浅谈某高速公路桥墩基础钻孔灌注桩施工质量控制

王金海

(湖南省交通科学研究院，湖南长沙 410015)

0 前言

桩基是一种历史悠久而应用广泛的深基础型式。在某些情况下，采用桩基可以大量减少施工现场工作量和材料的消耗。桩的施工法分为预制桩(沉桩)和灌注桩两大类。依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。其中，钻孔灌注桩的施工，因其所选护壁形成的不同，有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种。目前，钻孔灌注桩已被广泛应用于桥墩基础施工，具有施工简单、易操作、速度快、承载力大等优点。但在施工过程中工艺环节较多，有测量、机械操作、钢筋加工、混凝土拌制和灌注等多种工作，技术含量高、影响因素多，一环不慎，便会有质量事故发生，因而需要加强对施工准备、成孔、清孔、下钢筋笼、灌注水下混凝土等施工过程进行质量监控，采取各种有效预防措施，保证或提高钻孔灌注桩的成桩质量。本文结合某工程的具体应用实例论述了其在施工过程中的质量控制措施。

1 工程概况及地质特征

本桥位于山谷境内，沿线地势陡峭，交通条件极为不便。桥梁斜跨越河沟，设计中心桩号Yk520+848，桩号 Yk50+694.96 ～ Yk51+001.04，全长306.08 m。设计为双向四车道高速公路技术标准，设计速度80 km/h。

地质勘探揭示桥位区粉质黏土①、全风化泥质灰岩④－1承载力低、碎石②－1、②－2，块石③承载力一般，但结构松散，厚度小，分布不均匀，均不宜作为拟建桥梁墩、台扩大基础及桩基础的地基持力层;强风化泥质灰岩④－2承载力较高，但节理裂隙发育，主要分布于陡斜坡地段，亦不宜作为拟建桥梁墩、台扩大基础及桩基础的地基持力层。

本桥下部结构为桩长10～20 m，桩基采用C25或C25水下混凝土。共有桩基35根，其中1.2 m直径桩基有4根，1.3 m直径桩基有31根。0#～14#桩基31根为钻孔桩基础，15#桩基4根为挖孔桩基础。

2 钻孔桩基施工

水下混凝土灌注桩的施工工艺流程如下:

钻机就位→钻孔→成孔质量检测→清孔→安装钢筋笼→安装水下混凝土导管→清孔→灌注桩身混凝土→成桩质量检测。

2.1 钻孔循环液

钻孔采用泥浆循环液，泥浆由水、粘土(或膨润土)和添加剂按适当配合比研制而成。泥浆池、沉淀池和泥浆循环系统满足钻孔的需要，合理布置，泥浆不到处排泄，以免影响环境，钻渣运输到指定的位置。泥浆池和沉淀池由机械或人工开挖而成，泥浆池四周围防护网，泥浆在泥浆池内拌制。根据不同地层出渣情况严格控制泥浆参数、钻进速度。各地层泥浆性能指标控制见表1。

泥浆性能指标测定范围及方法为:①相对密度用泥浆相对密度计测定;②粘度用标准漏斗粘度计测定;③含砂率用含砂计测定;④失水率(mL/30 min)用滤纸测定;⑤酸碱度用pH试纸读出。

表1 泥浆性能指标控制表

2.2 场地平整、钻机就位

根据每根钻孔灌注桩中心坐标值及已知控制点坐标值，计算出偏角及水平距离，采用极坐标法，利用全站仪对桩位进行初次放样，然后对场地进行平整夯实，将钻机就位，钻机安装后的底座和顶端应平稳，在钻进中不应产生位移或沉陷。

2.3 钢护筒

钻机就位后，进行护筒的埋设，护筒埋设完毕后，用全站仪对中心点进行复核并予以调整。在后续的施工中，注意护桩的保护。钢护筒采用钢板卷制而成，护筒长度一般为2～4 m，具体情况依据现场情况而定，直径宜大于桩径20～40 cm。钢护筒就位时要求护筒平面位置偏差小于5 cm，倾斜度偏差小于1%，护筒顶端要至少高出地面0.3 m。

2.4 钻孔作业

钻机就位，摆平对中，支垫要牢固，等泥浆输入到孔内一定数量后，方可开始钻孔。钻孔采用泥浆护壁，正循环开孔，反循环钻进，开钻时以低档慢速正循环钻进，钻至护筒1 m以下并保证钻头和导向部位全部进入地层后改为反循环钻进。在钻孔过程中，应经常进行桩位复测，检查孔径、倾斜度以及钻机平稳程度，防止孔位偏斜。钻进过程中根据地质情况调整钻进速度，并做好钻孔记录。当遇到易坍层时，施工人员适时提高泥浆比重。当钻至设计标高时，立即报请监理工程师检孔，包括孔位、孔深、孔径、垂直度等。监理工程师认可后方可进行清孔等灌注前的准备工作。钻孔时要高度重视泥浆护壁，根据不同的地质，泥浆指标也应调整，适时测泥浆密度、粘度、含砂率等主要指标。钻孔过程中，护筒内的泥浆顶面，应始终高出地下水位至少2.0 m以上。接长钻杆时，应先停止钻进，将钻头提离孔底2.0 m左右，维持泥浆循环10 min以上，然后停泵接长钻杆。钻杆连接螺栓应拧紧上牢，认真检查密封圈，防止接头漏水漏气。

2.5 成孔

待成孔后，及时对孔深、孔径、垂直度进行检查(具体指标见表2)。孔深用测绳测量，测砣的重量应足以克服泥浆的浮力和摩阻力(测砣重量一般2.5 kg左右)，自检合格后及时向监理工程师报检，经监理工程师检查合格后，方可下放钢筋笼，成孔检查的各项指标如表2。

表2 成孔检查各项指标表

2.6 下放钢筋笼

1)钻孔桩钢筋笼加工采用长线胎模固定，分段用加劲骨架加强，钢筋接头采用焊接(具体参照业主要求执行)。钢筋笼采用匹配预制，节与节之间要编号安装。

2)制作安装时主筋接头同一截面不能超过50%，同时确保主筋位置正确。

3)在钢筋笼外侧焊接导向鼻以确保钢筋笼保护层厚度。

4)钢筋笼起吊安装时用专用的工具，防止钢筋笼变形。

5)两节钢筋笼对接时，上下节中心线保持一致。钢筋笼底部纵向钢筋可稍微向内弯折，起导向作用。

6)钢筋笼安装到位后要固定可靠，防止移位和上浮。

7)钢筋笼安装时应对每一节超声波检测管进行检查，并做水密试验。声测管要与钢筋笼牢靠固定，防止移位。

8)钢筋笼下放时，主要控制的是吊筋的长度，因为如果吊筋一旦算错，长则设计钢筋笼的底标高没有钢筋;短则桩顶标高地方没有钢筋。这类事故，虽然混凝土灌注的很连续，但是因为钢筋而造成实际上的断桩。钢筋笼吊筋示意图见图1，具体计算公式如下:

式中:L为吊筋长度;Z护为护筒顶标高;Z钢为钢筋笼顶标高;Z1为桩顶标高。

图1 钢筋笼吊筋计算图

在实际中，因为考虑到在现场计算的方便，一般给的是设计孔深和桩长，所以更多的是用以下的公式来计算:

式中:Z2为桩底标高;H为桩长。而Z护－Z2就是设计孔深，即h2，所以:

式中:h2为设计孔深。

因h2是现场必须钻孔中必须有的数据，桩长一般为整数，h1也一般为1 m左右的一个固定值，故利用这个公式可以很方便的算出吊筋的长度，以上是理论吊筋的计算公式，在实际中一般在其后要加上个ΔL，ΔL就是护筒上平台以及吊筋焊接时搭接的长度。最后:

式中:ΔL为平台及焊接时搭接的长度。

9)钢筋笼下放前及安装后，应加强检测，其控制指标如表3。

表3 钢筋笼允许偏差值

2.7 下放导管

钢筋笼下放完毕后报请监理工程师检查合格后方可开始导管的下放，水下混凝土灌注采用导管法，导管直径为25 cm，标准节长度为2.5 m，并配备2～3节1 ～1.5 m的短节;导管使用前组装编号，进行水密性、承压试验和接头抗拉试验，严禁用压气试压，并编写试验报告。导管使用超过规范规定次数时应重新试验，确认合格后方可继续使用;下放导管时应小心操作，避免挂碰钢筋笼;导管按编号顺序安装，导管安装长度要复核和检验。

2.8 清孔

导管下放完毕后进行二次清孔，清孔采用泥浆循环法，清孔完毕后泥浆指标和沉渣厚度要符合要求，具体各项指标见表4。清孔时，注意保持孔内水位高出地下水位1.5～2.0 m，以防止塌孔。

表4 清孔检查各项指标表

2.9 水下混凝土灌注

清孔后，各项指标自检合格后报请监理工程师检查，检查合格后，方可开始水下混凝土的灌注。

2.9.1 混凝土的配置和拌合

混凝土的原材料进场前，必须经监理工程师检验合格后方可使用。混凝土的配置可采用火山灰水泥、粉煤灰水泥、普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，使用硅酸盐水泥应采取防离析措施。水泥的初凝时间不宜早于2.5 h，强度等级不宜低于42.5;粗集料宜优先选用卵石，如采用碎石宜适当增加混凝土配合比的含砂率。集料的最大粒径不应大于导管内径的1/6～1/8和钢筋最小净距的1/4，同时不应大于4 cm;细集料宜采用级配良好的中砂;混凝土配合比的含砂率宜采用 0.4～0.5，水灰比宜采用 0.5～0.6。有试验依据时含砂率和水灰比可酌情增大或减小。混凝土采用在拌合站集中拌合，罐车运送至工地，拌合工程中，要严格按照已经调试并审批通过的配合比拌合，以保证混凝土的质量和外观，混凝土灌注前要检查其均匀性和坍落度等各项指标，混凝土的坍落度一般为18～22 cm，只有符合要求的混凝土方可使用。

2.9.2 混凝土的灌注

1)首批混凝土。首批混凝土灌注前导管悬空宜控制在25～40 cm，首批混凝土的量要保证导管的埋置深度不小于1 m，首批混凝土方量的计算方法具体如下:

式中:V为首批混凝土所需数量，m3;Hw为孔内水面到混凝土面的水柱高，m;D为桩孔直径，m;d为导管内径，m;rw为井孔内水或泥浆的容重，kN/m3;rc为混凝土的容重，kN/m3;h4为导管初次埋置深度，且h4≥1.10 m;h5为灌注前导管悬空，一般取0.4 m。

具体示意图及其各符号代表意义如图2。

图2 水下混凝土灌注图

2)灌注过程中，注意观察导管内混凝土面下降和孔内水位升降情况，并及时测量孔内混凝土面高度，核对每次灌注量和混凝土上升高度关系并做好记录。

3)正常灌注时，导管埋置深度宜控制在4 m左右，不得超过6 m，并不得小于2 m。导管提升要缓慢，不得挂碰钢筋笼。

4)混凝土灌注时，必须控制混凝土灌注速度，不宜过快或过慢。混凝土到达钢筋笼底部以下约1 m时，适当放慢灌注速度，减小混凝土的冲击力，防止钢筋笼上浮。当混凝土上升到钢筋笼底部以上4 m左右时，提升导管，使其底口高于钢筋笼底部2 m以上，可恢复正常灌注速度。

5)灌注作业应连续进行，保证整桩在混凝土初凝前灌注完成。

6)混凝土灌注至桩顶以下2 m时，导管埋深控制在4～6 m，反复升降导管，保证桩顶混凝土密实。

7)实际灌注的桩顶标高应比设计桩顶标高高出0.5～1 m，以保证桩头质量的完整性。

2.10 成桩质量检测

混凝土灌注完毕后，待混凝土达到一定的强度后，方可开始基坑开挖，开挖后凿出超灌的桩头混凝土，破除到设计桩顶标高，报请检测单位进行成桩质量的检测，只有检测合格后，方可开始下道工序的施工。

2.11 施工注意事项及事故处理措施

钻孔桩的质量要求较高，可能影响桩质量的因素较多，需在施工操作、材料选用等各个方面严格把关，主要在如下几个方面加以注意:

1)认真复核测量桩位，并在护筒就位、钻机钻进过程中随时检查。

2)桩的钻孔和开钻，只有在距该桩的中心距离5 m内的其它任何桩的混凝土浇注24 h后才能进行。

3)钻孔过程中和灌注过程中，认真做好记录，并保证分班连续作业。

4)不能用加深孔底深度的方法代替清孔。

5)灌注混凝土前导管做气密试验，水压承压试验和接头抗拉试验，防止导管漏气、漏水造成断桩和导管脱节等现象。

6)钻孔过程中，产生的泥浆暂时存放在临时泥浆池内，然后清理运走，保证施工现场整洁有序。

7)配制混凝土的原材料必须符合技术规范及施工规范的要求。外加剂必须严格把关，材料出厂报告、材料试验报告、混凝土配比试验报告须取得监理工程师批复后，该材料方可被投入使用。

8)在钻孔过程中，密切注视地层变化，进尺有突变或其他异常情况立即停止钻孔，并报告监理工程师和设计单位，采取有效措施，保证安全施工。

9)钻进过程中，经常检查钻具及其连接件。防止因机械或人为事故，使钻具掉落孔中。

10)混凝土终浇面应高于设计桩顶0.5～1.0 m，以保证桩头质量。

11)每车混凝土均应检测坍落度，和易性不良的混凝土坚决不用。

12)封口失败:拔出导管，掏出已浇混凝土，检查导管接口是否严密牢固以及有无孔洞，重拼导管，再次灌注。

13)导管气堵:适当上提导管，减少埋深，下料时偏向一方，迫使气流溢出。

14)在施工过程中，应作好钻孔桩施工全过程的完整记录，并及时将记录送交监理工程师审查。

3 结语

综上所述，在公路工程建设中，对于钻孔灌注桩施工的处理，应根据实际的土质、桩径大小、入土深度和机具设备等条件选用适当的钻具和钻孔方法，来保证能顺利达到预计孔深，然后，清孔、吊放钢筋笼架、灌注水下混凝土。同时，也应根据实际的地质情况，结合水文气象资料等因素，采用不同的技术措施进行试验，经技术经济论证，选择最佳的施工方案措施。

［1］王晓谋.基础工程［M］.北京:人民交通出版社，2004.