某大桥钻孔灌注桩基础工程施工技术分析-职称论

某大桥钻孔灌注桩基础工程施工技术分析

黄伟华

摘要：本文介绍某大桥钻孔灌注桩基础施工的基本过程和施工技术，对成孔、清孔、泵送混凝土的配制和灌注以及灌注中常见问题的处理等施工关键工艺作了论述。

关键词：钻孔灌注桩；基础工程；施工措施

0 前言

该大桥位于上海市嘉定区，京沪高铁蕴藻浜桥段，桩号里程为DK1280+601～DK1280+746，桥梁中心桩号DK1280+673.5，桥长145.5m，设计行车速度350km/小时，跨径组合40m+64m+40m。上部结构采用现浇预应力混凝土箱梁，下部结构边墩采用9m*3.8m矩型墩，主墩采用直径6m圆柱墩，边墩采直径1.25m桩基础，主墩采直径1.5m桩基础。全桥共42根桩，桩位如图1所示。

 

1 钻孔灌注桩施工概况

钻孔灌注桩桩基设计长度两边墩为66m，两主墩为83.5m ，桩基均为的摩擦桩。大桥的两个主墩98#、99#墩位于顾浦河水中，桩基施工时需要筑岛围堰才能施工。

本地区为长江三角洲平原区，为第四系地层覆盖，系江河、湖泊、海相沉积形成，为粘土、粉质粘土夹细粉砂层，如表1所示。

表1 本桥下覆土层特征

时代成因 地层编号 岩土名称 岩土状态 基本承载力

σ0（kpa） 本工程

情况

Q4m1 （1）0 素填土 潮湿

Q4a+m1 （2）1 粉质粘土 软塑 120 √

Q4a+m1 （2）3 粉土 中密、潮湿、饱和 100 √

Q4m （3）1 淤泥质粉质粘土 液塑 80 √

 

如图2 水中的98#、99#墩桩采取围堰筑岛的方法施工，因本工程地质中有4m ～5m 厚的砂砾层，钻孔后易造成坍孔。施工中在增大泥浆比重的同时加大护筒内外的水位差,见图3、图4。

 

混凝土运输采用混凝土汽车输送泵泵送，备用方案为吊斗吊运。

2 施工要素及采取的主要措施

2.1 主要机械设备

钢护筒的选择，大桥两主墩位于河道中，采用筑岛围堰面施工，为保证护筒的稳定及护筒底不塌孔，钢护筒的埋设需深入原河床底，长度为6m，直径1.8m，12mm A3钢板卷制而成。

根据本工程地质和桩长、桩径等具体情况选用ZJ150-1 型钻机5台。考虑到地质中含有砂、砾石，钻头选取了三翼梳齿刮刀钻头，刀口为合金钢。

选用H B50 型高压混凝土输送泵，保证了混凝土浇筑的快速和连续性，主要拌和设备为2台120m3/h型拌和楼。

2.2 成孔

测量放样：首先利用经复测闭合的导线点用全站仪在筑岛或经平整的作业面上初步放出灌注桩桩位，并对每个桩设置护桩后埋设钢护筒。钻机就位调平后再用全站仪进一步校核钻头中心位置，控制其允许偏差在5cm范围内。

2.3 泥浆调控

根据桥位地质情况，桥墩处需有较厚的粘土层，但粘土层中间夹有多层的较厚的砂砾层，如是全靠原地造浆，砂砾层处的孔壁可能会因泥浆护壁不好而塌孔，故在两主墩附近处造一个较大的泥浆，泥浆采用膨润土造浆，确保泥浆对孔壁的保护。， 本工程是采用反循环钻进施工，为了增强泥浆护壁能力，泥浆稠度控制在1.13～1.35 之间（ 表2）。

表2 各阶段泥浆性能指标

工作阶段 进尺（ m ） 泥浆比重 含砂率（ % ）

初钻配制泥浆 1～2 1.05～1.18

主体钻进 3～孔底 1.2～1.35 6-10

提钻前清孔 1.10～1.2 4＜

二次清孔 1.03～1.10 2＜

2.4 钻进控制技术

开始钻进时速度较慢，等到钻头钻过钢护底部3m 以后再提高钻速。由于砂砾层和粘土层多层交错，施工中随时捞取沉渣，掌握地层的变化，在土层、岩层中均采取渣样,判断土层、岩层,记入记表录中,并与地质剖面图核对。在不同地层的交界处放慢钻速以免钻头受力不均导致偏孔。钻孔过程中始终保持护筒内外水位差大于1m ，保证泥浆对孔壁的压力。

在大桥两主墩围堰筑岛上钻孔时，要经常检查钻机有无因振动而跟随筑岛一起发生移位，便于及时发现和消除偏孔的隐患。

3 把好终孔关

3.1 必须明确设计要求和设计院提供的终孔原则。因实际基岩面是高低不平的，故设计桩底标高只是参考值，终孔的关健依据是要求嵌入岩层的岩性和深度，（提前终孔时须先上报驻地监理、总监、设计负责人等）。这就要求质检工程师和监理工程师必须通过捞、选具代表性的岩渣等判断进入基岩的标高，并应不断捞、选岩渣样，观察此标高以下有无夹层或孤石，然后结合钻孔柱状图综合分析确定最后的终孔标高，确保桩基的桩尖处于较好的持力土层上。

3.2 要正确判断岩性。首先，工程技术人员必须亲自到现场捞取岩渣和量测孔深以防桩基施工队人员做假；然后，要正确选择岩石渣，在现场捞取的渣样里面一般鱼目混珠，有土层中的砾石、卵石或其磨碎物，也有石英、孤石的岩渣等，此时，地质工程师必须根据地质资料描述的岩石颜色、岩类、强度等和岩渣的数量、棱角、硬度等正确选择岩渣；最后，要正确判断岩渣是强风化还是弱风化岩或微风化岩，一方面可根据地质图的强度描述和现场手掰、刀刻、锤击等来判断，另一方面还可根据地质图的岩层颜色描述来判断。这需要一定的经验积累。这方面我在实践中积累了一定的经验。

4 把好清孔关

4.1灌注水下混凝土前泥浆性能指标一定要满足规范要求：相对密度1.03～1.10，含砂率小于2%，粘度17～20Pa•S，胶体率大于98%。

4.2不得以加大孔深的方法代替清孔，因为这样会因孔底沉淀过厚而使桩尖处的极限承载力大大降低。

4.3 必须按规范把好沉淀厚度关。必须在浇水下混凝土前的瞬间复测孔底沉淀厚度。量测时，要暂停清孔工作，以免误测。支承桩孔底沉淀可凭经验用测锤量测，若无粘锤且有“咚咚”感觉时，表明孔底很清；也可凭经验用脚踩导管顶，导管上下跳动碰撞孔底且有“咚咚”声响，从而感觉是否清或沉淀厚度大概有多少.摩擦桩的沉渣厚度控制在30cm以内。

在进行98# 主墩左1桩的施工时，发现此处砂砾层比其他桩位要厚5m ～6m ，钻机移掉后测得其上层泥浆比重为1.14，含砂率为5%（ 此时离提钻有2h）。钢筋笼下到最后1m 再也放不下去，此时测得沉淀层厚度为1.1m（ 离停钻已有5h），可见泥浆中大量未清净的砂因泥浆比重减小而迅速沉入孔底，只有再次采用措施及时下导管进行二次清孔，控制导管口沉淀层为10cm 左右，同时用膨润土造浆加大泥浆比重至1.25。在二次清孔过程中跟踪测量泥浆含砂率，直至钢筋笼落到设计高程且含砂率降至2% 才稀释泥浆比重到1.10以下。二次清孔结束测得沉淀层厚度为0.1m 。

5 灌注水下混凝土

5.1 水下混凝土的配合比

采用泵送水下C25 混凝土，综合考虑泵送混凝土性能指标要求和水下混凝土性能指标要求，水混凝土采用PO.42.5水泥掺高效减水剂的连续级配混凝土。经试配符合设计要求的混凝土配合比为W ：C：S：G ：外加剂=0.51：1：1.99：2.87：0.008。坍落度为21cm ，砂率为0.41，1m 3 混凝土水泥用量362kg。

5.2 混凝土的拌和与泵送

水下混凝土主要采用120m3/h型拌和楼。此种拌和设备生产能力大、拌和效果好，对混凝土的供应数量和质量都有较高的保证。与拌和机配套的是一台电脑自动计量配料站，配料站使用之前经过计量部门的严格校准标定，误差控制在2kg 范围之内。人工向料斗内加入的水泥和减水剂夹在集料中间，以免流失。拌和过程中随时掌握混凝土的坍落度，并控制在设计要求的范围之内。强制性要求每盘混凝土拌和时间不得小于90s。

灌注水下混凝土采用高压混凝土输送泵运送，这种泵输出压力大，操作简便，一人便可操控。工作前在干燥的泵管内灌入水，且在首批混凝土前打入0.3m 3 稀砂浆。工作时只要控制好混凝土的坍落度和剔除个别超出输送泵管径1/3 的石子，即可顺利泵送。如输送泵料斗内不慎进水，混凝土发生离析，要及时停止泵送清除离析的混凝土，否则将导致堵管。

5.3 灌注水下混凝土

灌注水下混凝土之前的检查：①孔底泥浆沉淀厚度不得大于设计要求值；②混凝土的坍落度是否符合要求，不然废弃重拌；③首盘灌注砼时导管口距孔底控制在20cm ～40cm 。另外，根据孔径、导管直径、泥浆比重等计算首批混凝土的数量，以保证首批混凝土灌入后导管埋深不小于1m 。

首批混凝土灌入后及时测量导管的埋深。在灌注过程中每次提、拆导管都应测量导管埋深并做详细记录，始终保持导管埋深在2m ～6m 。当混凝土面接近钢筋笼底端时，一方面控制导管埋深，另一方面放慢混凝土的灌注速度，待混凝土进入钢筋笼2m 后再提升导管使管口高于钢筋笼底。

在进行第1 根桩(98#墩右1#桩)的灌注时，因泥浆比重没有控制好便匆忙灌注，加上混凝土坍落度偏小，中途导致混凝土不能顺利灌入。在这种情况下，一方面提升导管减少埋深，另一方面在保证有足够埋深的情况下利用起重设备向下往复冲击，增大混凝土下落惯性。这种做法效果很好，使该桩得以顺利完成浇注。

在灌注将要结束时，计算好所需混凝土数量和泵中混凝土数量，一是确保泵管中混凝土能最大限度地被利用，减少浪费；二是灌注末期，漏斗底口应高出井孔水面或桩顶最少4～6m，使导管内混凝土流布到导管外并将导管外的混凝土顶升的超压力足够，以防桩顶部分混凝土产生夹泥等缺陷。三是预留出0.8m～1.5m 的加高桩头。

6 结语

大桥全部42 根钻孔灌注桩经检测部门检测全部达到A 类桩，其中有1根施工中存有疑问的灌注桩经整桩钻芯检测后认定整桩完整性和桩身混凝土密实度都满足规范和设计要求。控制好泥浆比重和混凝土的坍落度与和易性是保证顺利灌注混凝土的重要因素。

参考文献

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[２］傅剑萍，方成世等.钱塘江古河道钻孔桩施工中的事故处理及预防.浙江水利

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[３］李锦彬，张志阳.某工程钻孔桩和人工挖孔桩质量事故分析及处理.广东土木

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[４］董树耀，任景东.钻孔桩施工事故原因及防治措施.黑龙江交通科技.2003．