大直径超长灌注桩在大桥中的应用

崔粲

【摘要】旋挖钻孔技术具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保的优点。本文简单介绍了大直径超长灌注桩技术，并以实际工程为例介绍了旋挖钻孔技术在大桥中的应用。

【关键词】大直径超长灌注桩；旋挖；灌注砼

一、大直径超长灌注桩

大直径灌注桩系是指在工程现场，通过机械钻孔、钢管挤土、人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在孔内放置钢筋笼、灌注混凝土做成的桩。依照成孔方法不同，灌注桩可分沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩的类型。大直径灌注桩属非挤土或少量挤土桩，施工时基本无噪音、无震动、无地面隆起与侧移，也无浓烟排放，因而对邻近人们的生产和生活活动影响小，对周围建筑物、路面或者地下设施等危害小；大直径灌注桩直径大，入土深，现在机具和人工挖掘都能进入各类地基，且能把桩嵌入于各类基岩，这均是打、振、压入式桩所不及的；大直径灌注桩可采取扩大底部的形式，更好地发挥桩端土的作用；大直径灌注桩出能承受较大的竖向荷载外，由于桩身刚度比较大，能承受较大的横向荷载，增强建筑物抗震能力。

大直径超长灌注桩技术适用范于孔径≥2000mm，孔深150m以内的孔径、垂直度要求较高，水上（陆地）竖向承重桩的施工。适用粘土层、砂层、砾石层、卵石层、岩层等地层。

大直径超长灌注桩施工技术具有以下特点：

（1）大直径钻孔桩根据桩径、桩长、地质条件、水文情况等诸多因素来选择钻机的型号、扭矩及钻具的各项参数。一般在地层强度较高、钻孔深度较深地质情况较复杂则选用较大型号钻机。

（2）在陆地上施工时，其泥浆循环可在陆地开挖泥浆沟和泥浆池，护筒的埋设只受表层不稳定土层影响。而在在水上施工时，需搭设平台。护筒的埋设较深，既要保重平台的稳定又要保证钻孔壁的安全。

（3）成孔过程泥浆的循环方法可分正循环和反循环泵，而反循环又可分泵吸反循环和气举反循环两种。

（4）大直径钻孔桩泥浆的作用主要为：①保护壁，②悬浮钻渣③冷却钻具；大口径成孔对泥浆质量要求很高，一般检测指标有：①相对密度，②粘度，③含砂率，④胶体率等。

（5）在江上或海上作业时，材料供应和正常施工不可避免的要受到潮汐、风浪、季节性的影响，另由于平台的局限性需在平台配制专门的泥浆箱或利用护筒的连接作为泥浆池或泥浆循环管。

二、大直径超长灌注桩在大桥中的应用

（一）工程概况

新建张家口至唐山铁路公铁立交工程DK216+701公路大桥主线全长0.13km，匝道桥梁全长0.149km，桩基础12棵，2.0米大直径桩基12棵，主要位于主线左右幅的第0、1、2、3号墩，其主线跨径（35+60+35）米的的预应力砼连续箱梁处，总计桩基12棵，桩基深35m，桩基直径2.0米，桩基较深，直径较大。

（二）施工方案比选

方案一：采用冲击钻施工

冲击钻也可以成孔，但其存在两个缺点，第一施工周期较长，由于大直徑桩基均为跨在建铁路主墩，且均处在路基边坡，施工场地较狭小，每个墩最多能容纳2台冲击钻同时施工。正常情况下一台冲击钻成桩需7个工作日，则每个墩桩基施工需14个工作日，也增加了施工的安全隐患。第二冲击钻施工成本较高，平均每米单价约为400元。

方案二：旋挖钻机成孔

旋挖钻机有成桩速度快，施工成本低等显著特点，但对地质条件也有较高要求。一般适合于土质地层，对地基承载力也有一定的要求，一般情况下大于500kpa，但对小于80kpa的软土底层使用旋挖钻机也很容易塌孔甚至存在埋钻危险。本桥桥墩地质情况完全符合旋挖钻施工要求，但是对钻机选型上要特别考虑。对环境保护要求也较高，护壁用的泥浆循环和排放也需妥善处理。

根据对冲击钻和旋挖钻机施工特点的比选，虽然使用旋挖钻机施工有需要解决的问题，但通过一定的方案优化可以很好的解决这些问题，而且旋挖钻机施工有明显的施工速度快、工期短、成本低等特点，故可采用旋挖钻机作为桩基施工机具。

（三）施工技术要点

1、钻机类型选择

根据设计要求，为保证钻机的垂直度及桩径，选用Q-250型大口径工程钻机，该钻机扭矩大（扭矩为117.6kN.m），φ325mm厚壁钻杆；加强钻塔结构、天车及游动滑车；在水龙头上添加了导向装置，以保证开孔垂直度。钻头采用四翼板双护圈刮刀钻头，锥形角120°，前角30°，上下导向圈间距2.0m。该钻头稳定性好，刚度大，在钻进过程中，不产生移动和摇晃。

2、护筒埋设

为固定桩位、导向钻头、隔离水、保护孔口及提高内水位，增加对孔壁的静压力以防坍塌，应于钻孔前埋设护筒。孔口护筒采用钢板制作，内径比设计桩径大200MM，护筒高度宜高出地面0.3M，水中施工护筒高出水面1M并高出筑岛面0.3M。底部入土深度不小于3M，穿过淤泥层进入圆砾卵石层。其位置坐标垂直度和高程由全站仪控制，护筒垂直下沉，顶面中心与设计桩位偏差不得超过50MM，竖直线倾斜不大于1%。

3、钻机就位及钻孔

该工程钻机采用了履带式旋挖钻机，可自行到达另一施工地点。因地表土比较松散，在施工前先由钻机靠自重进行压实，压实完成后再铺设厚度为20mm的钢板，有效地防止了钻机在钻进过程中的位移或沉陷。钻机就位完成后，用全站仪穿线法定出桩中心位臵，并将钻机的钻头准确地对准中心点进行定位，通过钻机自身的数控系统，较好地控制了在钻进过程中的倾斜度及孔位偏差，但操控系统不足的地方就是测量孔深不准确，在验孔时一般控制在大于计算孔深0.3-1.0m的范围内，因此在钻孔接近设计标高时，应用测量绳进行校正，防止钻孔深度过浅而不满足设计孔深，或钻孔深度超深而浪费混凝土。

钻机定位完成后，钻孔作业采用减压钻进开始进行钻孔。本工程地质调教较复杂，穿越多层土层，钻孔时应根据不同土层选择与之相适应的进尺和转速。对于黏土层，采用抵挡慢速、优质泥浆、大泵量钻进的方法钻进，对于细砂层采用轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进，每小时进尺不大于0.5m，一面孔壁不稳定，发生局部扩孔或局部塌孔，并充分浮渣、排渣，以防买钻现象。护筒底口和不同地层交界处附近，采用低档慢速、小进尺钻进，防止扩孔、塌孔和偏斜孔，每小时进尺不大于0.5m。钻进时应先慢后快，待导向部分全部进入地层后方可快速钻进。

4、连续砼灌注

考虑到桩径较大，桩长较长，完成水下混凝土的灌注的桩基混凝土顶面标高比设计高1.5m以上，以保证桩头混凝土质量。

砼灌注注意事项：（1）首批砼一定要够数量，以满足灌注后导管埋入砼面1.0m以上的要求，灌注后及时测量砼面的高度，以确定首批砼埋管深度，如不符合要求，则立即使用空压机通过导管吸去已灌注砼，准备好后重新灌注。（2）在砼灌注过程中，设专人测量孔深，准确掌握砼面上升高度，以便严格控制导管埋深在2.0～6.0m之间，防止埋管过深，上层部分砼初凝，导管提不起来的事件发生，同时作好砼灌注记录备查。（3）由试验人员值班，确保砼拌和按监理工程师认可的配合比拌制，经常抽查砼工作性指标，严禁将不合格的砼灌注入孔。（4）提升降落导管时，动作要慢，以免钩挂钢筋笼或提空导管。提管时利用汽车吊或履带吊提管。

参考文献

[1]叶翰松.复杂地质条件下长大钻孔灌注桩成孔施工技术[J].铁道标准设计，2013年5期.

[2]马占生，刘恒.浅析超大直径、超深桩基中回旋钻与冲击钻联合施工的技术[J].科技信息，2014年11期.