大直径钻孔灌注桩施工

大直径钻孔灌注桩施工

苏嘉恩（广东省江门市路桥集团第二工程有限公司，广东江门5

摘要：近年来，桥梁钻孔桩基础有了很大的发展，特别是深水、深覆盖层、大直径桩基础取得突破性进展，体现在结构（如变截面、空心等）、成孔成桩机具设备（如大扭矩钻机、混凝土输送泵等）以及使用高性能泥浆上，使成孔成桩的可靠性极大提高，现将从几个方面进行简单介绍。

关键词：大直径；灌装；质量控制

1工程概况

1.1某大桥是一座特大桥梁，该桥起点桩号为K27+0811000，终点桩号左半幅为K30+1151190，右半幅为K30+1201843；

1.2桥梁总长：左半幅为30341190m，右半幅为30391843m；

1.3主桥为12联主跨50m预应力混凝土T梁，跨径分割为12×（4×50m），引桥为4联跨径30m预应力连续箱梁，跨径分割为3×（5×30m）+6×30m；

1.4桥梁下部结构采用桩基础，每幅承台下布置9根长约60m、直径115m的桩基。

2试桩施工

目前桥梁桩基础长度大于100m、直径大于210m的大直径超长桩亦屡见不鲜，用现行规范公式确定超长钻孔灌注桩承载力显然不符合实际。超长钻孔灌注桩桩身的荷载传递规律究竟与中长桩或短桩有何差异?桩的受力机理、变形和破坏机理如何?桩的极限承载力如何测定?相应的设计参数如何准确确定等问题的存在，使设计者在设计时没有相应的计算理论与配套的设计方法可以遵循。为验证这些相关数据，分析桩侧的分层极限摩阻力和桩端极限摩阻力，并对钻孔灌注桩的泥浆级配、水下混凝土级配、成孔、成桩等施工工艺进行验证，故先要进行试桩。

2.1钢护筒设计施工

根据地质资料计算，为隔离海水，并能形成一定的静水压力，以保护孔壁免于坍塌，钢护筒埋置深度应不少于11.5m。为防止海水冲刷造成埋置深度减少以及抵抗波浪力会相应产生的静水压力，决定钢护筒入土深度为18m，持力层为⑤1层（粘土层）。试桩钢护筒在施工时不承受竖向荷载。

2.2钻孔

2.2.1泥浆配制方案

泥浆采用淡水配置。由于粘土层较厚，在钢护筒内进行自然造浆，利用反循环钻进，直接把护筒内的钻渣抽出孔外，出护筒后根据泥浆性能在砂质粘土层或粉细砂层中利用反循环进行人工造浆，同时加入纯碱对膨润土进行钠化改良。

2.2.2钻进参数

在护筒内钻进时钻机的转速控制在14转以下，使进尺速率保持在0.8～1.2m/h之间，特别是在开孔钻进时控制在0.8m/h以下；在钻头出护筒至第⑥层钻进时转速和钻压不宜太高，进尺速率可稍快，当进入第⑥层粉质粘土时，加大钻压；在第⑦层以下砂性土为主地层中钻进时，在保证悬吊钻进的前提下保证孔底有最大的钻压，粉细砂层的转速提高到21r/min，在含砾中粗砂层和下部的粉质粘土中钻进时，一定要防止钻具有较大的晃动，以免扩孔，同时根据孔内泥浆性能的变化不断进行补浆调整。

2.3钢筋笼制作安装

2.3.1钢筋笼制作

钢筋笼全长118.55m，分十节制作，采用挤压套筒连接，故要求主筋长度一致（误差应控制在10mm以内），间距统一，接头断面平整，并且接头断面与钢筋笼身垂直。

2.3.2钢筋笼孔口安装

钢筋笼采用两点吊，吊装设备为100t履带吊，把杆长度30m，最大起重能力达60t。制作一个钢筋笼固定架，挂4个20t手拉葫芦，用以悬挂已完成下放的钢筋笼。用手拉葫芦微调下节钢筋笼，使其与吊机吊住的上节钢筋笼的所有主筋完全对中。依次焊接位移管内管、外管和声测管，最后进行挤压连接。

2.3.3套筒挤压

钢筋连接时在钢筋上划出明显的定位标记（套筒长度的一半），挤压前按标记检查钢筋插入套筒内深度。挤压时挤压机与钢筋轴线保持垂直，挤压以套筒中央开始，并依次向两端挤压。

3钻孔泥浆分析

3.1钻孔泥浆的施工原理

3.1.1根据孔位的地质柱状图，确定在不同土层钻进时应采用的泥浆性能指标，并通过试验孔分析泥浆性能的适用情况，做进一步调查。

3.1.2开钻时，新鲜泥浆入孔应通过导管（或钻杆）从孔底灌入置换孔内清水。

3.1.3在进入某一土层前应调整泥浆性能，符合要求后方能钻进，切记盲目进尺，尤其是在容易坍塌、漏失地层更应引起重视。

3.1.4每次泥浆性能的调整应建立在取样试验的基础上，关键是决定处理剂的加入量，应根据试验结果和孔内泥浆数量以及泥浆循环速度来确定，可以在一个循环周期内均匀加完，切记乱加，以免全部泥浆水土分层沉淀，造成施工质量事故和浪费。

3.2泥浆性能指标

对反循环钻孔而言，泥浆性能指标的确定应遵循低密度、低失水、低含砂率、适当粘度的原则。

3.2.1低密度

一般情况下泥浆的主要作用为护壁，而平衡地层压力主要依赖水头，规范规定不得小于1m～2m，如果依靠加大泥浆密度来保持孔壁的稳定是不经济的，而且会严重影响钻孔的效果。

3.2.2低失水

失水现象是由于泥浆液柱压力作用下通过地层孔隙的阻塞过滤，部分泥浆中的水分向地层中渗透，在孔壁上形成泥皮的过程。由此可见，失水越少，将减少对地层的水化作用，有利于保护孔壁。

3.2.3低含砂率

含砂率高不利于钻进，同时对钻头的磨损也加大，而且也容易增加沉淀厚度。

3.2.4适当粘度

在容易漏失的地层，护筒底或砾石层等有孔隙、裂缝发育时应加大泥浆粘度，反之可适当降低粘度。

4钻孔灌注桩质量控制

4.1泥浆的调节和维护

钻进时需要泥浆循环来携带岩屑和保护孔壁，泥浆性能的优劣对钻进时效和成孔质量有直接影响。在泥浆性能指标中，相对密度和粘度指标是比较重要的。在泥浆中由于纯碱提供了钠离子，在粘土表面进行离子交换吸附，使钙粘土变为钠粘土，增强了粘土颗粒在水中的水化性能和分散程度；同时沉淀、清除泥浆中的钙离子和镁离子。调节泥浆的pH值，使之略显碱性。由此得到高粘度、细分散的优质泥浆。泥浆失水量小，泥薄而致密，坚韧，有效地保护了孔壁，防止坍塌。

4.2清孔的质量和效率

第一次清孔于钻进即将结束时开始，逐步降低泥浆比重。带有泵吸反循环系统的钻机使用正循环清孔，使泥浆比重调整达到预期要求，一般为γ=1.15左右时，使用反循环方式抽吸孔底余渣，同时注意孔口补浆。反循环方式循环约10min，孔底余渣基本抽吸干净，即可停止清孔。这种清孔方式效果很好，在下入钢筋笼和导管后，检查孔底沉渣很少。第二次清孔于钢筋笼安装到位，全套导管下入孔内后开始。钢筋笼下放过程中会有少量孔壁泥土被刮擦下来落入孔底；同时泥浆中的粗颗粒会沉淤孔底。采用导管正循环清孔，冲刷，搅动孔底沉渣，形成较小颗粒，随上返的泥浆返出孔口。但这种清孔方式，清孔效率较低，需较长时间冲洗孔底，直到滞留孔底的沉渣厚度小于规范要求方可进行灌注。

4.3灌注速度

在大直径桥桩的灌注过程中，灌注方量较大，例如灌注30m孔段，桩径<1500mm桩孔，充盈系数取1.10，方量即达56m3。因此要求加快灌注速度，以缩短灌注时间，常规要求单桩混凝土灌注时间不宜超过8h。

总结

大直径桥桩施工是一项十分重要的工作，需要周密考虑，精心组织，严格按照标准和规范来施工，只有这样才能最大限度地避免施工中可能产生的各种问题，优质高效的完成施工任务。