大直径深桩在公路桥梁施工中的质量控制

曾旭峰

1 概述

高等级公路的中小型桥梁普遍采用桩柱式墩台、桩基础。但随着近年来我国公路与城市道路的迅速发展，互通式立交、枢纽内的桥梁越来越多，且与被交道路多为斜交，若一跨跨越被交路，主梁建筑高度增加，将影响到桥梁的长度以及主线的填土高度。若采用多柱式桥墩，尤其是设置在被跨道路的中央分隔带内，既不美观也不利于高速行车。随着桥梁钻孔桩基础的发展，以及成孔成桩机具设备和高性能泥浆的使用，大直径深桩越来越广泛应用于公路桥梁建设中，以缩短桥跨，从而降低主梁建筑高度，减少工程投资。

2 大直径深桩施工分类

大直径桩柱系指桩径大于250 cm的基桩，按其施工方法的不同可分为钻孔灌注桩柱，钻埋空心桩柱和挖空心桩柱三类。

3 施工内容、事故预防及注意事项

3.1 施工平台

1)平台构造。钢管桩工作平台由钢管桩与纵横梁组成，钢管桩可用成品管或用6 mm～10 mm钢板卷制而成，采用振动下沉法安装到位。直径0.5 m～1.2 m不等。纵梁常使用六四军用桁架、万能杆件桁架、贝雷桁架，使用时要注意设计钢管的跨径最好为节距的倍数，以提高支点的剪力。

2)钢管桩施工。a.钢管的成品有热轧无缝钢管、有缝焊接管和螺旋焊接钢管三种，为便于长期周转使用，施工时多采用成品管，钢管分节，节的长度一般为4 m～6 m，节与节之间的钢法兰圈用电焊连接，以增加连接刚度。b.钢管桩的底节刃脚处要贴焊钢板圈，离刃脚一定高度h要设内横隔板来提高垂直承载力，以便较容易外拔。c.钢管桩施打在软弱地层时宜用高频激振，深层或终振阶段宜使用低频激振，每次振动时间根据土质情况及振动机能力大小来定，一般不超过10 min～15 min，振动时间过多对振动机的零部件易于磨损。

3)钢管桩施工工序。a.在浮吊工作船进入墩位前，先经过测量将桩位用浮标形式定位，待定位船抛锚就位后，选用平台钢管桩中一根作定位桩，先行振入，以后再以此根做定位的标准。b.施打顺序以浮吊移动方便为准，浮吊大致分为三类:汽车(履带)浮吊、桅杆浮吊及龙门浮吊，其中汽车浮吊是在钢驳船上装设汽车(履带)吊，考虑到振动锤的冲击力较大，为稳定起见，常将船尾(头)对准钢管桩，钢管桩安装了振动锤后，顶部用4根风缆固定，缆风绳可设在工作船上或已施打的钢管桩上，缆风的作用是控制钢管桩的竖向倾斜，钢管桩振沉到工作平台高程后停止，再接长，依次施工直到设计位置，一个平台的钢管桩要集中施打，才能发挥效率。c.当平台钢管桩出水较高或流速较大时，钢管桩顶要设横梁，设剪力撑，形成框架，然后在横梁上安装纵桁梁，在纵桁梁节间支点上安置工字钢横梁，并用抱箍固定，在横梁上铺设木(竹)跳板，在此平台架设工作基本完成。

3.2 钻机就位和埋设护筒

钻机就位和埋设护筒是钻孔灌注桩施工的第一步，是保证成孔垂直度的关键，必须严格要求。在一般墩位地段，采用人工配合机械的方法，平整场地，清除杂物;场地处于陡坡时，应挖成施工平台。同时在桩基外围四周适当的位置设置临时排水，防止地表水流入。护筒埋设必须符合要求，经技术人员检查后，方可使用。将组装好的钻机就位于钻机底座上，钻头精确对准放好的桩位。钻机摆放水平，钻机底盘的前后支腿下枕好枕木，并搁置水平尺，在钻进过程中随时观测，及时调平。钻机顶部的起吊滑轮缘、钻头中心和桩孔中心三者保持在同一铅垂线上。钻头尖对准桩位十字中心，偏差不得大于5 mm，然后再进行调平，直至符合要求。钻机摆放水平，钻机底盘的前后支腿下枕好枕木，并搁置水平尺，在钻进过程中随时观测，及时调平。钻机顶部的起吊滑轮缘、钻头中心和桩孔中心三者保持在同一铅垂线上。钻机对正桩位后，根据设计的泥浆比重向孔内投掷造浆材料，通过钻机的反复冲击制备泥浆。钻孔过程中随时进行桩位复测，检查孔径、倾斜度以及钻机平稳程度，防止孔位偏斜，并做好钻孔记录。钻孔时要高度重视泥浆护壁，适时测泥浆相对密度、粘度、含砂率等主要指标。钻孔作业分班连续进行，注意土层变化。钻机钻进过程中每个台班由现场操作人员捞取一次钻渣并在记录表中做详细记录，以便与地质剖面核对。当钻至设计标高时，立即检孔，包括孔位、孔深、孔径、垂直度等。认可后方可进行清孔并进行灌注前的准备工作。

3.3 泥浆控制

粘土选用水化快、造浆能力强、粘度大的膨土或接近地表经过冻融的粘土。选择时参照以下条件:

1)粘土风干后不易碾碎，颜色较深;

2)水浸湿后能大量膨胀;

3)胶体率不低于95%;

4)含砂率不大于4%;

5)制浆能力不低于2.5 L/kg。

当选用粘土难以满足泥浆要求时，再掺用添加剂改善泥浆性能。设置泥浆池、储浆池、沉淀池，并用循环槽连接，做好环境保护。开钻时应先往孔内灌注泥浆，待泥浆输进钻孔一定数量后，方可开始钻进。粉土层，泥浆比重控制在1.1～1.2之间;粉细砂层，泥浆比重在1.2～1.3之间;中层砂，泥浆比重控制在1.3～1.4之间;老黄土层，泥浆比重控制在1.04～1.1之间。钻进中如泥浆有损耗、漏失，应予补充，并按时检查泥浆指标。遇土层变坏应增加检查次数，并适当调整泥浆指标。每钻进2 m或地层变化处在泥浆槽中捞取钻渣样品，查明土类并记录，以便与设计资料核对。

3.4 钻孔中事故的预防及处理

为了避免或减少斜孔、塌孔、弯孔、扩孔现象，钻进时应注意:

1)桩的开钻，只有在其相邻桩的混凝土浇筑完24 h后才能进行。

2)机架基础的安装要牢固，稳定，并经常用水平仪检测，及时调整。

3)大直径钻孔桩要充分发挥泥浆的护壁、防坍孔和悬浮钻渣作用，并且要使钻渣在泥浆池中循环时能够迅速下沉。泥浆性能好，护壁效果好、孔壁泥皮薄而密，孔底沉淀少;泥浆性能差，孔壁会造成较厚而散的泥皮，并且在孔底形成很厚的沉淀。钻孔过程中控制泥浆的比重在1.20～1.40之间，粘度 T=22 s～30 s，同时加强对现场泥浆比重、粘度的控制。

4)在含粘土中砂、砂砾地层中，若发现泥浆漏失严重，冲击成孔时投入一定量粘土，借冲击钻头作用将粘土挤入砂、砂砾空隙中，并适当增大泥浆比重。

5)清孔。

采用换浆法进行初步清孔，要求用手摸泥浆中无2 mm～3 mm大的颗粒为止，并使泥浆比重减小到1.15左右。清孔后用测绳配合标准锤测孔底沉淀厚度，用仪器测泥浆指标。清孔时，注意始终保持孔内水位高出地下水位1.5 m～2.0 m，以防止塌孔。不得用加深成孔深度的方法代替清孔。为了保证清孔彻底，在浇筑混凝土前，对孔底进行射风处理。

混凝土灌注是钻孔桩最重要环节，而往往在施工中难以做到位，关键是出现问题后的处理方法。φ3.0 m钻孔桩灌注在做到普通小桩径灌注的同时，重点防范以下几点:

a.钢筋笼下放后，下放射风管，在灌注前开动空压机，利用气流扰动孔底沉渣，使之悬浮于泥浆中，以减少沉淀物。本桥钻孔桩为嵌岩桩，桩底沉渣厚度不大于5 cm。

b.首批混凝土方量确保，其考虑有以下因素:《规范》要求、混凝土剪球完后不是呈绝对水平而可能呈锥体、扩孔、适当增加安全系数。施工前加工7.0 m3储料斗，剪球采用盖板皮球法，剪球时先将储料斗储满，两辆罐车就位后，剪球的瞬间，罐车加大马力放灰，这首先在方量上确保成功。

c.孔深测定:由于孔断面积7.1 m3，混凝土可能出现凸凹不平，测孔深取四个直角点，测绳紧靠钢筋笼，且取最不利值。

d.混凝土灌注大约需要6 h，在灌注接近尾声的时候，混凝土表面积有大量淤泥，这给测量带来误区，将淤泥或夹混凝土淤泥当成混凝土，其通过测绳凭手感没有把握。而用事先准备的竹竿能精确判断，甚至能测出混凝土面平整情况，这提供了准确的原始数据。

e.导管用内径300 mm的无缝钢管，拼接时，对导管进行编号，并对管的长度进行记录，另外务必使导管轴线顺直，内壁光滑。施工前导管必须通过水密试验检测。

3.5 施工应注意事项

3.5.1 钻孔时注意事项

1)钻机就位后，要固定牢固，防止由于在提锤和落锤时的冲击，使钻机移位，导致偏孔。2)开孔时，不要很快进尺，要加强造浆，使护筒底部孔壁稳定。3)在进入岩层后，要经常检查钻头的直径尺寸，主要是钻头在岩层中磨损严重，如不及时补焊钻头，将导致孔缩径，检孔器下不去。

3.5.2 灌注混凝土时注意事项

1)导管的接头要严密，必须每次逐个检查，以防漏水。导管位于孔中央，并在灌注混凝土前进行升降试验。安放时一定要保证导管的长度，灌注时记录管拆除后的长度，作好灌注记录。

2)混凝土原材料拌和必须均匀，杜绝运输过程中的离析。每车混凝土均检测坍落度、和易性，达不到要求的混凝土坚决不用。

3)为了确保浇筑过程的连续性，我们将采用部分商品混凝土，为了确保商品混凝土与自拌混凝土的同一性、均匀性，我们自拌混凝土与商品混凝土采用相同的混凝土配合比，并在水泥、外加剂等原材料上采用了同一来源。

4)制备混凝土的原材料必须符合技术规范及施工规范的要求。在施工过程中混凝土坍落度控制在18 cm～22 cm。

5)灌注工作须连续进行，尽量避免任何原因的中断灌桩，由于混凝土数量大，灌注需要时间较长，通过在混凝土中掺入缓凝剂，以延迟其凝结时间。

6)灌注首批混凝土时应注意，导管下口离桩底一般为20 cm～40 cm。

7)灌注过程中随时检查混凝土顶面标高，作好灌注记录。推算导管的埋深并及时拆除导管，一般控制导管埋深2 m～6 m。在最后灌注时导管不要急于拆短，而要加大高度，增加混凝土压力，提高混凝土密实性。混凝土浇筑的终止高度应超出设计桩顶高程至少不小于1 m。

8)在灌注过程中，将孔内溢出的泥浆引流到相邻的护筒内，以防止污染环境。灌注的桩顶标高应比设计标高高出1.0 m，此范围内的泥浆和混凝土及时清除并注意防止损坏桩身。当混凝土达到一定强度时开挖基坑，清理桩头进行桩基检测，检测率及检测方法应满足设计要求。

9)浇筑混凝土前，将声测管上端用塞子堵死，待桩检工作完成后，用水泥砂浆将声测管灌满且密实。

10)灌注快到桩顶时，由于上面的泥浆比重大，应多测几次混凝土面的标高，确保超灌桩顶1 m。

4 结语

大直径桥桩施工是一项十分重要的工作，需要周密考虑，精心组织，严格按照标准和规范来施工，使钻孔桩的质量得到保证，成桩后的超声波无破损检测全部为A类桩，也为以后施工同类型桩积累了经验。只有这样才能最大限度地避免施工中可能产生的各种问题，优质高效地完成施工任务。