浅谈地震液化区钻孔灌注桩施工技术

摘要：本文以陕西省韦罗高速公路渭河特大桥桩基施工为背景，主要介绍了在地震液化区施工条件下，钻孔灌注桩的施工工艺流程及操作要点。

关键词：地震液化区；钻孔；施工工艺；操作要点

中图分类号： TU74 文献标识码： A

1 工程概况

陕西省韦罗高速公路渭河特大桥位于中原地区，地下水位较高，桥址区埋藏的第四系全新统冲击(Q4al)粉土③2一般处于松散～稍密状，工程性质差，且局部会出现砂土液化，桥址地基受黄土湿陷影响，稳定性较差。渭河特大桥桩基施工选用旋挖钻成孔，桩基数量大，桩长较长，地层砂层较厚，地质条件复杂。

2 工程特点

2.1 在桩基施工中采用了以优质膨润土做为泥浆护壁的施工工艺，其具有操作容易、经济实用、质量可保、安全系数高等优点，降低了施工过程中所产生的坍孔、缩颈等风险，加快了施工进度。

2.2 通过采用优质膨润土做为泥浆护壁材料，减少了施工中泥浆排放量，很好地起到了环境保护的作用。

2.3 地震液化区清孔方式与传统钻孔桩清孔方式不同，钻机成孔后，等待1～2小时，采用旋挖钻机进行第一次清孔，旋挖钻机清孔速度快，能保护泥浆护壁稳定，节约时间，提高工作效率。

2.4 钢筋笼主筋Ф28钢筋连接采用直螺纹套筒连接，直螺纹套筒连接质量有保证，钢筋笼加工速度快，在加工过程中实现了流水线生产，是标准化作业的具体体现。

3 施工工艺原理

3.1 采用优质膨润土泥浆护壁，充分利用了优质膨润土分散性强、粘度高的特点，降低了坍孔、缩颈等风险，提高了成孔速度。

3.2 根据现场实际情况，钻进过程中泥浆各项指标如下：泥浆比重：1.2～1.3；粘度(s)： 19-28；含砂率(％)：＜4；PH值：＞6.5；胶体率(％)：＞95。

3.3 采用导管法进行水下混凝土灌注。支撑架支垫在钻孔平台上，用于支撑悬吊导管。混凝土浇筑期间时用钻架吊放拆卸导管。先灌入的首批混凝土数量经过计算，保证有一定的冲击能量把泥浆从导管中排出,并保持导管下口埋入混凝土的深度不少于2m。第一批混凝土灌注开始后，连续地进行，严禁中途停工。在浇筑过程中，导管埋入混凝土的深度控制在2～6m。灌注水下混凝土时，随时用测锤探测钢护筒顶面以下的孔深和所灌注的混凝土面高度，以控制导管埋入深度和桩顶标高，直至灌注到设计标高。

3.4 地震液化区钻孔灌注桩施工工艺流程（见图4.4）

4 关键工序施工工艺及操作要点

4.1 施工准备

钻孔桩基础主要采用旋挖钻机成孔，钻孔前对墩位处进行场地平整，场地标高不低于桩顶标高+护筒长度，钻孔前对桩位进行精确放样，并复核桩基的相对位置关系，设置好“十字”护桩。

4.2 护筒设置

4.2.1 护筒用4～8mm的钢板制作，其内径大于桩直径200mm。为增加刚度防止变形，在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。

4.2.2 护筒的底部埋置深度为钻孔桩施工时不漏浆时所需埋设的深度，护筒顶高出地下水位1.5m～2.0m左右（同时高出地面0.3m），其高度满足孔内泥浆面的要求。

4.2.3 桩基护筒埋设采用挖埋法。埋设准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不大于50mm，垂直度偏差不大于1%，保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作。

4.2.4 护筒内存储泥浆使其高出地面或施工水位至少0.5m，保护桩孔顶部土层不致因钻头（钻杆）反复上下升降、机身振动而导致坍孔。

4.3 泥浆的制备及循环净化

4.3.1 根据现场实际情况，本标段拟采用优质膨润土泥浆。各项指标如下：泥浆比重：1.2～1.3；粘度(s)：19～28；含砂率(％)：8%；胶体率(％)：>96。

4.3.2 根据桩基的分布位置设置制浆池、储浆池及沉淀池，并用循环槽连接。出浆循环槽槽底纵坡不大于1.0%，沉淀池流速不大于10cm/秒以便于钻渣沉淀。

4.3.3 采用泥浆搅拌机制浆，泥浆造浆材料选用优质膨润土，必要时再掺入适量CMC

图4.4 施工工艺流程图

羧基纤维素或Na2CO3纯碱等外加剂，保证泥浆自始至终达到性能稳定、沉淀极少、护壁效果好和成孔质量高的要求。试验工程师负责泥浆配合比试验，对全部桩基的泥浆进行控制。

4.3.4 施工中钻渣随泥浆从孔内排出进入沉淀池，然后使处理后的泥浆经泥浆池净化后返回孔内，形成循环。钻孔弃碴（废泥浆）放置到指定地方，不得任意排放在施工场地内或直接向河流排放，以避免污染环境。

4.4 钻孔

旋挖钻机将整体自重置于可自动行走的履带式底盘上，以自带柴油发动机输出动力来提供施工现场所需要的大功率电源，利用筒式钻斗底部的斗齿，在液压油缸的加压下钻进，切削土体，并压入容器内，然后由钻杆提出筒式钻头，至孔口后快速回转倒土。旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm范围内。

当钻机就位准确，泥浆制备合格后即开始钻进，钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳,提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度,如有偏差及时进行纠正，而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度，以增加压力，保证护壁的质量。钻进过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。当旋挖斗钻头顺时针旋转钻进时，底板的切削板和筒体翻板的后边对齐。钻屑进入筒体，装满一斗后，钻头逆时针旋转，底板由定位块定位并封死底部的开口，之后，提升钻头到地面卸土。开始钻进时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。钻进护筒以下3m可以采用高速钻进，钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重摩擦加压，150MPa压力下，进尺速度为20cm/min；200MPa压力下，进尺速度为30cm/min；260MPa压力下，进尺速度为50cm/min。同时，做好整个过程中的钻进记录，随时根据不同地质情况调整泥浆指标和旋挖速度。

4.5 成孔检查

钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前，对钻孔进行阶段性的成孔质量检查。

4.5.1 孔径和孔形检测

孔径检测在桩孔成孔后，下入钢筋笼前进行，孔径不小于设计桩径。笼式井径器用φ10和φ16的钢筋制作，其外径等于钻孔桩的设计孔径，长度等于孔径的5倍。检测时，将井径器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅表明孔径符合设计要求。

孔深和孔底沉渣采用标准锤检测，孔深不小于设计深度。测锤一般采用锥形锤，锤底直径13cm～15cm，高20～22cm，质量4kg～6kg，测绳采用钢尺进行校核。

4.5.2 成孔竖直度检测

孔的竖直度采用测锤法检测，将重量较大的测锤缓缓吊入孔底，然后缓慢移动测锤感觉测锤碰到孔壁，量取该位置时测绳到护筒的距离及测绳长度，根据测绳长度及测绳到护筒的距离算出垂直度；这样沿孔壁反复量测4～6个位置，然后将几个数值综合比较得出最终的孔身垂直度。

4.6 清孔

钻孔深度达到设计标高后，对孔深、孔径进行检查，符合质量标准的要求后方可清孔。

在吊入钢筋骨架后，灌注水下混凝土之前，应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度，符合质量标准的要求后方可灌注水下混凝土。如超过规定，应进行第二次清孔。

4.7 钢筋笼的安装

在安装钢筋笼时，采用两点起吊。第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分点之间。钢筋笼起吊时需采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不变形。吊放钢筋笼入孔时对准孔位，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后徐徐下放，不左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍时停止下放，查明原因进行处理。

第一节骨架放到最后一节加劲筋位置时，穿进型钢，将钢筋骨架临时支撑在孔口平台上，再起吊第二节骨架与第一节骨架连接，钢筋间连接采用机械连接，接头位置必须按50％接头数量错开连接。接头连接好后，骨架吊高，抽出支撑工字钢后，下放骨架。如此循环，使骨架下至设计标高。

骨架最上端的定位，由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，为防止钢筋笼掉笼或在灌注过程中浮笼，钢筋笼的定位采用螺纹钢筋悬挂在钢护筒上。钢筋笼中心与桩的设计中心位置对正，反复核对无误后再焊接定位于钢护筒上，完成钢筋笼的安装。钢筋笼定位后，在4h内灌注混凝土，防止坍孔。

4.8 灌注水下混凝土

4.8.1 桩身混凝土灌注采用直径300mm钢导管，导管使用前应进行0.5Mpa水密承压和接头抗拉试验。

4.8.2 水下灌注混凝土的机具采用吊车，运输采用混凝土搅拌运输车。

4.8.3 导管安装：现场安装导管时，采用吊车将首节导管吊起放入护筒井口板上，作临时支承，然后吊次节导管通过丝扣连接好，并均匀上紧防松保险螺栓，逐节依次连接达到要求长度，接头要妥善连接，导管不要碰伤接头丝扣。

4.8.4 灌注水下混凝土技术要求：

1）首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度（≥2.0m）和填充导管底部的需要（一般将导管提离孔底30～50cm）。

2）混凝土拌和物运至灌注地点时，应检查其均匀性和坍落度等，如不符合要求，应进行第二次拌和，二次拌和后仍不符合要求，不得使用。

3）首批混凝土拌和物下落后，混凝土应连续灌注。

4）在灌注过程中，导管的埋置深度宜控制在2～6m。

5）灌注的桩顶标高应比设计标高高出2m，以保证混凝土强度。

6）在灌注过程中，应将孔内溢出的水或泥浆引流到适当地点处理，不得随意排放，污染环境及河流。

7）混凝土拌和物应有良好的和易性，在运输和灌注过程中应无离析、泌水现象。灌注时应保持足够的流动性，其坍落度宜为180～220mm。

5 结束语

本文主要介绍了陕西省韦罗高速公路渭河特大桥地震液化区钻孔灌注桩施工工艺，在施工中为确保施工安全和质量，保证钻孔桩施工工期，采用优质膨润土做为泥浆护壁施工工艺，降低了坍孔风险，减少了施工人员的工作强度，提高了工作效率，节约了施工成本，希望本工程地震液化区钻孔灌注桩施工的成功经验能为同类地形条件下孔桩施工提供一定的借鉴作用。

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