浅析桥梁钻孔灌注桩施工工艺

摘 要：钻孔灌注桩具有单桩承载力高、稳定性好、沉降量小、受施工水位或地下水位高低的影响较小，适应范围广等优点, 在道路桥梁工程中得到广泛应用。通过桥梁工程实例, 对灌注桩的施工技术进行介绍, 并总结相应经验，以保证工程质量。

关键词： 钻孔灌注桩， 桥梁桩基，施工技术

1. 前言

钻孔灌注桩在我国现阶段的公路桥梁基础施工中应用非常广泛的一种桩基施工技术。灌注桩属于隐蔽工程，由于影响灌注桩施工质量的因素很多，对其施工过程每一环节都必须要严格要求，对各种影响因素都必须有详细考虑，如地质因素、钻孔工艺、护壁、泥浆、钢筋笼上浮、混凝土配制、灌注等。若稍有不慎或措施不严，就会在灌注中发生质量事故，小到塌孔、缩颈，大到断桩报废，造成重大损失，以致影响工期并对整个工程质量产生不利影响。所以，必须高度重视并严格控制，按照相应的施工流程进行，尽量避免发生事故及减少事故造成的损失，以利于工程的顺利进行。

2. 工程概况

棠口1#桥起点桩号为K23+388.5,终点桩号为K23+905.5全长517m。该桥平面部分位于Ls=140m、R=750m、Ls=160m的缓和曲线内。上部采用30m预应力混凝土T梁，下部桥墩采用双柱墩，桩基础。桥台为柱台、U台、板凳台，桩基础。桩径1.2―2.2m，桩长15―29m，桩基78根，总桩长1588.5米，嵌岩151.2米，全桥为钻孔灌注桩基础。

3. 工程钻孔灌注桩施工工艺

钻孔灌注桩的施工程序：平整场地测量放样泥浆制备埋设护筒铺设工作平台安装钻机并定位钻进调整泥浆比重泥浆循环成孔清孔并检查成孔质量下放钢筋笼安放导管计算首批混凝土量安装料斗灌注水下混凝土拔出护筒质量检查。

3.1 设备及钻具的选择

混凝土灌注所需施工设备要求配套并且完好，这是保证灌注水下混凝土质量的基本前提。要重点强调以下施工设备的质量:

(1) 备用发电机数量充足。要保证工地的备用发电机性能良好, 足以应付施工中可能发生的断电情况,这样可以防止灌注时间延误, 避免断桩事故。

(2) 注意混凝土拌和机类型的选择, 宜选用大容量拌和机, 保证混凝土的连续灌注。对混凝土拌和机在每次使用前都应进行认真的检查维修。

(3) 导管是灌注水下混凝土的重要工具,其直径大小要根据灌注强度要求进行选择(－般在300mm) 。要求导管应具备足够的强度和刚度、且密封性良好, 管壁光滑、导管平直, 无穿孔裂纹, 导管接口处应有弹性垫圈密封。如果导管接头密封不严, 焊缝破裂, 泥浆或水从接头或焊缝中浸入会引起桩基质量事故, 因此施工之前必须要进行水密、承压和接头抗拉试验。

(4) 储料斗、漏斗、必须计量满足首批混凝土埋管要求，有关灌注机具使用前都应进行检查, 以保证施工安全和施工质量。

(5) 目前常用的钻具有旋转钻、冲击钻及冲抓钻3种类型。根据工程土质情况、桩基直径、桩长选用适合的机械。本桥桩径2.2 m, 桩长15～25m, 河床底1～4 m为弱风化粉砂泥岩, 下为弱风化细砂岩, 岩石致密坚硬抗冲击力强。根据地质、气候及水文特征主要选用了冲击钻(大刃脚一字型冲击钻) 。

3.2 施工准备工作

3.2.1 场地准备

施工前将平整好场地,以便安装钻机。本桥位2#～4#墩处于水中,且水深常年在6～7m左右,采用土袋围堰筑岛,用粘土修筑一条长30 m、顶宽5m的E形岛,并压实,平台高于常水位1.5m,填土外部包编织袋,以防冲刷。若墩台位于无水岸滩,钻机位置处应清除杂物、换填软土、平整夯实,场地有浅水时,可用土或草袋围堰筑岛；场地有深水或陡坡时,可用木桩或钢管桩架设平台,水深但水流平稳时,条件许可,也可将施工平台设在浮船上(需计算结构强度、刚度,验算稳定性)。本工程2#墩处于浅水使用围堰筑岛,3#～4#墩处于深水因此采用钢管桩架设平台。

3.2.2 埋置护筒

护筒制作要求：坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便并能重复使用，宜采用钢板卷制。这里采用直径为2.5m，长度2―8m的钢护筒。护筒的作用:

1) 固定桩位,并作钻孔导向；

2) 保护孔口防止孔口土层坍塌；

3) 隔离孔内孔外表层水，并保持孔内水位高出施工水位以稳定孔壁。

护筒埋置需注意事项：护筒平面位置埋设准确(偏差不大于50mm) ,倾斜度应不大于1%。护筒埋设深度为2～4m。护筒顶部标高应高出施工期最高水位1.5～2.0m。在旱地和筑岛处埋设护筒，可采用挖坑埋设法实测定位，且护筒底和四周用粘土分层夯填密实,使底口处不漏失泥浆。

3.2.3 制备泥浆

在0#台、1#墩、5#墩、8#墩、10#台的位置修建泥浆池。泥浆最好采用优质纯粘土或膨润土,若没有好的纯粘土或膨润土,可掺配少量添加剂改善泥浆的性能。泥浆在钻孔中的作用: 具有浮悬钻渣、冷却钻头、钻具，增大静水压力，并在孔壁形成胶泥，具有护壁作用,隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。比重在1.1～1.3之间,由于本桩基处于粉砂岩及弱风化砂岩层中,泥浆比重为1.3左右。粘度在22～30Pa/S, 含砂率≤4%。

3.2.4 安装钻机

在钻孔过程中, 成孔中心必须对准桩位中心, 钻机必须保持平稳, 不发生位移、倾斜和沉陷。钻机安装就位时, 应详细测量, 冲击钻钻架用缆风绳将四角拉紧，底座用枕木垫实塞紧, 并在钻进过程中经常检查，以保证钻机运转中孔位中心不产生移位。

3.3 钻孔施工

利用钻锥不断地提锥、落锥反复冲击孔底土层,把土层中泥砂、石块挤向孔壁或打成碎渣,钻渣悬浮于泥浆中,利用泥浆泵循环泥浆，渣石沉淀在沉渣池内用挖土机挖出运往弃渣场填埋,重复以上过程冲击钻进成孔。钻机运行时，根据地质变化与钻进速度，适当调整冲击钻冲程，经常进行锥头补焊，随时检查孔径和钻孔倾斜度，做好钻孔记录与交接班记录。在钻孔过程中应防止坍孔、孔形扭歪或孔斜,甚至把钻头埋住或掉进孔内等事故,因此要注意下列各点:

(1)在钻孔过程中,始终保持孔内外的水位差和泥浆浓度,以起到护壁固壁作用, 防止坍孔。

(2)在钻孔过程中,应根据地质勘探情况控制钻进速度、调整泥浆稠度,防止坍孔、钻孔偏斜、卡钻等情况发生。

(3)钻孔宜一气呵成,不宜中途停钻以避免坍孔,若坍孔严重应回填重钻。

(4)钻孔过程中应加强对桩位、成孔情况、嵌岩深度处理的检查工作。终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底情况按质量标准进行检查。合格后立即清孔、安放钢筋笼、灌注砼。

3.4 清孔及吊装钢筋笼

在终孔检查完全符合设计要求时，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。清孔的目的是除去孔底沉淀的钻渣和泥浆, 以保证灌注的砼质量及承载力。钻孔完成后不再进尺,继续循环换浆清渣,直至达到清理泥浆的要求(泥浆比重在1.03--1.1之间)。根据实际情况采用抽浆清孔、换浆清孔、喷射法清孔、砂浆置换钻渣法清孔等适合的方法。清孔时要注意的要点:

(1)清渣时必须保持孔内水头，防止坍孔；

(2)灌注砼前应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度；

(3)不得用加深孔底的方法代替清孔。

钢筋笼的制作应按设计要求预先制成钢筋骨架,用大吨位吊车吊入钻孔内就位,校正钢筋笼的位置并固定,防止灌注砼时钢筋笼上浮。若钢筋笼超过吊车的最高长度,钢筋笼宜分段安装,焊接就位。焊接时注意声测管连接顺直、密封以免对后续质量检查造成缺陷。

3.5 灌注水下砼

终孔后待钢筋笼安装就位,接着安装导管。导管内径为30cm的钢管,壁厚4 mm, 每节2m,另有调整节,长度0.5m～1.0m,最下面一节为4.9m,根据孔深确定导管长度。导管两端用螺旋丝口连接,并垫橡皮圈保证不漏水。导管使用前应进行水密承压和街头抗拉试验，严禁采用压气试压。将导管居中插入到离孔底0.2m～0.3m (不得插入孔底沉淀的泥浆中),导管上口接漏斗,并设隔水栓。待漏斗中混凝土储备量足够后,放开隔水栓, 混凝土从漏斗底迅速下落,孔内水位骤涨外溢,说明混凝土灌入孔内。足够数量的混凝土将导管内水全部压出,并使导管下口埋入孔内混凝土内1m以上,随着砼不断通过导管灌入孔内,孔内初期灌注的砼及上面的水、泥浆不断被顶托升高, 不断提升导管和拆除导管,直至钻孔灌注砼完毕。

灌注水下砼是钻孔灌注桩施工最后一道关键性的工作,其施工质量严重影响桩的质量,必须注意以下几点:

(1)混凝土材料的要求:认真做好水下混凝土配合比设计,混凝土必须具有良好的流动性及和易性。粗集料宜选用卵石,如采用碎石宜适当增加混凝土配合比中的含砂率，粗集料最大粒径不应大于导管内径的1/6～1/8和钢筋最小净距的1/4，同时不应大于37.5mm。坍落度D＜1.5m时宜为180--220mm，D≥1.5m时宜为160--200mm。本桥每立方米混凝土水泥用量为306kg,水胶比为0.50,砂率为40%。C25水下混凝土配合比:PO42.5水泥:中砂:碎石:粉煤灰：外加剂：水=1∶2.65∶3.43∶0.18∶0.01∶0.59。

(2)水下混凝土灌注时间不得超过首批混凝土的初凝时间

(3)混凝土必须拌合均匀,尽可能缩短运距和减少颠簸,防止混凝土离析。运至灌注地点时，应检查均匀性和坍落度，不符合要求不得使用。

(4)首批混凝土数量应能满足导管首次埋置深度1.0米以上需要。

(5)灌注混凝土必须连续作业,不得中断。

(6)在灌注过程中,应保持孔内水头高度。埋管深度宜控制在2～6m。要随时测量和记录孔内混凝土高度和导管入孔长度,以控制和保证导管埋入混凝土内有适当的深度,防止导管提升过猛,管底提离混凝土面或埋入过浅, 而使导管内进水造成夹泥断桩。也要防止导管埋入过深,造成管内混凝土压不出或导管被混凝土埋住不能提升,导致中止灌注而断桩。

(7)灌注时应采取措施防止钢筋骨架上浮。混凝土接近钢筋笼底部1m左右时,宜放慢灌注速度；混凝土顶面上升到骨架底部4m以上时，宜适当提高导管,使其底口高于骨架底部2m以上后再恢复正常灌注速度。

(8)混凝土灌注至桩顶部位时，应采取措施保持导管内的混凝土压力，避免桩顶泥浆密度过大产生泥团或桩顶混泥土不密实、松散等现象；再灌注将近结束时，核对混凝土灌入数量，确定灌注高度是否正确。桩顶高程比设计高程高出不小于0.5m。超灌的多余部分在承台施工前或接桩前应凿除，凿除后的桩头应密实、无松散。

3.6 进行成桩检测及问题处理

本工程的成桩检测是委托某交通工程检测中心检测,在检测中发现左幅4-1#桩局部出现不密实现象，可能是由于施工中混凝土拌合不均匀或者灌注不连贯造成。具体处理方式是采用凿掉桩顶以下3m混凝土,钻孔灌注水泥浆,浇灌普通混凝土至标高。

图4-1#桩处理

4.结束语

钻孔灌注桩的整个施工过程属隐蔽工程项目，在灌注过程中，只有科学管理、周密组织，严格施工，把好每道工序验收关，对桩基各个施工环节充分重视并精心施工，加强成桩检测，发现问题及时处理，这样才能确保桩基工程质量。

参考文献：

[1] 公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011

[2] 建筑桩基技术规范JGJ94-2008.

[3] 桩基工程手册中国建筑工业出版社.

[4] 地基与基础工程施工新技术典型案例与分析机械工业出版社第1版 2011.

[5] 公路工程地质(第二版).中国科学技术大学出版社 2005.