浅谈桥梁钻孔灌注桩施工技术

帅 毅

(四川蜀南投资管理有限公司,四川成都610072)

1 工程概况

省道106线资阳过境段沱江二桥，桥面宽度24.5 m，全桥长613 m。桥跨布置为1×40 m+6×30 m+5×40 m+6×30 m, 上部结构为预应力砼简支T梁，基础和下部结构为普通砼盖梁、单排3柱式墩、嵌岩桩基。两岸引桥(含交界墩)位于沱江河滩Ⅰ级阶地上，共有30根φ1.6 m、9根φ2.0 m嵌岩桩，桩长26～38 m。覆盖层为耕植土和砂土，其下为粉砂、砂卵石和强风化页岩，持力层为中风化页岩。根据现场实际情况，采用正循环冲击钻机成孔、导管法灌注水下砼的施工方案。

2 钻孔准备工作

(1)钻孔前的准备工作主要包括：建立现场测量控制网，桩位放样，整理平整场地，布设施工便道，设置供电及供水系统，制作钢护筒，准备钻孔机具和制浆材料等。

(2)施工前，按技术规范要求对设计文件和施工现场进行详细核查，编写施工安全技术交底书，做好开工前的安全技术交底工作。

(3)根据施工进度，准备充足合格的各种原材料，加强对周转性材料的调配工作，同时依据进度要求合理调配各种机具，在使用前对设备进行调试，确保机械性能良好。

3 钻孔施工

3.1 埋设护筒

护筒采用厚度δ=12 mm钢板卷制焊接而成，直径比桩径大20 cm，高度2～5 m。护筒用全站仪测量定位后，周围用黏土回填密实，填厚不小于1 m，确保护筒位置的准确及稳定，其平面位置偏差不得大于5 cm、斜度不得大于1%。护筒的顶端高出地面30～50 cm。

3.2 钻机就位

钻机就位后，底座和顶端应平稳，在钻进施工中不应产生位移或沉陷，否则应找出原因，及时处理。冲锤的中心轴和桩的中心在同一铅垂线上。

3.3 制作泥浆

制浆前，先把黏土尽量打碎，使其在搅拌中容易成浆，缩短成浆时间，提高泥浆质量。制浆时，可将打碎的黏土直接投入护筒内，使用冲击锥小冲程反复冲击制浆，待黏土已冲搅成泥浆时，即可进行钻孔。多余的泥浆用管子导入钻孔外泥浆池贮存，以便随时补充孔内泥浆。

3.4 冲孔

冲击过程中，应始终保持孔内水位高于施工水位(地下水位)1.5 m以上，并低于护筒顶面0.3 m，以防溢出。

冲孔过程中，要注意均匀释放冲锤的钢绳长度，避免出现因“打空锤”导致钻架扭曲变形。出渣或其他原因停钻后，再次开钻时，应由低冲程渐变至正常冲程，防止卡锤。

要根据进尺情况，及时出渣，出渣后应及时添加适量黏土、片石和补水，并随时注意保持孔内水头。注意黏土一次添加量不要过多，防止粘锤。

随时严格检查钻机机械性能、钻架结构安全、钢绳磨损和冲锤磨耗等情况，发现异常立即处理，防止发生钻架倒塌和掉锤等事故。

钻进过程中应做好钻孔施工记录，特别是钻渣取样。孔超深应符合规范要求。

3.5 事故处理

由于地质构造的复杂性和施工期间各种因素的影响，钻孔事故常有发生。及时确认事故类型，采取补救措施，才能减少损失，保证质量。

3.5.1 偏斜孔

钻机安装时，支撑不好、桩孔地质构造不均匀等因素引起钻机整体或钻头在钻孔过程中发生偏斜，导致出现偏孔。

因钻机倾斜造成的应先移开钻机，检查钻孔壁情况，如果钻孔壁比较稳定，则应加固施工范围内的地基或加大钻机的支撑面积，再重新安装钻机恢复施工；钻孔壁随时有坍塌可能的，应将钻孔回填至原地面，待地层静置稳定后重新开始钻孔。

地质构造不均匀引起的，先分析清楚岩层的走向，尔后采用适当的回填材料(回填材料一般为片石加黏土、纯碱、锯末等组成的混合物)将钻孔回填至计算确定的高程处，静置一段时间后恢复施工。孔中心偏差小于20 cm的，静置1～2 h后可以继续钻孔。孔中心偏差大于20 cm的，应根据情况静置2 h甚至更长的时间待地层沉积稳定后恢复钻孔施工。穿过倾斜岩层过程中，应采用自重较大的冲击钻，以慢速钻孔。

3.5.2 护筒脱落

由于护筒外侧的回填质量不好、受地面水流的浸泡等因素引起的护筒失去稳定、脱落。出现护筒脱落应立即停止钻孔，将钻机移开，采取相应措施处理。由于地面流水引起的可先排除流水，在原地面上填一层黏土使地面干燥、不渗漏，而后，重新安装护筒(作好护筒外侧填筑)恢复钻孔施工。

3.5.3 卡钻

钻孔经过岩层分界面时相邻岩层强度差别较大、操作中未及时根据地质情况调整钻头的行程等原因引起“卡钻”现象。针对发生“卡钻”的原因采取相应的方法处理：

由于“探头石”引起的卡钻现象，可以适当往下放钻头，而后，强力快速往上提，使“探头石”受瞬间冲击缩回，从而顺利提起钻头。

因钻头穿过岩层突变处导致的卡钻，优先采用水下爆破的方法进行处理。在整体岩层中此方法容易奏效，砂土地层中不宜采取此方法处理。

由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成的钻头无法提升现象，应采取插入高压水管置换泥浆的方法进行处理。

3.5.4 缩孔

缩孔是在饱和性黏土、淤泥质黏土，特别是IL>1.0处于流塑性状态的土层中出现的特有现象，其原因是此类地层含水高、塑性大，钻头经过后钻孔壁回缩，从而导致钻孔的直径小于设计的桩直径。针对发生缩孔的原因，采取块、卵石土回填，而后用重量较大的冲击钻冲击，挤紧钻孔孔壁的办法处理；或者采用在导正器外侧焊接一定数量的合金叶片进行旋转清理的办法。

3.5.5 掉钻

由于机械故障、钢丝绳断裂、孔壁坍塌等因素造成钻头落入孔底的现象通常称“掉钻”。发生“掉钻”后，应及时采取恰当的方法实施打捞。

钻孔壁稳定的情况，直接用钻机起吊“打捞器”入孔进行打捞。打捞前，先用“探针”探明钻头在孔中的位置为制定打捞方案提供依据。打捞设备和打捞操作方法必须保证在抓住钻头后尽量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的现象发生。

钻孔壁出现局部坍塌将钻头埋没且大部分钻孔壁处于稳定时，应先加大孔内泥浆的浓度，将旋转钻头放入安全的深度范围搅动泥浆以加强钻孔壁，再采取“气举法”清除钻头上方的沉积土和淤泥，确认钻头已露出后再实施钻头的打捞工作。钻孔壁随时有继续坍塌可能时，先在孔内安装长钢护筒、搅拌桩围护、帷幕法等方法加固钻孔壁，而后打捞钻头。

3.6 检孔

钻孔完成后，必须检测孔深、直径和倾斜度，其中孔径和孔深须达到设计要求，倾斜度不得大于1%。

3.7 清孔

清孔就是在吊放钢筋笼之前，对孔内的石碴、泥浆进行必要的清理。其目的是将孔内钻渣清除干净，保证孔底沉淀厚度满足要求。终孔检查后，应迅速清孔，防止因停顿过久，使泥浆、钻渣沉淀过多造成清孔困难甚至坍孔。

采用空气吸泥法进行清孔。清孔后，应检测孔底沉淀量并必须符合设计及规范要求。清孔完成后立即安装钢筋笼。

4 钢筋笼制作与安装

4.1 钢筋笼的制作

(1)制作钢筋笼所使用钢筋的种类、型号和直径符合设计图纸的规定。钢筋笼由主筋、加强筋、螺旋箍筋、定位筋等组成，其构造应满足设计要求。

(2)钢筋笼在加工场统一加工，一般为9 m/段，钢筋笼各段之间主筋采取机械套筒连接。

(3)制作时均需在型钢焊制的骨架定位平台进行，以保证制作的钢筋笼的整体直度及主筋机械套筒连接接长时的对位度。

(4)在钢筋笼内部每间隔一定距离(一般为2 m)在加强筋位置设置“十”字撑，以提高钢筋笼的刚度，避免汽车吊吊运和安装过程中变形。在钢筋笼准确就位后，应将“十”字撑割除，以免影响桩基砼灌注。

(5)制作钢筋笼时应按设计要求布置检测管，安装时将检测管绑扎于加劲钢筋之上，其底端用钢板焊牢封底，要求不漏水，浇筑混凝土前，往管内注满水，其上用塞子堵死，防止杂物和砼进入管中堵塞管道。

4.2 钢筋笼的安装

钢筋笼吊装时对准孔位，尽量竖直轻放、慢放，遇障碍物可慢起慢落和正反旋转使之下落，无效时，立即停止下落，查明原因后再安装。不允许高起猛落，强行下放，防止碰撞孔壁而引起坍塌。入孔后牢固定位，容许偏差不大于5 cm，并使钢筋笼处于悬吊状态。

安装到位后，应将钢筋笼顶部通过钢筋与护筒口焊接牢固，以防止钢筋笼在砼灌注过程中上浮。

5 砼灌注设备安装

导管一般采用无缝钢管加工而成。其直径按桩长、桩径和每小时需要通过的砼数量计算确定且不得小于250 mm；其分节长度应便于拆装和搬运并小于导管提升设备的提升高度，中间节一般长2 m左右，下端节可加长至4～6 m，漏斗下可配长约1 m的上端节导管，以便调节漏斗的高度。要求导管内壁光滑、顺直、光洁无局部凹凸，各节导管内径应大小一致、偏差不大于±2 mm。导管总数应配备10%左右的备用导管，其中还应准备有多节长度各异的短管，其中最少两节0.5 m的导管，有利于控制导管口离孔底的距离，同时也方便拔管时，合理掌握导管的拆卸长度。

每套导管在初次沉放前应试拼，并经试压，确保不漏水。试拼后的导管要逐一标号，并在其上用油漆每隔50 cm记录其长度，现场拼接时要保持密封圈无破损，接头严密，管轴顺直。

储料斗采用钢板及型钢加劲肋制作，底部做成斜坡。储料斗的容量须满足首批砼量并考虑一定富余量。

导管、漏斗、储料斗在孔内和孔口用吊车等机械安装完成后，应立即进行二次清孔。

6 二次清孔

由于吊装钢筋笼和安装导管要花很长的时间，孔底的沉碴厚度不能满足灌注要求，须进行二次清孔。其方法是用泥浆泵将泥浆通过导管冲至孔底，以使泥浆产生循环，从而将孔底的沉淀厚度降低至满足规范及设计要求。

7 桩基水下砼灌注

7.1 灌注砼应注意的问题

(1)灌注水下砼前要检查泥浆指标并必须符合规范要求。

(2)首批砼的灌注十分重要，其目的是将孔底的沉渣通过砼的强大冲击力冲卷干净并悬浮于砼面层，并将导管埋置至少超过1 m，以保证不出现断桩。

(3)砼灌注工作开始后，必须连续不断地进行并且每斗砼灌注间隔时间尽量缩短；拆除导管所耗费时间应严格控制，一般不超过15 min，不能中途停工；在灌注砼过程中，随时探测砼高度，及时拆除或提升导管，注意保持适当的埋深，导管埋深一般保持在2～4 m，最大埋深不大于6 m。

(4)砼灌注前、首批砼灌注后的导管下端距桩底距离均应控制为0.3～0.4 m。

(5)每灌注一段时间，要及时抽拔导管，要根据砼灌入量计算灌注高度并进行实测复核，从而确定提升导管时间和拆导管的长度。

(6)导管提升不能太快，若超过已灌砼表面，就会形成断桩；若抽拔不及时，埋入过深，则有可能因为砼初凝，使导管不能拔除，造成工程事故。因此必须有严格控制导管提升时间。

(7)严禁导管漏水或导管底口进水(即封不住底)而造成断桩事故，保证施工质量。

(8)水下灌注砼的实际桩顶标高应高出桩顶设计标高0.5～1.0 m。

(9)当砼灌注完毕后，待桩上部混凝土开始初凝，解除对钢筋笼固定措施，保证钢筋笼随着砼的收缩而收缩，避免粘结力的损失。

(10)砼浇筑完成后，应立即对检测管进行检查，若有杂物或砼进入管内，应立即进行处理，确保管道畅通。

7.2 水下砼灌注中出现问题的对策

7.2.1 封底失败

由于首批砼数量过小、孔底的沉渣厚度大等原因导致首批砼灌注入孔后，未实现水下砼封底的现象称为封底失败。封底失败后，应立即暂停灌注，及时对孔内已灌注的砼进行清理：地层稳定性较好的，应采取导管内安装高压风管进行二次清孔的方法将已灌注的砼清理干净，重新检查符合规范要求后，重新开始水下砼灌注。地层稳定性差或高压清孔的方法不能奏效则应及时拆除导管、拔除钢筋笼，将钻机安装到位，将未灌注砼部分钻孔回填，待地层沉积稳定后用冲击钻清除已灌注的砼，达到孔底设计标高后，重新开始水下砼灌注。

7.2.2 卡管

因砼和易性差、砼中含有大块骨料或受潮凝固的水泥块、灌注砼冲击力不足等原因导致水下砼灌注过程中无法继续进行的现象统称为“卡管”。

由于砼质量造成的导管堵塞，可以少量(根据堵管前测量及计算的导管埋深结果在保证导管最小安全埋深确定)提升导管而后快速下落的方法或加大一次性灌注砼数量而后快速提升再迅速下放，以冲击疏通导管的方法进行处理。

由于砼冲击力不足造成的，应及时加长上部导管的长度，而后，以一次性较大量砼冲击灌注达到疏通导管的目的。

采取“二次开球法”进行处理。具体操作方法：将导管插入已灌注砼中0.5～0.8 m，而后按照水下封底的操作方法实施二次封底。以上几种方法处理不能奏效应立即停止，认为已断桩。

7.2.3 断桩

由于灌注中提升导管失误、砼供应中断(下雨、停电、机械故障等)或导管漏水等原因导致导管中已灌注的砼与导管的砼隔断，无法继续灌注的现象通称为断桩。在灌注过程中认定发生断桩事故后，应立即停止继续灌注，并采取经济、可行的进行方法处理，尽量将损失降低到最小：

已灌注砼较少时，应立即拔出导管和钢筋笼，然后一般采取冲击钻清除已灌注部分，再实施原位恢复。断桩截面位置距离孔口深度不大于10 m、孔内水可以用水泵抽干时，可采用清除桩顶不合格砼，而后浇筑“干桩”接长至设计桩顶标高。

8 桩头凿除

由于孔底始终有少量沉渣，这些沉渣通过首批砼冲卷至砼顶面，从而导致桩头砼强度大大降低，在进行地系梁施工前须将这部分砼通过人工凿掉。凿除桩头砼必须采用人工手工或空压机风镐凿除，不得采用爆破或其它影响桩身质量的方法进行。凿除桩头后桩基顶部不能有残余松散层和薄弱通层，嵌入地系梁内的桩头及锚固钢筋长度必须符合设计要求。

9 结束语

钻孔、灌注砼都是在水下进行的，其工程质量只能通过科学的过程控制来保证和通过完工后的仪器检测来确认。因此，对作业人员的操作熟练程度和工艺水平、管理人员的指挥水平和判断决策能力都有较高的要求。

综上所述，在钻孔灌注桩的施工过程中存在许多不确定因素，稍有疏忽则易出现质量事故，虽然事故后期处理的方法也很多，但无论采取什么先进的办法进行处理都将对工程的进度、质量及施工企业的信誉带来不可忽视的影响。因此，在钻孔灌注桩施工中必须作到每个工序严格按照规范操作，水下砼的灌注必须统一指挥、紧张而有序地进行，提前对可能出现的问题制定切实有效地防范措施并进行预演，尽最大努力杜绝事故的发生，以确保工期和工程质量优良。