浅谈钻孔灌注桩基础技术

浅谈钻孔灌注桩基础技术

王玉锋

浙江大华建设集团有限公司310012

摘要：文章通过对某大桥钻孔桩施工的工程，研究在铁路桩基过程中如果提高钻孔桩施工效率和有效缩短桥梁施工工期，在保证质量的情况下为企业争取最大利益。

引言

钻孔灌注桩基础在铁路桥梁工程中应用比较普遍，目前它的施工工艺及技术发展已比较成熟。相对于传统人工挖孔桩来说，其优点：承载力大、稳定性好、沉降量小、受施工水位或地下水位高低的影响小，尤其适合工期压力大的铁路项目。

1概述

某大桥，全长1165.9m，整座桥由76根长37～48m、桩径为1.25m的钻孔灌注桩组成，桩基所处位置的地质条件从原地面向下依次为：粘质黄土、细砂、中砂、砂砾（粗砂）、粉质粘土（细砂）。面对有限的施工工期和艰巨的施工任务，全桥基础一律进行旋挖钻钻孔，力求在保证施工质量的前提下加快进度，赶超工期。旋挖钻钻孔灌注桩基础的施工程序详见钻孔桩施工工艺流程图。（图1）

图1钻孔桩施工工艺流程图

2施工前准备工作

2.1测量放线首先复测桥体中线及水准点，加密处理导线点和水准点，同时根据精度指标放出桩位。

2.2埋设护筒在钻孔施工中，埋设护筒是一道关键工序。护筒可以固定桩位，防止孔口坍塌，同时可确保孔内泥浆面比施工水位高，以保持孔内水位压力。另外，护筒还有助于稳固孔壁，避免施工时塌孔。本工程采用长3～5m、厚4～8mm的钢板制作圆形护筒，要求埋设在指定桩位。本桥孔径为1.25m，采用旋挖钻施工工艺，护筒内径应该大于桩径，故护筒内径应为1.5m。参考施工放样参数埋设护筒，钻机就位后将护筒吊放至孔内，筒体要比施工地面高出至少0.2m。护筒平面位置偏差不宜超过5cm，斜度应控制在1%以内。吊放就位后将筒周边土夯实，用沙袋堆垒到护筒顶，以稳固筒体，严防其在钻孔过程中偏离原位。如果时间允许，应复测护筒垂直度，保证垂直度达标再钻孔。

2.3钻机就位装配钻机时，先整平钻机作业平台，以防钻机在作业过程中因平台不稳而左右摇晃或偏离原位。按照检测指标，钻杆应该是垂直的，并且钻机横纵方向的误差不宜超过5cm。根据孔径尺寸选择相应直径的钻头，按照四角控制拉好的“十字线”对正桩位，技术员检验合格后开钻。钻孔时，技术员要实时观测成孔中心是否与桩位中心对正，如发现偏差，立即停钻调整位置。

2.4制备泥浆在就地挖设的泥浆池中用优质膨润土制备泥浆。将土工布铺设在泥浆池内，以防地下水与泥浆池相互渗透。在钻孔过程中，泥浆能够润滑钻具，冷却钻头，悬浮钻渣，并且有助于提高静水压力，隔断孔内外渗流，保护孔壁，避免孔壁坍塌。泥浆比重的控制十分关键。泥浆过量，会影响钻孔速度和泥浆的再利用；比重过小的话，不但达不到保护孔壁的效果，而且极易导致孔洞坍塌。本文所探讨的钻孔灌注施工项目的地质状况比较复杂，开钻前必须进行泥浆配比实验，根据配比结果控制泥浆比重。一般情况下，泥浆比重应在1.08～1.25之间，粘度为19～28Pa•S，含砂率不超过4%，pH值控制在7～10之间。如果泥浆比重大于1.25，为防止“糊钻”拖延钻孔进度，可另外添加0.1％的烧碱来增加泥浆粘度及胶体率。每钻进一定深度，就适当调整泥浆性能及其比重，使护筒保持水压力，避免塌孔。

3钻孔

钻压、转速是钻进过程中必须严格控制的两个要素。

3.1钻压钻头在钻压和回转扭矩作用下切削并破碎岩土而不断钻进，钻压的控制十分关键。钻压过大会磨耗钻具，钻压过小会拖延钻孔进度。鉴于此，在钻进过程中应根据地质条件选择合适的钻具，并且严格控制钻压，以免影响钻孔质量，拖延施工进度。

3.2转速根据碎岩土的扭矩、钻具的磨耗程度和孔壁稳定性调整钻杆转速。一般情况下，钻头直径越大，转速应该越慢。将钻头调整到与孔口相距5cm的位置，启动泥浆泵使泥浆循环几分钟，然后开启钻机慢度回转，钻头缓慢匀速的下降至孔口位置，保持慢速转动直至孔口稳定后，匀速提高转速，正式开钻。一般来讲，成孔及后期水下砼浇筑是否顺利，主要取决于转速控制是否合理。进尺过慢，易形成扩孔而拖延钻孔进度；进尺过快，会因泥浆护壁层过薄而造成孔壁坍塌。鉴于此，应该在不影响钻孔质量的前提下，根据细砂层、粗砂层、砾砂层的地质分层逐渐放慢钻进速度，并参考钻机电脑显示数据，利用标准测绳合理测控成孔深度。

钻孔至设计孔深后，实地勘测孔径、孔深以及成孔垂直度，水下浇筑混凝土时先彻底清理孔底沉渣，将沉渣层厚度控制在30cm以内。清理孔底沉渣时为防止孔壁坍塌，孔内水位标高应始比地下水位高1.5～2.0m。

4钢筋笼制作及吊装

吊装钢筋笼时，为防止钢筋笼扭转弯曲产生永久变形，建议采用两点吊放的方式进行吊装。吊装时，先确保钢筋笼与孔位对正平稳而匀速的吊放至孔内，严防笼身与孔壁发生磕碰。吊放前，先将一“π筋”定位块焊接在钢筋笼骨架侧边，以确保混凝土保护层厚度达到设计要求。由于本桥钢筋笼总长度为23～25m，所用吊装机具型号恰当，并且吊装环境十分有利，所以采用了整体吊装工艺。此外，建议使用吊钩和顶管辅助浇筑混凝土，以稳固钢筋笼，避免其上下沉浮。

5灌注水下砼

5.1灌注水下混凝土的准备工作及操作要求

5.1.1作业平台应搭设到指定标高，为提升和拆除导管提供有利条件。导管安装下端口到孔底高度要大球塞的10～20cm。灌注时，球塞能够从导管底端滚出而不造成堵管。装好导管后，先查看管内是否残留着杂物，确保管内洁净后在漏斗下端安装球塞，然后用绳索系牢。准备工作一切妥当后进入灌注工序。

5.1.2灌注混凝土时，先将混合料装入料斗，拧开射水管冲孔3～5min悬浮沉渣，然后将绳索切断，松开球塞，让其在混合料的顶冲下顺着导管下流，使管体内的空气、水和球塞等从导管底部排出。这样一来，顺着导管流下来混凝土就会在管底周围堆筑成圆锥体，将导管底端掩埋，从而隔断后续灌注的混凝土与水的接触。按常规来讲，导管底部埋深通常小于1.0m。灌注时，应该垂直而匀速的提升导管，而且每次提升高度最大为20cm，提升时必须确保导管内始终充满混凝土。

5.1.3水下灌注混凝土时，每灌一盘须测量一次各点的水下混凝土表面标高，根据所测数据推算导管埋深，据此确定导管提升高度。须将每一次的测量数据详实的记录下来，作为后续工序的参考数据。混凝土顶面应该保持和缓的坡度。混凝土基础顶面标高应高出设计标高1.0m左右，以便于在承台施工阶段，凿除顶面松弱层后还能与设计标高保持一致。

5.2首批混凝土方量的确定为了保证首批灌注的混凝土能顺利封孔，除了按设计要求控制导管埋深以外，漏斗内也要储备足量的混凝土。可以通过现场试验检验漏斗体积，经计算后获知漏斗内的混凝土否足量。以下是漏斗体积VK的计算公式：

V1＝π×0.92×1.2＝3.05m3

V2＝1/3（π×0.92）×0.5

＝0.424m3

VK＝V1＋V2

＝3.05m3＋0.424m3

＝3.474m3

V≥1/2LA1+K（1.0+t1+t2）A2

V———规范中要求的混凝土的初存量（m3）；

L———灌注混凝土前导管在水中的长度（m）；

A1———导管断面面积（m2）；

K———超灌系数，一般取1.2～1.3；

t1———导管下端至沉渣距离（m）；

t2———沉渣厚度（m）；

A2———设计钻孔断面面积（m2）。

通过计算得到VK＞V，据此判定漏斗内的混凝土是足量的，导管埋深可以达到设计要求。

5.3灌注水下砼质量控制，钻孔灌注桩施工通常在2~3.5h内完成。灌注完毕后混凝土初凝需要一段时间，以确保混凝土强度、流动性、和易性及保水性均达到设计要求。本桥在灌注阶段另外掺加了缓凝剂，以确保连续灌注。水下灌注最好连续灌注，一气呵成，如有特殊需要中途停止，也不宜超过半小时，否则会造成泥浆沉淀，并且会增大孔壁坍塌的可能性。

水下灌注混凝土比陆地浇筑的情况更复杂，混凝土质量的影响因素较多，水、泥沙就是其中最为关键的两个因素。除此以外，水下灌注无法通过振捣使混凝土达到陆地浇筑所能达到的强度和密实度。为了保证混凝土成型质量，必须严格控制混合料配比。水灰比应该达到0.55，砂率控制在45～50%之间，坍落度也必须达到18～22cm。此外，在灌注期间，应不定时地取样检测混凝土性能，并根据检测结果合理调整配合比，严格执行施工管理的各项要求，以确保混凝土质量达标。

6施工注意事项

6.1钻孔注意事项

①钻孔时，勤于观察护筒内泥浆稠度及水头高度，同时检测并记录土质状况，根据检测结果合理调控泥浆稠度和进尺速度。

②钻孔作业应连续进行，一蹴而就，中途不宜停机。当一孔砼的强度达标后再钻下一孔。终孔后全面验收成孔质量。

③钻孔时如孔壁坍落，应立即检查塌孔位置，找到塌孔原因，用小砾石夹粘土回填坍孔直至其恢复稳定。再次灌注时，适当增大泥浆稠度，提高水头高度，护筒深度也可以适当加深。

④针对钻孔时孔道弯曲、偏斜的现象，重新回填到弯曲或偏斜的位置，重新钻进，或将钻锥吊放至弯曲或偏斜的位置重复扫孔，直至钻孔垂直度达标。

⑤针对漏浆的问题，应降低水头标高，增大泥浆稠度，缓慢匀速地钻进。

6.2成孔后注意事项

成孔后及时清理孔底沉渣，吊放钢筋笼，安装导管，然后水下快速灌注混凝土。在此期间，需要注意几个关键节点：

①钢筋笼在吊放过程中切忌刮蹭孔壁，应该使孔壁保持稳定。

②钢筋笼吊装后，复测孔内泥浆比重、含砂率及孔底沉渣厚度，如果孔底沉渣过厚，还应该彻底清孔。

③安装导管时，先用润滑油润滑管内壁，检查导管接口是否密实。要根据导管首次埋深选择相应容积的漏斗。

④严格按设计要求控制混合料配合比以及混凝土的和易性、坍落度。

⑤水下浇筑混凝土时，须实时观测导管埋设深度及混凝土顶面标高。导管埋深超过1.5m不易拔出造成断桩，须拆管重装。浇筑时为避免堵管，需要不定时地抽拔导管保持管路通畅。

6.3灌注时应注意

6.3.1钢筋笼上浮成因：一是砼在进入钢筋笼底部时浇筑速度太快；二是钢筋笼未采取固定措施。防治措施：其一，灌注前先固定钢筋笼。其二，在混凝土快要到达钢筋笼下端时，放慢灌注速度，控制混凝土顶面上升速度，保证钢筋笼稳固。钢筋笼被埋入混凝土中达到一定深度时向上拔导管，控制导管埋深，当导管下端比钢筋笼下端高出一段距离时恢复正常灌注速度。其三，发现钢筋笼出现上浮趋势时，停机观测混凝土顶面高度及导管埋深，根据观测结果适当提升导管再继续灌注，可有效抑止钢筋笼上浮。

6.3.2断桩的防治方法①根据技术规范严格控制混凝土配合比，勤于检测坍落度，确保导管实时畅通。②尽可能提高混凝土浇注速度：1）开始浇砼时尽量积累大量砼，产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力。2）快速连续浇注，使砼和泥浆一直保持流动状态，可防导管堵塞。③严禁不经测算盲目提拔导管，防止导管脱离砼面。④钢筋笼主筋接头要焊平，以免提升导管时，法兰卡住钢筋笼。⑤浇筑砼应使用经过检漏和耐压试验的导管。⑥浇筑砼前应保证砼搅拌机能正常运转，必要时应有一台备用搅拌机作应急之用。

7结束语

钻孔桩施工技术，是缩短工期、确保成桩质量的有效手段。大桥76根钻孔桩的施工项目，由于技术指标严格，质量控制到位，并且设置了多方位的预防措施，施工任务圆满完成，并且经过检测一次成优，全为I类桩。另外，与同类工程相比，大桥76根钻孔桩施工周期缩短了3个月，大大节省了施工成本，获得了客观的经济效益，也受到业主及各界的好评。

参考文献：

[1]孙海朝.桥梁钻孔灌注桩施工技术和质量控制[J].价值工程，2012（27）.

[2]曹来顺.谈钻孔灌注桩的施工[J].黑龙江科技信息，2004（8）.

[3]黄宝华.桥梁钻孔灌注桩基础施工控制措施[J].中国科技财富，2009（08）.