公路桥梁施工中钻孔灌注桩施工技术的应用探讨

潘湘勇

摘要：文章分析了我国钻孔灌注桩技术发展历程，探讨了公路桥梁施工中钻孔灌注桩的常用技术方法与质量控制要点，并结合公路桥梁案例分析了钻孔灌注桩施工技术的应用情况。

关键词：公路桥梁;钻孔灌注桩;发展历程;施工技术;质量控制

This article analyzes the development history of bored pile technology in China，discusses the common technical methods and quality control points of bored piles in highway bridge construction，and analyzes the application of bored pile construction technology in combination with highway bridge case.

Highway bridge;Bored pile;Development history;Construction technology;Quality control

0 引言

近年来，灌注桩在我国基建工程中得到了大量的应用，无论是施工技术水平、施工材料还是机具设备等方面均得到了长足的发展。现阶段，我国钻孔灌注桩类型众多，其施工工艺不同，基桩承载力作用的机理也不尽相同。合理选择施工方法，规范落实每道工序，是提高桩基质量的必然要求，也是本文研究的重点所在。

1 我国钻孔灌注桩技术发展历程

1.1 钻孔灌注桩技术发展情况

20世纪40年代，大功率钻孔机具研发成功，钻孔灌注桩技术问世。二战后随着经济的复兴，各国建筑建设规模持续扩大，钻孔灌注桩得到大范围推广应用，尤其是20世纪70年代后在全球呈现出蓬勃发展的态势。

我国第一次使用钻孔灌注桩基础是在1963年的河南安阳冯宿桥工程项目中，其后又分别在河南省竹竿河、白河两座大桥中应用，此后国内其他省区市相继将此技术应用于实践。钻孔灌注桩施工技术的应用，有效解决了桥梁水下深基础的施工问题，将水下工作改为水上工作，与传统的沉井基础相比在技术经济性方面更具优势，逐渐成为了公路桥梁基础施工的首选技术。

经过几十年的发展，我国钻孔灌注桩技术逐步成熟，桩型也越来越多，现主要根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）对其作如下划分：

（1）按承载性状分类：①摩擦型桩：摩擦桩、端承摩擦桩;②端成型桩：端承桩、摩擦型端承桩。

（2）按成桩方法分类：挤土桩、非挤土桩、部分挤土桩。

（3）按桩身的直径大小分类。小直径桩：D≤250 mm;中等直径桩：250≤D≤800 mm;大直径桩：D≥800 mm。

（4）按成桩材料分类：木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、组合桩、钢桩。

1.2 钻孔灌注桩的发展趋势

随着我国基建事业的发展，对钻孔灌注桩施工技术的要求也在不断提高。近年来钻孔灌注桩的发展趋势主要体现在以下几个方面：

（1）桩的尺寸朝着更长（桩长）、更大（桩径）的方向发展。

（2）积极攻克各种桩成孔难点问题，如成功开发了岩层钻进成孔法、大三石层钻进成孔法等。

（3）钻孔灌注桩施工工法朝着低公害的施工方向发展，通过工艺、设备改进，最大限度地减小泥浆排除对环境的影响。

（4）由直孔桩朝着扩孔桩方向发展，其承载力更高，同时成孔后出土量少、承台面积小。

（5）为提高单桩承载力，各种异型桩发展起来，如挤扩多分支承力盘桩就是一大典型代表，其单位桩体积的极限荷载超过相应直孔桩的2倍。

（6）基于工程实践需求，组合式工艺桩逐渐增多，以达到单一工艺的桩型无法满足的要求。

2 公路橋梁施工中钻孔灌注桩常用技术方法与质量控制要点

2.1 钻孔灌注桩常用技术方法

下面主要介绍目前工程现场最常用的几种成孔方法。

2.1.1 反循环钻进成孔技术

反循环钻进是指冲洗液流到孔底冷却钻头，且能携带钻渣到地面的施工方法。而冲洗液是从钻杆与孔壁间隙流入，由钻杆内流出（见图1）。反循环钻进技术的排渣能力强、钻孔效率高，常见的有泵吸反循环、气举反循环、喷射（射流）反循环等三种方法。反循环钻进成孔技术主要适用于杂土、软土、黏土、粉砂等地层，具体不同土层的钻头选择可参考表1。

2.1.2 正循环钻进成孔技术

正循环钻进成孔技术使用中，主要是利用泥浆泵往钻杆输进泥浆，钻渣随泥浆沿孔壁上升，最终由孔口溢出进入到泥浆池内。具体工艺流程见图2。

此技术适用于杂土、粉土、软土层、黏土层等，一般情况下成桩直径≤1.8 m，当桩径<800 mm时，钻进成孔效果好。此方法带渣能力相对较弱，实践中应合理选择泥浆基本指标，保证工程作业顺利实施。

2.1.3 冲击钻孔成桩技术

冲击钻孔成桩技术主要是利用重锤的自由下落实现对地面的冲击，由此削切岩层、排出碎渣成孔。此技术的使用范围十分广泛，钻孔直径、深度最大分别可达到2.5 m、100 m。根据相关理论与实践经验总结，表2对冲击钻孔中不同土层冲击高程与泥浆比重的选取进行了简要分析，以供参考。

2.1.4 旋挖钻孔成桩技术

旋挖钻孔成柱技术是我国近些年引进的先进施工工艺，在公路、铁路桥梁中均得到了推广应用，其主要是利用动力头转动底门镶嵌斗齿的桶式钻斗切削岩土，旋挖钻孔成桩工艺如图3所示。

与其他几种钻孔成桩技术相比，旋挖钻孔的成孔速度快、精度高、劳动强度低，同时有效减少了泥浆的用量，十分适用于工期紧、环保要求高的项目。此外该技术的适用范围也较广，如黏性土、砂性土以及风化岩等。

2.2 钻孔灌注桩质量控制措施

通过实践经验总结分析，钻孔灌注桩施工中常见问题包括塌孔、偏斜弯曲、卡钻、包砂夹泥等，具体原因与质量控制措施归纳如下：

2.2.1 塌孔

塌孔是钻孔灌注桩施工中的常见事故，究其原因主要有以下几种：（1）护筒埋深过浅，周边未能够封填夯实，存在漏水、漏浆的现象;（2）泥浆液面抬升高度偏低，对孔壁压力不足;（3）泥浆配比不科学，未能够发挥应有的护壁效果;（4）孔内加水流速过大，以致于对孔壁形成冲刷。

基于此，应采取如下质量控制措施：（1）若塌孔位置较浅，应适当增大护筒埋深，夯实周边土层，重新钻孔;（2）轻度塌孔时，应合理优化泥浆配比、提高泥浆面;（3）严重塌孔时，应回填砂石黏土混合物至坍塌位置上1.5 m，回填层稳定后方可重新钻孔;（4）多次扫孔，落实相关检测、监控工作。

2.2.2 偏斜弯曲

钻孔灌注桩施工中偏斜弯曲问题的出现，一般由以下原因导致：地面不平;地层软硬不均;钻头磨损过度、提升不平稳等。

针对上述问题可采取以下质量控制措施：（1）将地面垫平、垫实，确保钻进稳固;（2）若是在钻进过程中出现偏斜过大的情况，可回填砂石后重新钻进;（3）反复扫孔，对钻头转向装置进行调整。

2.2.3 卡钻

卡钻也是钻孔灌注桩施工中的一大常见质量问题，其产生原因包括：（1）钻孔形状存在偏差;（2）塌孔后的石块卡住钻头;（3）钢护筒倾斜或下端受到钻头撞击变形;（4）下钻过猛，钻头倾斜后卡在孔壁上。

基于此，可采取如下质量控制措施：（1）当出现“上卡”（向下可活动）情况时，可上、下提动钻头，同时使用钢丝绳左右拔移、旋转钻头;（2）卡钻时切忌强提，若是出现轻提不动的情况，可通过冲、吸方式令钻头周边钻渣松动，然后再提出钻头;（3）钻孔施工时，严格控制下钻速度，切忌过快，以免出现质量事故;（4）施工时保持护筒垂直，不得出现倾斜问题。

2.2.4 包砂夹泥

钻孔灌注桩施工中若是出现包砂夹泥的情况，往往是由以下原因导致：（1）桩身处于厚砂层;（2）提卸导管带出混凝土，孔壁脱落、桩身夹泥包砂;（3）混凝土塌落度不达标。

因此需采取如下质量控制措施：（1）混凝土灌注时，每3 m测量一次混凝土面上升高度，每段桩体充盈系数以1.1～1.2为宜;（2）提卸导管时，施以小幅振动;（3）混凝土塌落度控制在18～120 cm。

3 实例探析

3.1 工程概况

本文仅以某公路桥梁基础施工为例展开分析。该桥梁为预应力混凝土连续箱梁结构，基础全部采用摩擦桩，桩径1.5 m，以中密或密实卵石层为基础持力层。本项目桥址位于冲积河漫滩上，附近无区域性断裂、无不良地质，桥位区地层为第四系全新统冲积卵石层，河床下0～7 m为砂砾石层，其下为巨厚密实卵石层。

3.2 施工方案

本项目经综合分析，决定采用冲击式钻机进行大直径超深钻孔灌注桩施工，采用正循环方法掏渣清孔。具体设备配套情况如表3所示。

3.3 大直径超深钻孔灌注桩施工工艺

3.3.1 施工工艺流程

大直径超深冲击钻孔灌注桩施工工艺流程如图4所示。

3.3.2 施工技术要点

（1）场地平整：平整钻孔区域场地，将障碍物清除干净后将地基夯实。

（2）打入钢护筒：本项目钢护筒采用10 m钢板卷制，内径1.8 m，护筒分节段加工，每段长2.5 m、重1.2 t。采用挖埋法埋设护筒，入土深度2 m。

（3）钻机就位：备足护壁泥浆黏土后，可将钻机就位，立好钻架，对准桩孔中心。

（4）开孔：开钻后向孔内灌注泥浆，按1∶1比例灌注小片石、黏土，小片石粒径<14 cm，反复撞击后挤入孔壁。钻孔时，孔内水位始终高于地下水位1～2 m。

（5）掏渣：本项目采用正循环掏渣方法，做好水头维护工作。

（6）分级钻进：本项目孔径大，采用分级钻进方法，使用十字型钻锥分两级钻进，第一级钻进锥头直徑控制在孔径的0.4～0.6倍。

（7）检孔：使用钢筋笼制成的检孔器检孔。每次钻进、更换钻锥前均需检孔，保证钻孔质量可靠。

（8）清孔：钻进至设计深度并经监理验收合格后，可实施清孔工作，要求沉渣厚度≤30 cm，注意孔内水位，防止出现塌孔等事故。

（9）钢筋笼吊放：完成清孔后可下放钢筋笼。本项目采用吊车四点法起吊，稳步下放，要求钢筋笼骨架与孔壁净符合要求。

（10）水下混凝土灌注：本项目采用内径250 mm的刚性导管进行施工，灌注前实施水密、承压、接头抗拉试验，确保导管质量满足要求。缓慢下放导管，在与孔底相距30 cm处固定，开始首批混凝土的灌注。混凝土灌注必须连续进行，混凝土温度控制在5 ℃以上。为确保桩头质量需浇筑至设计桩顶上方50 cm位置，开挖基坑浇注系梁时凿去桩头至设计标高。

4 结语

综上所述，钻孔灌注桩可适用于各种地质条件，其承载能力强、施工便捷、对设备要求不高，目前已经在公路桥梁建设中得到了广泛的应用。在桥梁工程实践中，应明确其地质条件、施工条件等因素，根据目前实际情况确定施工方法，合理安排机械设备、人员材料的进场工作，严格按照规范开展施工作业，加强质量检验与控制，切实保证桥梁基础施工安全可靠。

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