钻孔灌注桩技术在南宁红光路工程中的应用

兰 军

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津市 300350)

近年来，我国城市化进程不断推进，道路工程越来越多，钻孔灌注桩施工技术得到了长足的发展。钻孔灌注桩施工技术应用到城市道路工程中以后，如果桩体存在质量问题，则难以被及时发现，需要加强对各道施工工序的质量控制，才能避免对道路车辆及行人造成安全隐患[1]。在城市道路工程中此项技术的有效应用是施工的重中之重，基于此，开展钻孔灌注桩施工技术在城市道路工程中的应用研究就显得尤为必要。

1 案例分析

南宁红光路(蓉茉大道延长线—长堽路)工程为城市主干路，设计速度为60 km/h，红线为60 m。桩号范围为K1+620—K4+580.000，道路全长2 960 m。该项目在桩号K3+820.600处跨越那平江处，需设置一座地面桥梁。根据道路总体布置，跨那平江地面桥为分4幅设计，跨径L=25+35+25=85 m。

沿线的不良地质情况复杂，主要包括耕植土、素填土、腐殖土、弱膨胀土、沿线沟渠淤泥、鱼塘淤泥等。根据地质勘探报告显示，本工程位于南宁市青秀区和邕宁区范围，属于丘陵地形。场地地形起伏较大，本次钻探钻孔地面标高为79.82～114.19 m，最大高差34.37 m。在勘探揭露深度范围内，自上而下分布有第四系(Q)素填土、粘土、粉土、粉沙层，下伏基岩为古近系(E)湖相沉积的泥岩、泥质粉砂岩及粉砂岩层。本工程地下水主要为第四系孔隙(潜)水和基岩裂隙水。

2 钻孔灌注桩施工技术特点及重难点分析

在本工程的钻孔灌注桩施工过程中要进行大量的混凝土灌注，并且多数在水下完成，施工难度比较大，施工质量难以控制，而且在很多地质条件下，工程施工质量和钻孔灌注桩的承载力有密切联系，因此，必须对桩底沉渣进行全面控制，从而提升钻孔灌注桩的承载力和施工质量[2]。由于岩溶地区土质比较松软，持力层强度有限，岩溶地区钻孔桩是本工程施工的重难点之一，需要结合实际情况，合理调整钻孔方法。和传统锤击式施工技术相比，钻孔灌注桩施工技术的灌注直径更大，成本更低。因钻孔需水下灌注混凝土，所以如何解决钻孔中钻孔垂直度误差、深度误差、孔径误差及孔口高层等问题是施工的重难点。

3 钻孔灌注桩施工技术的在红光路的具体应用

本工程桥梁钻孔桩基础共88根，分为桩径φ1.5 m、φ1.2 m两种，桩基采用水下C30混凝土。钻孔灌注桩施工流程示意图(见图1)。

(a)设置护筒；(b)安装钻机；(c)钻挖终了，第一次清孔；(d)孔壁测定；(e)插入钢筋笼；(f)插入导管；(g)第二次清孔；(h)灌注混凝土，拨出导管；(i)拨出护筒图1 钻孔灌注桩施工流程示意图

3.1 施工准备

开钻前对土层地质条件进行全面系统的分析，按照分析结果确定钻机设备、钻进参数等，对选择的钻机设备进行全面检查，保证各部位结构的性能都处于稳定状态，保证钻进过程的高效性和连续性，避免中途发生设备故障。尤其是在桩基施工之前，需要进行整平处理，并用压路机进行碾压，保证平整度，促使各种机械设备能够顺利进场。钻机就位前首先探明地下管线位置，并做好防护工作。

3.2 护筒制作

护筒是保证钻孔灌注桩施工各道工序顺利开展的关键设备，本工程在孔口护筒制作时采用了4～8 mm厚钢板，保证护筒内径超过钻头φ20 cm后，护筒的高度按照当地地下水位的高度及地质条件合理设计，其上部宜开设1～2个溢浆口，并高出地面0.15～0.3 m。为保证护筒埋设精度，本工程采用了人工埋设方法，护筒底部和土层之间通过粘土紧密连接，护筒外表面用是粘土填筑夯实，避免雨天地表水渗入[3]。护筒需要按照工程设计要求和标准选择合理材料制作，以满足后期钻孔施工对护筒刚度及强度的要求，避免在安装和混凝土灌注时发生变形。

护筒埋设深度对整个工程施工效果有较大影响，为保证护筒埋设质量，在比较密实的土层中埋设护筒时，埋设深度不能低于0.5 m，并保证护筒埋设垂直度，护筒埋设误差控制在20 mm左右，倾斜度不能超过1%，本工程护筒埋设现场图(见图2)。

图2 护筒埋设现场图

3.3 泥浆制备和成孔试验

在泥浆制备中可选用膨润土，和普通土质相比，膨润土具有密度低、粘度小、含砂量少等优势，泥浆制备的泥浆比重为1.1～1.5，不同的地质条件可选择不同的泥浆比重，主要成分为水、膨润土、重金石、CMC等物质[4]。施工时先要选择至少三个区段进行成孔试验，通过多次试验，选择最佳的配合比，保证钻孔灌注桩施工质量。泥浆性能指标(见表1)。

表1 泥浆性能指标

3.4 成孔操作

钻孔施工过程中，要切实做好孔中降水处理工作，以免发生塌孔。边钻进边检测，如果不符合设计要求，如发生倾斜，要立即停止钻进操作，找到根源，集中处理，达到要求后才能继续钻孔。钻机定位精度是否达标直接决定了钻孔灌注桩施工的成败，因此具体钻孔之前必须要对钻机进行校准、定位操作如图3所示，保证钻头中心对准钻孔中心。岩溶地区在成孔施工中，必须采取冲击成孔法，在钻孔之前，需要进行全范围的地质勘察，全面掌握岩溶地区的实际发育程度，然后结合岩溶地区的实际填充物质，合理选择护筒跟进方式，同时要做好冲击造壁和预压浆堵漏处理，常用的成孔方法有三种。

(1)按照护筒的实际情况，选择分段分批次成孔的方法，护筒下沉完成之后，再进行冲孔，达到要求之后，再进行护筒下沉操作，如此反复操作，直到达到设计标准为止。

(2)将小护筒，套入到大护筒中，在进行钻孔之前，按照岩溶地区的地质情况，合理选择护筒的层数，并保证护筒的垂直度和壁厚符合要求。

(3)采用粘土块片石冲击成孔，钻孔到溶洞底部约1.0 m之后立即停止钻进，将准备好的片石和粘土混合之后再注入钻孔。

图3 钻机对准中心线图

针对孔口高程及钻孔深度误差问题，当地质勘查完成之后，再进行重新回填，就极易引起高程误差。本工程处理此问题的方法为：详细校核原始水准点，在钻孔过程中，保证孔口高程，开孔之前要详细复测孔口高程[5]。孔深在测量中，可采用丈量法，选择钻机钻头2/3的位置作为测量终孔。终孔标准要以桩端进入持力层的实际深度为基准。为保证钻孔精度，降低孔径误差。所选的钻头直径要略小于设计桩径，但不能超过50 cm，钻孔之前，要指派专业人员对钻头的规格、尺寸等进行详细检验，达到要求后才能使用。本工程检孔器示意图(见图4)。为保证钻孔的垂直度，钻头安装完成后，需要对钻头安装的水平度及钻杆的垂直度进行详细检验，在钻进过程中，也要对钻杆的垂直度及时检查，如果超过允许标准，要及时校正。定期检查钻头安装精度，如果磨损严重要及时更换。

图4 检孔器示意图

3.5 第一次清孔

清孔的目的是保证钻孔质量达到设计标准，为后期混凝土灌注营造良好的环境，钻到工程设计深度之后，缓慢提出钻头，工程质监部门对钻孔的深度、孔径、倾斜度等进行详细检查，确认达到设计要求之后，抽出沉渣。本工程第一次清孔主要采用了泥浆循环换浆法，当钻进到设计深度之后，稍微提起钻头，在原有泥浆比重的基础上循环浮渣，促使孔底沉渣逐步浮出，然后注入适量的清水继续置换，并检查清孔质量，针对个别质量比较大的沉渣，可通过泥浆泵吸出。清孔标准：若孔中排出的泥浆颗粒直径在2.0 mm以上，继续清孔，直到泥浆小于2 mm后才能进行下一道工序施工，保证泥浆的比重小于1.1，含沙率也小于2.0%[6]。

3.6 钢筋笼安装

钢筋笼安装质量是决定对钻孔灌注桩施工成败的关键，因此，在具体施工中，必须严格按照相应的标准和规范制作钢筋笼，并合理设置保护层。本工程孔深比较大，为保证钢筋笼安装质量，采用了分节段安装的方法，通过吊车起吊辅助人工校正的下放方法，完成钢筋笼安装，严禁碰撞孔壁，避免发生塌孔问题。制作钢筋笼允许偏差需符合表2中的要求。

表2 钢筋笼制作允许偏差

此外，为最大限度上避免杂物进入孔中，要先将钢筋笼的下段悬挂在孔口位置，然后进行第二节段焊接，逐段下放，钢筋笼下放完成之后，还要校正轴线位置，避免发生扭转变形，钢筋笼安装完成后立即进行混凝土浇筑，避免塌孔。

3.7 导管安装

导管钢管是混凝土灌注的前提条件，对混凝土施工质量的影响比较大，本工程导管长度比较大，为保证安装质量，同样采用了分节段安装方法，每节导管长度为2.0 m，每节导管配置1～2根长度在1.0～1.5 m之间的短管，并在接头位置用橡胶密封圈做防水处理，混凝土浇筑架主要由型钢制作而成，用来支撑导管，悬挂在钢筋笼上，上部放置混凝土漏斗。导管水密试验时的水压应为0.6～1.0 MPa，进行承压试验时的水压不应小于导管壁可能承受的最大内压力Pmax，Pmax可按下式计算：

Pmax=1.3×(YcHcmax-YwHw)

(1)

式中：Pmax—导管壁可能承受的最大内压力，kPa；

Yc—混凝土容重(用24 kN/m3)，kN/m3；

Hcmax—导管内混凝土柱最大高度，采用导管全长，m；

Yw—钻孔内水或泥浆容重，泥浆容重大于12 kN/m3时不宜灌注水下混凝土，kN/m3；

Hw—钻孔内水或泥浆深度，m。

经计算，所采用导管导管壁能承受的最大内压力Pmax=1.3×(24×25-12×24.5)=397.8 kPa。满足工程设计要求。

3.8 第二次清孔

导管安装完成后，通常不会立即进行混凝土浇筑，间隔时间会比较长，因此，在孔底可能会重新形成沉渣，需要进行第二次清孔，以保证清孔质量，为后期混凝土灌注营造良好的条件。

3.9 灌注混凝土

灌注混凝土是钻孔灌注桩施工的最后一步，也是最为重要的一步，本工程对混凝土施工质量的要求比较高，需要对原材料严格控制，粗骨料粒径控制在5～20 mm之间，并选择天然中砂，混凝土水灰比控制在0.55左右，凝胶材料的最小用量为280 kg/m3左右，混凝土坍落度控制在18～20 cm之间，混凝土初凝时间控制在3～4 h之间。灌注过程中注意保证混凝土的供应速度，防止钢筋笼上浮[7]。

第一批灌注的混凝土具有较大的冲击力，将泥浆从导管中排出，导管下口埋入混凝土的长度不小于1.0 m。边浇注边提升导管，在混凝土灌注过程中，要保证灌注的连续性，如果中途发生停歇，停歇时间不能超过15 min，为保证混凝土灌注质量，导管进入混凝土的埋深要控制在1.5～4.0 m之间，既不能小于1 m，也不能超过6 m，对导管埋深及导管内外混凝土的高差必须严格控制，并详细填写混凝土浇筑记录。

第一批混凝土数量用下式计算：

(2)

式(2)中:V—首批混凝土所需数量,m3；

D—孔直径，m;

h1—混凝土面达到h2时，导管内混凝土柱需要的高度，h1≥rwHw/rc；

h2—导管初次埋深，m；d—导管内径，m；

rw—孔内水或泥浆的容重,kN/m3，取rw= 1.3 kN/m3；

rc—混凝土拌和物容重,kN/m3,取rc=2.4 kN/m3。

如果导管中含有空气，则后续混凝土要通过溜槽缓慢注入漏斗和导管中，严禁混凝土整斗倾倒到导管中，避免形成较高的气压[8]。在浇注将近结束时，在孔内注入适量水使孔内泥浆稀释，排出孔外，保证泥浆全部排出。

4 结 语

综上所述，本文结合南宁红光路工程实例，分析了钻孔灌注桩施工技术在城市道路及岩溶地段中的应用，提出钻孔灌注桩施工中解决孔口高层及钻孔深度误差、孔径误差、钻孔垂直度误差等重难点问题的措施。分析结果表明，钻孔灌注桩施工技术在施工效率和保障质量等方面具有明显的优势。但此项技术属于典型的隐蔽性工程，施工结束后难以及时发现存在的质量问题，即便发现问题，处理和纠正的难度也比较大。因此，在具体施工过程中，要加强对各道施工工序的控制，严格按照相应的规范和标准进行施工，才能保证施工质量。