桥梁桩基钻孔灌注桩施工研究

【关键词】桥梁；钻孔灌注桩；施工技术 

　　1. 工程概况 

　　1.1 本桥位于405k+635处，桥位处原有涵洞需拆除，新建桥梁平面位于直线上，与河流夹角80°桥梁全长18.44m。上部结构采用1×13m简支预应力混凝土空心板，下部桥台采用桩柱式台，1.2m钻孔灌注桩基础。桩基共计12根，采用单排6根。0#台和1#台的12根直径为1.2米的桩在河岸上，直接将原老涵洞左半幅拆除整平压实后，进行桩基的施工，先施工桥的左半幅。 

　　1.2 该施工方法的流程是：拆除老涵洞→平整压实场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒→检查质量。钻孔桩施工顺序先0#台、01、02、03桩，1#台、11、12、13桩，左半幅小桥建成后，再施工1#台、14、15、16桩，0#台、04、05、06桩。 

　　1.3 转孔灌注桩施工特点。 

　　（1）施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移，因此对环境和周边建筑 物危害小。 

　　（2）大直径钻孔灌注桩直径大、入土深。 

　　（3）对于桩穿透的图层可以在空中作原位测试，以检测土层的性质。 

　　（4）扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力。 

　　（5）经常设计成一柱一桩，无需桩顶承台，简化了基础结构形式。 

　　（6）钻孔灌注桩通常布桩间距大，群桩效应小。 

　　（7）某些利用“挤扩支盘”钻孔灌注桩可以有效减少桩径和桩长，提高桩的承 载力，减少沉降量。 

　　（8）可以穿越各种土层，更可以嵌入基岩，这是别的桩型很难做到的。 

　　（9）施工设备简单轻便，能在较低的净空条件下设桩。 

　　（10）钻孔灌注桩在施工中，影响成桩质量的因素较多，质量不够稳定，有时 候会发生缩径、桩身局部夹泥等现象，桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺 而变化，且又在较大程度上受施工操作影响。 

　　2. 测量控制 

　　根据设计施工图提供的路线的线形要素、结构平面布置图及结构图。 

　　2.1 灌注桩。 

　　（1）灌注桩施工钢护筒测量定位可采用全站仪极坐标法测量，并可相互校核。 

　　（2）在灌注桩开钻前必须报请监理验收钢护筒的位置是否满足规范要求，在成孔过程中要严格控制钻杆的垂直度，在下放最后一节钢筋笼时一定要确保其中心位置偏位在允许范围内，并控制好桩顶标高。 

　　（3）在灌注桩施工过程中，依据高程基准点准确测定各钢护筒的顶标高，以控制孔深、钢筋骨架底面和顶面高程及砼灌注的桩顶标高（钢筋骨架底面高程允许偏差为±50mm，钢筋骨架倾斜度±0.5%，骨架中心平面位置20mm，骨架顶端高程±20mm，灌注的桩顶标高应比设计高出一倍桩径以上）。 

　　（4）用钢导管灌注砼，在灌注砼时，导管底部至孔底应有25～40cm空间。首批灌注砼的数量应能满足导管初次埋置深度（≥1m）和填充导管底部间隙的需要，在整个灌注时间内，出料口应伸入先前灌注的砼内至少2m，以防泥浆和水冲入管内，且不大于6m。每次测定用检测合格的测绳进行测定以控制各关键工序的深度。灌注桩施工完成后放样开挖线和开挖深度直接进行土方的开挖，超出桩顶设计标高后进行桩顶的凿除，浇筑垫层砼后精确放样出承台的轴线和模板轮廓线，当绑扎完承台钢筋后，支立模板，并再次复测承台位置和预留墩身钢筋的位置，当监理检测合格后方可进行砼的浇筑。 

　　2.2 立柱施工测量。 

　　（1）灌注桩施工完成后放样开挖线和开挖深度直接进行土方的开挖，超出桩顶设计标高后进行桩顶的凿除，浇筑垫层砼后精确放样出立柱的轴线和模板轮廓线，当绑扎完立柱钢筋后，支立模板，并再次复测立柱位置，当监理检测合格后方可进行砼的浇筑。 

　　（2）利用全站仪架设在附近的控制网点上，采用极坐标法，按施工图纸的要求在立柱中心点进行放样。再利用全站仪架设在附近另一个控制网点上，采用极坐标法，进行校核，以确保立柱平面位置的准确。且报业主或监理，待业主或监理验收合格后方可开始下一道工序的施工。立模结束后，用同样的方法对立柱的顶面中心点位置和标高进行校核，确保立柱的平面位置和高程均满足设计和规范的要求。 

　　2.3 台帽施工测量。 

　　（1）立柱施工完成后，超出柱顶设计标高后进行柱顶的凿除，精确放样出台帽的轴线和模板轮廓线，当绑扎完台帽钢筋后，支立模板，并再次复测台帽位置，当监理检测合格后方可进行砼的浇筑。 

　　（2）利用全站仪架设在附近的控制网点上，采用极坐标法，按施工图纸的要求在台帽底板（模）对台帽角点进行放样。再利用全站仪架设在附近另一个控制网点上，采用极坐标法，进行校核，以确保台帽平面位置的准确。利用水准仪对台帽的底标高进行控制。且报业主或监理，待业主或监理验收合格后方可开始下一道工序的施工。立模结束后，用同样的方法对台帽的顶面角点位置和标高进行校核，确保台帽的平面位置和高程均满足设计和规范的要求。 

　　3.1 钻孔灌注桩施工工艺流程 放粗样→清表→精放样→投压外护筒→钻机就位→对中开钻（钻进、成孔、 清孔） →下钢筋笼（带下内护筒） →填土袋于内外护筒之间→下导管（二次清孔） →砼浇筑 

　　3.2 405k+635处小桥施工准备。 

　　施工准备包括：选择钻机、钻具、场地布置等。钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备，可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。按照施工图上的地质情况，405k+635处小桥采用正循环GPS-1500钻机。 　　3.3 钻孔机的安装与定位。 

　　（1）安装钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基，用装载机推平、人工夯实，再垫上钢板或枕木加固。筑岛高度高于施工水位1.0m。 

　　（2）为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动大致定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上，以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。 

　　3.4 埋设护筒。 

　　（1）钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持壁地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。 

　　（2）护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大20cm），每节长度约2～3m。用钢护筒。护筒采用4mm厚钢板弯制成型，护筒的制作应有一定的强度和刚度，拼缝和接头不漏水，可在外围加强环箍。护筒埋设采用挖埋法，根据土质不同选择不同的埋深，使护筒中心和桩中心尽量在同一垂线上。就位后在四周底部分层回填粘土并夯实，夯填土应均匀对称，防止护筒位移。 

　　3.5 泥浆制备。 

　　钻孔泥浆由水、粘土（膨润土）和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化和操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。 

　　3.6 钻孔。 

　　（1）循环钻钻机施工，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量，首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆，还要随时检查成孔是否有偏斜现象。所以钻好的孔应及时清孔，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应实事先规划好，既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔，又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。 

　　（2）采用三班工作制连续作业，初钻时，应稍提钻杆在护筒内打浆，开动泥浆泵进行循环，泥浆均匀后开始钻进，进尺要适当控制，在护筒刃脚处应低档慢速钻进，至刃脚下1m后，方可按土质情况以正常速度钻进，钻进中应密切注视护筒底土质是否有漏浆，并采取相应措施防止塌陷。钻进时，钻机的主吊钩宜始终空悬吊住钻具，防止钻具的全部重量由孔底承受，从而避免钻杆折断，并保证钻孔的质量。 

　　（3）钻架使用时间过长，可能发生位移，或孔内有探头石和其他情况，会使所钻的孔偏离设计孔位，因此每隔两小时要用水平尺检查钻机平台一次，并及时调整钻机。设专人负责记录钻进中的一切情况，并且将钻孔原始记录如实上报项目部。 

　　3.7 清孔。 

　　钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此，在钻孔过程中，应随时对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。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，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于25cm；清孔分两次进行，清孔采用掏渣与补水结合进行，主要目的是降低泥浆比重，泥浆比重逐渐降低后，泥浆向孔口溢出，进入泥浆池。第二次清孔在下放钢筋笼和导管安装完毕后进行，利用灌注混凝土的导管输入泥浆循环清孔，两次清孔间隔为2小时左右。 

　　3.8 循环钻钻孔注意事项。 

　　（1）校正好中心后，钻机就位，平面位置偏差应控制在5cm以内。 

　　（2）在钻进过程中保持孔内水位，泥浆相对密度控制在1.2左右，以起到护壁作用，防止出现塌孔。钻进时根据地质变化及时调整进尺速度。 

　　（3）钻孔达到设计标高后，进行正循换浆清孔，清孔后泥浆指标达到《技术规范》要求，相对密度1.05～1.2，粘度17～20s，含砂率小于4%。 

　　（4）经监理工程师验收合格后放入钢筋笼，插入导管，核对钻进总深度，孔底沉渣厚度不大于25cm，经监理工程师验收合格后浇筑水下混凝土。 

　　3.9 钢筋笼制作。 

　　3.9.1 钢筋笼的分段：考虑桩长和吊车（16T）的起吊能力，对钢筋笼进行适 当加固，钢筋笼可分 3 至 4 段制作，安装时在孔口进行搭接焊焊接（单面焊、焊 接接头长度应不小于 10d） 。 

　　钢筋笼制作规范要求： 

　　（1）主筋间距偏差值允许+20mm。 

　　（2）箍筋间距偏差为+10 mm。 

　　（3）钢筋笼直径偏差为+5mm。 

　　（4）钢筋笼长度偏差为+10mm。 

　　3.9.2 钢筋笼的运输安装：结合桩位场地、钢筋笼集中加工用平车运输至桩 位附近。钢筋笼吊装采用三点起吊法，防止钢筋笼在立起过程中变形，第一个钢 筋笼入孔至孔口附近时用 2〔10〕扁担穿过钢筋笼担在孔口，然后吊装第二个钢第6页 共 10 页 筋笼进行焊接，最后成型放入孔内。 

　　质量要求： 

　　（1）焊缝长度满足规范要求为 10d，焊缝接头错开 1m。 

　　（2）钢筋笼底面高程误差控制在+50mm，中心偏位不超过 50mm。 

　　3.10 安放导管。 

　　施工前，先对每节导管进行编号，导管采用直径 283mm，壁厚 5mm，节长 3m 快速接头的导管，导管使用前应进行水密、承压和接头抗拉试验，合格后将导管对准孔位中心，逐节连接导管，直到导管口距孔底 30～50cm 为止，为防止少 接导管，装漏斗前，用吊车缓慢下移，以确保导管满足长度要求，上口设漏斗， 安装隔水栓球。 　　3.11 导管提升及埋升控制。 

　　灌注水下砼时，应经常探测孔内砼面高度，以控制导管埋深和桩顶高度，如控制不准，将造成导管提漏、导管埋置过深拔不出来断桩事故。因此探测是一项重要工作，应采用较为准确的方法和探测工具。施工中拟采用重锤探测法，用测绳系以重锤， 放入孔内， 凭探测者手中所提测锤在砼顶面与接触砼顶面以后不同 重量的感觉而判断。导管埋深宜控制在 2-6 米时较好，防止出现拔导管时拔不出 来或漏拔的事故。拔管前须仔细测探砼面深度。用测锤测探时，须由两人用两个 测锤测探，防止误测。导管丝扣连接必须拧紧，不得漏气，并保证拼接平直，内 壁光滑。水下砼应连续浇筑，不得中断，确保桩身质量的完整性，为保证设计桩 顶的混凝土强度，灌桩的桩顶标高应高比设计高出一定的高度，至少为 0.5 米 ～1.0 米。 

　　4. 结论 

　　钻孔灌注桩虽然具有低噪音、小震动、无挤土，对周围环境及邻近建筑物 影响小， 能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不 同规模建筑物等优点，在桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛应用，已成 为一种重要的桩型。但随着社会经济发展的需要，钻孔灌注桩的桩长和桩径不断 加大， 单桩承载力也越来越高， 同时， 也使单柱单桩的设计成为可能。 对于长桩、 大桩， 其施工难度大， 易发生质量事故。 而单柱单桩的设计， 对桩的质量要求高， 发生质量事故后，加固处理难度大，且费用较高。因此，有必要对钻孔灌注桩的 常见质量事故加以分析，找出质量事故发生的原因，研究相应对策，尽可能防止 质量事故发生。 

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