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1、鉆孔灌注樁成孔方法、施工工藝及其應(yīng)用 一、說明 近幾年來，伴隨中國西部大開發(fā)，我區(qū)高速公路新建工程迅猛發(fā)展，橋梁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)也越來越來。一九九九年十月至二OOO年三月本人參與了石中高速公路南段I協(xié)議段施工，當(dāng)初已臨近冬季，所以，路基工程只進行了軟基處理、填前碾壓及兩板土方填筑工作，將工作關(guān)鍵放在了橋梁下部結(jié)構(gòu)施工任務(wù)上。全段起點K107+500，終點K112+615，共有一座中橋，兩座分離式立交橋，八座通道橋，均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，中橋分離式立交橋橋臺樁徑120cm，橋墩樁徑150cm，通道橋橋墩，臺樁徑120cm，共228根樁基。設(shè)計樁基長度為17m-26m。其地質(zhì)情況表層為粘土層，5 m往2、下為細中砂層，12m以下為卵石層。 二、成孔關(guān)鍵施工方法 鉆孔灌注樁關(guān)鍵是鉆孔。鉆孔方法可歸納為三種類型：即沖擊法、沖抓法和旋轉(zhuǎn)法。沖擊法系用沖擊鉆機或卷揚機帶動沖錐，借助錐頭自重下落產(chǎn)生沖擊力，反復(fù)沖擊破碎土石或把土石擠入孔壁中，用泥漿浮起鉆渣，用抽渣筒或空氣吸泥機排出而形成鉆孔。沖抓法采取沖抓錐靠自重產(chǎn)生沖擊力，切入土層或破碎層，葉瓣抓土、棄土以形成鉆孔。旋轉(zhuǎn)法系用人力或鉆機，經(jīng)過鉆桿帶動錐或鉆頭旋轉(zhuǎn)切削土壤，用泥漿浮起排出鉆渣形成鉆孔。每種方法又因動力和設(shè)備功效不一樣，而分為多個。我們能夠依據(jù)多種鉆孔方法實用范圍和特點，結(jié)合機具設(shè)備供給情況，設(shè)計和工期要求和土層情況，來選擇正確鉆孔方法。3、近幾年在中國，成孔方法也有好幾十種，下面我就簡單介紹一下在I協(xié)議段鉆孔灌注樁施工中所采取多個鉆進方法。正循環(huán)回轉(zhuǎn)法所謂正循環(huán)回轉(zhuǎn)法，就是利用鉆具施轉(zhuǎn)切削土體鉆進，泥漿泵將泥漿壓進泥漿籠頭，經(jīng)過鉆桿中心從鉆頭噴入鉆孔內(nèi)，泥漿挾帶鉆渣沿鉆孔上升從護筒頂部排出至沉淀池，鉆渣在此沉淀而泥漿流入泥漿池循環(huán)使用。其適合土層為粘性粉砂、細、中、粗砂，含少許砂石、卵石（含量少于20%）土、軟巖等。當(dāng)遇巖層時，采取牙輪鉆頭也可鉆進。在實際施工中，K107+507.5分離式立交橋3#臺，K109+839.1分離式立交橋0#臺共24根鉆孔灌柱樁為經(jīng)典正循環(huán)回轉(zhuǎn)法牙輪三冀鉆頭鉆進施工。其特點是鉆進和排渣同時連續(xù)進行，4、在適用土層中鉆進速度較快，但需設(shè)置泥漿槽，沉淀池等，施工占地較大，且機具設(shè)備較復(fù)雜。鉆孔時相對其它工藝鉆孔工程用水量較大，從施工情況來看，采取正循環(huán)回轉(zhuǎn)法牙輪鉆頭施工還是比較合理，適合當(dāng)初地層情況，且工作效率較高。反循環(huán)回轉(zhuǎn)法和正循環(huán)回轉(zhuǎn)法不一樣是反循環(huán)回轉(zhuǎn)法是漿泥漿輸入鉆孔內(nèi)，然后從鉆頭鉆桿下口吸進，經(jīng)過鉆桿中心排出至沉淀池內(nèi)。其適合土層為粘性土、砂類土，含少許礫石卵石（含量少于20%、粒徑小于鉆桿內(nèi)徑3/2）土、軟巖等，當(dāng)遇巖層時，采取牙輪鉆頭也可鉆進。K108+047.8（2-8+8）m通道橋。K109+839.1分離式立交橋2#墩、3#臺共34根鉆孔灌注樁為經(jīng)典反循環(huán)回轉(zhuǎn)法牙輪鉆頭施工5、。從施工情況來看，其鉆進和排渣效率較高，但接長鉆桿時裝卸麻煩，鉆渣輕易堵塞管路，對機械有嚴(yán)重磨耗，這是反循環(huán)回轉(zhuǎn)法缺點。另外，因泥漿是從上向下流動，孔壁坍塌可能性較大，為此需用較高質(zhì)量泥漿，依據(jù)地質(zhì)改變和鉆進速度不停調(diào)整泥漿比重，確保鉆渣懸浮和孔內(nèi)護壁。施工中，專門安排了試驗工不停地檢驗鉆進進度立即調(diào)整泥漿比重，以防發(fā)生意外。從結(jié)果來看，這種方法特點為鉆進比較快，機體較輕，便于安裝運輸。但因其鉆進時接長鉆桿裝卸麻煩，影響鉆進速度，且其工程用水及泥漿用量較大，經(jīng)濟效益通常。沖擊錐法在I協(xié)議段中，K107+507.5分離式立交橋0#臺、K108+563.3(2-8+8)m通道橋、K110+256(6、6-16.0)m惠農(nóng)渠中橋共74根鉆孔灌注樁為經(jīng)典沖擊錐法鉆孔。沖擊錐法適適用于各類土層，在寧夏地域應(yīng)用比較普遍。沖擊錐法又分為實心錐和空心錐兩種，實心錐適適用于漂、卵石和軟巖層；空心錐（管錐）適適用于其它土層。在I協(xié)議段沖擊錐法施工中全部采取了實心錐。在沖擊錐下沖時有些鉆渣被擠入孔壁，起到加強孔壁并增加土層和樁間側(cè)摩阻力作用。但不能鉆斜孔，鉆一般土層時，進度比其它方法全部慢，鉆大直徑孔時，需采取先鉆小孔逐步擴孔措施（分級擴孔法）。因為設(shè)計鉆孔灌柱樁孔徑橋臺樁為1.20m，橋墩樁為1.5m，所以一般采取二級擴孔法。先是使用1.0m和 1.3m鉆頭鉆進，再采取1.2m和1.5m鉆頭擴孔，這種方法7、即使比正、反循環(huán)轉(zhuǎn)法設(shè)備、鉆架矮小、輕便，但其擴孔時較難掌握，尤其是地層情況不太好情況下尤為顯著，輕易造成縮孔或孔內(nèi)坍孔。所謂縮孔就是鉆孔孔徑小于設(shè)計孔徑，使鋼筋籠無法正常下落安放，這就要求作業(yè)隊不管采取何種鉆進方法，在鉆孔樁達成設(shè)計深度后，一定要先用驗孔器進行驗孔，達成要求孔徑時才能進行清孔工作。有些作業(yè)隊為了節(jié)省工序，而忽略了驗孔器驗孔工作。當(dāng)出現(xiàn)縮孔鋼筋籠無法下放時，便強行安放，結(jié)果造成井壁刮傷，使孔底沉淀厚度大大高于設(shè)計要求，鋼筋籠保護層厚度不夠，而且輕易造成坍孔事故。如K108+563.3通道橋0#臺6#樁在施工中就出現(xiàn)了縮孔，作業(yè)隊為了趕工期，未進行驗孔器驗孔，即進行了清孔工作，加8、上現(xiàn)場施工技術(shù)員責(zé)任心不強，而使鋼筋籠下放幾米后再也無法下落，被迫進行第二次擴孔，造成極大返工浪費。因沖擊錐、沖抓錐或掏渣筒吊繩松放過長，撞擊孔壁或其它原因可能會引發(fā)坍孔。坍孔跡象就是孔內(nèi)水位驟然降落，并冒細密水泡，長時間內(nèi)鉆進深度很小，鉆機負荷顯著增加，甚至錐頭運輸不起來，尤其在砂性土等松散地基中常易發(fā)生坍孔。如K110+256惠農(nóng)渠中橋就因地質(zhì)及施工不規(guī)范而數(shù)次發(fā)生孔內(nèi)坍孔事故，其預(yù)防方法為，當(dāng)孔口發(fā)生坍塌，致使護筒傾斜，則應(yīng)立即用粘土回填，扶正護筒，嚴(yán)重時應(yīng)挖起護筒，重新按要求埋置后再鉆孔。當(dāng)孔內(nèi)發(fā)生坍塌，但情況不嚴(yán)重時，可回填至坍孔位置以上1-2m，并加大泥漿比重繼續(xù)鉆進；情況嚴(yán)重時，9、應(yīng)將鉆孔全部用砂夾粘土或小礫石夾粘土回填，經(jīng)35天稍密實后，再重新鉆孔。另外，沖擊錐法施工時還易出現(xiàn)問題就是：鉆孔雖未出現(xiàn)坍孔事故，但因為在掏渣時沖錐上下往返擺動，撞擊孔壁，常常使孔內(nèi)直徑大于設(shè)計樁徑。這么在灌注水下砼時就出現(xiàn)了超料現(xiàn)象，造成極大經(jīng)濟損失。在I協(xié)議鉆孔灌注樁施工中，通常采取沖錐法成孔樁基均出現(xiàn)了不一樣程度超料現(xiàn)象，這給施工單位帶來了極大經(jīng)濟損失及負面影響。沖抓錐法沖抓錐法是一個由三片六片可開閉抓土瓣所組成重抓土斗，錐頭重量通常為1.52.8t,沖抓錐在鉆機上由帶有離合器卷揚機提升，至一定高度后放松吊繩，錐頭借自重墜落。墜落時讓抓土瓣合攏，即可沖土；若使抓土瓣張開插入土中，在提升10、時抓土瓣能自動合攏將土抓起，再棄于孔外。此法可用于土層較密實，用旋轉(zhuǎn)法效果較差時。但不能鉆斜孔，鉆孔深度超出20m后，其鉆孔進度大為降低；當(dāng)孔內(nèi)碰到漂石或探頭石時沖抓較困難，需改用沖擊錐鉆進。K107+507.5分離式立交橋0#臺12#樁前期采取就是沖抓錐法施工。當(dāng)鉆孔深度超出20m后，其速度大大降低，以后又碰到探石頭，加之井底有鉆落物無法打撈，鉆孔已無法繼續(xù)進行。在承包隊資金困難，施工單位又組織不利情況下，為預(yù)防坍孔而被迫撤離鉆機，將鉆孔重新回填砂夾粘土，經(jīng)3天后重新?lián)Q上沖擊錐魚尾鉆頭進行施工，大大影響了施工進度。當(dāng)初因為工期緊，任務(wù)重，施工單位組織鉆機種類比較多，但成孔方法基礎(chǔ)以正、反循環(huán)11、回轉(zhuǎn)法及沖擊錐法三種為主。當(dāng)然，還有其它成孔方法也逐步開始在寧夏高等級公路上實施應(yīng)用，比如人工挖孔樁在中郝高速公路同心境內(nèi)應(yīng)用就比較普遍，而且效果相當(dāng)不錯，這里就不另做介紹。另外，國產(chǎn)及國外越來越優(yōu)異鉆機類型也開始逐步在寧夏區(qū)內(nèi)推廣和應(yīng)用。二、鉆孔灌注樁施工工藝。三、鉆孔灌注樁施工工藝 1、鉆孔準(zhǔn)備 平整場地，整修道路。依據(jù)自然地面高程，樁頂設(shè)計標(biāo)高來確保鉆孔多種設(shè)備、材料擺放。搭設(shè)鉆孔灌注樁工作平臺應(yīng)滿足以下要求：、鉆孔灌注樁在旱地時、應(yīng)清除雜物，換除軟土，整平扎實。、鉆孔灌注樁在斜坡時，可用枕木、型鋼反搭工作平臺。 (3)、鉆孔灌注樁在淺水時，宜采取圍堰筑島法施工，且島面須高出水位米為宜，12、并確保工作平臺牢靠穩(wěn)定，承受工作時動荷載和施工機械安全進出。2、樁位復(fù)核依據(jù)設(shè)計圖紙測量坐標(biāo)，用全站儀和經(jīng)過檢驗鋼尺在平整扎實工作平臺上按設(shè)計樁位定出樁位中心，并用十字垂直線固定延長護樁不少于四根，護樁上釘上鐵釘并用混凝土灌注保護，經(jīng)監(jiān)理工程師復(fù)核認可后，交鉆進班組保護現(xiàn)場樁位。3、護筒埋設(shè)鉆進工班依據(jù)測定樁位中心，埋設(shè)護筒程序及滿足要求以下：（1）、留樁挖護筒：護筒采取0.5-0.8厘米厚鋼板制做，護筒內(nèi)徑大于樁徑30-40厘米，護筒長度2-6米。（2）、安裝護筒：護筒下沉采取吊車進行，護筒就位按十字垂直線方向檢驗并在護筒口用漆標(biāo)點，方便隨時檢驗鉆孔偏位情況。埋設(shè)好護筒平面位置偏差小于5厘米13、，護筒垂直度偏差小于1%。護筒埋設(shè)長度依據(jù)地質(zhì)應(yīng)在2.0-6.0米范圍，以確保不塌孔為宜。護筒在旱地時頂端高度高出地面30厘米，并高出地下水位米。（3）、挖掉中心留土。（4）、在井口5m以外開挖泥漿池和沉淀池，在護筒缺口和泥漿池之間用泥漿溝連接起來。4、泥漿（1）、鉆孔灌注樁成孔采取泥漿護壁，材料用塑性指數(shù)大于15以上優(yōu)質(zhì)紅粘土、膨脹土和外加劑組成。沖擊鉆成孔應(yīng)在孔口備足紅粘土待用，旋轉(zhuǎn)鉆成孔應(yīng)準(zhǔn)備1座以上沉漿池，每座泥漿池內(nèi)有泥漿泵，并備足粘土等候用。（2）、對孔內(nèi)泥漿或池內(nèi)泥漿隨時檢驗其比重、粘度、含砂率、失水率，依據(jù)試驗結(jié)果不停立即調(diào)整孔內(nèi)泥漿稠度等。5、鉆具及配套設(shè)備不管采取何種鉆孔方14、法，如回旋鉆或沖擊鉆，須含有鉆頭兩個，另外要有配套發(fā)電機兩臺，強制式砼攪拌機一臺，滾筒式攪拌機一臺，12噸以上吊車一輛。6、鉆前準(zhǔn)備（1）、鉆機就位前，應(yīng)對鉆機各項準(zhǔn)備工作進行檢驗，包含場地部署和鉆機座落處平整和加固，關(guān)鍵機具檢驗，安裝和調(diào)試，配套設(shè)備就位及水電供給接通等。（2）、鉆機就位時，底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，在鉆進和運行過程中不應(yīng)產(chǎn)生位移和沉陷。回旋鉆機頂部起吊滑輪線、轉(zhuǎn)盤中心和樁位中心三者應(yīng)在同一鉛垂線上，其偏差不得大于2厘米。7、鉆進（1）、一直保持孔內(nèi)水量，以維持護筒內(nèi)應(yīng)有水頭壓力，依據(jù)地質(zhì)改變和鉆進速度不停調(diào)整泥漿比重，確保鉆渣懸浮和孔內(nèi)護壁。（2）、注意鉆桿接頭緊固密封，預(yù)防漏水和15、鉆桿松脫。（3）、鉆機運轉(zhuǎn)時，隨時檢驗孔徑和鉆孔傾斜度，做好鉆孔統(tǒng)計和交接班統(tǒng)計。8、成孔檢驗和清孔（1）、鉆孔樁達成設(shè)計深度，對孔徑、孔位、孔深和傾斜度進行檢驗驗收并填寫具體終孔統(tǒng)計。（2）、對檢驗驗收合格孔即可進行清孔，清孔方法有掏渣清孔法、抽（換）漿清孔法。掏渣清孔法適適用于沖擊鉆孔初步清孔，掏渣前可投入水泥1-2袋，再用鉆頭沖擊數(shù)次，使孔內(nèi)泥漿、鉆渣和水泥形成混合物，然后用掏渣筒掏渣。抽（換）漿清孔法適適用于循環(huán)鉆孔，將相對密度較低，（）泥漿壓入，把孔內(nèi)懸浮鉆渣和相對密度較大泥漿換出。清孔排渣時必需連續(xù)不停補水，一直保持孔內(nèi)水頭，預(yù)防塌孔事故。不得用加深孔底深度方法替換清孔。（3）、灌16、注水下砼前，孔底沉淀厚度小于設(shè)計要求，超出時必需重新清孔。經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗確定樁孔滿足圖紙設(shè)計要求即可進行澆注水下砼準(zhǔn)備工作。9、水下砼澆注（1）、對檢驗驗收合格已清好孔即可進行鋼筋籠安放焊接。在骨架上端，要依據(jù)護筒頂標(biāo)高和骨架頂標(biāo)高并考慮焊接搭接長度設(shè)置吊環(huán)和固定桿并牢靠定位。骨架吊裝前須對骨架進行全方面檢驗，骨架檢驗必需滿足設(shè)計圖紙質(zhì)量要求，骨架接頭焊接、搭接長度符合規(guī)范要求，骨架吊裝用吊車進行，安放時必需保持骨架垂直度。（2）、導(dǎo)管吊裝采取吊車進行，（對第一次使用導(dǎo)管必需做水密性試驗），導(dǎo)管接頭密封圈安放牢靠、正確，并涂滿黃油確保其不漏水、透水。（3）、第一批砼澆注按要求計算須有一定儲量17、，砼拌合運至澆注點時，應(yīng)預(yù)防其離析結(jié)塊，檢驗其均勻性和坍落度（坍落度大于18cm和小于21cm），導(dǎo)管內(nèi)砼必需確保無汽泡和水泡情況下充滿底部，導(dǎo)管在砼中埋深大于2.0m且小于6.0m，隨時測量并統(tǒng)計導(dǎo)管埋置深度和砼表面高度，導(dǎo)管每次拆除后必需將導(dǎo)管安放樁孔中心，預(yù)防提升導(dǎo)管時骨架上升和影響砼澆注質(zhì)量。（）、鉆孔樁水下混凝土澆注應(yīng)連續(xù)進行，并配置澆注混凝土?xí)r所用全部電量發(fā)電設(shè)備，配置混凝土運輸設(shè)備及其它對應(yīng)設(shè)備待用，預(yù)防因停電或其它設(shè)備事故使?jié)沧⒅兄箷r間過長造成混凝土澆注質(zhì)量事故。每樁砼澆注完成后，樁頂砼標(biāo)高必需高出設(shè)計樁頂50-100cm以上，其高度可于砼強度達成5Mpa以后鑿除一部分，但須保18、留不少于高出樁頂10cm以上，以確保樁頂砼質(zhì)量，鉆孔樁施工完成后即可填寫成質(zhì)檢驗收匯報。（5）、鉆孔灌注樁水下混凝土配制中水泥用量、含砂率、水灰比、坍落度均滿足設(shè)計圖紙要求或橋梁施工規(guī)范要求要求。混凝土含砂率宜采取40%-50%，水灰比采取，坍落度為18-20cm。（6）、灌注首批砼時，應(yīng)注意下列事項：a、導(dǎo)管下口至孔底距離通常宜為25-40cm。b、導(dǎo)管埋入砼中深度不得小于1米。（7）、灌注砼途中發(fā)生下列故障時，在可能條件下立即進行處理：a、首批砼灌注后導(dǎo)管進水時，應(yīng)將已灌注砼吸出，重新進行灌注。b、在砼面處于井孔水面以下不很深情況下導(dǎo)管進水時，可采取底塞隔水方法，并外加一定壓力重新插入導(dǎo)管19、，恢復(fù)灌注。（8）、處于地面及樁頂以下護筒，應(yīng)在灌注砼完后立即拔出；處于地面以上護筒，待砼抗壓強度達成5Mpa后方可拔出。四、鉆孔施工中注意事項鉆孔是施工中一道關(guān)鍵工序，是高質(zhì)量、高速度關(guān)鍵。用旋轉(zhuǎn)錐鉆孔，初鉆時應(yīng)用卷揚機吊住鉆具，控制鉆進速度，并常常檢驗鉆具是否垂直。在施工中鉆進速度還應(yīng)按地質(zhì)情況加以控制，預(yù)防鉆機負荷超載、鉆桿擺動、鉆孔偏斜及卡鉆等情況發(fā)生。比如用反循環(huán)旋轉(zhuǎn)錐鉆孔時，若為粘土層，應(yīng)中速鉆進，泥漿宜稀；對孔壁易坍塌砂性土和軟土，應(yīng)低速鉆進，泥漿比重應(yīng)大些；對粉砂土層，更應(yīng)注意控制鉆進速度，以防坍孔；如遇亞粘土并夾有卵石、礫石時，可能會出現(xiàn)鉆桿跳動、大搖擺和偏移況象，故宜低速慢20、進。用沖抓錐或沖擊錐鉆進，開始時進度不宜太快，應(yīng)該用小沖程，通常提錐高度為，每分鐘沖擊20-25次，預(yù)防錐頭撞擊護筒，進鉆到一定深度后，孔壁起導(dǎo)向作用，起、落鉆錐速度要均勻。通常見中沖程（提錐高23m）,但在砂土層中沖抓時，宜用0.51.0 m較小沖程。如鉆機良好，土層堅硬，可用45 m較大沖程，方便把卵石、巖石擊碎。當(dāng)鉆到靠近孔底標(biāo)高時，要尤其謹(jǐn)慎小心，預(yù)防發(fā)生坍孔意外事故。注意鉆桿接頭緊固密封，預(yù)防漏水和鉆桿松脫。鉆機運轉(zhuǎn)時，依據(jù)地質(zhì)改變和鉆進速度，合適調(diào)整鉆桿壓力和錐頭補焊，隨時檢驗孔徑和鉆孔傾斜度，做好鉆孔統(tǒng)計和交接班統(tǒng)計。在整個鉆孔過程中，依據(jù)鉆孔方法、地質(zhì)改變和鉆進速度不停調(diào)整泥漿21、比重（各項泥漿性能指標(biāo)見下表），以保持鉆渣懸浮和孔內(nèi)護壁。一直保持孔內(nèi)水位高于孔外，以保持護筒內(nèi)應(yīng)有水頭壓力。泥漿性能指標(biāo)鉆孔方法地層情況相對密度粘度（S）含砂率（%）失水率（ml/30min）正循環(huán)、沖 擊粘性土16-228-425砂土、碎石土、卵石、漂石19-288-415粘性土16-20420反循環(huán)砂土19-28420碎石土20-35420 當(dāng)鉆到設(shè)計標(biāo)高時，通常要再下鉆，經(jīng)現(xiàn)場檢驗確定孔底土質(zhì)已符合設(shè)計要求，應(yīng)立即進行下一遍工序清孔。清孔目標(biāo)是把沉淀在孔底鉆渣和泥漿盡可能清除掉，以免影響混凝土質(zhì)量和樁承載力。清孔排渣時必需連續(xù)不停補水，一直保持孔內(nèi)水頭，預(yù)防塌孔事故。不得用加深孔底深度方法替換清孔。總來說，鉆孔必需在孔位，孔徑、孔形、孔深等方面全部能滿足設(shè)計要求。所以在鉆孔中必需采取有效方法，合理選擇鉆進方法，以盡可能降低事故發(fā)生。尤其尤其注意確保鉆進垂直度。施工單位要充足考慮本身情況、工程地質(zhì)特點，認識到地域差異，因地制宜地合理進行施工組織設(shè)計方案，從而確保工程質(zhì)量，更經(jīng)濟、更有效地完成鉆孔施工任務(wù)。