恒南路桥钻孔灌注桩施工技术概述

汪 琛，张传庆，俞华凌

（上海市政建设有限公司，上海市 201112）

恒南路桥钻孔灌注桩施工技术概述

汪 琛，张传庆，俞华凌

（上海市政建设有限公司，上海市 201112）

以大芦线航道整治二期工程--恒南路桥主墩钻孔灌注桩施工为例，简要阐述了钻孔灌注桩的施工技术，总结了钻孔灌注桩施工的关键技术措施。工程实践表明：该工程钻孔灌注桩施工质量均满足相关要求。希望能够为类似情形的钻孔灌注桩施工提供一定的参考和借鉴。

钻孔灌注桩；施工技术；关键技术措施

1 工程概况

大芦线航道整治二期工程——恒南路桥为新建跨航道桥梁工程，主桥上部采用三跨变截面现浇连续箱梁结构，跨径为65 m+107 m+65 m；主桥一跨过河，主墩承台侵入河道蓝线并埋入规划河床地面以下，主墩部分位于现状河道水域内。主桥分两幅设置，每个主墩基础由9根Φ1 500 mm钻孔灌注桩组成，全桥共计36根,桩长68 m，设计桩底标高-70.85 m，桩身采用C30水下混凝土。主墩钻孔灌注桩需进行桩端后压浆。

2 工程地质条件

根据地质勘探资料及设计图纸：工程场地地形较为平坦，地貌单元单一；地面标高一般在+3.2～+4.5 m之间，工程场地地基土类型为软弱场地土，场地类别为Ⅳ类，位于抗震设防烈度7度区。主桥主墩桩基持力层位于⑨2层灰色中细砂；施工范围的土层地质情况见表1。

3 钻孔灌注桩施工技术

3.1 钻孔灌注桩施工流程

根据桩基试成孔工作结合类似工程施工经验，最终确定了钻孔灌注桩施工工艺流程，见图1。

图1 钻孔灌注桩施工工艺流程

3.2 钻孔灌注桩施工技术要点

本工程选用2台GPS-20型钻机分别在航道南北两岸同时进行主墩钻孔灌注桩施工，采用正循环成孔。

（1）施工准备

钻孔桩施工前，做好进场设备的检查、验收与保养工作。打设钢板桩施工围堰，钢板桩采用德国拉森Larssen-Ⅳ型，单根长度15 m。进行桩位测量放样，埋设短钢筋定位桩中心。设置泥浆循环池、泥浆沉淀池和泥浆废储池处理泥浆，泥浆废储池采用专用移动箱,泥浆循环直接采用泥浆泵系统从主沟中进行循环置换施工，循环置换泥浆管一律采用新管，保证不漏浆，保持施工场地干净整洁。联系好泥浆排污地点和运输力量，确保废浆及时外运。

表1 土层分布情况一览表

主墩钻孔桩正式施工前，还需做好试桩工作。本工程主墩试桩数量为2根，在南、北岸主墩边桩外侧5.5 m处（与工程桩的净距大于5 m），一根做桩端后压浆试验，另一根不做。试验主要内容可分为三个部分：a.成孔工艺试验，验证地质情况，确定泥浆配比；b.成桩工艺试验，确定水下C30混凝土配比，获取钻孔桩成孔，清孔、下钢筋笼、灌注混凝土等施工工艺参数；c.桩端后压浆试验，为主墩桩端后压浆施工积累经验，验证压浆参数的合理性。试桩时应注意，试桩桩长、钢筋布置、施工技术等方面的要求按工程桩同等对待，严格要求。

（2）护筒埋设

护筒直径为桩径+0.3 m，护筒长度1.6 m。根据钢筋桩标志，人工开挖成孔埋设护筒，安装时保证护筒中心桩与桩位吻合，护筒的顶面高出施工地面30 cm以上。护筒与坑壁之间用粘性土填实，确保护筒位置的准确及稳定，过程中注意校正护筒中心偏差，并用水平尺校核护筒的垂直度。

（3）钻机安装就位

钻机安装必须水平、周正、稳固，保证桩架天车、转盘中心、护筒中心在同一铅垂线上，做到“三点一线”。用水平尺校正钻机平台水平度和转盘的水平度，保证转盘中心与护筒的偏差不大于2 cm。钻机平台底座必须座落在较坚实的地面上，否则用地板垫平，防止倾斜。

（4）钻进成孔

采用正循环钻进成孔，成孔开始前做好充分的准备工作。钻机定位后，用钢丝绳将护筒上口挂带在钻架底盘上。成孔过程中钻机塔架头部滑轮组、回转器与钻头应始终保持地同一铅垂线上，保证钻头吊紧的状态下钻进，防止扩孔和缩径，确保成孔的垂直度。

（5）清孔

清孔分二次进行，第一次清孔在成孔完毕后立即进行；第二次清孔在下放钢筋笼和导管安装完毕后进行。清孔后的泥浆比重应为1.03～1.10，泥浆含砂率不大于2%。清孔结束后，会同相关质检人员对孔深、孔径、孔底沉渣厚度等项目进行检测。

（6）钢筋笼的制作及安装（见图2、图3）

在钻机钻孔前，进行钢筋笼的制作，钢筋笼经检验合格后，方能吊入孔内安装。主筋连接采用机械连接，接头应符合Ⅰ级要求，安装时用管钳扳手拧紧，使钢筋丝头在套筒中央位置相互顶紧，外露螺纹不宜超过2p。吊筋长度要经过技术负责人复验，吊筋应牢固、稳定，以防浇注混凝土时钢筋笼位移上浮。

图2 钢筋笼的制作

图3 钢筋笼的安装

（7）声测管安装

声测管采用内径Φ50 mm无缝钢管，声测管每节长度与钢筋笼长度基本一致，节间用螺纹套管联接，确保接头密封。管底部用钢板密封不漏水，声测管上端高出护筒口不小于30 cm，在管内注满清水，管顶用软木塞封闭，声测管用铁线帮扎在钢筋笼内侧，确保牢固、定位准确、顺直而且平行。

（8）水下混凝土浇注

（9）桩端后压浆

主墩Φ1 500 mm钻孔灌注桩利用声测管作为注浆管进行桩端后压浆，每根桩设置3根，声测管插入孔底0.5 m，管底1 m制作成花管作为注浆段使用，花孔成长方形，间距5 cm，螺旋形布设，压浆管底部用橡胶包裹严密。

压浆液使用的水泥强度等级不小于42.5级，浆液水灰比0.55～0.65。成桩12 h后对压浆管进行清水开塞，打开浆液流通管道。桩身达到设计强度75%且养护不少于7 d，才可进行桩端压浆施工。压浆时全部压浆管同步均匀压入水泥浆，过程中随时观测桩顶位移，在压浆10 m范围内不得有其他桩基作业；压浆采用间歇灌浆，间歇的时间根据灌浆情况而定，一般为30 min，如间歇灌浆效果不佳，在浆液中掺加丙凝等速凝材料，加速浆液的凝固，并适当延长间歇时间。压浆采用压力与压浆量双控，以压浆量为主、压力为辅。若压力达到控制压力（1.5～2.0 MPa）并持荷5 min后达到设计压浆量的80%及其以上，出现冒浆即可结束压浆[1]。

4 施工的关键技术措施

施工前应充分做好各项技术准备工作，尤其应详细分析桩基施工区域地质情况和桩身所涉及的各土层特性，为桩基施工提供最基础最重要的施工依据。桩身所穿越的⑦1-2～⑨1层为砂质土层，砂层厚度约为35 m，占总成孔深度的约45%。成孔施工时对施工机械、成孔工艺、现场措施等方面均有一定要求，因此在正式施工前，需做好确定钻机机型、成孔工艺并进行试成孔验证，制定钻孔成桩过程中可能出现的问题的处治措施等方面的工作。

4.1 合理选用施工机型

根据施工经验，施工前选择 GPS-15型和GPS-20型钻机分别进行试成孔，经验证：GPS-15型钻机在施工中效率较低、故障率明显较高，不能满足施工要求，最终本工程桩基施工选用满足施工要求的GPS-20型钻机（见图4）。此外施工过程中发现：同型号机械采用不同的构配件对成孔时间有一定影响，如钻头结构、钻杆连接形式不同等。以本工程为例，由于钻机部分构配件不同而产生的施工时间差异是较为明显的，南岸每个成孔时间为2～3 d，北岸2.5～4 d。

4.2 选择适当的成孔措施

在试成孔及工程桩成孔过程中发现，在75 m深的成孔过程中，进入砂层前钻进速度较快，进入砂层后钻进速度明显降低，根据后期统计，在砂层钻进的耗时约占总成孔时间70%～80%。桩基施工过程中为提高钻进速度，在钻进前对钻头进行了加固（焊接高强度钨钢刀片），适当调整泥浆比重及粘度等措施，在一定程度上提高了钻进效率和成孔质量。

图4 GPS20型钻机相关参数及实物照片

4.3 桩端后压浆技术

选取我院2017年1月～2018年5月收治的58例被确诊为冠心病心绞痛的患者作为本次研究案例。按照随机数字法的原则将所有患者划分为实验组与常规组，各29例。常规组患者总共29例，其中男16例，平均年龄（49.5±3.1）岁；实验组患者总共29例，其中男17例，平均年龄（48.5±3.5）岁。两组患者的一般资料无明显差异，差异无统计学方法（P＞0.05）。

由于孔底沉渣不能完成被清除，灌注混凝土时，在桩端处产生“虚尖”，降低了灌注桩的桩端承载力；成孔过程中使用泥浆护壁形成的泥皮以及土体受泥浆浸泡使得桩周土体松动，从而降低了桩侧摩阻力，导致摩擦桩的单桩承载力下降。

通过桩端后压浆，水泥浆液与桩底沉渣相结合，形成水泥土，消除了桩底沉渣的影响；由于高压作用，桩底土体得到密实，而且浆液可渗透到桩底土体内或发生劈裂，提高了桩底土体强度，并在桩底处形成一个扩大头，增加了桩底承压面积，从而提高了灌注桩的桩端承载力；由于在桩底高压注浆，能使桩向上微微抬起，形成向上的反向预应力，此反向预应力可抵消桩承受的部分竖向荷载，使得在沉降量相同的情况下，单桩桩端摩阻力大于普通桩，提高了单桩承载力[2]。桩端后压浆施工技术见前文“3.2节（9）桩端后压浆”部分。

5 结 语

基于本工程主墩桩基施工验收及相关检测情况:本工程一次成孔成功率100%，主墩钻孔灌注桩施工质量均满足要求；经超声波检测：Ⅰ类桩34根，Ⅱ类桩2根，Ⅰ类桩占比94.4%，单桩竖向承载力均满足设计要求。根据本工程钻孔灌注桩施工实践，对桩基施工进行了经验总结，主要有以下三点：

（1）对于本工程所在区域地质或类似地质，采用正循环成孔方法在选用合适的钻机并配合适当的施工措施，能够顺利完成孔径较大桩长较长灌注桩的施工。

（2）钻孔灌注桩的试成孔工作做为验证施工工艺的重要手段，其效果是直接准确的，尤其对于复杂或陌生地质，其作用尤为重要；施工时应高度重视试成孔工作，应务实的进行试成孔工作，充分发挥其验证作用。

（3）钻孔灌注桩桩端后压浆技术能有效地增强灌注桩的质量稳定性和提高其桩端承载力，可以通过减少布桩数量，缩小桩长或桩径来达到节约投资的目的。根据本工程实践及检测结果表明：在不增加桩长和桩径的条件下，桩端后压浆不仅在技术上是可靠的，而且在提高单桩承载力、减少沉降量、降低桩基工程造价等方面都能起到较大的作用。

[1]JTG/T F50—2011,公路桥涵施工技术规范[S].

[2]张阳明，管典志.钻孔灌注桩后压浆作用机理分析[J].哈尔滨工业大学学报,2003(7):890-892.

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1009-7716（2017）03-0170-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.046

2016-12-12

汪琛（1984－），男，安徽合肥人，工程师，从事工程施工与管理工作。