复杂施工环境下桥梁钻孔灌注桩成孔技术研究

王瑞明 秦皇岛市政建设集团有限公司

1 工程概况

海滨路东西延伸工程项目位于秦皇岛市城市区南部，建设范围西起山东堡立交桥东至东港路，其中包括西港路（滨河路～海滨路）路段，均按主干路标准进行建设。桥梁部分主要包括海滨路跨大小汤河主辅桥和西港路跨河北大街高架桥两部分。其中，西港路高架桥地处市区中心地带，西侧紧邻大小汤河，距离出海口仅300m，地下水位较高，且受潮汐影响很大，地质条件十分复杂；东侧紧居民区，距离桥梁桩位最近处仅10m，该区域为房龄30年以上小平房，征拆难度巨大。

本桥桩基础设计为钻孔灌注桩，通过试桩，采用传统的泥浆护壁加冲击钻成孔方式无法有效解决潮汐对孔壁的影响，极易造成灌注过程中孔壁坍塌，而且冲击成孔方式震动力太大，对居民区影响很大，居民阻工严重，无法正常施工。而采用全部钢护筒加旋挖钻的成孔方式，对护筒要求很高，通过试桩，本工程地质条件下护筒拔出困难，采用此方式将极大增加工程施工成本。

针对以上复杂的施工环境，本文通过实例对高压旋喷注浆固化桩位土体、旋挖钻机钻进成孔灌注桩的施工技术进行了分析研究。

2 工程地质及水文地质情况

本工程属于跨越海陆交互相地貌单元，地层结构及基岩出露深度均有一定变化。桥梁设计桩长为28m～32m，摩擦桩，桩基础施工过程中涉及到的地层包括：①素填土：主要由黏性土、砂、少量卵石组成，层厚0.5m～1.7m；②淤泥：为河水淤积形成，成份主要为淤泥含砂，层厚0.4m～0.9m；③细砂：颗粒较均匀，成分长石石英，层厚0.7m～8.3m；④中粗砂：颗粒不均匀，成分长石石英，含少量砾石，层厚2.2m～9.7m；⑤粉质黏土：含砂粒，层厚0.7m～2.8m；⑥粗砾砂：成分长石石英，含砾，局部夹粉质黏性土薄层。层厚2.8m～6.4m；⑦圆砾：母岩成份主要为混合花岗岩，中等风化，充填物为粗砾砂，局部夹中粗砂薄层，层厚1.2m～6.4m；⑧全风化混合花岗岩⑨强风化混合花岗岩。

桥梁所在区域稳定水位1.9m～5.3m。整个勘察区域为海陆交互沉积，地下水与海水相连通，联系密切，地下水补给方式为大气降水、区域迳流和海水入渗，以海水入渗为主，排泄方式主要为蒸发和渗流。受潮汐的影响，地下水位年最大变化幅度在1.0m～4.0m左右。

3 高压旋喷注浆固化土体

3.1 钻孔布置

灌注桩设计桩径1.5m，高压旋喷孔位沿距离设计桩中0.95m位置环向布置，单孔固化范围≥0.6m，共计布置15孔。

图1 孔位布置示意图

3.2 钻孔深度

以进入全风化混合花岗岩层为止，约14m～18m。

3.3 主要技术参数

（1）选用双管高压旋喷钻机，钻杆直径φ60mm。（2）在插管时，水压不宜大于1MPa；喷射作业时，高压水射流的压力宜大于20MPa。（3）钻机就位后，须校正桩机主要立轴两个不同方向的垂直度，垂直度误差不得超过1%。（4）水泥浆水灰比1：1，灌入水泥浆液的比重取1.5。浆液在旋喷前一小时内搅拌，搅拌后在4 小时内用完，超过4 小时的浆液直接废弃。（5）采用P.O.42.5标号水泥。（6）在旋喷过程中，钻孔中的冒浆量应控制在10%～25%之间（7）旋喷注浆连续施工，沿设计桩位顺时针或逆时针连续进行喷射，确保相邻两个钻孔固化的土体连成整体。

3.4 高压旋喷注浆施工

（1）工艺流程。场地平整→桩位放样→修建排污和灰浆拌制系统→引孔钻机就位→引孔钻进成孔→移钻→拔出岩芯管、插入注浆管→旋喷提升→钻机移位→场地清理。

（2）注意事项。①本工程固化土层中存在圆砾层，需要采用引孔钻机进行引孔操作，引孔的目的是使注浆管顺利穿过圆砂层到达预定地层。钻机施工前，首先在地面进行试钻，在引孔钻机试运转正常后，开始引孔钻进。钻孔过程中要详细记录好钻杆节数，保证钻孔深度的准确，钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm，钻孔垂直度满足规范要求。引孔点位保证相邻桩的搭接咬合尺寸。②旋喷作业系统的各项工艺参数都必须按照预先设定的要求加以控制，并随时做好关于旋喷时间、用浆量，冒浆情况、压力变化等的记录。③喷射施工完成后，及时清理、冲洗注浆管等机具。管内、机内不得残存水泥浆，通常把浆液换成清水在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除，施工中产生的泥浆集中存放，晒干后将泥浆运出。

4 旋挖钻钻孔灌注桩施工

4.1 工艺流程

施工准备→桩位放样→钢护筒施工→钻机就位→钻进成孔→成孔检测→清孔→检查沉渣厚度→移机→安放钢筋笼→安放导管→二次清孔→灌注水下混凝土。

4.2 注意事项

（1）旋喷注浆固化桩基上部土体结束7d后，方可进行旋挖钻进施工。（2）根据本工程地质情况，采用Z360 型旋挖钻机进行钻孔施工。（3）因上部不稳定土体已经固化，故旋挖钻机钻进过程中无需配置泥浆。（4）埋设护筒深度控制在1.5m 左右，主要是为了防止钻进时孔口周围土体松动对桩身质量产生的不利影响。（5）桥梁场区离居民区太近，无法进行夜间施工，钻进过程中需控制好钻进速度，尽量保证单根桩基连续钻进成孔。（6）成孔后，应立即进行清孔灌注工作。钻孔完成后闲置时间过长造成孔底沉渣过厚的时，需进行二次钻孔作业。

5 应用效果检查

本工程西港路南延高架桥中的40 根桩基，均采用了此方法进行了施工，施工过程顺利，灌注过程中未出现孔壁坍塌的情况，提高了钻孔灌注桩成孔的一次性合格率，确保了钻孔灌注桩的施工质量，经有资质的桩基检测单位鉴定，全部40根桩基均为Ⅰ类桩。采用此方法施工桩基，减少了对附近居民区的影响，减少了阻工的发生，降低了施工难度，并为建设单位节约了大量征拆资金，从而确保了工程如期完工通车。

6 结束语

从使用效果来看，采用高压旋喷注浆加固桩基周围上部土体的方法，起到了良好的护壁效果，有效的解决了钻进过程中的孔壁坍塌问题，保证了桩基的施工质量。通过与旋挖钻机的配合施工，减少了对周边居民的影响，保证了工程的顺利实施。同时，该套施工方法在施工过程中所产生的泥浆数量相较于泥浆护壁成孔方式减少约80%泥浆量，能够有效的减轻对环境的污染。为类似工程地质条件和施工条件下钻孔灌注桩成孔方式提供了实践经验。