郑州黄河滩涂地粉质砂性土地质情况下的钻孔桩质量控制措施

徐辉

【摘 要】文章以新建郑济铁路黄河特大桥公铁合建段北岸引桥某标段钻孔桩施工为例，探讨在粉质砂性土地质情况下，确保成孔质量、沉渣厚度及加强桩身混凝土质量控制的措施。

【关键词】钻孔桩；成孔质量；粉质砂性土；成渣厚度

【中图分类号】TU712.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）09-0103-03

1 工程背景

新建郑州至济南铁路郑州至濮阳段，跨郑州黄河段采用公铁两用桥梁通过，即郑济高铁黄河特大桥，上下两层设计，下层为四线铁路，上层为双向六车道城市快速路。本桥梁主要位于黄河冲积平原区郑州段滩地，地质以粉质砂性土为主。

1.1 地质及桩基设计情况

本标段地质，按其成因和时代分类主要有：第四系全新统人工堆积层和第四系上更新统冲积层。第四系全新统冲积层（■）粉土、粉细砂、中砂、粉質黏土，第四系上更新统冲积层（■）粉土、粉细砂、中砂、粉质黏土。

本桥梁的桩基础采用摩擦桩设计，主要桩径为φ1.50 m，大跨连续梁、特殊桥梁采用φ1.8 m，φ2 m两种桩径，桩长在55～120 m范围内。桩身配筋较足，上部主要采用束筋，下部采用单筋配置。桩身混凝土采用C40水下混凝土。

1.2 项目特点

根据地勘资料，本桥址的地质存在土质松软、压缩性大、强度低等不良地质特制，工程特性差，易产生过大、不均匀的沉降，从而导致桩基础施工易发生偏孔、缩颈、蹋孔、夹渣等现象，影响成桩质量。

2 钻孔桩施工方案

2.1 方案比选

根据地勘资料、借助郑州区域内黄河滩涂地周边的施工情况调查，以及设计推荐方案，本项目桩基础设计为摩擦桩、采用钻桩施工工艺。

2.2 钻机选型

钻孔桩施工的主要钻机设备有冲击钻机、旋挖钻机、回转钻机；施工方法主要有冲击钻孔、旋挖钻孔、正/反循环回转钻孔等工艺。结合本项目特点，通过对设备的功率、配套、消耗量和工作效率等对比，确定钻机类型（见表1）。

本项目桩基数量大、地质差，结合周边施工工点的施工情况，以及两类钻机的护壁效果，本项目选用回转钻机（反循环）施工。

3 钻孔桩质量控制措施

为了实现本项目的创优目标，结合选定的桩基施工方案、钻机选型，制定了下列质量控制措施。

3.1 实验确定钻孔施工参数

3.1.1 实验方案

为了获取与现场实际地质情况相匹配的施工参数，通过在工程桩旁做试验桩，主要确定如下指标。

（1）泥浆比重、黏度值、PH值、含砂率、胶体率测量。

（2）成孔后，泥浆对孔壁的自稳时间长度。

（3）成孔的垂直度、扩孔率、沉渣。

3.1.2 实验情况

根据桥梁位置及地质情况，分别选取长桩、厚粉质砂性土、高地下水位的3个代表性的墩位做实验桩，按照既定施工方案进行实验，其地质情况如图1所示。

3.1.3 实验结论

通过对该3根桩基进行工艺实验，分别用时18 h、20 h、22 h钻进，最终成孔70.4 m、77 m、68 m；实验过程中，共测定泥浆指数9次，具体数值见表2。

（1）泥浆比重要求1.06～1.15，测定泥浆比重略微超标，考虑土层钻进对泥浆比重影响，判定泥浆比重指标基本达标。

（2）泥浆黏度要求18～28 s，测定泥浆黏度均偏小，导致泥浆沉淀过快，需增大膨润土剂量。

（3）泥浆含砂率要求≤4%，测定最大含砂率为8%，但因该数据测定时泥浆池内沉渣过厚未清理，不能做为参考数据；其余测定数据均符合要求，判定泥浆含砂率指标达标。

试桩钻进施工完成后模拟钢筋笼安装，静置时间为35 h，期间进行了孔底沉渣厚度测量及下放自制检孔器检孔，随后又模拟了混凝土灌注，结果见表3。

通过对结果的分析，得出本次实验桩结论。

（1）孔深70.4 m，成孔36 h后未出现坍孔现象，钻孔工艺实验成功。

（2）泥浆指标：①泥浆比重1.1～1.25之间能满足施工要求。②泥浆黏度偏小，泥浆沉淀过快，后期施工加大泥浆黏度。③泥浆含砂率低于4%，满足施工要求。

（3）沉渣厚度根据数据分析基本满足施工要求。

（4）提钻时卡钻及探孔器无法下放均为土层地质层，该处桩径未达到1.5 m，不符合要求，后期采取措施保证土层段桩径满足要求；砂层段桩径满足要求。

（5）混凝土1 h坍落度损失较大，且流动性较差，考虑更换减水剂以保证混凝土工作性能；混凝土2.5 h内整体工作性能满足施工要求。

3.2 其他关键技术

3.2.1 护筒埋设

根据回转钻机（反循环）支腿高度，钢护筒埋深不宜高出地面太多，但护筒周边必须用黏土分层夯实，防止地面渗水引起孔口坍塌。护筒埋置长度根据地质情况确定，但一般不小于2 m，防止孔口段地质因泥浆侵蚀出现蹋孔。

同时，为减少钻孔、下放钢筋笼及灌注混凝土过程中，人员、机具荷载对孔口段地质形成扰动，在孔口增加钻孔操作平台，对孔口段地质形成有效保护（如图2所示）。

3.2.2 泥浆制备

通过经验取值、实验确定，泥浆主要采用膨润土、纯碱、羧甲基纤维素（CMC）制备，泥浆比重为1.1～1.25，黏度为18～28 s，钻进过程中，泥浆的黏度将降低，因此在钻进过程中，需多次测量泥浆的各项指标，便于及时增加相应的添加剂，调整逆境的性能指标，满足施工需要。

3.2.3 缩颈的控制

本项目对每根桩均采用智能超声成孔质量检测仪对成孔质量进行检测，通过检测可掌握成孔的垂直度、圆顺度、孔壁情况，通过实验及实施过程中发现，极易在粉质黏土层出现缩颈现象。通过多次实验，采用在较差地质采取降低钻进速度的方式，可有效减少缩颈的发生，同时可适当增大钻头直径来减少缩颈的发生。

3.2.4 沉渣的控制

由于粉质砂性土地质的原因，在桩基成孔后、混凝土浇筑前，极易形成较厚的沉渣对桩身混凝土质量造成较大的损伤，因此控制沉渣是桩基质量控制的重点之一。主要采用气举反循环清孔施工工艺，泥浆池要满足沉淀整孔泥浆的容量，便于泥浆沉淀，清孔时间要足够长，确保孔内泥浆多次循环，同时加强过程中的监管，反复测量，得出清孔时间的经验数据，避免钢筋笼安放后沉渣超厚。

4 经验与体会

黄河滩涂地以粉质砂性土地质为主，且该类地质形成的时间较多，地层较为松散，因此桩基础设计较长，增大了施工难度，本项目通过现场选取不同地质情况进行实验，选择合适的钻机、确定施工参数、优化操作工艺，从而有效控制了钻孔桩的质量，以供类似工程的建设提供参考。

参 考 文 献

[1]刘吉士，张俊义，陈亚军.桥梁施工百问[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]居炎飞，聂兴信.现代桥梁工程施工技术通病防止及可靠性评估实用手册[M].北京：北京电子出版社，2003.

[责任编辑：陈泽琦]