高寒温泉地区钻孔灌注桩施工技术研究

陈永丰

摘 要：文章通过对高寒温泉地区钻孔灌注桩施工过程中出现的问题、质量控制、钻孔桩成孔工艺、混凝土灌注工艺等方面进行分析，总结在类似地区施工钻孔灌注桩应注意的工艺工法，以期为类似工程提供借鉴。

关键词：钻孔灌注桩 钢筋笼安装 混凝土灌注

1.工程概况

西藏林拉公路二期项目所处地为海拔4250m～4620m，极端最低气温-24.5℃，昼夜温差极大，其中松多10号桥位于泥石流堆积体及尼洋河河滩，地质厚度10～25m为松散、中密砂卵石土，钻孔所揭露的厚度内塌孔严重，其中10# ～17#墩更是处于松多温泉中心地带，泉水上涌量较大，泉水温度约为35～52℃，且有较浓烈的硫磺味，孔桩易发生塌孔、缩颈、断桩、地下水喷涌等事故。

本桥1 0 # ～ 17 #墩设计为摩擦桩，桩径1.5m，桩长16m，每个墩8根桩基，上设钢筋混凝土承台（17.5×5.2×1.8m），较其他桥墩明显加强，其余为独墩独柱，混凝土为C30水下混凝土。

2.施工技术特点和重难点

（1）桥址为4300m的高原地区，且桩基施工时段为三、四月份，气候条件恶劣，高原缺氧及寒冷气候令施工效率极低。

（2）桥址区为泥石流堆积体和尼洋河滩地，孔桩地层渗水非常强且自稳性差，坍孔严重，前期旋挖钻试验桩未成功，后采用冲击钻施工，施工持续周期长，过程控制困难，易出现涌水、坍孔等现象。

（3）钻孔桩为松多温泉区域，地下水喷涌且水温较高，孔内温度约35～52℃，并有较强的硫磺味，水质具有一定腐蚀性，混凝土灌注时初凝时间极短，易出现坍孔、缩颈、断桩等情况。

3.施工技术

3.1钻孔施工工艺

3.1.1施工准备

钻机就位前对桩位进行准确放样并做好护桩，以便在钻孔过程中随时复核孔位偏差。桩位附近场地应进行处理，将松散的泥石流洪积层清除，保证坚实平整，方便钻机施工；同时考虑钻机不移位时混凝土罐车灌注桩基的施工通道和钢筋笼摆放吊装场地及位置。

3.1.2护筒的制作与埋设

护筒采用厚10mm钢板用卷板机现场制作加工，护筒直径比桩径大30㎝，高4m。护筒顶面露出地面30cm。钢护筒埋设位置應准确、竖直，护筒中心与桩中心平面位置偏差≤50mm，在竖直方向倾斜度≤1%。

3.1.3钻机就位

钢护筒埋设就位后，将钻机就位固定，调试运转正常，并对钻头位置及垂直度精确定位，使之与护筒内标示的钻孔中心重合，然后开始钻孔。

3.1.4钻孔

钻孔开始时采用低锤密击的方式钻进，钻进护筒底以下3～4m后，才可转入正常冲击。钻进过程中应经常对钻孔泥浆进行检测和试验，不符合要求时随时调整。根据地层状况调整泥浆性能或更换钻头钻进，并将情况如实记入记录表中。钻进过程中如发现难以钻进时，可能是遇到了硬土、硬物或石块等，这时应立即提钻检查。为避免在钻进过程中因为地质原因而发生偏孔，施工过程中须注意连续补充泥浆，维持护筒内应有的水头，防止孔壁坍塌。

3.1.5终孔、清孔

桩孔钻至设计标高后，对成孔的孔径、孔深和倾斜度等进行检查。采用检孔器检查孔径，检孔器直径不小于孔径，利用25t汽车吊吊入钻孔内，满足设计要求后进行终孔检验，并填写终孔检验记录。

清孔采用抽碴筒多次从孔内抽取钻碴，同时向孔内注水以减少泥浆比重到1.1～1.25，检查沉渣厚度是否控制在设计范围内，清孔后泥浆指标允许偏差：（相对密度1.03～1.10；粘度17～20Pa·s；含砂率<2%；胶体率>98%）；清孔后立即下放钢筋笼并再次检测泥浆性能及沉渣厚度，合格后及时灌注混凝土。

3.1.6钢筋笼制作和安装

本项目钢筋笼均采用在钢筋场集中加工制作，采用钢筋笼运输车运送至施工现场。钢筋笼保护层采用圆形的混凝土垫块，穿插在加强箍筋上，环向圆周等距布置4个。钢筋笼顶端应设置吊环，随钢筋笼制作加工成型。

每个钢筋笼沿加劲箍内侧等距布置3根φ54×1.5的声测管，安装时底部距应与桩底平齐，顶部高出桩基顶高程不小于1m。声测管接头采用钳压式连接，底部用钢板焊接严密。

十字筋与钢筋笼之间的焊接在钢筋笼下放过程中逐步解除，十字筋不得掉入孔内，以免影响导管的下放。孔口用型钢临时支撑，下放时钢筋笼严禁碰到孔壁以免造成塌孔。钢筋笼节段间主筋采用直螺纹套筒连接，相邻钢筋接头需错开100cm。

3.1.7导管下放及二次清孔

导管采用壁厚7.5mm的无缝钢管制作，直径30cm。导管吊放时应居中且垂直，下口距孔底0.3～0.5m，最下一节导管长度应不小于4m；导管接头用双螺纹方扣快速接头。

在导管下放后，利用导管进行二次清孔，清孔后泥浆相对密度1.03～1.10；粘度17～20Pa·s；含砂率<2%；胶体率>98%。清孔过程中必须及时补给足够的泥浆，并保持孔内浆液面的稳定和高度；二次清孔完毕后必须在30min内灌注砼。

3.2混凝土灌注施工工艺

在钻孔检验合格二次清孔前，采用测绳+水银温度计测设孔内温度，使用方法：将水银温度计捆绑在测绳端头，并吊至孔内距孔底约1m左右，静候3～5min后，快速提升读数，以便较准确掌握孔内温度。

3.2.1钻孔灌注桩水下混凝土性能要求，如表1所示。

3.2.2混凝土灌注

混凝土集中拌制，罐车运送到施工现场，罐车直接卸料至储料斗。首批灌注桩砼的数量应能满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要，所需砼数量可参考以下公式计算：

h1—孔桩内砼达到埋置深度H2时，导管内砼柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m），即h1=Hwγw/γc，Hw表示井孔内水或泥浆的深度（m），γw表示井孔内水或泥浆的重度（kN/m3），γc表示砼拌合物的重度（取24 kN/m3）。

针对本地区特点灌注前所需混凝土应基本到位，灌注正常后加快灌注速度，同时多配置配合人员，加快换导管等的时间，保证正常灌注，整个灌注时间尽量控制在1h左右。

3.3混凝土配合比优化

经水质分析，本地区温泉水中SO4-2离子含量高（1500PPm），具有较强的腐蚀作用，混凝土硫酸盐侵蚀较严重，同时水温较高加快混凝土的凝结。为此，项目组织对普通C30水下混凝土配合比进行了优化。水泥选择时采用中抗硫酸盐硅酸盐水泥（代号：PMS.R，C3A<5%，C3S<50%，C3A+C4AF<22%），同时加入20%的粉煤灰作为外掺料，增强混凝土的抗侵蚀能力。

外掺料中的活性混合料能与水泥水化的Ca（OH）2发生二次水化，二次水化产物主要填充水泥石的毛细孔，提高水泥石的密实度，降低水泥的孔隙率，使侵蚀介质难以进入混凝土内部，提高抗侵蚀性能。

4.结束语

通过本文分析研究，针对高寒温泉地区钻孔灌注桩施工过程中出现的问题，特提出以下几点体会：

（1）对于钻孔桩区域出现易坍塌地层及地下涌水情况，在钻进过程中应加大泥浆比重，必要时可加入水泥搅拌成浆堵孔。如遇到较大的泉眼，泥浆及水泥浆无法围护孔壁稳定时，可采用灌注混凝土堵孔或采用全护筒跟孔钻进，控制地下涌水，不致出现坍孔，确保钻进正常。

（2）孔内水温较高应随时监测，采用循环冷水以降低孔内温度，同时灌注混凝土时要严格组织，必须连续快速灌注，不得出现等待混凝土的情况。

（3）及时化验温泉水水质，判断其对混凝土的侵蚀能力，及时优化混凝土配合比，提高混凝土的抗侵蚀能力，增强混凝土的耐久性能。