刍议桥梁钻孔灌注桩基础施工工艺

关键词: 钻孔灌注; 施工技术;工艺流程;体会 

　　1. 前言 

　　钻孔灌注桩在我国现阶段的公路桥梁基础施工中应用非常广泛采用的一种桩基施工技术。灌注桩属于隐蔽工程，由于影响灌注桩施工质量的因素很多，对其施工过程每一环节都必须要严格要求，对各种影响因素都必须有详细的考虑，如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢筋笼的上浮、混凝土的配制、灌注等。若稍有不慎或措施不严，就会在灌注中发生质量事故，小到塌孔、缩颈，大到断桩报废，给企业财产造成重大损失，以致影响工期并对整个工程质量产生不利影响。所以，必须高度重视并严格控制，按照相应的施工流程进行，尽量避免发生事故及减少事故造成的损失，以利于工程的顺利进行。 

　　桩基沉入土中的施工方法不同, 其采用的机具和施工工艺也不相同, 并且影响桩与桩周边土接触边界处的状态, 也会影响桩与土之间的共同作用性能。钻孔灌注桩是按施工方法分类中的一种,另外 

　　还有打入桩、振动下沉桩及管柱桩基。 

　　2. 工程钻孔灌注桩施工工艺 

　　钻孔灌注桩的施工程序有：平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进→调整泥浆比重→泥浆循环→成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→安放导管→计算首批混凝土量安装料斗→灌注水下混凝土→拔出护筒→质量检查。 

　　2.1 设备及钻具的选择 

　　混凝土灌注所需施工设备要求配套并且完好。这是保证灌注水下混凝土质量的基本前提。要重点强调以下施工设备的质量: 

　　(1) 备用发电机数量充足。要保证工地的备用发电机性能良好, 足以应付施工过程中可能发生的电网断电情况,这样可以防止灌注时间延误, 避免造成断桩事故。 

　　(2) 注意混凝土拌和机类型的选择, 宜选用大容量拌和机, 在数量上可以保证混凝土的连续灌注。对混凝土拌和机在每次使用前都应进行认真的检查维修。 

　　(3) 导管是灌注水下混凝土的重要工具, 其直径大小要根据灌注强度要求进行选择(－般在300mm) 。要求导管应具备足够的强度和刚度、且密封性良好, 管壁光滑、导管平直, 无穿孔裂纹, 导管接口处应有弹性垫圈密封。如果导管接头密封不严, 焊缝破裂, 泥浆或水从接头或焊缝中浸入会引起桩基质量事故, 因此施工之前必须要进行水密、承压和接头抗拉试验。 

　　(4) 储料斗、漏斗、必须计量满足首批混凝土埋管要求，溜槽以及其他有关灌注机具使用前都应进行检查, 以保证施工安全和施工质量。 

　　(5) 目前常用的钻具有旋转钻、冲击钻及冲抓钻3种类型。。根据工程土质情况、桩基直径、桩长选用适合的机械。桩径2.2 m, 桩长15 m至25m, 河床底1 m～4 m为弱风化粉砂泥岩, 下为弱风化细砂岩, 岩石致密坚硬抗冲击力强。本项目根据地质, 气候及水文特征主要选用了冲击钻(大刃脚一字型冲击转) 。 

　　2.2 施工准备工作 

　　2.2.1 场地准备 

　　施工前将场地平整好,以便安装钻机。本桥位2#～4#墩处于水中,且水深常年在6m～7m左右,采用土袋围堰筑岛,用粘土修筑一条长30 m、顶宽5m的E形岛,并压实,平台高于常水位1.5m,填土外部包编织袋,以防冲刷。若墩台位于无水岸滩,钻机位置处应清除杂物、换填软土、平整夯实,场地有浅水时,可用土或草袋围堰筑岛；场地有深水或陡坡时,可用木桩或钢管桩架设平台,水深但水流平稳时,条件许可,也可将施工平台设在浮船上(需计算结构强度、刚度,验算稳定性)。本工程2#墩处于浅水使用围堰筑岛,3#～4#墩处于深水因此采用钢管桩架设平台。 

　　2.2.2 埋置护筒 

　　护筒制作要求：坚固、耐用、不易变形、不漏水、装卸方便并能重复使用。一般用木材、薄钢板或钢筋混凝土制成。这里采用直径为2.5m，长度2m―8m的钢护筒。护筒的作用: 

　　1) 固定桩位,并作钻孔导向； 

　　2) 保护孔口防止孔口土层坍塌； 

　　3) 隔离孔内孔外表层水，并保持孔内水位高出施工水位以稳定孔壁。 

　　护筒埋置需注意事项：护筒平面位置埋设准确(偏差不大于50mm) ,护筒顶部标高应高出地下水位和施工水位1.5m～2.0m。护筒溢浆口应高出地面0.2m～0.3m3)护筒底应低于施工最低水位(一般低于0.1～0.3m即可)。埋设护筒挖坑只需比护筒直径大0.5m～1.0m就行,护筒四周用粘土夯填密实,护筒底必须在稳定的粘土层中,否则换填粘土并夯实,厚度不小于50cm。 

　　2.2.3 制备泥浆 

　　在0#台、1#和、5#墩、8#墩、10#台的位置修建泥浆池。泥浆最好采用优质纯粘土或膨润土,若没有好的纯粘土或膨润土,或者远运都困难,可掺配少量添加剂改善泥浆的性能。泥浆在钻孔中的作用:在孔内产生较大的静水压力,可防止坍孔,泥浆向孔外土层渗漏,在钻进过程中,因钻头的作用,孔壁表面形成一层胶泥,具有护壁作用,同时将孔外水流切断,能稳定孔内水位,泥浆比重大,具有挟带钻渣悬浮作用,利于钻渣排出。泥浆比重在1.1～1.3之间,由于本桩基处于粉砂岩及弱风化砂岩层中,泥浆比重为1.3左右。粘度在22Pa/S～30Pa/S, 含砂率≤4%。 

　　2.2.4 安装钻机 

　　钻机是钻孔、吊放钢筋笼、灌注砼的支架。在钻孔过程中, 成孔中心必须对准桩位中心, 钻机必须保持平稳, 不发生位移、倾斜和沉陷。钻机安装就位时, 应详细测量, 底座用枕木垫实塞紧, 并在钻进过程中经常检查。 

　　2.3 钻进成孔 

　　利用钻锥(7.5t)不断地提锥、落锥反复冲击孔底土层,把土层中泥砂、石块挤向孔壁或打成碎渣,钻渣悬浮于泥浆中,利用泥浆泵循环泥浆，渣石沉淀在沉渣池内用挖土机挖出运往弃渣场填埋,重复以上过程冲击钻进成孔。在钻孔过程中应防止坍孔、孔形扭歪或孔斜,甚至把钻头埋住或掉进孔内等事故,因此要注意下列各点: 

　　(1)在钻孔过程中,始终保持孔内外的水位差和泥浆浓度,以起到护壁固壁作用, 防止坍孔。 

　　(2)在钻孔过程中,应根据地质勘探情况控制钻进速度、调整泥浆稠度,防止坍孔、钻孔偏斜、卡钻等情况发生。 

　　(3)钻孔宜一气呵成,不宜中途停钻以避免坍孔,若坍孔严重应回填重钻。 

　　(4)钻孔过程中应加强对桩位、成孔情况的检查工作。终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底情况按质量标准进行检查。合格后立即清孔、安放钢筋笼、灌注砼。 

　　2.4 清孔及吊装钢筋笼 

　　清孔的目的是除去孔底沉淀的钻渣和泥浆, 以保证灌注的砼质量及承载力。清孔的方法:换浆清孔。钻孔完成后不再进尺,继续循环换浆清渣,直至达到清理泥浆的要求(泥浆比重在1.03--1.1之间)。另外还有抽浆清孔和掏渣清孔及吹渣清孔的方法,根据实际情况采用适合的方法。清孔时要注意的要点: 

　　(1)必须保持孔内水位高度; 

　　(2)灌注砼前孔底沉淀厚度不大于设计规定(一般在10cm); 

　　(3)不得用加深孔底的方法代替清孔。 

　　钢筋笼的制作应按设计要求预先焊成钢筋骨架,用大吨位吊车吊入钻孔内就位,校正钢筋笼的位置并固定,防止灌注砼的时后钢筋笼上浮。若钢筋笼超过吊车的最高长度,钢筋笼宜分段安装,焊接就位。焊接时注意声测管连接顺直、密封以免对后续质量检查造成缺陷。 

　　2.5 灌注水下砼 

　　终孔后待钢筋笼安装就位,接着安装导管。导管内径为30cm的钢管,壁厚4 mm, 每节2m,另有调整节,长度0.5m～1.0m,最下面一节为4.9m,根据孔深确定导管长度。导管两端用螺旋丝口连接,并垫橡皮圈保证不漏水。在浇注砼前必须检查导管的密封性,确保导管密封不渗水。将导管居中插入到离孔底0.2m～0.3m (不得插入孔底沉淀的泥浆中),导管上口接漏斗,并设隔水栓。待漏斗中混凝土储备量足够后,放开隔水栓, 混凝土从漏斗底迅速下落,孔内水位骤涨外溢,说明混凝土灌入孔内。足够数量的混凝土将导管内水全部压出,并使导管下口埋入孔内混凝土内1m以上,随着砼不断通过导管灌入孔内,孔内初期灌注的砼及上面的水、泥浆不断被顶托升高, 不断提升导管和拆除导管,直至钻孔灌注砼完毕。 

　　灌注水下砼是钻孔灌注桩施工最后一道关键性的工作,其施工质量严重影响桩的质量,必须注意以下几点: 

　　(1) 混凝土材料的要求:认真做好水混凝土下配合比设计,混凝土必须具有良好的流动性及和易性,为防止卡管,碎石粒径为1cm～3cm,最大粒径不大于4cm。C25水下混凝土配合比:普通425级水泥:河沙:碎石:水=1∶1.62∶2.43∶0.53。坍落度为200mm，每立方米混凝土水泥用量为437kg,水灰比为0.53,砂率为40%。 

　　(2)必须保证首批混凝土数量。为了保证首批砼能将导管内水全部压出并满足导管初次埋入深度的要求,应确定漏斗的最小容积。 

　　(3)混凝土必须拌合均匀,尽可能缩短运距和减少颠簸,防止混凝土离析而发生卡管事故。 

　　(4)灌注混凝土必须连续作业,避免任何原因中断灌注。混凝土的拌制和运输必须满足连续作业的要求。 

　　(5)在灌注过程中,要随时测量和记录孔内混凝土高度和导管入孔长度,以控制和保证导管埋入混凝土内有适当的深度,防止导管提升过猛,管底提离混凝土面或埋入过浅, 而使导管内进水造成夹泥断桩,也要防止导管埋入过深,造成管内混凝土压不出或导管被混凝土埋住不能提升,导致中止灌注而断桩。埋管深度宜控制在2m～4m。若钢筋笼悬空,混凝土接近钢筋笼底部时,为防止钢筋笼上浮,一要放慢灌注速度,二是混凝土进入钢筋笼1m～2m时,适当提高导管,减小导管埋置深度和加大钢筋笼下部的埋置深度。 

　　(6) 灌注的桩顶标高应比设计值预加一定高度,此范围内的浮浆和混凝土应凿除, 确保桩顶混凝土质量。预加值为0.5m～1.0m。待混凝土灌注完毕后扒出钢护筒,及时清除多余的混凝土,但清理完后的混凝土还必须比设计高20cm,待混凝土达到强度后再凿除至设计标高。(实际施工中可留3cm～5cm)。 

　　2.6 进行成桩检测及问题处理 

　　本工程的成桩检测是委托贵州某建筑工程检测中心检测,在检测中发现左幅4-1#桩局部出现不密实现象 ,可能是由于施工中混凝土拌合不均匀或者灌注不连贯造成,具体处理方式是采用凿掉桩顶以下3m混凝土,在钻孔灌注水泥浆,在浇灌普通混凝土至标高。

　　3. 结束语 

　　结合工程实例, 对灌注桩的施工技术工艺流程进行了全面的介绍,希望对即将参与或者正在参与此类工作的同行有所启发。我认为：随着我国交通基础设施建设的快速发展, 钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点仍将被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。灌注桩属于隐蔽工程, 但由于影响灌注桩施工质量的因素很多,对其施工过程每一环节都必须要严格要求, 对各种影响因素都必须有详细的考虑。作为工程技术人员, 要不断从工程施工中总结工作经验, 共同探讨交流, 以确保工程质量。 

　　参考文献： 

　　[1] 钱让清.公路工程地质(第二版)[M].中国科学技术大学出版社, 2005. 

　　[2] 肖大平,杨焕玲.北京地区灌注桩后压浆技术应用实例[J].建筑技术,1998, 29(3):161-162. 

　　[3] Q/JY14-1999,灌注桩后压浆技术规程[S]. 

　　[4] 陶兴文.上海地区钻孔灌注桩后压浆技术的设计与施工[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2001,(4):35-36.