大直径超深钻孔灌注桩施工技术

摘要：大直径钻孔灌注桩以其单桩承栽力高并能适应各种土质条件而得到越来越广泛的应用，本文结合工程实例，介绍了大直径钻孔灌注桩施工技术。

关键词：大直径深孔钻孔灌注桩施工工艺安全防护控制

Abstract: large diameter predrilled cast-in-place pile with its single pile bearing planted force adapted to various high and soil condition and get more and more wide application, combining with the project example, the paper introduces the construction technique of large diameter bored piles.

Keywords: large diameter deep hole bored pile construction process safety control

1、工程概况

    本工程主墩布置有两个承台，每个承台下设计各布置8根Φ3m钻孔灌注桩，桩长分为73m和65m两种，该区域地质按成因分类主要为： 1、素填土（Q）；2、第四系全新统（Q）冲积而成的淤泥质土、粉质黏土、砂类土等；3、基岩为泥质砂岩（K）。基岩从上至下依次分为全风化、强风化及弱风化泥质粉砂岩。主墩桩基基底承载力均为σ0=500Kpa，桩基入弱风化岩深度要为：曲线外侧不小于46.69m，曲线内侧不小于47.688m。

    由于主墩两个承台分布并紧挨既有桥梁两侧，而既有桥梁下部结构为桩柱结构，本项目设计桩基位置与其基础最小净距为3.83m，对既有桥梁安全防护措施的力度势必要加强，也给钻孔施工增加了一定的难度。

2、大直径深孔钻孔桩主要施工工艺

2.1泥浆制备

    选择水化快、造浆能力强、粘度好的优质粘土进行造浆。泥浆由现场制备，边钻孔边将粘土投入护筒内并加水进行造浆，开孔时，直接向护筒内投入粘土，采用小冲程开孔，以钻头反复冲击造浆。制备的泥浆要求胶体率大于98%、含砂率小于2%、粘度18至22s、PH值大于8（见下表）。一方面能在井壁形成泥皮起到护壁作用，另一方面能够充分悬浮钻渣。

    优质泥浆性能表

项目    相对密度    粘度（s）    含砂率（% ）    PH值    胶体率（% ）

数值    1.03～1.10    18～22    98%

    施工第一根桩时，根据冲孔进度、深度、地质情况适当调整泥浆指标，开孔时，适当增加泥浆相对密度及粘度，有效增加泥浆护壁作用；待进入基岩层后，适当降低泥浆相对密度，提高钻机钻孔效率；施工完毕，留取经验数据，指导后续桩基的施工。

2.2冲孔施工

    采用正循环法施工，每个承台上布置4台JJK12.5t冲击钻，钻锤重量12.5t，钢丝绳为Φ34mm钢芯钢丝绳，吊点处按要求布置8个绳卡。每台钻机均配备的泥浆存放池和沉淀池，泥浆循环利用泥浆泵（4PNL）从泥浆存放池内抽取泥浆通过输送管输送至孔底，然后泥浆利用反压力悬浮钻渣流入沉淀池，通过沉淀，再流入存放池，如此反复循环直至终孔。

    2.3成孔及检孔

    在钻孔过程中及成孔后，均需对钻孔进行成孔质量检查，以尽早发现问题，及时处理，确保最终的孔形和孔径满足规范及设计要求。

    （1）孔深和孔底沉渣厚度检查

    孔深和孔底沉渣厚度采用标准测锤检查。质量标准：

    孔深：不小于设计孔深；

    沉渣厚度：柱桩≤5cm。

    （2）孔形及竖直度检查

    检查方法：根据设计桩径制作检孔器入孔检查，检孔器采用与钢筋笼主筋直径相同的钢筋，外径等于钢筋笼直径加100mm，不大于钻孔的设计孔径，长度等于桩径的4～6倍，拟采用φ28钢筋制作，外径为298cm，长度为14m的检孔器，检测时，将检孔器吊起，使检孔器的中心、孔的中心与起吊钢丝绳保持一致，慢慢放入孔内，如检孔器能顺利到达孔底，则表明孔形和竖直度符合要求，如检孔器中途被卡住，则表明在被阻部位可能有缩孔或斜孔现象。

2.4清孔

    清孔采用换浆法进行，分为两次清孔，终孔后进行一次清孔，待泥浆指标达到相应的标准后（泥浆相对密度：1.1~1.2，泥浆粘度：18~22，泥浆含砂率<4%）方可进行钢筋笼的下放；钢筋笼下放完毕及导管安装好后，进行第二次清孔，以清除由下放钢筋笼所扫刮下的孔壁泥皮和由于泥浆静止所产生的沉淀物，清孔要求沉渣厚度<5cm，泥浆相对密度：1.05~1.1，泥浆粘度：18~22，泥浆含砂率<2%；清孔采用ZX-200泥浆分离器进行，排除泥浆中大于2~3mm直径的颗粒砂及杂物，泥浆分离器通过空压机采取气举反循环抽取孔内待清泥浆，经过分离泵后，分离出砂粒及杂物，而将已清浆体送入孔内，如此反复循环，直至泥浆达到相应指标。

2.5钢筋笼的安放

    对于3m直径桩基，钢筋笼的安放为技术控制的一道难点。按照原设计图，每根钢筋笼由120根Φ28mm主筋组成，主筋又分为长、中、短三种，数量为30、30、60，加劲圈为 Φ28mm钢筋，2m一道。由于钢筋笼体较重，钢筋笼易产生较大变形，在加劲圈上采用六边形+“*”字型支撑钢筋。考虑到钢筋笼体分段最长为12m一节，吊装横放时，可能会因为刚度不足而产生较大变形，故每隔一道加劲圈即4m区域，在笼体纵向增加“*”字型斜撑。

    钢筋笼的吊点设置：在顶节钢筋笼第一道加劲圈下部用Φ28mm圆钢弯成“U”字型焊接在主筋上，并紧贴加劲圈，同时在主筋上焊接顶筋顶住加劲圈，形成吊点。其他普通节吊点直接利用设置顶筋，在加劲圈上起吊。

    钢筋笼安装过程：桩身钢筋笼分节由平板车转至桩位处以后，由70t汽车吊分节吊放于孔中。底部第一节上口吊放至护筒顶面处后用两根2[14b型钢临时搁放于打梢平台上，待吊底部第二节并与之连接好以后再下放。继续如上步骤，到顶节时，换用四根直径Ф25mm钢丝绳通过销轴栓于打梢平台耳板处进行打梢。然后安装定位框和Ф25mm圆钢吊筋，吊筋长度要控制精确，吊筋一头穿销轴固定在定位框上，另一头直接与双根主筋焊接，焊缝质量要保障，不容许焊伤主筋和吊筋。安装好吊筋和定位框后，起吊钢筋笼，拆除打梢钢丝绳，将笼体重量传递到吊筋及定位框上，并利用定位框中心进行钢筋笼体测量定位。

2.6混凝土灌注

    水下混凝土的灌注是钻孔桩施工控制最重要的环节，如何将其顺利、连续进行，必须从原材料控制、混凝土配比控制、施工准备、标高测量方法等多方面综合考虑，以做到万无一失。Φ3m大直径桩基的混凝土灌注除了按普通桩基常规方法进行外，还应主要注意如下几点：

    （1）钢筋笼下放并安装导管（Φ350mm）后，开动泥浆泵，并下放射风管，在孔深2/3位置设置风包，利用气流扰动孔底沉渣，使其悬浮于泥浆中。钻孔桩施工，要求钻渣沉淀厚度<5cm 。

    （2）混凝土质量控制：混凝土运输过程中要确保混凝土不发生离析、严重泌水及坍落度损失过多现象，当发生上述现象时，应在浇注前对混凝土进行二次搅拌，但不得再加水。混凝土坍落度要求：18～22cm，经时1小时损失不超过1cm，2小时损失在2cm以内，不离析、不泌水、不分层；初凝时间控制在20小时左右。桩身混凝土设计强度为C35，桩身混凝土抽芯检查强度为不小于35×1.15=40.25MPa。

（3）首批混凝土的灌注。首先通过理论计算得出首批混凝土需要方量，确保首批混凝土灌注完后，导管埋深不小于1m。47#墩主塔桩基所需首批混凝土方量为13.3m。现场施工准备1个9m储料斗和1个3m储料斗，3m储料斗与导管相连，9m储料斗通过溜槽与3m储料斗相连，混凝土灌注过程为：下放钢筋笼时，钻机移开孔位直至不影响钢筋笼的安装工作。待钢筋笼安装完毕并用圆钢吊挂住后，将钻机重新移位至其滑轮边缘对准待灌注孔中心。利用汽车吊将9 m储料斗和3 m储料斗吊放到位，再用钻机卷扬机将3 m储料斗吊起并与已拼导管连接对位成一整体。9 m与3 m储料斗之间用溜槽连通，先用天泵将9 m储料斗灌注满，打开闸阀，利用溜槽将3m瀀靰灌注满后，关上闸阀，再将9 m储料斗灌注满，打开9 m储料斗上的闸阀，当混凝土通过滑槽并即将流动到3 m储料斗时，利用钻机卷扬机立即拔球，保证首批混凝土连续、顺利的灌注。首批混凝土成功灌注后，将9 m储料斗和3 m储料斗用汽车吊吊开，更换1.2m瀀靰，并利用天泵直接灌注，为满足混凝土灌注时间不超过初凝时间的要求，选择灌注速度为40m/小时的天泵。

（4）、测量标高方法：在钢护筒上做好标高已知点作为参照点。开始灌注混凝土时，每次测量混凝土顶面标高均采用锤重不小于4.5kg的锥形探测锤探测；混凝土灌注到桩上部5m以内时，不再提升导管，待灌注至规定标高后，一次提出导管，拔管采用慢提及反插，此时采用Φ25mm的钢管做为测杆（其长度为8m），并在测杆上焊接上一尺寸为15cm×15cm×10cm（长×宽×高）的取料盒。当混凝土灌注接近桩基顶面时，用测杆插下，感觉触到混凝土面时，在测杆上做好标线，用力插入一定深度，取出并察看取料，若有骨料，即已到达混凝土面，混凝土面标高比设计桩顶标高高1m。

    导管埋深计算方法及控制：每节导管长度均需由标定好的测尺或测绳准确测量其长度，并对每节导管按顺序做好编号。用校订好的测绳测量混凝土顶面的标高，减去导管的底口标高即可确定导管埋深。首批混凝土的导管埋深需大于1m，正常灌注后，每次导管埋深需控制在2～6m。

3、桩基施工时对临近既有桥梁的防护措施

3.1单个承台共布置四台钻机，呈“N”型交错布置，钻机重心尽量往既有桥梁外侧偏移，以减小多台钻机冲孔时由于震动而对地基产生扰动，以致对既有桥梁桩基周身覆裹土壤造成松动的影响。

3.2钢护筒的埋设：为防止上层素填土因密实度、抗剪强度不够而发生土体坍陷，在桩位上埋设直径大于桩径30cm的钢护筒，护筒埋设深度应根据地质情况而定，必须穿过淤泥层，进入黏土层。钢护筒采用挖埋法结合振动法进行，应严格控制桩位和护筒变形。

3.3为防止临近既有桥梁的桩基在钻孔施工时，因钻孔所产生的振动造成既有桥梁基础四周土体对其荷载情况产生变化，在靠近既有桥梁立柱基础侧插打一排拉森IV型钢板桩，进行帷幕挡土、止水，保护其立柱基础。

3.4选择水化快、造浆能力强、粘度好的优质粘土进行造浆，制备的泥浆要求胶体率大于98%、含砂率小于2%、粘度18至22s、PH值大于8，以增强泥浆护壁作用，断绝因为塌孔而产生的对既有桥梁桩基土壤松动的事故。

3.5对于靠近既有桥梁立柱侧的桩基，控制其钻机冲孔冲程，冲程控制在2～3m内，采用低频率小冲程完成冲孔作业，以降低重锤震动对地基的影响。

3.6桩基开工前，在主墩承台范围内的既有桥梁立柱上（两跨）设置测量观测点，冲孔过程中，每隔两天测量一次，及时跟踪既有桥梁基础的沉降和水平偏位情况，形成过程控制。同时对两跨间的梁缝缝宽进行测量，发现反常，及时汇报，组织人员进行封路，并停止一切桩基作业，查找原因，待确保对既有桥梁结构安全无影响后，再重新作业。目前桩基作业早已完成，从现场实际冲孔情况及监测数据反映来看，桩基施工对既有桥梁结构安全完全没有影响。

4、结束语

    通过以上的施工工艺和安全防护控制手段，本工程主墩大直径超深钻孔桩经超声波检测后，均为I类桩；采取对既有桥梁的安全防护技术措施后，由测量监控结果分析可知，既有桥梁基础未发生不利沉降和偏位，桥梁结构正常运营。本工程主墩桩基的顺利完成，也为同类大直径超深钻孔桩施工提供一些经验与参考。

参考文献

[1]杨文渊，徐犇.桥梁施工工程师手册[M].人民交通出版社，1995.

[2].JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范[S]

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。