钻孔灌注桩在桥梁施工中的应用探讨

蓝 青

(河北省沧州市交通运输局公路工程处)

1 引言

钻孔灌注桩是公路及城市桥梁建筑中常采用的一种形式，因其独特已被广泛采用。但钻孔灌注桩属于水下隐蔽工程，一般施工质量效果无法直接观察，虽然其施工工艺并不复杂，但施工中的每个环节都至关重要，会影响整个桩的质量，一旦出现缺陷桩，处理起来也麻烦，往往影响工期，增加投资。因此，严格控制好钻孔灌注桩每个环节的施工质量，是提高桩基质量的关键。桥梁钻孔灌注桩施工常见的重点问题主要有两个：一是桥梁钻孔灌注桩施工中遇到溶洞的判定及处理;二是做好浇注水下混凝土的技术控制。笔者结合桥梁钻孔灌注桩施工的实际经验，做一些分析，为确保桥梁钻孔灌注桩施工提供一定参考。

2 工程实例

某大桥桥墩采用钻孔灌注桩，桩基直径1.3m、1.5m两种，共60根桩。根据勘察资料反映，其中深层的强风化灰沿岩层呈硬状，强度高，厚度不均，埋藏浅，岩溶较发育，稳定性差，岩土工程分级为Ⅳ级软岩，不宜作为桩基础的持力层。而弱风化石灰岩层强度高，完整性好，厚度大，埋深适中，岩土工程分级为Ⅴ级次坚岩，可作为桩基础的持力层。

3 钻孔灌注桩施工中溶洞技术处理

3.1 桩基溶洞的判定

根据现有取得的地质资料分析，初步判断断裂层走向。通过取到的岩样测出风化岩样及钟乳石碎块含量可初步判断溶洞存在的可能性。另外，在钻孔施工出现锤头入岩后漏浆或漏塌;入岩一定深度后，突然进尺加快，有时不用提锤而锤自动下沉;入岩后泥浆逐渐改变颜色，尤其从黄色边为黑色，说明有溶洞，并且被软塑流塑状态淤泥质粘土所添充等各种现象，都可判定溶洞的存在。

该工程在钻孔施工中，根据钻探资料及现场施工清孔来看，该区域主要存在两种形式的溶洞：(1)一类为充填性溶洞。主要由可塑的粘性土冲填，中间间断夹有小部分灰岩岩块;当钻孔时出现此类溶洞时，能感觉到钻机进尺突然加快，孔内泥浆面缓慢下降，钻机锤头有轻微晃动和摇摆。(2)另一类为溶蚀严重的溶洞。此类溶洞一般溶蚀裂隙发育，溶蚀面清晰。有的呈溶沟槽状;有的岩芯溶去20% ～30%;有的为空溶洞，孔内有少量漏水。当钻孔时出现此类溶洞时，泥浆面会陡然下降，钻机锤头晃动厉害，并伴有倾斜现象。

根据地质钻探资料，通过成孔过程的监测，正确判断溶洞的存在，大小、数量、填充状况、溶洞或暗河;判断溶洞特征并采取相应的措施。

3.2 桩基溶洞技术处理

(1)回填片石、粘土。该方法在这些工程中用得较多，适用于较小的溶洞、溶槽、溶沟及小裂隙等地区，回填的数量应以填充满为准。溶洞的大小可通过泥浆的流失来判断。要是采取投片石及粘土处理。一般钻孔中出现溶洞时，采用的是抛填片石处理。片石直径不宜过小，一般在50～70cm之间。投石时要注意锤头倾斜的方向，锤头向哪个方向倾斜，就往哪个方向投石，以保证石头能顺利快速落到溶洞中。如果孔内泥浆面下降过大，必要时要补抽泥浆到桩孔内。

(2)套用钢护筒法。工程中出现了溶洞深度在3m以上的空洞，采用了套钢护筒法施工。护筒的长度为L=h+3(m)，护筒的内径根据有多少层溶洞来确定，最底层溶洞所放的护筒应不小于根基的设计孔径，上一层溶洞所放的护筒内径应大于底层护筒内径3～5 cm。以此类推。施工时，但进尺接近溶洞顶部时，如所用的钻机为回旋钻，则提起钻头、钻杆，移开钻机，换用冲击钻时，冲击钻头直径和钢护筒的外径一至，冲进时轻锤敲打，使孔壁圆滑坚固，控制提升高度不超过50cm。当冲击穿过溶洞顶部时，反复提升冲锤，在顶部范围内上下慢放轻提，直至冲锤不明显受阻碍，这样就可以下放钢护筒至孔底，若底部还有溶洞，则重新钻孔的钻头和下一层钢护筒外径一致。

(3)采用旋喷桩技术处理溶洞。该工程有一处桥墩桩基溶洞较多，无法满足支承桩嵌岩深度的要求时，采用旋喷桩加固处理，进行桩基基底的加固，以提高桩基的支承能力。该桩基采用了“单管旋喷技术”进行施工，进行旋喷施工前用高压水流冲洗旋喷段粘土，提高了置换率，增加了旋喷桩强度。另外，促使水泥浆及部分化学浆液混合凝固，形成旋喷桩，从而达到加固地基的目的，该技术应用于N值为0～30的淤泥、粘性土、砂砾及含部分卵石层的地层中。

4 钻孔灌注桩水下混凝土浇注控制

4.1 严格按照设计强度要求配制混凝土

混凝土的配合比设计不仅须满足桩身设计强度，同时又要最大限度地适应导管法浇注水下混凝土的机理及工艺要求。按要求进行试配，应考虑以下原则。

(1)试配成的混凝土强度，应比桩身设计强度提高一个等级。

(2)用水量及水泥用量，应比普通混凝土大，水泥用量采用每立方米混凝土400～500kg为宜。

(3)含砂量及水灰比是技术关键，含砂量宜取40% ～45%，水灰比能直接体现混凝土和易性及流动性，根据浇注工艺的特点，建议应比一般混凝土适当增大，0.5～0.6为宜。

(4)隔水层交界处的混凝土初凝时间，不得早于桩身全部混凝土浇注时间，一般控制在6～8 h为宜。

4.2 确保水下混凝土初灌封底

桩底沉渣量过大及清孔不干净，或导管距孔底太远，初灌量不够没能埋住导管等因素都可能造成水下混凝土初灌不封底，因此应认真清孔及检查计算。在下完钢筋笼后，认真检查沉渣量，不能超过规范要求，如有必要还应二次清孔;核算初灌量混凝土量;导管底端距孔底高度依据桩径、隔水层等因素而定，一般最高不超过0.5m为宜。

4.3 严格控制好整桩浇筑时间

优质的水下混凝土是通过以不变的浇注混凝土速度连续浇注而获得的，如果浇注混凝土的中断时间大于混凝土的凝固时间就会形成一个冷缩缝，致使水下混凝土形成的质量下降。通过导管法浇注的水下混凝土有一个“流体静力平衡点”，在这个点上，导管内重力与水的流体静压力所引起的流动阻力平衡，又与混凝土和导管壁、先浇混凝土形成的隔水层阻力的摩擦平衡。“流体静力平衡点”失衡就会引起混凝土流动，在“流体静力平衡点”以上添入的混凝土越多，流动就越快。因此，要控制好浇筑时间，就应确保混凝土不间断地供应，控制好添入料斗的混凝土的速度，就能主动顺利地完成一根桩水下混凝土的浇注。

4.4 浇注过程中应防止导管堵塞及控制导管埋深

导管的堵塞与浇注时间、混凝土和易性、浇注技术操作有关。如浇注时间过长，易使上部混凝土接近初凝，形成硬壳，泥浆残渣不断沉淀，加厚积累在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注困难而形成堵管;混凝土和易性不好或离析使石子聚集在一起流动性差，也会导致堵管;浇注技术操作不佳，不能快速连续浇注，混凝土和泥浆不能保持流动状态，也可使导管堵塞。在浇注过程中，导管堤深过大，或灌注时间过长，会导致已浇注的混凝土流动性降低，从而增大混凝土与导管壁的摩擦力，在提升时而导致导管破裂而产生断桩。导管插入混凝土中的深度应根据混凝土的质量、供应速度、浇注速度，孔内护壁泥浆状态来决定。同时，为减少混凝土在浇注过程中的扰动，一般情况下，要求水下浇注导管达到埋入新浇混凝土最小深度0.7m，最大为2～5m为宜。

4.5 防止钢筋笼上浮

水下混凝土浇注时，为防止钢筋笼上浮而影响浇注质量，应确保桩孔内钢筋笼构造和位置严格按设计要求焊制和安装到位，当浇注到钢筋笼底部时放料要缓慢，尽量减小导管埋深以减小对导管的冲力。

5 结语

总之，钻孔灌注桩作业难度大，施工质量难控制，这就让我们认识到要充分发挥钻孔灌注桩安全、优质、经济、高效的优点，就需要在施工过程中加强各个环节质量控制，同时在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工、验收规范，核查地质和有关灌注桩方面的资料，对施工过程中可能会发生的一些问题及时进行分析处理，做到科学组织，精心施工，严格管理，施工质量是完全有保证的，一些常见的质量通病也是完全可以避免的。

［1］ 秦顺全.桥梁施工控制：无应力状态法理论与实践［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ 公路工程施工工艺标准(桥涵)［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］ 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.