南新路人行天桥钻孔灌注桩施工工艺及质量控制
关键词：人行天桥；钻孔灌注桩；施工工艺；质量控制
1工程概况
南新路人行天桥位于深圳市南山区南头南新路与深南大道交岔口处，本桥由主横跨梁与岔跨梁及三部人行旋转梯道组成，本天桥桩基均为摩擦桩，钢管墩下设直径100cm钻孔灌注桩。
二、钻孔灌注桩的工艺流程
三、钻孔灌注桩质量控制要点
该工程地处深圳市繁华地段，施工干扰很大，因而如何在这种特定条件下优质地施工钻孔灌注桩是该工程施工考虑的重点。为保证桩基施工质量，该工程按照三个阶段进行施工质量控制，即钻孔阶段质量控制、钢筋笼制作安装质量控制、水下混凝土的灌注质量控制。
(一)钻孔阶段质量控制
1.桩位放样
在进行场地整平后组织有资格的测量放样人员，将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案。
2.埋设护筒
埋设方法与要求：在桩位处要人工挖孔3米探明是否有地下电缆、管道等不明物体时后再埋设。
（1）在砂类土（粉砂、细砂、中砂）、砾砂等松散土层埋护筒时，先在桩位处挖出比护筒下端标高深0.3～0.5m，直径比护筒大0.8～1.0m的圆坑，然后在坑底填垫0.3～0.5m厚的粘土并分层夯实。
（2）在粘性土中挖埋时，坑的直径与上述相同，坑深则和护筒高度相等，坑底稍加整平。
（3）用桩位的纵横轴线控制桩时，先将坑内的护筒调平、调正，然后在护筒的四周对称而均匀地回填最佳含水量的粘土，并对称夯实，防止护筒偏斜。
（4）护筒埋置深度：在粘性土中不小于1.0m，在砂类土中不小于1.5m。
（5）当地面为沥青或水泥砼时，先用风镐凿除，再用挖埋法。
3、成孔
本次成孔采用正循环回转钻进施工技术，用犁式梳齿单腰式双腰带四翼合金钻头钻进，通过地质钻探资料得知，该工程土层有4个层次，自上而下依次为人工填土层、第四系坡积层、第四系残积层、燕山期侵入岩，钻孔作业选择不同的转盘转速和进尺进行控制。钻进方法在不同的地层采取不同的冲击方法和措施。
（1）冲程根据土层情况确定
a）、在紧密的砂、砂砾石、砂卵石及砾石、卵石粒径较大的土层中钻进，采用高冲程（100cm）。
b）、在松散的砂、砂砾石或砂卵石土层中钻进，采用中冲程（约为75cm）。冲程过高对孔底振动大，易引起坍孔。
c）、在粘性土、亚粘土、轻亚粘土中钻进，采用中冲程。
d）、在易坍塌或流砂地段用小冲程，并提高泥浆的粘度和密度。
（2）松放钢丝绳根据土层松、密、软、硬程度和进尺情况，均匀松放。
a）、在松、软地层每次松绳5-8cm。
b）、在密实坚硬土层每次松绳3-5cm。
c）、注意防止松绳过少，形成“打空锤”，使钢丝绳、钻机受到意外荷载，造成钻机损坏。松绳过多，则会减小冲程，降低钻进速度，严重时使钢丝绳扭曲、纠缠，产生事故，同时也会使钻头顶摇摆，撞击孔壁造成坍孔。
（3）通过漂石层或岩层时，如其表面不平整，先投入粘土、小片石，将其表面垫平，再用十字形钻头绷紧大绳，低锤快打，松绳长度根据冲程钻进。以防止发生斜孔、坍孔事故。
4、泥浆护壁
在钻进过程中，根据地层不同情况，保持一定的静水水头压力，按平衡钻进原理指导泥浆管理工作，尽量利用地层粘土，自然造浆，泥浆稠度不能满足要求时，应选择造浆能力强、粘度大的粘性土进行造浆，以提高泥浆稠度，确保钻进过程不塌孔，不缩孔。
该工程泥浆性能指标为：
粘土为16～17，砂粘土为17～19，砂土为19～21，砂类卵石为21～23，卵石为22～25。
桩孔施工采用一次性全面不间断作业，施工中根据出渣情况判断土层结构及时合理地调整泥浆性能指标，遇松散地层时，适当增大泥浆相对密度和粘度，保持孔内水头高度，尽量减轻冲液对孔壁的影响，同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。
5、孔内事故预防措施
①选择有经验的、责任心强的施工队伍，保证操作人员的素质。
②加强钻具检查，对加工不良的钻具严禁使用。
③对孔内水头高度，泥浆的相对密度和粘度经常观察和检测，发现问题及时解决，尤其在钻孔排渣，提锥除土或因故停钻时，应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆性能指标，以防坍孔。
④钻孔作业应分班连续进行，经常注意土层变化，在土层变化处捞取渣样，判明土层，然后跟地质剖面图核对，根据土层情况采取相应措施，保证施工质量。
⑤升降钻锥须平稳，钻锥提出井口应防止碰撞护筒、孔壁，防止钩挂护筒底部，拆装钻杆时力求迅速。
6.清孔
清孔是孔桩施工，保证成桩质量的重要一环。通过清孔确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等符合桩孔质量要求，因本次采用正循环回转钻进技术，其清孔方法为：
①掏渣清孔法
冲击钻、冲抓锥钻进过程中，冲碎的钻渣一部分连同泥浆被挤入孔壁，大部分则靠掏渣筒清除出来。掏到用手摸泥浆中无1～3mm大的颗粒为止，并使泥浆密度减小到1.10～1.25。亦在清渣后，投入一些泡发过的碎散粘土，通过冲击锥低冲程的反复拌浆，使孔底剩余的沉渣悬浮排出。
②换浆清孔法
正循环回转钻机在终孔后，停止进尺，此时稍提锥头离孔底10~20cm空转并保持泥浆正常循环，以中速压入密度为1.10~1.25的较纯的泥浆，把钻孔内悬浮钻渣较多的泥浆替换出来。根据钻孔的具体情况，换浆时间为4~6h。
③抽浆清孔法
A、用反循环回转钻机钻孔时的清孔
在终孔后停止进尺，利用钻机反循环系统的砂石泵持续吸渣5~15min左右，使孔底钻渣清除干净。
B、空气吸泥机清孔
1、高压风管沉入导管内的入水深度至少大于水面至出浆口高度的1.5倍，不小于15m，但不必沉至导管底部附近。钢筋骨架须在吊入导管之前先放入。
2、开始工作时先向孔内供水，然后经进气管送入压缩空气进行清孔。停止清孔时，先关气后断水，以防水头损失而造成坍孔。
3、送气量从小到大，气压力比孔底泥浆压力稍大，为0.5~0.7Mpa。当导管内形成一股向上的高压气流时，被搅动的钻渣随着高压气流从导管上端的弯头喷出。
4、当孔底沉淀较厚且坚实时，适当加大风量（因送风量大，则浆渣上升流速也大，沉渣易被吸上）并摇动导管，以改变导管在孔底的位置。若仍不能清除干净时，须用喷射法配合。
5、清孔过程中始终保持孔内原有水头高度。如孔较深，则当清孔至泥浆指标符合规定时，暂停片刻，待孔内上部悬浮钻渣均沉淀后，再送风清孔一次。当风管口设置很低，在清孔过程中不能保持孔口水头时，不马上停止送风，先将风管或导管提升一定高度，才停止送风，以免稠浆渣将风管口堵塞。
7、最后测量孔底标高。
本工程桩孔因有较厚的松散易坍土层，清孔后不能立即终孔，而在孔内下入钢筋笼，安装好灌浆导管后施行二次清孔作业，以使砼灌注前孔底沉渣厚度符合要求，保证砼成柱质量。
(二)钢筋笼制作安装质量控制
1.钢筋进场：该工程钢筋采用现场加工制作，进场的钢筋必须出具合格证或产品质量检验报告，同时进场的钢筋还按现行钢筋检验标准，进行取样试验，对不符合质量要求的钢材严禁使用。
2.钢筋笼制作：在工程成孔过程中及时组织钢筋的加工及钢筋笼的制作。由于工程地处繁华地段，两侧均有高架电线，同时受公司吊车吊升能力限制，钢筋笼一次性吊装存在一定困难，因而采用分节制作，分节吊装焊接的施工工艺，根据钢筋笼长度及公司吊车吊升能力，钢筋笼制作分为四节进行，制作时主要控制以下几点：①钢筋的数量规格要符合要求，防止偷工减料。②因分节制作，要充分考虑钢筋笼的搭接长度，以保证钢筋笼总体长度。③控制好主筋、箍筋及加强筋的间距。④事先在钢筋笼外侧安装保护层垫块，垫块厚度2cm，每组垫块沿钢筋笼截面周围方向设置4块，组垫块间距2m。
3.钢筋笼安装，安装时主要注意以下几个事情：
①钢筋笼吊装必须保证其垂直度，且钢筋笼中心线与桩孔中心线偏差在规范允许范围内。
②钢筋笼吊装过程要慢速、平稳，严禁猛堆猛放。
③因钢筋笼分四节制作，则每节钢筋笼之间要进行焊接，焊接时必须保证焊接长度和焊接质量，且要控制焊接时间，用吊线法判断上下节钢筋笼是否在同一直线上。
④应控制钢筋笼吊装总时间，按不超过4小时控制。
(三)水下混凝土的灌注
1.水泥、砂、石等原材料及砼配合比。
灌注桩所用砼属超塑性，大流动性砼，选择水泥品种时应优先考虑选择保水性较好的水泥，细骨料应选择中砂，粗骨料应控制好其最大粒径和级配。因砼在地下泥浆中浇注，无法振捣只能靠砼自重作用自然密实，因而砼必须保证具有足够的流动性和良好的和易性，通过掺用适量的对水泥具有适应性对钢筋无腐蚀作用的外加剂来予以实现。砼坍落度按18cm～22cm控制。最大22cm，并有一定的流动度保持率，保持坍落度降低至15cm的时间要求不小于1h，水灰比用0.5~0.6。采用导管法灌注水下混凝土，混凝土拌合物是通过导管下口，进入到初期灌注的混凝土（即首批混凝土）下面，顶托着初期灌注的混凝土及其上面的水或泥浆上升。为使灌注工作顺利进行，尽量缩短灌注时间，连续作业，使灌注工作在首批灌注的混凝土仍具有塑性的时间内完成。当不能在初凝时间灌注完时，在首批混凝土中掺入缓凝剂，掺入量根据水泥种类，缓凝剂性能通过试验决定。按上述要求向搅拌站提出，审查厂家提出的配合比，并报监理工程师审批同意。
2.砼拌制
砼拌制关键在于对砼所用原材料的计量控制及砼拌制时间的控制，该工程为保证计量准确进场了一台经过计量检定的台称，拌制前通过换算，确定拌制一料所需的水泥、砂、石、水及外加剂用量，拌制时，由现场技术人员蹲点指导，进行称量。拌制时间按不超过90秒钟控制。
3.砼灌注
该工程砼灌注采用导管法进行，导管直径200mm，通过砼数量约10m3/h，每根桩基砼灌注时间约1.5～2.5小时，为保证砼灌注质量，施工时主要按以下几个要求进行控制。
①灌注前的检查工作：砼浇灌前首先应对桩孔质量，回淤沉渣厚度，泥浆指标，桩底标高进行一次全面检查，防止意外事故发生。
②导管及隔水塞安置：该工程采用的导管一般每根长4m，并配有2根1m长短管，以便调整高度。导管安装接头处采用密封垫圈予以密封。导管吊入孔内应保持位置居中，防止跑管撞坏钢筋笼，导管放至离孔底30～50cm并在孔口用夹板固定接上漏斗。灌注砼所用隔水塞的规格，必须跟导管尺寸相吻合，以防隔水塞卡管，隔水塞必须安放在管内水面5～10cm处，用铁丝悬挂牢靠。
③控制首次砼灌注数量：根据孔径，导管距孔底的间距，导管埋置深度及导管内砼高度等计算首批砼浇灌量，拌制后存于储料斗内。经计算，该工程初灌量1.5m3，可以达到埋管2m。其加料顺序为：首先在漏斗中灌放C30水泥砂浆0.3m3左右，再倒入C25砼1.2m3。剪断隔水塞铁丝后开始正常的灌注作业。
④浇灌过程控制：该工程灌注时在导管口悬挂一根长1.5m，直径5cm的胶管，以便倒入砼时，排除导管内空气，避免在导管内形成高压气囊，挤破密封垫圈造成漏水，同时防止大量空气压入砼，增加砼内气体含量，影响砼强度。砼浇灌过程中随时探测孔内砼面高度，计算导管埋深，正确指挥导管的提升和拆除，导管埋深按不小于2m不大于6m控制。当砼面接近钢筋骨架时，放慢浇灌速度，减少砼对钢筋笼的冲击力。砼进入钢筋骨架一定深度后，适当提升导管，使钢筋骨架，在导管下有一定的埋深。
⑤灌注结束前控制：砼浇灌将近结束时，由于导管内砼柱高度减小，超压力降低，而导管外泥浆稠度增加，比重增大，会出现顶升困难现象，该工程采取往孔内注水稀释泥浆的措施，以降低泥浆对砼的压力，保证砼浇筑顺利进行。为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上须加灌一定的高度，以便灌注结束后清除此段砼，露出合格的砼。增加的高度按0.5～1m控制。
四、几点体会
1.砼钻孔灌注桩钻孔工艺，井孔护壁是关键，要顺利成孔必须严格执行国家标准，选择好泥浆并保持静水压力，防止钻孔过程质量事故发生。
2.控制沉淀厚度是保证桩基尤其是端承桩承载力的重要条件，因此砼灌注前需检测回浆沉淀厚度，发现超标应重新清孔。
3.桩基砼质量控制关键在于控制好原材料和砼拌制过程，原材料必须符合要求，计量一定要准确。砼浇灌过程重点把握初灌量，并经常测探砼面高度，及时拆除导管。砼浇灌应连续进行。
4.人的因素也至关重要，人是管理的主体，人的素质的高低、质量意识的强弱对保证工程质量有着很大影响，因此要选择素质过硬、责任心强的施工技术管理人员，做到各级人员层层把关，使桩基施工有条不紊，工程质量才能得到有效保证。
参考文献：
1、 李明峰.路桥梁钻孔灌注桩施工工艺及质量控制.《黑龙江交通科技》.2009年第7期
