水下鉆孔灌注樁技術(shù)

正循環(huán)泥漿循環(huán)示意圖1）、正循環(huán)正循環(huán)鉆機(jī)是用大比重高濃度的泥漿采用浮力原理將鉆渣上下循環(huán)排到孔外的，鉆渣必須鉆碎到5cm以下顆粒，泥漿比重一般控制在1.2～1.45之間、粘度一般控制在28秒以上。沖擊鉆和小型鉆機(jī)一般都采用正循環(huán)施工。泥漿正循環(huán)工藝詳見左圖所示：反循環(huán)泥漿循環(huán)示意圖

2）、反循環(huán)反循環(huán)鉆機(jī)是用空氣吸力將鉆渣強(qiáng)行排到孔外，并利用泥漿循環(huán)使鉆渣沉淀后再排除，泥漿比重要求小一點(diǎn)，一般控制在1.10～1.15之間、粘度一般控制在18～28秒之間。大型旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)一般采用反循環(huán)施工。泥漿反循環(huán)工藝詳見左圖所示：5、防塌孔及塌孔處理在鉆孔過程中，必須根據(jù)不同的地質(zhì)情況，采取不同的護(hù)壁措施，防止孔壁漏漿塌孔。一般易引起塌孔的地質(zhì)層有砂礫層、覆蓋層和全風(fēng)化巖層。

1）、最易塌孔的部位往往是砂礫地層，因?yàn)樯暗[層透水性強(qiáng)，含土量低，穩(wěn)定性相對較弱，所以當(dāng)鉆孔進(jìn)尺到砂礫層時(shí)，必須根據(jù)砂礫層的地質(zhì)特征，采取有效的護(hù)壁措施；

a首先孔內(nèi)要保持至少2米的水頭（即孔內(nèi)水位比孔外水位或地下水位高2m），使孔內(nèi)泥漿壓力大于孔外水的壓力，防止因外部壓力壓垮護(hù)壁；

b加入優(yōu)質(zhì)粘土或膨潤土（如紅粘土比黃粘土的造漿性能要好），加大泥漿比重和泥漿粘度，必要時(shí)可加入適量的化學(xué)膠，增強(qiáng)泥漿的粘度和護(hù)壁性能；

c如砂礫層密實(shí)度較小，可在加入粘土的同時(shí)加入適量的片石或大粒徑卵石，在沖進(jìn)的過程中把片石或大粒徑卵石擠入孔壁內(nèi)，從而增強(qiáng)孔壁穩(wěn)定性。

d如采取以上措施孔壁仍然出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象時(shí)，可采用粘土中摻入水泥和堵漏劑（一種具有高膨脹率的堵漏材料），同時(shí)多拋片石，用鉆錘反復(fù)沖擊，將堵漏劑和粘土擠入孔壁的砂礫縫隙內(nèi)，直至孔內(nèi)水頭不再下降為止。在1995年杭州錢塘江三橋的施工中曾多次采用過這種堵漏的方法，效果極佳。

2）、一般的河床或湖泊等表層為沖積覆蓋層，覆蓋層一般為腐質(zhì)土，呈塑性軟弱狀，穩(wěn)定性差，因此，鉆孔施工中必須對其采取特殊的護(hù)壁措施，才能防止塌孔。

a對于河水深度較淺，圍堰頂面到覆蓋層底部距離不大的樁孔，應(yīng)采取深埋護(hù)筒進(jìn)行鉆孔施工，把護(hù)筒埋入到覆蓋層底部以下約50cm位置，將覆蓋層與樁孔全部隔離，確保覆蓋層不出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

b對于河水深度較深，圍堰頂面到覆蓋層底部距離較大的樁孔，護(hù)筒難以埋入時(shí)，宜采用特別的護(hù)壁方案進(jìn)行鉆孔施工。當(dāng)樁孔鉆至覆蓋層位置時(shí)，大量加入粘土，并適當(dāng)摻些水泥，同時(shí)拋入粒徑較大的片石，用鉆錘反復(fù)沖擊，將摻入水泥的粘土和片石打入孔壁內(nèi)進(jìn)行護(hù)壁，直到進(jìn)尺出現(xiàn)明顯緩慢為止，這樣即可判斷覆蓋層的護(hù)壁已比較結(jié)實(shí)和穩(wěn)定了c全風(fēng)化巖層一般位于砂礫層和巖層之間，呈軟弱狀（類似淤泥），穩(wěn)定性差，鉆孔時(shí)極易塌孔，為了防止塌孔，必須采取相應(yīng)的處理措施。當(dāng)樁孔鉆過砂礫層后，進(jìn)尺特別快時(shí)，即可判斷進(jìn)入全風(fēng)化巖層。全風(fēng)化巖層的護(hù)壁處理方法類似覆蓋層的護(hù)壁方法。6、成孔驗(yàn)收樁孔鉆至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高位置后，根據(jù)規(guī)范要求一般摩擦樁要超深鉆進(jìn)30～50cm，支撐樁（嵌巖樁）超深不小于5cm。成孔驗(yàn)收技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)允許偏差為：孔中心位置（mm）：群樁100，單排樁50；孔徑(mm)：不小于設(shè)計(jì)樁徑；傾斜度：小于1%孔深；孔深：摩擦樁不小于設(shè)計(jì)、支撐樁超深不小于50mm；沉淀厚度（mm）：摩擦樁：小于設(shè)計(jì)，當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，對直徑≤1.5m的樁，≤300mm，對直徑＞1.5m或樁長＞40m或土質(zhì)較差的樁，≤500mm；支承樁：不小于設(shè)計(jì)規(guī)定；清孔后泥漿指標(biāo)：比重1.03-1.10、粘度17-20Pa.s、含砂率＜2%、膠體率＞98%。二、水下砼灌注施工1、導(dǎo)管及蓄料斗安裝樁孔鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高成孔驗(yàn)收合格后，應(yīng)馬上組織導(dǎo)管安裝，導(dǎo)管安裝前，應(yīng)對導(dǎo)管進(jìn)行水壓試驗(yàn)，確保導(dǎo)管承壓能力和密封性能滿足規(guī)范要求后才能用于施工。導(dǎo)管安裝時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄每節(jié)導(dǎo)管長度、導(dǎo)管節(jié)數(shù)及導(dǎo)管總長度，以便砼灌注過程中隨時(shí)掌握導(dǎo)管埋深和下次拆管長度，確保導(dǎo)管埋深隨時(shí)滿足規(guī)范要求。為了確保首批砼埋管滿足規(guī)范要求，樁基水下砼灌注時(shí)，必須配備足夠大的蓄料桶或蓄料斗，蓄料桶的容量應(yīng)大于埋管1米所需的砼方量（一般要大于1.5倍樁徑）。首批砼灌入時(shí)一般采用拔球法施工，即待蓄料桶盛滿砼料后，用起吊設(shè)備將導(dǎo)管頂料斗底口堵截鋼球瞬間拔除，使砼料快速灌入孔底將孔底導(dǎo)管口馬上封住，并瞬間將導(dǎo)管埋設(shè)至少1米深度，確保孔內(nèi)泥漿與砼完全隔離。水下砼灌注施工詳見如下示意圖：

水下砼灌注施工示意圖

2、二次清孔由于鋼筋籠、導(dǎo)管、蓄料斗等連續(xù)的安裝，使孔內(nèi)泥漿長時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致泥漿內(nèi)的含砂、細(xì)小雜物等出現(xiàn)沉淀。為了確保樁底質(zhì)量，砼灌注前必須進(jìn)行二次清孔，使孔內(nèi)泥漿強(qiáng)烈循環(huán)，把孔底沉淀物及時(shí)排除孔外，確?？椎壮恋砗穸葷M足規(guī)范與設(shè)計(jì)要求。二次清孔的主要技術(shù)指標(biāo)如下：泥漿比重：1.03～1.10

泥漿粘度：17～20Pa.s

泥漿含砂量：小于2%

孔底沉淀厚度：摩擦樁：小于設(shè)計(jì)，當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，對直徑≤1.5m的樁，≤300mm；對直徑＞1.5m或樁長＞40m或土質(zhì)較差的樁，≤500mm；支撐樁：不大于設(shè)計(jì)（一般為不大于5cm）。3、水下砼灌注

a準(zhǔn)備工作鉆孔樁混凝土灌注是成樁的最后一環(huán)，在澆注混凝土之前，要制定更為詳盡的施工作業(yè)指導(dǎo)書，做好充分的準(zhǔn)備工作。提前向混凝土拌和站下達(dá)混凝土生產(chǎn)計(jì)劃，包括數(shù)量，標(biāo)號、質(zhì)量要求、供應(yīng)時(shí)間?；炷凉嘧⒅?，必須準(zhǔn)備好備用供電系統(tǒng)。按二倍澆注樁身混凝土體積備齊砂、石、水泥、外加劑等材料。

b混凝土灌注混凝土灌注一般采用Φ300型快速接口導(dǎo)管，在澆注前進(jìn)行密封耐壓試驗(yàn)，長度測量標(biāo)碼等工作。在澆注混凝土前再次檢查孔度沉渣厚度，如不滿足，則立即利用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔。導(dǎo)管下口離孔底0.25～0.4m，第一批灌注混凝土數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管初次埋置深度（≥1.0m）。灌注開始后，應(yīng)連續(xù)、快速地進(jìn)行，做到一氣呵成。在灌注過程中，要及時(shí)測量混凝土面的高度及上升速度，根據(jù)導(dǎo)管長度，推算和控制埋管深度，導(dǎo)管最大埋深不應(yīng)大于6m，最小埋深不應(yīng)小于2m，施工過程中必須做好詳細(xì)的灌注記錄?；炷撩娼咏摻罟橇旱锥藭r(shí)，為防止鋼筋骨架上浮應(yīng)注意調(diào)整導(dǎo)管的埋深和混凝土灌注速度；待混凝土面上升進(jìn)入鋼筋骨架一定深度后，再按正常速度灌注。樁頂標(biāo)高的確定：對于無系梁的墩臺(tái)，灌注樁頂要比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高多澆注0.5～1.0m，以確保樁頂質(zhì)量，澆注墩柱時(shí)，再將多余部分樁頭鑿除。對于有承臺(tái)、系梁的墩臺(tái)，灌注樁頂要比設(shè)計(jì)承臺(tái)、系梁底標(biāo)高多澆注0.5～1.0m。三、防斷樁及灌注施工各類事故的常用處理方法由于影響水下灌注樁砼灌注施工的因素很多，對其施工過程每一環(huán)節(jié)都必須要嚴(yán)格規(guī)范要求，對各種影響因素都必須有詳細(xì)而周到的考慮，如地質(zhì)因素、鉆孔工藝、護(hù)壁、鋼筋籠的上浮、混凝土的配制、灌注砼標(biāo)高測量等等。否則，在水下砼灌注過程中就會(huì)發(fā)生質(zhì)量事故，小到塌孔、縮徑，大到斷樁報(bào)廢，給項(xiàng)目造成重大損失。所以，施工時(shí)必須嚴(yán)格控制好水下砼灌注過程中的每一道環(huán)節(jié)，避免發(fā)生質(zhì)量事故。灌注水下砼時(shí)，必須確保砼料供應(yīng)連續(xù)及時(shí)，一氣呵成，供料間斷時(shí)間不宜超過45min，否則，將可能出現(xiàn)因堵管現(xiàn)象而產(chǎn)生斷樁。對于誘發(fā)灌注樁質(zhì)量事故的因素，必須在施工初期就徹底清除其隱患，同時(shí)必須準(zhǔn)備相應(yīng)的對策，預(yù)防事故的發(fā)生或一旦發(fā)生能及時(shí)采取補(bǔ)救措施。常見的影響灌注樁質(zhì)量的因素及處理辦法如下：1、砼灌注過程中因機(jī)械故障而供料不及時(shí)：當(dāng)砼灌注施工中遇到砼料不能及時(shí)連續(xù)供應(yīng)(間斷時(shí)間超過45min)，如砼運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、交通堵塞或出現(xiàn)機(jī)械故障（攪拌機(jī)或砼運(yùn)輸車等）等因素，除混凝土中加緩凝劑外，導(dǎo)管埋置深度應(yīng)盡量靠近規(guī)范要求的小值，以2～3m為宜，每隔10～15min將導(dǎo)管上下活動(dòng)幾次，幅度以1.0m左右為宜，防止砼長時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)而提前進(jìn)入初凝。2、導(dǎo)管堵塞：1）、由于砼料不符合要求或供料不連續(xù)導(dǎo)致的導(dǎo)管堵塞：灌注間隔時(shí)間過長或砼料和易性不好等都容易產(chǎn)生堵管現(xiàn)象，因此應(yīng)盡可能提高砼灌注速度，開始灌注砼時(shí)應(yīng)盡量積累大量砼，產(chǎn)生極大的沖擊力可以克服埋管砼和泥漿阻力?？焖龠B續(xù)灌注，使導(dǎo)管底口以上砼和泥漿一直保持活動(dòng)狀態(tài)，可防導(dǎo)管堵塞。當(dāng)發(fā)生堵管時(shí)，如堵塞位置位于導(dǎo)管上部可用鋼筋、鋼管等剛性物體沖擊疏通；如堵塞部位于在導(dǎo)管下部，可采用上下抖動(dòng)導(dǎo)管的方法疏通或在料倉內(nèi)加入大量砼料，再根據(jù)埋管情況適量的提高導(dǎo)管高度，以便加大混凝土壓力的方法來疏通導(dǎo)管。2）、因?qū)Ч苈┧畬?dǎo)致的堵管：導(dǎo)管使用前須做密水試驗(yàn)，灌注前檢查導(dǎo)管是否有漏水、彎曲等缺陷，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)更換。當(dāng)在灌注過程中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管漏水時(shí)，必須馬上檢查漏水位置，如漏水位置在導(dǎo)管底部（底口以上6m以內(nèi)，則應(yīng)馬上加快灌注速度，并加大砼埋深，使導(dǎo)管內(nèi)砼或管外砼面超出漏水處，將漏水口封死防止漏水。如漏水位置在導(dǎo)管較上位置，埋管砼或管內(nèi)砼不可能在短時(shí)間內(nèi)封住漏口，且漏水較大時(shí)，必須當(dāng)機(jī)立斷及時(shí)將導(dǎo)管整體拔出，馬上將漏水部位處理好，然后再將整修完好的導(dǎo)管放入樁孔內(nèi)并插入已灌注的砼中，保證導(dǎo)管埋置深度在2m以上。接著用小的污水泵放入管內(nèi)進(jìn)行抽水，將管內(nèi)泥漿抽干后，繼續(xù)采用首批砼的灌注方法進(jìn)行灌注施工，直至正常翻漿為止。3、導(dǎo)管被卡無法拔升：在灌注過程中，導(dǎo)管的埋置深度是一個(gè)重要的施工指標(biāo)。導(dǎo)管埋深過大，以及灌注時(shí)間過長，導(dǎo)致已灌砼流動(dòng)性降低，從而增大了砼與導(dǎo)管壁的摩擦力，容易造成提升時(shí)連接套環(huán)拉斷或?qū)Ч芷屏讯a(chǎn)生斷樁。因此，導(dǎo)管埋置深度應(yīng)根據(jù)攪拌砼的和易性、初凝時(shí)間、供應(yīng)速度、澆注速度、孔內(nèi)泥漿比重等狀態(tài)來決定，一般情況下，以埋深2～6m為宜。另外，砼灌注施工時(shí)，應(yīng)注意時(shí)?；顒?dòng)導(dǎo)管，防止導(dǎo)管因長時(shí)間停滯不動(dòng)而被砼固結(jié)。一般在待料期間每間隔10～15分鐘活動(dòng)一次導(dǎo)管，并盡可能的保證砼連續(xù)灌注。4、鋼筋籠上浮：一般有兩種情況可以造成浮籠，a）、放料過猛，導(dǎo)致砼灌注到鋼筋籠底時(shí)突然猛烈沖擊鋼筋籠，造成浮籠；b)、水下灌注樁在澆注過程中埋管深度范圍內(nèi)的混凝土為整體柱狀抬高時(shí)，使砼與鋼筋籠間的內(nèi)摩阻偏大，可能造成砼與鋼筋籠同時(shí)上升的現(xiàn)象。因此在灌注過程中，應(yīng)隨時(shí)關(guān)注鋼筋籠情況，適當(dāng)控制導(dǎo)管埋置深度，減少與鋼筋籠有相對位移的砼量。如發(fā)現(xiàn)有浮籠現(xiàn)象，應(yīng)馬上減少埋管深度或放慢澆筑速度，同時(shí)對鋼筋籠施壓，避免鋼筋籠繼續(xù)上浮。5、砼拌制不符合要求：砼拌制過程中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行計(jì)量，粗骨料最大粒徑應(yīng)小于40mm，細(xì)骨料應(yīng)采用級配好的中砂，砼坍落度宜控制在18～21cm之間，確保新拌制出來的砼料有良好的和易性和流動(dòng)性，避免砼出現(xiàn)離析現(xiàn)象。6、樁身存在夾渣或夾泥現(xiàn)象：產(chǎn)生這種情況的主要原因有：1)、泥漿比重過大，如泥漿中含較大的泥塊，增加了灌注砼上升的阻力，因此，在施工中經(jīng)常發(fā)生流動(dòng)不暢和輕微堵管等現(xiàn)象，為了解決這種堵管現(xiàn)象，一般采用提取導(dǎo)管上下振擊來使砼灌入，但這就有可能使導(dǎo)管法蘭盤反復(fù)在泥漿和砼接觸面上下