水利桥梁工程软土基础钻孔灌注桩施工技术及质量控制

2014-02-27王洪

治淮 2014年10期

王洪

王洪

水利桥梁工程中软土基础处理多采用钻孔灌注桩。以沿淮淮北某大型桥梁工程为例，共布置53跨，跨径30m，桥长1595.5m。上部结构采用预应力混凝土先简支后连续箱梁结构。桥墩采用桩柱式结构，每个桥墩均为二桩二柱，桩柱同轴，灌注桩桩径1.5m，桩长27m，柱径1.3m。桥台采用桩式结构，灌注桩桩径1.5m，桩长25m。桥墩基础为钢筋混凝土灌注桩，共54组，合计108根，直径为1.5m，单根深度为27～31m，混凝土强度等级C25水下混凝土。

一、钻孔施工工艺

钻孔桩开钻前准备工作包括场地平整、放线定位、挖泥浆池、沉淀池及排水沟，确定钻机移位路线和方法，轨道和桩架，埋设护筒，准备粘土配制适合需要的护壁泥浆。

1.护筒埋设

利用全站仪确定出桩位，标出护筒位置和开挖范围，人工开挖至预定标高，埋入护筒，四周夯实密实。

2.泥浆制备

桥梁桩基每隔一跨设置泥浆池、造浆池、沉淀池各一个，按监理工程师确认合格的粘土场取回粘土，拌制成合格泥浆存入泥浆池，用泥浆泵和泥浆管供应泥浆循环，并设泥浆槽供泥浆循环沉淀后用。

护壁泥浆质量是保证钻孔不塌孔、成孔顺利的重要环节，要求具有较低的表面粘度和含砂率，同时具有低比重和良好的携渣能力。泥浆基本性能参数：比重1.05～1.2，粘度16～22s，含砂率≤4%，pH值8～10，施工过程中要定期、重点检测泥浆性能。

3.造孔

根据地质资料分析及以往施工经验，本工程桩基长在30m左右，采用正循环法钻进成孔，选用STT-1500型钻机、鼠笼型钻头。

准备工作就绪后，钻机就位，启动钻机泥浆泵。钻进时，及时检测出渣情况，以便判断地层情况。钻进过程中做好孔径、孔深、斜度、泥浆浓度记录。

4.清孔

成孔到达设计标高，经检查合格，立即进行清孔。清孔采用“换浆法”进行。利用钻孔机空转进行泥浆循环，内风管空气吸泥机清孔，孔内浮渣、泥浆稠度降至规定值即结束清孔。

清孔一般分两次，沉淀物厚度需小于30cm。清孔时孔内水位保持在地下水位以上0.5～2m，以防止钻孔坍塌，钻孔清理完毕后，对孔径、孔形和倾斜度进行检查。

二、灌注水下混凝土工艺

1.灌注前准备工作

（1）钢筋笼制作与安装

桩基钢筋笼制作在工地附近地面平卧进行，按划线逐根放上主筋并与之焊牢，控制平整度误差不大于5cm，上下节主筋节头错开50%，镙旋箍筋每隔1箍与主筋按梅花型点焊固定。钢筋笼四周每隔2m设置定位垫块，制作完成后用12t汽车吊吊装就位。

清孔并经检查合格后即下钢筋笼，钢筋笼四周绑扎三角UPVC管制作钢筋垫块，以保证桩的保护层厚度。

钢筋笼分两节吊装，两节之间采用焊接连接，采用汽车吊吊装，先吊起第1节钢筋笼，下至距孔口0.5m时，在井口用钢管固定，将上节钢筋笼吊起对准焊接主筋，然后用吊车将钢筋笼吊起，抽出横担，缓缓放入桩孔内就位。钢筋骨架安装就位后，采取固定措施以防浇筑混凝土时钢筋笼上浮。

（2）拼组与吊放导管

导管内径为300mm，壁厚3mm，每节长1～2m，每节采用法兰盘、螺栓垫以胶垫连接。下管前检查导管是否圆滑顺直，尺寸是否准确，安装是否严密，并进行密封试验。不符要求须进行修整，修整合格后编号使用。采用吊车分成多节吊入孔内，在孔顶进行连接拼组。

（3）安装混凝土储存斗及浮球

灌注水下混凝土必须连续进行，为保证一次灌注足够数量的混凝土，装满一斗灌注一次，储存斗的容量一般为导管总体积的1.5倍或2～3m高桩孔的体积。为了隔水以保证混凝土质量，在导管内安装一浮球，使其能阻水并平稳地浮出水面。

2.水下混凝土浇筑

水下混凝土灌注采用混凝土拌和站集中拌和，混凝土搅拌车运输。同时配备摇臂式泵车，导管法水下灌注。混凝土配合比现场挂牌，混凝土坍落度18～

22cm。灌注导管选用φ258涡轮式导管，加密封圈不漏水，导管底距孔底0.3～0.5m，导管固定于孔口架，装上漏斗，下好隔水塞，按计算保证埋管深度大于1.0m的初灌量进行初灌。

初灌量计算：

式中：Vf—初灌量（m3）；d—桩孔直径（1.5m）；d1—导管内径（0.25m）；H—导管埋入混凝土深度（取1m）；h—导管下端距灌注前测得高度 (取0.3m)；t—灌注前孔底沉渣厚度，h1—导管内混凝土高度（m）；h2—混凝土液面以上高度，按27m桩深计；γd—泥浆比重，取1.15t/m3；γw—混凝土比重，取2.5t/m3。

则漏斗和储料斗的总容量须大于3.26m3。

混凝土的灌注时间控制不少于2m/h。灌注混凝土必须连续进行。在灌注混凝土过程中，经常用测锤测定混凝土的上升高度，逐步提升，拆卸导管，保证导管的埋深。灌注到位后，预加一定高度以保证桩头质量，预加高度确定为0.5m，凿除后按设计整理好钢筋。

三、质量控制方法

1.工序质量检查

（1）孔位、孔深

施工过程中经常用钢尺测量护筒或桩孔中心至控制点或控制线的距离检查孔位。钻孔时经常用钻具测量孔深。

（2）清孔

包括孔底沉渣厚度检查和孔内泥浆性能检查。泥浆护壁成孔灌注桩的清孔质量检查在清孔结束1h后进行。

（3）孔径和孔形

根据设计桩径制作笼式井径器入孔检测。笼式井径器用Ф8和Ф12的钢筋制作，其外径等于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的3～4倍。检测时，将井径器吊起，使笼的中心、孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径大于给定的笼径；若中途遇阻则有可能在遇阻部位有缩径或孔斜现象，应采取措施予以清除。

孔形检查采用开挖检查，即在试桩结束后，直接观测检查桩身形状在相应土层中的变化。

（4）桩孔竖直度

施工过程中应多次加强桩孔竖直度的检测。本工程采用圆球检测法，在孔口沿钻孔直径方向设一标尺，标尺中点与桩孔中心吻合，将圆球系于测绳上，量出滑轮到标尺中点距离H。将圆球慢慢放入孔底，待测绳静止不动后，读得测绳在标尺上的偏距e，再根据tga=e/H求得孔斜值并作图。

（5）混凝土浇筑

每浇筑50m3必须有一组试件；小于50m3的单桩，每根桩须有一组试件。同一配合比的混凝土，每班至少有一组试件。每组三块试件在同一盘混凝土中取样制作。

2.成桩质量检查

钻孔灌注桩质量检测采用超声波法和小变仪法（锤击法）检测，或按监理工程师要求的检测方法进行。在浇注水下混凝土时预埋三根钢管或塑料管。

3.施工中常见问题及处理

（1）护筒冒水

护筒外壁冒水，如不及时处理，严重者会造成护筒倾斜和位移，桩孔偏斜，甚至无法施工。冒水原因为埋设护筒时周围填土不密实，或者由于起落钻头时碰动了护筒。处理方法：初发现护筒冒水，可用粘土在护筒四周填实加固；如护筒严重下沉或位移，则需返工重埋。

（2）孔壁坍塌

在钻孔过程中，详细绘制孔位处的地质剖面图，特别是粘砂地层及砂层的埋深和厚度，以便对不同土层选用合适的钻头、钻速和泥浆指标等。

在钻进过程中，根据地层的变化，对不同土层采用不同的钻进方法。在粘性土钻进，选用平尖底钻头，中等钻速，大泵量，稀泥浆；在砂粘土、粉砂土中慢速钻进，选用平底钻头，控制进尺，大泵量，稠泥浆钻进。

在钻孔和清孔过程中，注意保持好孔内规定的泥浆面的高度，随时补充损耗、漏失的泥浆，保证钻孔中的泥浆浓度。

在钻孔过程中，如遇到可塑性砂粘土地层时，向孔内投入一定数量的碎石，以防止糊钻，提高钻进速度。如发现在排出的泥浆中不断出气泡，有时护筒内的水位突然下降，这都是塌孔的迹象。其原因为土质松散、泥浆护壁不好、护筒水位不高等造成。处理方法是保持孔内水位，加大泥浆比重，以稳定孔壁。如缩颈、塌孔严重，或泥浆突然漏失，立即回填粘土，待孔壁稳定后再进行钻孔。

（3）钻孔偏斜

造成钻孔偏斜的原因是钻杆不垂直，钻头导向部分太短，导向性差，土质软硬不一，或遇上孤石等。针对地质情况，选用鼠笼型钻头，这种钻头具有切削速度大、排渣性能好、不易粘结等特点，钻进成孔前认真检查机械设备及安装质量，随时观察护筒是否松动和漏水，钻进时采用慢转以保持钻具的导向性，根据地层情况变化，适当调整钻机速度，对砂层适当增大泥浆比重，以较慢钻速通过。

钻孔偏斜处理方法是减慢钻速，并提起钻头，上下反复扫钻几次，以便削去硬层，转入正常钻孔状态。