桥梁工程灌注桩充盈系数研究应用

　　摘要：：本文笔者结合经验及相关理论对工程灌注桩施工及质量控制作了研究，为今后的施工提供了可靠的参考。供类似的工程参考。

　　关键词：灌注桩;充盈系数

　　1、工程概况

　　本工程过渡段基坑围护型式采用灌注桩，其中灌注桩工程量为：Φ1000@1150灌注桩201根，砼1655.3m3;Φ800@1100灌注桩407根，砼3364.8m3，灌注桩平面见图1。地层从上至下为：耕植土、流塑状淤泥层、粉质粘土、全风化砾砂岩，局部有淤泥质粉砂，强风化砾砂岩、中风化砾砂岩，其中流塑状淤泥层平均厚度为4.88m，地质剖面见图2。设计要求灌注桩桩底进入强风化砾砂岩和中风化砾砂岩层。

　　图1灌注桩平面图

　　图2灌注桩地质剖面图

　　2、研究分析

　　2.1现状调查

　　我们对试桩在不同地层充盈系数情况进行了现状调查，见表1。

　　表1试桩充盈系数调查表

　　序号 地层 充盈系数n 层厚B(m)

　　(L1/L2) 各层充盈比重

　　(x1*L1)+(x2*L2) 各层累积权重%

　　(x1/x2) 平均值

　　1 耕植土 1.51/1.58 1.55 0.20/0.20 0.618 1.4%

　　2 流塑状淤泥 2.28/2.40 2.34 7.58/4.30 27.6024 63.0%

　　3 粉质粘土 1.26/1.31 1.29 3.18/2.10 6.7578 15.4%

　　4 全风化 1.08/1.13 1.11 0.24/7.60 8.8472 20.2%

　　合计 43.8254 100

　　结论

　　从表1看，流塑状淤泥层的充盈系数为2.28～2.40，累积权重为63.0%，是灌注桩充盈系数过大的主要地层。

　　2.2测算分析：

　　由调查表可知：在流塑状淤泥层充盈权重占63.0%，同时，全风化层充盈系数已在1.2范围以内，扣除全风化层进行计算，淤泥层实际权重为：27.602/(27.602+6.758+0.618)=78.9%。

　　经计算，只要将流塑状淤泥层充盈系数下降至1.17，目标值就可以达到。其计算过程见表2。

　　表2目标值测算分析表

　　地层 A试桩代换后的充盈系数x1 B试桩代换后的充盈系数x2 A桩桩长L1

　　(m) B桩桩长L2

　　(m) 各层充盈比重

　　(x1*L1) 各层充盈比重

　　(x2*L2)

　　耕植土 1.51 1.58 0.2 0.2 0.302 0.316

　　流塑状淤泥 1.17 1.17 7.58 4.3 8.8686 5.031

　　粉质粘土 1.26 1.31 3.18 2.1 4.0068 2.751

　　全风化 1.08 1.13 0.24 7.6 0.2592 8.588

　　合计 11.2 14.2 13.4366 16.686

　　充盈系数：累计充盈/桩长 1.1996964 1.1750704

　　2.3原因分析

　　根据试桩成果，我们采用鱼刺法从人、机、料、法、环五个方面对充盈系数过大的原因进行了仔细分析。

　　图.3

　　2.4确定要因

　　从关联图(图.3)中可以看出，造成复杂地质条件下灌注桩充盈系数过大的末端因素共有6项，其中流塑状淤泥地层是客观因素，为不可抗拒因素，在此不作为确定主要原因的对象。为找出真正造成复杂地质条件下灌注桩充盈系数过大的主要原因，我们制定了要因确认计划表，并根据检查情况进行了要因确认。最后确认了由于钻孔工艺选择不当是造成充盈系数增大的主要原因。

　　3、施工方案的优化

　　3.1方案一：冲击法施工

　　在原施工组织设计中，过渡段基坑围护结构灌注桩采用冲击法进行施工，在大面积施工前采用冲击法进行试桩施工，试桩桩号为72#、567#，试桩后计算混凝土充盈系数分别为1.95、1.56，平均值为1.76，发现冲击钻成桩的充盈系数非常大，钻孔桩的充盈系数增大，充填的混凝土量随之增大，增加的混凝土必然摊进钻孔桩的成本中，同时侵界凿除费用也是高昂的成本，根据以往施工经验钻孔桩充盈系数一般为≤1.2，冲击法施工成本大。

　　3.2方案二：采用钻冲组合成孔法

　　采用上海300型回旋钻机+CZ-22型冲击钻机进行钻冲组合成孔法施工，即先用上海300型回旋钻机钻至强风化面后，再用CZ-22冲击钻机成孔，并对10根桩的充盈系数进行统计和效果确认。

　　表3钻冲组合成孔法充盈系数统计表

　　序号 桩号 设计方量 实际方量 充盈系数

　　1 41 10.37 10.5 1.01

　　2 32 8.67 10.0 1.15

　　3 48 10.19 12.0 1.18

　　4 30 8.75 11 1.26

　　5 44 10.31 12.5 1.21

　　6 46 10.25 12.0 1.17

　　7 42 10.37 12.0 1.16

　　8 17 9.19 10.0 1.09

　　9 24 10.43 11.5 1.10

　　10 40 10.43 11.5 1.10

　　平均值 98.96 113 1.14

　　实施方案二后，充盈系数平均值从实施前的1.34降低到1.14，发现混凝土的充盈系数明显降低，93.84%的桩基充盈系数减小到了1.20以下，减少了混凝土的浪费。

　　两个方案经比较，方案一：充盈系数大，成本费用大，施工难度大;方案二：充盈系数符合规范要求、大大减少施工成本，缩短后期凿除侵界砼时间。综上所述，方案二比方案一节省成本，综合效益高，我司提出按照方案二进行施工，并经业主、设计、监理等单位同意，采用钻冲组合成孔法进行施工。

　　4、应用实施

　　4.1根据钻冲组合方法是采用上海300型回旋钻机+CZ-22型冲击钻机进行钻冲组合成孔法施工，即先用上海300型回旋钻机钻至强风化面后，再用CZ-22冲击钻机冲击强风化及中风化层直至设计孔底标高，就完成一个造孔。

　　4.2钻冲成孔施工工艺流程见图3-1

　　5、施工过程中的注意问题及其处理措施

　　5.1护筒冒水

　　原因：埋设护筒的周围土不密实，或护筒水位差太大，或钻头起落时碰撞。

　　措施：在埋护筒时，坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实。在护筒的适当高度开孔，使护筒内保持1.0～1.5m的水头高度。钻头起落时，应防止碰撞护筒。发现护筒冒水时，应立即停止钻孔，用粘土在四周填实加固，若护筒严重下沉或移位时，则应重新安装护筒。

　　5.2孔壁坍陷

　　原因：成孔过程中，如发现排出的泥浆中不断出现气泡或泥浆突然漏失，则可能有孔壁坍陷迹象。主要是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快，空钻时间过长、成孔后待灌时间过长也会引起孔壁坍陷。

　　措施：在松散易坍塌的土层中，适当埋深护筒，用粘土密实填封护筒四周，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度，保持护筒内泥浆水位高于地下水位。吊装钢筋笼时，要对准孔位，避免碰撞孔壁，钢筋笼接长时要缩短焊接时间，尽可能缩短沉改时间。成孔后，待灌时间一般不应大于3小时，并控制混凝土的灌注时间，在保证施工质量的前提下，尽量缩短灌注时间。采用优质泥浆，降低失水量。采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。

　　5.3桩底沉渣量过多

　　原因：清孔不干净或未进行二次清孔;泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起;钢筋笼吊放过程中，未对准孔位中心而碰撞孔壁使泥土坍落桩底;清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。

　　措施：成孔后，钻头提高离孔底10~20cm，维持循环清孔时间不少于30分钟。钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。灌注砼时，利用混凝土的巨大冲击力溅起孔底沉渣，达到最终清除孔底沉渣的目的。

　　5.4钻孔漏浆

　　原因：护筒埋设太浅，回填土不密实或护筒接缝不严密;或水头过高等。

　　措施：加稠泥浆或倒入粘土慢速转动;或回填土掺卵石、片石反复冲击增加护壁;护筒本身漏浆则可用棉絮堵塞。

　　4.5糊钻

　　原因：钻渣大或泥浆比重和粘度太大，出浆口堵塞，造成糊钻(吸锤)。

　　措施：冲击钻进时，可降低冲程，降低泥浆稠度，在粘土层上回填部分砂、砾石防止吸住冲击钻头。

　　6、结语

　　在复杂地质条件下灌注桩施工采用钻冲组合施工方法不仅提高了钻(冲)孔灌注桩的工程质量，加快了施工进度，降低充盈系数，节约施工成本，具有一定的社会效益，而且取得了较好的经济效益。为以后类似的地质情况下桩基施工应用和方案的设计提供了宝贵的经验。

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