基于桥梁深水桩基础钻孔灌注桩施工技术的探索

GXF360 2017-06-21

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基于桥梁深水桩基础钻孔灌注桩施工技术的探索

□ 中铁八局集团第二工程有限公司刘爽

摘要：桩基是桥梁工程施工建设过程中的重点和难点，随着建筑行业的快速发展，桥梁钻孔灌注桩桩长不断增大，直径和最大水深也在提高，深水桩基施工技术是最为重要的一部分。文章将对桥梁深水桩基础钻孔灌注桩施工技术进行分析，并在此基础上采取相应的施工质量保证措施，以期为同类工程提供参考。

关键词：钻孔灌注桩；施工技术；管理策略

目前桥梁深水桩基础钻孔灌注桩施工过程中，采用的主要机械设备有冲击钻、冲抓钻及旋转钻，钻头不同，对应的水下条件也不尽相同。近年来，由于旋转钻成孔速度快，能够有效缩短工期，因此应用非常广泛，但在施工过程中还需根据水底土质岩层情况，选择合适的钻头来确保施工质量和效率。

1.钻孔桩施工技术

1.1 钻孔平台

桥梁深水桩基础钻孔灌注桩施工过程中，采用支撑桩平台。桥梁跨度的不断增大，使得主墩基础也随之增大；如果采用钢围堰钻孔平台，则会使得局部河床创刷力度增大，甚至会严重影响正常通航。通过对比，以钢管桩作为基础支撑钻孔平台较合适，而且广泛应用在流速较大、水深较深及覆盖层较厚的水域。以国内某大桥工程为例，全长34.2km，通过对历年水文情况的分析，设计桥梁支撑桩，堆载、活载为设计荷载，并对钢管桩沉入度进行综合考虑，不仅要满足桩的稳定性和承载力，而且还要有利于施工。主桥采用的是双塔双索面钢箱梁斜拉桥形式，北索塔墩35m，水流速度3m/s，基础为高桩承台形式，采用的是钻孔灌注桩施工技术。

1.2 护筒埋深

桥梁深水桩钻孔灌注桩施工过程中，护筒对桩基础起到非常好的保护作用，不仅可以有效防止钻孔四周土层向钻孔中坍塌，为施工建设营造环境条件。护筒施工如下图1所示：

图1 护筒施工安装示意图

1.3 钻机就位与成孔

桥梁深水桩钻孔灌注桩施工过程中，首先应对根据设计图纸优选钻机，并对钻机进行事先测试，确保钻机正常运转；钻孔完成后对钻头进行清理，以免影响再次钻孔。同时，还要根据设计要求合理选择钻孔方式，确保钻孔精确度[1]。

1.4 清孔及钢筋骨架吊放

钢筋笼制作实践中需严格按照要求、设计图纸及技术方案等进行操作，尤其是焊接质量、耐弯度及调直度和除锈效果等应特别重视。同时还要尽可能选用整根钢筋作为主筋，如果需要焊接则应对末端施工质量进行严格控制，特别是无法弯曲的钢筋，一定要将其直径、间距误差严格控制在20mm范围内。钢筋笼施工安装过程中，需采用探孔设备对拟钻孔洞认真探测，并且按照拟钻孔洞直径、要求，合理确定探孔器直径，尤其要对孔壁是否有障碍物、杂物等进行全面检查，以确保其没有杂物和坍塌物，这样可以确保施工安装质量。

在此过程中，如果发现有障碍物，则建议采用正反旋转方式、或者轻轻下落方式使其自然垂下，必要时需立即停止施工，待查明原因和解决问题以后，方可进行施工操作。

钢筋骨架吊放前应先进行清孔，将钻孔中的杂物彻底清理干净，采取以下措施：泥浆正循环清孔过程中，钻进结束后提升钻头距孔底大约200～500mm，大泵量泵入新泥浆，并且维持循环时间至少30min，直到将孔底的沉渣及孔壁泥皮清理干净为止；利用泵吸反循环钻进方式进时，钻进结束后钻具停止回转，钻头与孔底之间保持50～80mm的距离，并对其进行泥浆泵吸反循环操作，直到孔底沉渣满足规定要求为止。

1.5 水下混凝土灌注

水下混凝土灌注施工过程中需对混凝土本身质量进行严格控制，以免影响水下施工质量。水下混凝土制造前应保证砂石强度达标，制造混凝土用水以洁净水为宜。第一批混凝土灌注施工中，应先对灌注钻孔中有无积水进行全面把握，确保有水；若第一批混凝土灌注过程中没有异常情况出现，则后续灌注应保持连续，尽可能避免中途出现停工现象。

混凝土浇筑时应逐渐减缓灌注操作，以免导管中形成高压空间，进而导致关节间橡皮垫因变形而出现渗漏。通常情况下，空气完全逸出后方可继续灌注混凝土。混凝土灌注时稍有不慎就有可能导致钢筋笼上升，影响水下灌注施工质量。为了有效避免该现象发生，可先将钢筋笼上部位置固定；当混凝土表面即将接近笼底时灌注速度降低；当钢筋笼与混凝土之间充分接触后缓慢提升导管，并且不断增加钢筋笼埋深；混凝土浇筑即将结束时，向孔中加入一定量的水，即完成浇筑作业任务；最后将导管拔出，此时要确保慢速操作，以免桩顶浓泥浆挤入来形成泥心。

孔底压浆是桥梁灌注钢筋混凝土桩的一种施工技术方法，采用长螺杆钻孔机先进行钻孔，直到预定深度为止，然后再利用钻头位置的喷嘴对孔中灌浆，操作如下：（1）埋入2～4对型号为d35mm的钢管，而且要与钢筋笼同时固定下放，以确保其能够完全没入灌浆孔之中。（2）初凝时间至少24h，采用常规浇筑方法浇筑混凝土、通孔。一般每日可通孔一次，以免出现砂浆堵孔现象。（3）压浆时，混凝土强度需达到预设标准的70%以上；压浆可分3次完成，每次间隔时间为6h。

2.施工管理策略

2.1 塌孔处理措施

对于塌孔问题最重要的是要配备性能好、大功率的钻机，优选选择钻进参数，如泥浆性能、钻压及钻速等。经验丰富的施工技术人员应对积极参与施工，坚持预防为主的原则。在操作过程中应根据土层条件选择适应的钻进方法。当河床水位发生变化，或钻至砂砾土层并出现严重漏浆现象时，应及时对孔中水头进行调整，确保在任何情况下均超过最高洪水位1.5～2m的高度。钻孔过程一定要采用优质的膨润土进行造浆，钻孔壁面应形成韧性较强的胶合薄膜，以确保孔壁的安全稳定性。松散易坍土层中可适当深埋护筒，密实回填土。使用优质泥浆，提高泥浆比重和粘度；升高护筒，终孔后补给泥浆，保证水头高度符合要求，确保钢筋笼制作质量，防止变形；吊放时要对准孔位，吊直扶稳，缓缓下沉，防止碰撞孔壁。

2.2 防止出现掉钻头或偏斜孔现象

钻孔过程中利用加扶正圈导正及全孔减压钻进方式进行防斜处理，扶正圈直径应小于设计桩径大约20cm，扶正圈置于离钻头腰带大约5～6m位置，必要时每钻进大约20～30m的距离可加扶正圈，以此保持钻具具有良好的导向性。

2.3 缩径问题应对措施

施工过程中利用与钻孔相配套的钻头，采用反循环方式钻进成孔。淤泥层及淤泥质黏土层钻进过程中建议用小钻压+中等转速进行成孔，同时严格控制其进尺，以免钻孔缩径。在粉质黏土层施工过程中，利用中等钻压和转速进行成孔，注意对成孔进行清扫。粉细砂层可利用大钻压+低转速方案进行成孔，同时控制进尺。施工中若出现缩径问题，则可通过适当加大泥浆比重的方式，使孔壁稳定牢靠。一般而言，每进尺定深度后都要适当上下提放钻头，并且重新扫孔，保证成孔直径满足设计要求。结合试验孔参数及孔径检测结果，适当对钻头直径、钻进参数进行调整，以达到预期要求[2]。

3.质量控制措施

3.1 钢筋笼安装质量控制

钢筋笼的制作安装要满足设计和施工验收规范的要求和规定，钢筋笼制作完成，在现场吊装入孔视长度和场地条件确定吊装方案，防止钢筋笼在运输、吊装、安装过程中变形，在钢筋笼上布置环形加强箍筋，直径为φ10～φ12，间距1.5m～2m。钢筋笼上设置保护层混凝土环，间距5m～10m，混凝土环穿在加强箍筋上。钢筋笼安装应保持垂直状态缓缓入孔，避免碰撞孔壁，下放过程中遇阻碍不得强行下放，应查明原因予以处理后再继续下放。

3.2 混凝土施工质量控制

终孔前应对进行严格清孔，确保泥浆指标能够达到设计要求。同时，还要确保各项工序施工操作的连续性，对混凝土流量以及下放速度进行严格控制，流量以及流速都应当保持均匀。一方面要确保灌注施工操作的连续性，另一方面还有尽可能缩短混凝土泵送间歇。施工过程中若存在其他问题，则在短时间内混凝土无法搅拌到位，则储料斗中应当备满混凝土，隔10min的时间泵送两个行程，以此来减小混凝土的泌水率，使放料速度变小。同时，还要及时对储料斗中的干硬混凝土残渣清理干净。混凝土导管不能高于埋深，导管拆除应及时迅速，导管拆除后应对密封圈进行全面检查，必要时对密封圈进行更换，确保导管埋管深度安全可靠。