公路桥梁冲击式钻孔灌注桩施工技术研究

2022-02-18李建霞

运输经理世界 2022年29期

关键词：清孔护筒成孔

李建霞

（山西省公路局晋城分局，山西晋城048000）

1 工程概况

某工程项目为当地在建的重要施工项目，其中有17 座桥梁，规模非常大。

1.1 水文情况

现场施工区域内的水系发育比较明显，河网紧密交错设置，以树状形式分散开。有一条主要河流，分布着多条支流，对于当地的居民生活有着直接的影响。经过对气象资料的统计分析，发现区域内降雨量比较充沛，每年6—9 月为丰水期，10 月至次年5 月的流量较小，变化幅度较小。同时，地下水含量丰富，能给当地提供充足的水资源。

1.2 地质情况

经过现场勘察后确定，该项目所在区域内无明显构造痕迹。经过对现场的水文地质条件调查分析，确定桩基数量626 根，采用端承桩、摩擦桩的形式，其中钻孔灌注桩为504 根，采取冲击钻孔作业方式。

2 冲击式钻孔灌注桩施工工艺

2.1 施工工艺流程

现场施工中，桥梁冲击钻孔灌注桩施工作业包含成孔、清孔、下放钢筋笼、导管下放、二次清孔、灌注混凝土、成桩等多个工序。在此次桥梁工程建设中，水下混凝土灌注施工采用导管法进行，应用跳桩法作为主要的施工方式。

2.2 施工准备

现场施工单位的测量人员按照轴线、桩位等情况，在现场设置测量控制网，并结合控制网的精确性进行各个桩位点的测放作业。此外，结合现场施工环境，做好现场清理工作，并进行夯实处理，达到密实度的要求，再搭设钻孔作业平台。平台距离地面表层1m 左右，确保内部的水压力符合要求，且进行浇筑钢板的铺设施工，使结构受力面积符合要求，预防在浇筑时出现塌陷等问题。

2.3 泥浆制备

在此次工程现场的施工中，选择使用黏土或者膨润土制作，通过自然造浆的方式护壁处理。在施工前经过试验分析确定配合比参数，明确具体的指标，并加强管理和控制，具体指标如表1 所示。在指标检测中，严格按照试验操作规程进行检测，保证试验结果的准确性。同时，根据检测结果，适当加入外加剂，以调节泥浆指标，满足工程的施工标准[1]。

表1 泥浆指标要求

3 施工过程控制

3.1 埋设护筒

冲击式钻孔灌注桩在施工中，选择应用钢护筒作为施工工具，并按照工艺方案的要求合理埋设护筒结构，工艺过程如下：首先，护筒的内径应超过设计桩径20cm，护筒长6m。其次，要想提高护筒的刚度，避免发生漏水的问题，就要通过电焊方式连接两节或者多节护筒，形成稳定连接的整体，焊接方式加强钢板连接，并展开密封性检查。再次，在孔内埋设护筒，保证坐标放样达到精度的要求，并设置保护桩，深度超过1.5 倍桩径，护筒顶部与平台高度相差0.3m 左右。最后，在护筒周边填充黏土，并埋设十字护桩的结构，通过砂浆或者混凝土加固[2]。

3.2 钻进成孔

护筒埋设工作完成之后，即可进行钻孔作业，工作流程如下所示：首先，确定具体的桩孔中心，达到精度的要求，通过使用护桩检查桩孔中心精度合格，且桩孔中心准确性达标，根据要求设置钻架，在上部设置起吊滑轮线、冲击锥中心、桩孔中心线，三者处于同一条垂线上，误差在20mm 以内。其次，安装钻机，首次钻入采取小冲程的方式，确保孔洞达到平顺、圆滑的要求，防止存在位置偏移过大的情况，保证孔口的稳定性。钻进达到平稳的状态后，开始应用4～5m 的大冲程施工，不能超过6m。最后，钻进环节要随时进行排渣处理，保持泥浆的密度与黏度符合要求，同时要观察地层变化的情况，及时取样渣体进行检测，确定地质条件，与剖面图对比分析。

3.3 检孔与清孔

在成孔后及时检查，包含孔深、孔径、垂直度等，具体应做好如下工作：首先，应用钢丝绳展开深度的测量，检孔环节应用钢尺校核，与设计方案对比分析。其次，通过井径仪、探孔器等设备检测直径与垂直度参数，确保垂直度的偏差不超过1%。冲孔符合设计标准后，要将孔底的沉渣厚度控制在合理的范围，确保结构承载性能合格，及时清孔是关键。

在此次工程中，清孔按照如下措施进行：其一，通过泥浆泵直接从平台的桩孔插入，深入底部使用小冲程运动方式，预防发生钻渣沉淀的问题。其二，泥浆泵抽取泥浆，泵入孔底，并将沉渣吸出，然后注入新的泥浆与清水，直到最后吸出的全部是新鲜泥浆为止。其三，清孔作业环节要保持泥浆的稳定性，沉淀符合要求，并落实桩孔部位的检查，确保成孔倾斜度符合设计标准，达到上述要求再下放钢筋笼。

3.4 钢筋笼下放与声测管安装

钢筋笼下放选择使用整体方式施工，台座要满足使用的要求，达到下放安全性标准，且周转操作便捷，导管安装与下放同时进行，具体工艺方案如下：首先，通过护筒顶部标高反算钢筋笼顶标高，偏差范围不超过±50mm。其次，固定钢筋笼，使其中心线与护筒在同一铅垂线上，并且钢筋笼稳定，防止浇筑时发生浮动的问题。再次，声测管安装与钢筋笼同时进行。声测管根据等边三角形的方式分段安装施工，保证声测管达到平行要求，并且埋设到桩底。最后，声测管连接效果合格，并且在顶部进行密封处理，防止存在杂物进入而影响工程质量的情况[3]。

3.5 导管下放及二次清孔

在导管下放之前要进行水密承压与接头抗拉试验检测，在下放后立即开展二次清孔，此时应及时给护筒内补充泥浆，保护护筒内水头，各项技术指标检测合格后，将风管与吸泥弯头撤掉，再进行混凝土的浇筑作业。

3.6 灌注水下混凝土

混凝土浇筑施工的质量是否合格，对于基础结构性能产生直接影响，所以要严格落实浇筑环节的管控，各个工序都处于管控范围内，灌注流程如下：首先，初次灌入混凝土要按照实际桩径计算确定。灌注作业环节，漏斗颈部设置一个隔水木球栓，下部设置隔水球，防止混凝土和泥水接触而影响结构的质量。其次，首批灌注工作完成后，经检测符合要求，每一次灌注前都必须检测塌落度，且灌注环节保持内部泥浆超出水位2m 的结构。再次，灌注混凝土后立即测量出表面高度，精确计算导管埋入的深度，确保在埋入深度的2～6m 之间，在超出该范围后，及时拆除导管。最后，要想使混凝土强度合格，在现场浇筑施工环节的顶面超出设计要求的1m 后，其他部位就要在承台上拆除。灌注符合设计方案要求，立即停止施工，并拆除导管[4]。

4 成桩质量评价

按照我国的国家标准以及技术规范进行检测，对于基桩实施100%桩身完整性的检测，在混凝土龄期达到28d 后，即可应用超声设备检测桩体结构的质量。本文的桩体结构检测结果见表2。

表2 桩基检测结果

5 成孔过程关键点质量控制

5.1 孔底沉渣控制

孔底沉渣对于桩体结构承载性能产生直接影响，有相应规范标准要求，水下灌注桩施工的沉渣厚度对端承桩控制在100mm 以内、摩擦桩300mm 以内，但是很多工程现场都难以达到上述要求，造成工程的质量不合格。经过分析发现，主要是因为泥浆的质量不合格所造成的，给钻孔灌注桩的质量和性能造成负面的影响，尤其是比重与黏度，如果泥浆的黏稠度不足，携渣能力就比较差；如果泥浆的黏稠度比较大，在灌入后就会在孔壁表面形成泥皮，这就使得桩径尺寸缩小。因此，加强泥浆的比重、黏度控制极为重要，确保地层结构的稳定性。而地下水位较高的情况下，极易产生坍塌的问题，可以适当增大比重与黏度，但是不能过大，将比重控制在1.1～1.2 之间、黏度在18～25s之间即可满足施工的要求。钻孔工作全部完成后，监理人员立即展开监督和检查，落实现场施工管理和控制工作，并且持续给内部补充新鲜的泥浆，并将内部含砂量大、性能不足的泥浆及时置换出来。清孔工作时也要持续性补充新鲜的泥浆，如果通过正循环方式清孔，则应排出岩渣与泥土，合理地增加泥浆的比重和黏度，同时要降低清孔作业的速度。钻孔工作结束后立即组织人员检验，保证各方面的尺寸符合要求[5]。

5.2 孔壁坍塌控制

孔壁坍塌的问题也是比较常见的，其形成原因是复杂地质条件、钢护筒没有按照要求设置、泥浆黏度不合格、护壁质量不达标、孔口周边的排水效果比较差、钢筋笼下放时存在触碰孔壁等情况。坍塌事故的发生影响力较大，如埋钻、卡钻等问题，所以必须对现场坍塌事故有所了解，并采取有效的处理措施。监理人员首先进行现场地质条件的勘察，对于地层的情况有所掌握，预防发生恶性事故。其次组织专业技术人员对现场进行分析，并执行设计方案开展钢护筒埋设施工，确保孔口排水效果达标，在下放钢筋笼时保持平稳性，预防发生倾斜的问题。再次，特殊的地质条件下使用优质冲洗液进行护壁处理，并通过正循环方式钻进、反循环方式排渣处理，防止在不平衡的部位上发生坍塌的问题。最后，现场地层条件稳定性不足的情况下，立即组织人员灌入混凝土，可以减少沉渣时间，从而达到桩身的质量合格。

5.3 扩径和缩径控制

扩径、缩径是因成孔环节存在不规则操作而引发的，多数都是不良地质条件造成的。扩孔通常是因为钻头振动较为严重、偏位或者孔壁坍塌而引发的，缩孔则是因为钻头磨损严重，焊接不到位、地层内部遇到有膨胀性的软土、黏土所引发的。缩径问题的发生，极易造成结构承载性能的不足，而扩径则会造成项目施工成本的升高，所以必须选择合理的应对措施处理。为了预防发生扩径的问题，监理人员要在施工前进行钻机检查，达到固定、平稳的效果，且要检查钻进施工，避免出现钻头的摆动、偏位等问题。成孔环节要降低钻进的速度，保持良好的护壁结构，并且选择合适的泥浆比重，保证孔内水位符合要求。泥浆对于孔壁有足够的压力，成孔后及时清孔，组织人员及时展开灌注施工，缩短孔壁在小比重泥浆中浸泡的时间；要想预防发生缩径问题，钻孔前技术人员就要对现场进行地质勘查，确定是否存在遇水膨胀的不良地质条件，如果存在，则应及时进行泥浆护壁处理，并要进行钻头的校正处理，使其符合现场施工要求。