桥梁工程钻孔灌注桩施工技术探讨

　　摘要：钻孔灌注桩作为基础形式，其适应性强，承载力大，成本适中，施工简便等优点，广泛的应用于桥梁与其他领域。由于影响钻孔灌注桩的工程质量因素众多，然而一定要高度重视及严格控制钻孔灌注桩的施工质量及过程，以利于工程的顺利进展。
　　关键词：钻孔灌注桩；施工技术；分析
　　1引言
　　当前桥梁结构工程中，钻孔灌注桩作为一种基础形式，已被广泛的采用。钻孔灌注桩属于水下隐蔽工程，其施工质量效果不可直接观察，即使施工工艺并不那么复杂，但施工中的每个环节都非常重要，会影响整个桩的质量，万一出现缺陷桩，处理起来也麻烦，往往影响工期，增加投资。结合宿淮高速京杭运河特大桥钻孔灌注桩施工谈几点体会如下：
　　2施工准备和钻孔过程中的控制
　　2．1概况
　　宿淮高速京杭运河特大桥主桥两个主墩共36根Ф2.5m的钻孔桩。13#主墩位于西岸，设计桩长80m，采用了2台S-500泵吸反循环钻机成孔，钻具为4翼刮刀钻，因钻机自重较轻，可采用50T履带吊移位，钻机平台为无支架施工平台。14#主墩位于东岸，设计桩长85m，钻机有2台，即1台KTY3000A钻机和1台HTL300钻机，钻头有两种：四翼刮刀钻和楔齿滚刀钻，采用正循环开孔，气举反循环工艺成孔。
　　准备场地
　　2.2桥梁的主墩均位于京杭大运河堤岸的内侧，场地狭小，桩基施工的场地布置结合承台与下部构造施工一并考虑，主要包括吊车的停放与作业场地，混凝土运输车、吊车的进出场道路、泥浆储备池的布置、电力供应设施及钻孔配套设备堆放场地等。
　　场地处理采用高挖、低填、地表硬化等方法进行处理。场地四周开挖排水沟，场地应平整，以防积水。但在实际施工中，排水沟常常被泥浆淤塞，场地满地泥泞，不能满足文明施工的要求，望在以后施工中，充分考虑场地的布局和排水。
　　2．3埋置护筒
　　钢护筒采用了厚度为14mm的A3钢板卷制而成，内径大于设计桩径30cm。护筒内设置临时支撑，以防止其在运输过程中产生变形。
　　钢护筒采用DZ90振拔锤振动沉入。钢护筒分两节段，底部5米段和顶部1.5米段，以法兰连接。法兰间塞石棉绳、抹黄油密封。钢护筒倾斜度和中心偏差控制较为重要，这是保证护筒底口不塌孔不漏浆的前提。
　　2．4钻机的安装就位与钻孔
　　根据主墩桩径大，且成孔深（实际成孔深度93m）的特点,结合本公司现有钻机情况，两主墩采用不同型号钻机施工，具体如下：
　　13#墩采用2台台湾制造S-500型泵吸反循环钻机施工(后又投入一台S-400钻机,施工导向孔)，14#墩采用1台大桥局制造的KTY3000A钻机和1台洛阳久久公司制造的HTL300型钻机施工，皆为气举反循环机型。
　　钻机直接在钻孔平台上拼装，钻机安装结束后，用水准仪测量出钻机底盘顶面四角的高差，采用油顶对钻机进行调平，并固定好钻机。钻机就位后精度要求：
　　a、钻机四个支点高差<5mm；
　　b、转盘中心与护筒底口中心偏差<5mm；钻架水龙头、钻头、护筒底口中心三点一线，铅垂度偏差<5mm。
　　气举反循环钻机：往护筒内泵入泥浆开始正循环钻进，在钻进至护筒刃脚上、下1米左右时，应轻压慢转，待穿过护筒刃脚后，方可进入正常钻进。当钻进深度超过20m后，更换泥浆循环方式，启动空压机开始气举法反循环钻进。
　　泵吸反循环钻机：在穿过护筒刃脚前，应小泵吸量，缓慢钻进。
　　泥浆控制
　　泥浆于钻孔前24小时，在造浆池内配制完毕，进一步熟化。
　　在钻进过程中规定每2小时对进出浆口泥浆的PH值、比重、砂率、粘度测定一次，根据检测结果，对泥浆进行相应调整，具体采用方法如下：
　　（1）、当粘度小于17秒时，由储浆池向孔内补充部分粘度为19～22秒的新浆进行调整。此项操作应结合排碴及排除废浆工作一并进行。
　　（2）、当PH值小于7时，向孔内加入部分纯碱，加入采用少量多次，同时不断检测进出浆口泥浆的PH值，直到进出浆口泥浆的PH值在8～10范围内为止。
　　（3）、当胶体率小于95%时，向孔内添加已经浸泡的CMC溶液，少量多次加入，并经常检测胶体率同步调整CMC加入量。
　　（4）、相对密度较大时，向泥浆池中补充适量清水，此项工作同排碴和排浆相结合进行，以降低成本。
　　终孔前1-2m时，开始调整泥浆指标，终孔后，采用换浆法，利用钻机的气举或泵吸反循环系统清孔。
　　清孔分两次进行，第一次清孔是在终孔后进行。将钻具提离孔底30-50cm，缓慢回转，同时送风或泵吸，每隔10min停止送风或泵吸一次，并将钻具提高1.5-2.0m来回串动几次，再送风或泵吸清孔，确保第一次清孔后，孔内无泥块。考虑到主墩桩基直径较大，且孔的深度达85米，钢筋笼安放及导管安装时间较长。为确保钢筋笼安放及导管安装过程中孔壁的稳定，第一次清孔后泥浆的稠度及比重等指标宜适当提高。第一次清孔后出浆口的泥浆指标按比重1.1-1.15、粘度17-20s、含砂率<4%、PH值7-9的要求进行控制。再持续换浆、清孔，其时间不得少于30分钟，然后拆除钻具、移走钻机。提钻时应注意防止钻头损坏孔壁，同时补充泥浆，稳定孔内水头。
　　第二次清孔在混凝土浇筑前进行。待钢筋笼、导管安装结束后，用测绳及测锤测量孔底沉淀层厚度，如达不到小于0.3D且≤500mm（D为桩径）的规范允许值，应进行二次清孔。用空压机将压缩空气通过导管中插入的专用混合器压入孔底清孔（S-500钻机是把吸管连接在导管上，直接泵吸），并不断向孔内补充新浆。清孔后，测定孔底沉渣厚度小于允许值后，方可停止清孔，确保沉淀值达到设计要求。二次清孔后，导管内抽出的泥浆应达到：相对密度1.03-1.10，胶体率≥98%，粘度17s-20s，含砂率≤2%的规范要求。二次清孔结束后，尽快灌注混凝土，其间隔时间不宜大于30分钟。
　　沉淀厚度用测锤和测绳测量复核，测深用测绳的读数一定要准确，用2-3孔后必须用钢尺校核一次。孔的垂直度、孔径，采用自制测孔器进行检孔。
　　
　　2．5钢筋笼骨架的制作及下放
　　大直径桩的钢筋笼由于笼体较大，自重较大，在现场存放滚动和吊装时往往会变形，在钢筋笼制作过程中，应重点考虑其刚度。为此本工程钢筋笼采用了三角撑，加粗了加强箍的直径，进一步增强了钢筋笼的刚度。
　　根据设计要求制作钢筋笼，施工中应除锈、整直，根据骨架的长度，主筋尽量用整根钢筋，如须接头，应采用对焊。分段后的主筋接头应相互错开，保证同一截面内的接头数不多于主筋总根数的50%，两个接头的间距应大于50cm。每节钢筋笼搭接好后应检查搭接长度，电焊长度、宽度和厚度应符合要求。清孔后及时吊放钢筋笼，以免隔时过久沉渣厚度超过规定，钢筋笼骨架垂直度偏差不大于1%L(L为钢筋笼长)，宜整体吊放或分段吊放，所有接头应焊接顺直，对准孔位慢放。若遇阻碍可徐起徐落，正反旋转，防止碰撞孔壁而引起坍塌。为防止钢筋笼在灌注混凝土过程中发生掉笼，应在其上端焊接4根与主筋直径相同的钢筋(或延长主筋)，固定焊接在护筒顶部或施工平台上，避免在灌注水下混凝土时发生钢筋笼“上浮”现象。钢筋笼入孔定位标高允许误差+5cm，灌注完后，桩上部混凝土初凝，应撤除钢筋笼的固定设施，使钢筋笼同混凝土一起收缩。钢筋笼吊装就位，应与孔壁保持设计的保护层距离，可在笼身上每隔2m于同一横截面处对称设置4个钢筋耳环。
　　3水下混凝土灌注控制
　　3.1、导管安放
　　钢筋笼入孔安装完毕后，进行导管的安装工作。导管选用Ф300mm，壁厚8mm丝扣式连接的导管，导管安放前需进行水密性及抗拉试验，水密试验时水压不小于井孔内水深1.3倍压力，承压试验时的水压应不小于1.3倍导管壁可能承受的最大内压力pmax，pmax=γchcmax-γwhw，抗拉实验时，其拉力不小于1.3倍导管可能承受的最大拉力。并将每一节导管编号、标注长度。导管安放深度应符合导管底口距孔底40cm的施工规范要求。
　　3.2、水下混凝土施工
　　①、混凝土配合比设计
　　选用优质水泥，级配良好及洁净的粗、细骨料（粗骨料最大粒径≤31.5mm）和性能较好的外加剂。配合比设计拟采用双掺技术，即掺加粉煤灰和外加剂以提高混凝土的和易性及流动度，确保水下混凝土的灌注质量。本工程单根主墩桩基的混凝土数量达450m3（取扩孔系数1.05），预计浇筑时间为6-8小时。主墩桩基混凝土的主要性能指标为：坍落度18-22cm，初凝时间16-18h，终凝时间24h。
　　②、首批混凝土量计算
　　按照公式：V≥πd2h1/4+πd2Hc/4计算出其首盘灌量为11m3，施工时取V=12m3，以确保初灌量达到导管埋深1.0米的要求。
　　③、混凝土浇筑设备
　　为便于主桥及引桥施工的安排，混凝土浇筑设备统一设在材料运输较为便捷的运河东岸，配置2套60m3/h的混凝土拌和楼，混凝土浇注采用60m3-90m3/h的混凝土输送泵，并根据实际需要配备适量的混凝土运输车。浇筑时导管的提升由履带吊车进行。
　　④、混凝土灌注
　　混凝土由泵车将混凝土料直接泵入集料斗进行灌注。整个灌注过程将连续进行，灌注时对孔内溢出的泥浆进行分级沉淀后回收再利用，沉渣运至指定废弃点。
　　孔内混凝土上升高度用吊锤测绳测量，同时辅以理论计算混凝土面层的高度，并作为拆除导管的依据，防止因测量差错导致导管埋入过深和导管提空等事故。导管埋入深度严格控制在2-6米，任何情况下不应少于2米。
　　混凝土浇筑过程应防止钢筋笼上浮。当混凝土面接近钢筋笼底部时，导管埋深宜保持3m左右，并适当放慢浇筑速度，当混凝土面进入钢筋笼底端1-2m时可适当提升导管。导管提升时应保持平稳，避免出料冲击过大或钩带钢筋笼。
　　4、桩基施工几点施工体会
　　1)、现场施工管理班子责任心应强，管理力度要大
　　大直径长桩基施工是一复杂的施工项目，设备多、工种杂、工序多，且质量风险高，现场的施工协调复杂，配备一组高水平的施工管理人员非常必要，若现场管理顺畅有力，可以使质量风险减小，工期缩短，费用减少。在人员选择上，应做到宁少勿滥，责任心差的人员严禁使用。
　　2)、设备选用与配置
　　当前钻孔设备类型较多，应根据实际的地质情况，选用适合的钻机，若钻机选型恰当，施工进度与经济效益明显，这也是桩基顺利施工的基础。
　　3)、技术管理
　　钻孔过程中，应实行技术员全程值班制度，尽量不换班。但在水下砼灌注施工时，强烈建议采取一班到底制度，不换班，不离开现场，杜绝因交换班出现质量漏洞。
　　参考文献:
　　［1］桂业昆，邱式中．桥梁施工专项技术手册［M］.北京:人民交通出版社，2005．
　　［2］公路与桥涵施工技术规范(JTJ041－2000)［S］.
　　［3］贾德胜．论钻孔灌注桩施工要点控制的实施［J］．西部探矿工程，2007，(4)．

《桥梁工程钻孔灌注桩施工技术探讨》

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