钻孔灌注桩在桥梁桩基施工中的应用

郭相利

北京城建设计发展集团股份有限公司

钻孔灌注桩在桥梁桩基施工中的应用

郭相利

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钻孔灌注桩是指采用钻孔机具按照设计直径和深的要求在土体中形成井孔，并在其内灌注混凝土以形成桩基础。根据持力层地质条件的变化可以对桩的长度进行调节，同时应按照可能出现的最不利内力组合进行钢筋的配置。在确保满足要求的基础上尽量少用钢筋，以便于进行施工。目前，我国所使用的钻孔灌注桩的最大桩径已达到6m以上。随着钻进技术的发展和完善，钻孔灌注桩施工工艺在桥梁工程中广泛应用。本文笔者将结合具体的桥梁工程施工实例，详细介绍钻孔灌注桩的具体施工工艺，并对各个环节实施过程进行阐述。

桥梁工程；钻孔灌注桩；技术应用

随着我国公路工程的高速发展，桥梁建设成了公路发展的一个重要方面。桥梁基础作为桥梁工程的重要组成部分，共具有复杂性和综合性等特点。钻孔灌筑桩具有施工操作简单、施工速度快、工程造价低、承载力高等特点，且应用范围非常广泛，是公路桥梁工程中经常采用的基础形式。以下笔者将结合具体的市政道路桥梁施工实例，简要探讨钻孔灌筑的具体施工过程。

1 钻孔灌注桩施工技术特点

根据不同的护壁形式，钻孔灌注桩技术可以分为泥浆护壁钻孔灌注桩和全套管钻孔灌注桩。桥梁工程施工过程中，泥浆护壁钻孔灌注桩施工需要先按照桥梁工程施工设计要求，以一定比例制备水泥浆液，达到悬浮钻渣和冷却钻头的目的。桥梁工程泥浆护壁可以用于润滑器械和保护钻具，防止护壁形成泥皮过程中发生钻孔坍塌。桥梁工程施工应用旋挖钻机进钻孔灌注桩技术，节省了清理钻孔和制备泥浆的环节，这种钻孔灌注桩在我国桥梁工程中应用广泛。钻孔灌注桩技术成熟，施工噪音和震动较小，适用于多种桥梁地基，但是也存在一定的局限性，因此在实际的桥梁工程施工过程中应规范施工操作，充分发挥钻孔灌注桩技术应用优势。

2 钻孔灌柱桩在工程中的具体应用

2.1 工程概述

拟建港口路立交桥，起讫桩号为K14+715.4～K15+106.6，拟建桥梁孔数及孔径为3×30+3×30+(35+50+35)+3×30，桥梁宽度28m，桥梁全长391.2m，属市政大桥类别。根据设计文件，拟建桥梁上部结构为预应力混凝土现浇箱梁，下部桥墩为柱式墩，桥台为柱式台，桥墩及桥台基础采用桩基础。本工程基础桩直径1600mm，桩长46m～52m；共计基础桩60根。

2.2 工程特点

根据本次勘察结果，工程场区①1层粉质粘土，可塑，地基承载力低，工程特性差；①2层淤泥质粘土及①3层淤泥，流塑，地基承载力极低，工程特性极差；①4层粉质粘土，软塑，地基承载力低，工程特性差；②1层粉质粘土，可塑，地基承载力较低，工程特性较差；②2层粉质粘土，硬塑，地基承载力较高，工程特性较好；③1层粉质粘土，软塑，地基承载力较低，工程特性较差；③2层粉质粘土，可塑，地基承载力较低，工程特性较差；④层粉砂，稍密，地基承载力较低，工程特性较差；⑤层细砂，稍密，地基承载力较低，工程特性较差；⑤1层细砂，中密，地基承载力一般，程特性一般；⑤2层细砂，密实，地基承载力较高，工程特性较好；⑥1层中砂，密实，地基承载力较高，工程特性较好；⑥2层砾砂，密实，地基承载力较高，工程特性较好；⑥3圆砾，密实，地基承载力高，工程特性好。

3 钻孔灌注桩施工技术

3.1 桥梁基础设计方案

勘察期间实测地下水埋深0.4～3.9m，地下水类型主要为第四系孔隙潜水，主要含水层为粉土、砂土层。场区属Ⅱ类环境类型，场地土无污染迹象，根据水质分析结果结合拟建物特征及场区地质条件，依据《公路工程地质勘察规范》(JTG C20-2011)的相关规定，综合判定拟建区段内地下水、场地土对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋具有微腐蚀性。

根据该桥梁所处地区的地址勘察结果，对桥梁基础进行设计，基础所具有的特点有以下几点：本工程处于深厚层砂层位置，平均30米深的砂层，因此进行施工时最大难点就是需要保证桥梁不发生塌孔以及缩颈问题，同时前文中显示勘察期间实测地下水埋深0.4～3.9m，地下水类型主要为第四系孔隙潜水，对于安全、环保以及质量的要求都大大提高。

3.2 施工前期准备工作

施工组织设计审核。在进行钻孔灌注桩施工前，必须进行施工组织设计的审核工作。施工单位应将完整的施工组织文件上交给监理方，通过监理方的审核和修改完善之后才可进行下一步的工作。在施工组织设计中应具体指出本工程的特殊性、详细的施工方法和施工工艺。

测量定位。为了保证孔位的正确和钻孔的垂直度，应做好孔位的测量定位工作，同时也应该确保基准面的标高准确。在测量定位的施工过程中，不仅要进行认真的自检，同时还应由监理方进行复检，最后再进行一次验收工作，操作中所出现的误差应严格控制在规范的要求之内，一般情况下误差不得超过5cm。在桩位测量完成后，还应进行一次桩位的校正工作，采用的仪器为钢尺或根据相邻的桩位进行校正，查看测量出来的数据与计算数据是否一致，如有问题，应进行重测。桩位定位完成之后，应在该处插入300mm的钢筋钉，涂上油漆以便于辨识，并做好保护工作。

原材料。材料作为施工的物质基础，其质量好坏直接影响工程质量。施工材料包括混凝土、钢筋、水泥、外加剂等，需要对材料的入场进行严格的检查，确保都是符合工程要求的材料。

3.3 施工工艺

1)钻孔施工

(1)平整施工场地。桥梁工程施工之前，仔细平整和处理施工场地，彻底清除桩基地面垃圾和杂物，将地基地面压实平整，保障桥梁工程施工场地的密实度。(2)桩位测量。桥梁工程施工设计人员应结合施工现场实际情况，参考施工设计图纸，对桥梁工程的各个桩基地点，测量桩位坐标，使用经纬仪严格控制测放控制点和桩位，确保桩位测量误差小于10mm，测定施工场地桥梁高程，确定桩埋深度和桩顶高度。(3)埋设护筒。桥梁工程钻孔灌注桩施工采用铁质材料的护筒，选用4±1mm类型钢板，确保钢板的刚度和硬度达到施工设计要求，避免发生形变，对钻孔灌注桩护筒的上部、中部和下部分别进行加固处理，钻孔灌注桩埋设过程中，应确保桩位轴线和中心保持对称，桩埋设深度控制在110～120cm，地面和护筒顶面高度距离35cm，将误差控制在3cm内，护筒倾斜度误差控制在2度以内。(4)安装钻机。桥梁工程施工过程中，钻孔桩护筒埋设好后，在设计的标准孔位上安装固定钻机，确保钻机保持垂直下钻，使用线锥和经纬仪双向控制钻机，将钻孔对准误差控制在3cm以内，在钻机底座位置放置枕木，避免钻孔过程中受到机械震动作用造成钻孔塌陷、位置倾斜或者移动，一旦出现问题，及时调整扶正，钻机运行过程中，由慢到快调节钻机速度，逐步增大钻进力度，施工操作过程中要使钢轨和钻机保持稳固性和平直度。(5)钻孔成型。钻进成孔过程中，采用冲洗液，按照正循环方向进行钻进，钻孔开始时使用清水进行冲洗，使施工现场原土形成泥浆，施工人员要合理控制孔口位置泥浆比例，确保钻孔操作的规范化和专业化，防止发生塌孔。

2)钢筋笼制作及吊放

(1)钢筋骨架制作

钢筋笼加工在钻孔作业面附近的钢筋制作场内分多段进行，每段长度9—12m不等，用钻机副机吊入孔内。钢筋笼接长采用电焊机现场焊接。单节钢筋笼采用四点平吊法起吊，钢筋笼升到空中平稳后，尾部的副锡松绳，钢筋笼在空中慢慢完成，由水平到竖直的转身。吊起前先用测孔器探测孔径，如有缩颈则应用钻头上扫清。钢筋笼按设计要求，采用2m一道加强箍加强，防止装吊时变形。钢筋笼在入孔前，在骨架外侧每2m设混凝土保护层，混凝土保护层直径4cm，用Φ8钢筋横穿，并焊接于箍筋之上，每处共4块，以保证主筋保护层厚度。钢筋笼保护层垫块采用M 50高强度砂浆垫块，采用集中生产法制作。钢筋笼保护层垫块安装：沿钢筋笼长度每隔2m设置混凝土块4块，沿桩均匀分布，垫块正形，保护层不少于4cm，中心穿钢筋并与桩身钢筋焊接固定。混凝土块与钢筋笼密贴并连接牢固。确保钢筋笼均匀对称于桩孔后，方可灌注混凝土。钢筋笼即将焊接完成时，及时算出吊筋长度，交工人提前做好。

(2)钢筋骨架的存放、运输与现场吊装

钢筋骨架临时存放的场地必须保证平整、干燥。存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的方木，以免受潮或沾上泥土。每个钢筋笼制作好后要挂上标志牌，便于使用时按桩号装车运出。钢筋骨架在转运至墩位的过程中必须保证骨架不变形。采用钩机或者吊车运输时要保证在每个加劲筋处设支承点，各支承点高度相等。钢筋笼入孔时，由吊车、钩机、或者钻机自带调配装置吊装。在安装钢筋笼时，采用两点起吊。第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分之一点之间。应采取措施对起吊点予以加强，以保证钢筋笼在起吊时不致变形。吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后应徐徐下放，不宜左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。严禁高提猛落和强制下放。

3)泥浆配制与清孔施工

在钻孔灌注桩施工过程中，泥浆的作用主要起护壁和携渣的作用，泥浆质量的好坏直接影响钻孔桩的成孔时间和成孔质量，常采用膨润土、碳酸钠、聚丙烯酸铵水解物等有机纤维复合物按一定的比例制作泥浆。可以采用膨润土(占泥浆比例6%)和水作为泥浆的主要组成部分，并按比例添加碳酸钠(0.4%)、聚丙烯酸铵(0.3%)、羧甲基纤维素(0.1%～0.5%)等提高泥浆的性能。

进行换浆清孔时，应保证有一定的水头，这样才可保证钻孔不发生塌孔问题，在混凝土灌注之前，应进行第二次的情况工作，保证钻孔符合规范的要求。

3)混凝土灌注

在本工程中进行钻孔灌注桩水下混凝土的灌注施工采用的是直升导管法。(1)导管选用：首先对导管的直径和导管的壁厚进行确定，导管直径需要考虑的因素包括桩长、桩径以及每小时的混凝土量等；导管壁厚需要考虑的因素包括强度和刚度要求。(2)在导管使用前和施工一个时期之后，均对其导管进行认真的检查，主要检查的内容包括导管的规格、质量和拼接构造等，同时还应对其进行拼接、过球、水密以及承压等试验。(3)当钻孔桩桩顶低于钻孔中水面时，漏斗底口比水面至少应高出4～6m；当桩顶高于水面时，则漏斗底口比水密至少高出4～6m。此高度的限制可以有效地确保桩顶混凝土有足够的压力，从而确保混凝土达到密实度的要求。(4)水下混凝土是一种重要的工序，在进行水下混凝土的制作时，对混凝土的质量和要求是比较高的，要在强度和抗渗性上满足要求。所以在灌桩时，一是对混凝土的质量，二是对灌桩的时间都有严格的要求，特别是混凝土的灌注时间应控制在首批混凝土的初凝时间以内。当混凝土的灌桩时间较长时，则需要在混凝土内掺入适量的缓凝剂。(5)灌注施工结束管理。桥梁工程钻孔灌注桩施工混凝土灌注结束后，等到混凝土初凝时，谨慎操作拆除钢筋笼固定设备，使混凝土和钢筋笼同步收缩，有效减少粘结力丧失，当混凝土强度达到钻孔灌注桩施工设计指标时，将护筒拆除，清除多余混凝土。

3.4 成桩质量检查

当钻孔灌筑桩施工完成之后，需要对成桩质量进行检验，其中重点检查的施工工序包括成孔和清孔、钢筋笼的制作和安放、混凝土的拌制和灌筑。在成孔阶段，重点需要检查的项目包括孔位、孔深、孔径、沉渣厚度等。在钢筋笼的制作阶段，重点需要检查的项目包括钢筋规格、焊条规格、品种、焊缝长度、焊条规格、主筋和箍筋的制作偏差等。在混凝土的搅拌阶段，重点需要检查的项目包括原材料的质量、混凝土的配合比、坍落度以及混凝土的强度等级等。对于桩身完整性和桩基承载力的检测需要采用专门的方法。在钻孔灌筑桩的施工全过程中，通过相关的质量检查，可以有效地确保桩体的施工质量，以确保桥梁工程顺利的完成。

综上所述，一定要严格按照操作规程进行施工，确保施工安全和施工质量。本文通过对该桥梁基础的钻孔灌注桩施工过程进行经验总结，归纳了施工质量的控制要点，同时，分析了常见质量事故发生的原因，研究讨论了相应的预防对策，以便找出更好的质量控制措施，为钻孔灌注桩的施工质量提供经验指导。

[1]邓新.钻孔灌注桩在桥梁桩基施工中的应用[J].公路交通科技(应用技术版)，2014，07：159-160.

[2]覃献强.钻孔灌注桩技术在桥梁桩基施工中的应用[J].科技信息，2010，07：672+700.