泥漿護壁施工法。該施工法的過程是:

平整場地→泥漿制備→埋設護筒→鋪設工作平臺→安裝鉆機并定位→鉆進成孔→清孔并檢查成孔質(zhì)量→下放鋼筋籠→灌注水下混凝土→拔出護筒→檢查質(zhì)量。

施工順序:

（1）施工準備

施工準備包括:選擇鉆機、鉆具、場地布置等。

鉆機是鉆孔灌注樁施工的主要設備，可根據(jù)地質(zhì)情況和各種鉆孔機的應用條件來布置。

（2）鉆孔機的安裝與定位

安裝鉆孔機的基礎如果不穩(wěn)定，施工中易產(chǎn)生鉆孔機傾斜、樁傾斜和樁偏心等不良影響，因此要求安裝地基穩(wěn)固。對地層較軟和有坡度的地基，可用推土機推平，再墊上鋼板或枕木加固。

為防止樁位不準，施工中很重要的是定好中心位置和正確的安裝鉆孔機，對有鉆塔的鉆孔機，先利用鉆機的動力與附近的地籠配合，將鉆桿移動大致定位，再用千斤頂將機架頂起，準確定位，使起重滑輪、鉆頭或固定鉆桿的卡孔與護筒中心在一垂線上，以保證鉆機的垂直度。鉆機位置的偏差不大于2cm。對準樁位后，用枕木墊平鉆機橫梁，并在塔頂對稱于鉆機軸線上拉上纜風繩。

（3）埋設護筒

鉆孔成敗的關鍵是防止孔壁坍塌。當鉆孔較深時，在地下水位以下的孔壁土在靜水壓力下會向孔內(nèi)坍塌、甚至發(fā)生流砂現(xiàn)象。鉆孔內(nèi)若能保持比地下水位高的水頭，增加孔內(nèi)靜水壓力，能為孔壁平衡孔外地下水壓力或者加大孔內(nèi)向水力、防止坍孔。護筒除起到這個作用外，同時還有隔離地表水、保護孔口地面、固定樁孔位置和鉆頭導向作用等。

制作護筒的材料有木、鋼、鋼筋混凝土三種。護筒要求堅固耐用，不漏水，其內(nèi)徑應比鉆孔直徑大(旋轉(zhuǎn)鉆約大20cm，潛水鉆、沖擊或沖抓錐約大40cm)，每節(jié)長度約2~3m。一般常用鋼護筒。

（4）泥漿制備

鉆孔泥漿由水、粘土(膨潤土)和添加劑組成。具有浮懸鉆渣、冷卻鉆頭、潤滑鉆具，增大靜水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內(nèi)外滲流，防止坍孔的作用。調(diào)制的鉆孔泥漿及經(jīng)過循環(huán)凈化的泥漿，應根據(jù)鉆孔方法和地層情況來確定泥漿稠度，泥漿稠度應視地層變化或操作要求機動掌握，泥漿太稀，排渣能力小、護壁效果差;泥漿太稠會削弱鉆頭沖擊功能，降低鉆進速度。

（5）鉆孔

鉆孔是一道關鍵工序，在施工中必須嚴格按照操作要求進行，才能保證成孔質(zhì)量，首先要注意開孔質(zhì)量，為此必須對好中線及垂直度，并壓好護筒。在施工中要注意不斷添加泥漿和抽渣(沖擊式用)，還要隨時檢查成孔是否有偏斜現(xiàn)象。采用沖擊式或沖抓式鉆機施工時，附近土層因受到震動而影響鄰孔的穩(wěn)固。所以鉆好的孔應及時清孔，下放鋼筋籠和灌注水下混凝土。鉆孔的順序也應該事先規(guī)劃好，既要保證下一個樁孔的施工不影響上一個樁孔，又要使鉆機的移動距離不要過遠和相互干擾。

（6）清孔

鉆孔的深度、直徑、位置和孔形直接關系到成樁質(zhì)量與樁身曲直。為此，除了鉆孔過程中密切觀測監(jiān)督外，在鉆孔達到設計要求深度后，應對孔深、孔位、孔形、孔徑等進行檢查。在終孔檢查完全符合設計要求時，應立即進行孔底清理，避免隔時過長以致泥漿沉淀，引起鉆孔坍塌。對于摩擦樁當孔壁容易坍塌時，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm；當孔壁不易坍塌時，不大于20cm。對于柱樁，要求在射水或射風前，沉渣厚度不大于5cm。清孔方法是使用的鉆機不同而靈活應用。通?？刹捎谜h(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機、反循環(huán)旋轉(zhuǎn)機真空吸泥機以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥機清孔，所需設備不多，操作方便，清孔也較徹底，但在不穩(wěn)定土層中應慎重使用。其原理就是用壓縮機產(chǎn)生的高壓空氣吹入吸泥機管道內(nèi)將泥渣吹出。

（7）灌注水下混凝土

清完孔之后，就可將預制的鋼筋籠垂直吊放到孔內(nèi)，定位后要加以固定，然后用導管灌注混凝土，灌注時混凝土不要中斷，否則易出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

2、全套管施工法

全套管施工法的施工順序：

其一般的施工過程是:平場地、鋪設工作平臺、安裝鉆機、壓套管、鉆進成孔、安放鋼筋籠、放導管、澆注混凝土、拉拔套管、檢查成樁質(zhì)量。

全套管施工法的主要施工步驟除不需泥漿及清孔外，其它的與泥漿護壁法都類同。壓入套管的垂直度，取決于挖掘開始階段的5~6m深時的垂直度。因此應該隨時用水準儀及鉛垂校核其垂直度。

三、施工特點

1、與沉入樁中的錘擊法相比，施工噪聲和震動要小的多。

2、能建造比預制樁的直徑大的多的樁。

3、在各種地基上均可使用。

4、施工質(zhì)量的好壞對樁的承載力影響很大。

5、因混凝土是在泥水中灌注的，因此混凝土質(zhì)量較難控制。

6、費工費時，成孔速度慢，泥渣污染環(huán)境。

四、成孔問題

1、塌孔

預防措施:根據(jù)不同地層，控制使用好泥漿指標。在回填土、松軟層及流砂層鉆進時，嚴格控制速度。地下水位過高，應升高護筒，加大水頭。地下障礙物處理時，一定要將殘留的砼塊處理清除。孔壁坍塌嚴重時，應探明坍塌位置，用砂和粘土混合回填至坍塌孔段以上1-2m處，搗實后重新鉆進。

2、縮徑

預防措施:選用帶保徑裝置鉆頭，鉆頭直徑應滿足成孔直徑要求，并應經(jīng)常檢查，及時修復。易縮徑孔段鉆進時，可適當提高泥漿的粘度。對易縮徑部位也可采用上下反復掃孔的方法來擴大孔徑。

3、樁孔偏斜

預防措施:保證施工場地平整，鉆機安裝平穩(wěn)，機架垂直，并注意在成孔過程中定時檢查和校正。鉆頭、鉆桿接頭逐個檢查調(diào)正，不能用彎曲的鉆具。在堅硬土層中不強行加壓，應吊住鉆桿，控制鉆進速度，用低速度進尺。對地下障礙進行預先處理干凈。對已偏斜的鉆孔，控制鉆速，慢速提升，下降往復掃孔糾偏。   

五、安裝問題

1、鋼筋籠安裝與設計標高不符

預防措施:鋼筋籠制作完成后，注意防止其扭曲變形，鋼筋籠入孔安裝時要保持垂直，砼保護層墊塊設置間距不宜過大，吊筋長度精確計算，并在安裝時反復核對檢查。

2、鋼筋籠的上浮

鋼筋籠上浮的預防措施:嚴格控制砼質(zhì)量，坍落度控制在20±2cm，砼和易性要好。砼進入鋼筋籠后，砼上升不宜過快，導管在砼內(nèi)埋深不宜過大，嚴格按照規(guī)范控制在2-6m之間，提升導管時，不宜過快，防止導管鉤鋼筋籠，將其帶上等。

3、水下砼灌注問題

（1）堵管

預防措施:商品砼必須由具有資質(zhì)，質(zhì)量保證有信譽的廠家供應，砼的級配與攪拌必須保證砼的和易性、水灰比、坍落度及初凝時間滿足設計或規(guī)范要求，現(xiàn)場抽查每車砼的坍落度必須控制在鉆孔灌注樁施工規(guī)范允許的范圍以內(nèi)。灌注用導管應平直，內(nèi)壁光滑不漏水。

（2）樁頂部位疏松

預防措施:首先保證一定高度的樁頂留長度。因受沉渣和稠泥漿的影響，極易產(chǎn)生誤測。因此可以用一個帶鋼管取樣盒的探測，只有取樣盒中撈起的取樣物是砼而不是沉淀物時，才能確認終灌標高已經(jīng)達到。

（3）樁身砼夾泥或斷樁

預防措施:成孔時嚴格控制泥漿密度及孔底沉淤，第一次清孔必須徹底清除泥塊，砼灌注過程中導管提升要緩慢，特別到樁頂時，嚴禁大幅度提升導管。嚴格控制導管埋深，單樁砼灌注時，嚴禁中途斷料。拔導管時，必須進行精確計算控制拔導管后砼的埋深，嚴禁憑經(jīng)驗拔管。

六、加固應用

1、適用的地質(zhì)條件

施工方法適用于灌注樁的持力層應為碎石層，碎石含量應在50%以上，充填土與碎石無膠結(jié)或者為輕微膠結(jié)，碎石的石質(zhì)要堅硬，碎石分布均勻，碎石層厚度要滿足設計要求。

2、加固機理

在灌注樁施工中將鋼管沿樁鋼筋籠外壁埋設，樁混凝土強度滿足要求后，將水泥漿液通過鋼管由壓力作用壓入樁端的碎石層孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙膠結(jié)成一個高強度的結(jié)合體。水泥漿液在壓力作用下由樁端在碎石層的孔隙里向四周擴散，對于單樁區(qū)域，向四周擴散相當于增加了端部的直徑，向下擴散相當于增加了樁長；群樁區(qū)域所有的漿液連成一片，使得碎石層成為一個整體，從而使得原來不滿足要求的碎石層滿足結(jié)構的承載力要求。在鉆孔灌注樁施工過程中，無論如何清孔，孔底都會留有或多或少的沉渣；在初灌時，混凝土從細長的導管落下，因落差太大造成樁底部位的混凝土離析形成“虛尖”、“干碴石”；孔壁的泥皮阻礙了樁身與樁周土的結(jié)合，降低了摩擦系數(shù)，以上幾點都影響到灌注樁的樁端承載力和側(cè)壁摩阻力。漿液壓入樁端后首先和樁端的沉渣、離析的“虛尖”、“干碴石”相結(jié)合，增強該部分的密實程度，提高了承載力；漿液沿著樁身和土層的結(jié)合層上返，消除了泥皮，提高了樁側(cè)摩阻力，同時漿液橫向滲透到樁側(cè)土層中也起到了加大樁徑的作用。以上幾點均對提高灌注樁的單樁承載力起到不可忽視的作用。

3、壓漿參數(shù)的設定

壓漿參數(shù)主要包括壓漿水灰比、壓漿量以及閉盤壓力，由于地質(zhì)條件的不同，不同工程應采用不同的參數(shù)。在工程樁施工前，應該根據(jù)以往工程的實踐情況，先設定參數(shù)，然后根據(jù)設定的參數(shù)，進行試樁的施工,試樁完成后達到設計的強度，進行樁的靜載試驗，最終確定試驗參數(shù)。

（1）水灰比:水灰比一般不宜過大和過小，過大會造成壓漿困難，過小會使水泥漿在壓力作用下形成離析，一般采用015~017。

（2）壓漿量:壓漿量是指單樁壓漿的水泥用量，它與碎石層的碎石含量以及樁間距有關，取決于碎石層的孔隙率，在碎石層碎石含量為50%~70%,樁間距為4~5m的條件下，壓漿量一般為115~210t。它是控制后壓漿施工是否完成的主要參數(shù)。

（3）閉盤壓力:閉盤壓力是指結(jié)束壓漿的控制壓力，一般來說什么時候結(jié)束一根灌注樁的壓漿，應該根據(jù)事先設定的壓漿量來控制，但同時也要控制壓漿的壓力值。在達不到預先設定的壓漿量，但達到一定的壓力時就要停止壓漿，壓漿的壓力過大，一方面會造成水泥漿的離析，堵塞管道，另一方面，壓力過大可能擾動碎石層，也有可能使得樁體上浮。一般閉盤的最大壓力應該控制在018MPa。

根據(jù)預先設定的參數(shù)，進行試驗樁的施工，再根據(jù)試樁的靜載試驗結(jié)果，最后確定工程樁的壓漿參數(shù)，就可以進行工程樁的施工了。

4、后壓漿施工工藝

（1）施工工藝流程

灌注樁成孔→鋼筋籠制作→壓漿管制作→灌注樁清孔→壓漿管綁扎→下鋼筋籠→灌注樁混凝土后壓漿施工

（2）施工要點

①壓漿管的制作在制作鋼筋籠的同時制作壓漿管。壓漿管采用直徑為25mm的黑鐵管制作，接頭采用絲扣連接，兩端采用絲堵封嚴。壓漿管長度比鋼筋籠長度多出55cm,在樁底部長出鋼筋籠5cm,上部高出樁頂混凝土面50cm但不得露出地面以便于保護。壓漿管在最下部20cm制作成壓漿噴頭(俗稱花管),在該部分采用鉆頭均勻鉆出4排(每排4個)、間距3cm、直徑3mm的壓漿孔作為壓漿噴頭;用圖釘將壓漿孔堵嚴，外面套上同直徑的自行車內(nèi)胎并在兩端用膠帶封嚴，這樣壓漿噴頭就形成了一個簡易的單向裝置:當注漿時壓漿管中壓力將車胎迸裂、圖釘彈出，水泥漿通過注漿孔和圖釘?shù)目紫秹喝胨槭瘜又校炷凉嘧r該裝置又保證混凝土漿不會將壓漿管堵塞。

②壓漿管的布置將2根壓漿管對稱綁在鋼筋籠外側(cè)。成孔后清孔、提鉆、下鋼筋籠，在鋼筋籠吊裝安放過程中要注意對壓漿管的保護，鋼筋籠不得扭曲，以免造成壓漿管在絲扣連接處松動，噴頭部分應加混凝土墊塊保護，不得摩擦孔壁以免車胎破裂造成壓漿孔的堵塞。按照規(guī)范要求灌注混凝土。

③壓漿樁位的選擇根據(jù)以往工程實踐，在碎石層中，水泥漿在工作壓力作用下影響面積較大。為防止壓漿時水泥漿液從臨近薄弱地點冒出，壓漿的樁應在混凝土灌注完成3~7d后，并且該樁周圍至少8m范圍內(nèi)沒有鉆機鉆孔作業(yè)，該范圍內(nèi)的樁混凝土灌注完成也應在3d以上。

④壓漿施工順序壓漿時最好采用整個承臺群樁一次性壓漿，壓漿先施工周圈樁位再施工中間樁;壓漿時采用2根樁循環(huán)壓漿，即先壓第1根樁的A管，壓漿量約占總量的70%(111~114t水泥),壓完后再壓另1根樁的A管，然后依次為第1根樁的B管和第2根樁的B管，這樣就能保證同一根樁2根管壓漿時間間隔30~60min以上，給水泥漿一個在碎石層中擴散的時間。壓漿時應做好施工記錄，記錄的內(nèi)容應包括施工時間、壓漿開始及結(jié)束時間、壓漿數(shù)量以及出現(xiàn)的異常情況和處理的措施等。

⑤壓漿施工中出現(xiàn)的問題和相應措施：

a、噴頭打不開壓力達到10MPa以上仍然打不開壓漿噴頭，說明噴頭部位已經(jīng)損壞，不要強行增加壓力，可在另一根管中補足壓漿數(shù)量。

b、出現(xiàn)冒漿壓漿時常會發(fā)生水泥漿沿著樁側(cè)或在其他部位冒漿的現(xiàn)象，若水泥漿液是在其他樁或者地面上冒出，說明樁底已經(jīng)飽和，可以停止壓漿;若從本樁側(cè)壁冒漿，壓漿量也滿足或接近了設計要求，可以停止壓漿;若從本樁側(cè)壁冒漿且壓漿量較少，可將該壓漿管用清水或用壓力水沖洗干凈，等到第2天原來壓入的水泥漿液終凝固化、堵塞冒漿的毛細孔道時再重新壓漿。

c、單樁壓漿量不足壓漿時最好采用整個承臺群樁一次性壓漿，壓漿先施工周圈樁形成一個封閉圈，再施工中間，能保證中間樁位的壓漿質(zhì)量，若出現(xiàn)個別樁壓漿量達不到設計要求，可視情況加大臨近樁的壓漿量作為補充。

七、控制技術

1、準備階段

（1）施工人員對施工地點地質(zhì)情況、樁位、樁徑、樁長、標高等了解清楚。

（2）樁位放樣。測量人員將4根直徑400mm的鋼管打入強風化層作為定位樁。

（3）將吊裝工字鋼焊接的鋼圍堰導向樁與定位樁分層聯(lián)結(jié)固定，確保導向框位置準確。

（4）插打鋼護筒。鋼護筒壁厚12mm，根據(jù)各墩不同地質(zhì)情況決定護筒長度，護筒下沉深度穿過覆蓋層。

（5）插打鋼板樁圍堰。采用拉伸--Ⅲ型鋼板樁沿導向框排列。用Dz-60Y型振動錘振動下沉，直至穿過覆蓋層為止。

2、鉆孔階段

（1）安設鉆機，使鉆桿中心重合，其水平位移及傾斜度誤差按規(guī)范要求調(diào)整。

（2）用沖擊鉆鉆孔時，應待相鄰孔位上已灌注好的混凝土凝固并已達到一定強度時，才能開鉆。

（3）鉆孔過程采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進施工技術，在黏土層，適當少投泥土，靠鉆進自行造漿，在砂土層則加大泥漿濃度固壁。鉆進速度始終和泥漿排出量相適應。

（4）孔內(nèi)始終保持0.2kg/cm2的靜水壓力，護筒內(nèi)水位始終高于水庫水位，遇松散地層時，適當增大泥漿相對密度和稠度，盡量減輕沖液對孔壁的影響，同時降低轉(zhuǎn)速和鉆壓以滿足施工質(zhì)量控制要求。

（5）鉆進過程嚴禁孔內(nèi)掉進鉆頭、鉆桿及其他異物，經(jīng)常檢查鉆頭的磨損情況。

（6）鉆進過程隨時留取渣樣，每米不少于1組，在離設計標高1.0~1.5m范圍內(nèi)，每30cm留1組，每根樁渣樣不少于3組。

3、清孔階段

（1）清孔是鉆孔樁施工中保證成樁質(zhì)量的重要一環(huán)。通過清孔盡可能使沉渣全部清除，使混凝土與基巖接合完好，以提高樁底承載力。

（2）終孔后，將鉆頭提至距孔底的0.2-0.3m處，使之空轉(zhuǎn)，然后將殘存在孔底的鉆渣吸出;必要時投入適量純堿以提高泥漿比重和膠結(jié)能力，使沉渣排出孔外。

（3）當鋼筋籠下沉固定后，再次復檢孔深和沉渣厚度等。若沉渣超標，可用導管中附屬的風管再次清孔，直至全部符合設計要求和工藝標準。

（4）清孔結(jié)束前，將泥漿比重調(diào)整到規(guī)定范圍，以保證水下混凝土的順利灌注，同時保證成樁質(zhì)量。

4、鋼筋籠的制作及安裝注意事項

（1）鋼筋籠制作時，主筋連接，樁身縱向受力鋼筋的接頭應設置在樁身受力較小處；接頭位置宜相互錯開，且在35d的同一接頭連接區(qū)段范圍內(nèi)鋼筋接頭不得超過鋼筋數(shù)量的50%；主筋與箍筋應點焊。

（2）鋼筋籠應整體吊裝，吊裝時不得碰損孔壁。鋼筋籠吊放前，必須清除槽底沉渣，孔底沉渣厚度≤200mm。鋼筋籠吊放到設計位置時，應檢測其水平位置和高程是否達到設計要求，檢測合格后應立即固定鋼筋籠，鋼筋籠入孔后至澆筑混凝土完畢的時間不超過4小時。

（3）鋼筋籠在制作、運輸、吊裝過程中應采用有效措施防止鋼筋籠變形。

（4）在鋼筋籠上有預埋鋼筋處應采用聚乙烯泡沫板覆蓋預埋件，以便于需要時鑿出預埋件。

5、灌注混凝土注意事項

（1）砼坍落度18~22cm、粗骨料粒徑小于40mm。

（2）混凝土灌注在二次清孔結(jié)束后30分鐘內(nèi)立即進行。

（3）采用Φ250法蘭式導管自流式灌注混凝土。導管聯(lián)結(jié)要平直，密封可靠；導管下口距孔底30cm~50cm為宜。

（4）首盤澆筑:初灌量必須保證導管底部埋入混凝土中80cm以上，且連續(xù)灌注。

（5）正常灌注混凝土時，導管底部埋于砼中深度宜為2~6m之間。

（6）一次拆卸導管不得超過6m，每次拆卸導管前均要測量砼面高度，計算出導管埋深，然后拆卸。不要盲目提升、拆卸導管，導管最小埋深2.0m。

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