桥梁水下钻孔灌注桩施工技术研究与应用

张彦龙

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司， 北京 100000）

0 引言

桥梁桩基础大部分施工环节都是在水下操作进行的。这项施工工程在开展的过程中，由于环境特殊，不能对施工区域进行全面细致的观察，除此之外，由于水下施工条件限制，必须要有效地缩短施工周期，这也是基础施工工程的常见难题之一，尤其是考虑到特殊施工条件下施工人员的技术水平问题，必须要选择具备长期从业经验的相关人员投入到施工过程中。在操作的过程中首先需要施工人员放线定位施工区域、精准测定桩位，然后再进行埋设护筒、钻孔和灌注混凝土等施工，在不同的施工环节中，需要对施工技术进行合理的应用及控制，才能够有效地强化施工质量。

1 水下钻孔灌注桩施工前的准备工作

为了确保水下钻孔灌注桩施工技术能够在桥梁的建设过程中发挥良好的应用价值，开工前，要对施工区域进行充分的调查。首先，必须要结合施工区域的具体状况，对施工区域的实际地质情况与设计文件做校核，然后根据实际地质情况，选择适合的钻孔灌注桩施工设备。同时，考虑到水下施工存在一定的危险性，施工前还需要制定相对应的紧急情况处理预案，有效地应对水下施工带来的风险。开工前必须要对施工人员进行专业的培训以及考核，尽量选择具有水下施工经验的作业人员，确保施工队伍的专业性，并做好安全技术交底。由于水下施工对施工周期限制较大，为了减少外界因素对施工进度带来的影响，要对施工进度进行合理的管控。除此之外，灌注的原材料也会对后期灌注桩的承载能力以及使用寿命产生较大的影响，因此，在前期施工规划过程中也要考虑到材料的选择问题。必须要将材料的选购环节作为管理源头，材料正式准入之前做好质量的质检工作。到施工阶段时，首要任务就是要进行放线定位，确保灌注桩的桩位处于规定范围内，不得出现超规范偏差。其次，在进行钻孔之前，还需要对护筒的埋设高度、平面位置进行检测，确保埋设高度和位置符合规范要求。当钻机就位后，需要对钻机的水平以及垂直方向的稳定性进行检测，确保钻杆处于铅垂状态。在具体施工过程中，需要对护壁泥浆指标进行定期检验，如果发现泥浆指标与规定不符，还需要进行二次调配，通过适当调整确保泥浆配比的黏稠度、含砂率、pH值等指标达标。钻孔灌注桩施工工艺如图1所示。

图1 钻孔灌注桩施工工艺框图

2 桥梁水下钻孔灌注桩施工技术的主要应用

2.1 泥浆的配比工作

在桥梁水下钻孔灌注桩施工中，最为重要的辅助措施就是泥浆护壁，钻孔施工的区域必须稳固坚实，为了避免水下土层坍塌，可以将膨润土泥浆作为保护层。在泥浆保护层作用下，能够保证钻机在易坍塌地层中稳步钻进，随着钻孔深度的不断加深，需要向孔内连续进行泥浆补灌工作，并随时对护筒进行观测，避免在补浆过程中发生孔壁坍塌。混凝土灌注时，泥浆会从孔内向外溢出，需要将这些溢出的泥浆引流到沉渣池中，经过渣土沉淀后再引入泥浆池，提升对泥浆材料的循环利用率。不同地质情况的泥浆技术指标见表1。

表1 泥浆技术指标表

2.2 放线定位

灌注桩的定位工作是基础环节施工质量保障的根基。当确认精准的施工位置后需要结合设计文件，选用相应土层条件的机械设备进行钻孔。同时，在不影响后期钻孔效果的基础上进行栓桩施工。为了确保栓桩的有效性，还要对栓桩工序进行检测，如果定位的大小以及位置出现偏差还需要进行补桩工作[1]。

2.3 护筒埋设

护筒的应用主要是对提前预设好的桩位进行固定，同时还能够为后期的钻孔施工起到良好的引导和固定作用，能对孔口起到较好的防护，避免孔口出现坍塌问题。除此之外，护筒还能有效地隔离钻孔内部与外部的表层水，确保钻孔内部的水位高于地下水位，保持地下水水压平衡，这样就能够有效地提升孔壁的稳定。在护筒埋设的过程中，必须要对施工地质情况进行核查，尤其是回填土区域，必须要进行夯实，确保回填土区域的土质结构具有较强的承压能力和自稳性。在回填过程中需要选取不透水的黏土材料，同时，还需要对护筒的埋设深度进行控制，确保护筒的埋设深度满足防护要求，且顶部高出原地面300mm以上。如果护筒外壁不断有水渗出，就可能会导致地基出现不均匀沉降，从而引发护筒位置的偏移，这也会导致钻孔与标准角度之间出现偏差，从而影响到后续的灌注施工流程[2]。在钻孔操作时尽量不要与护筒产生密切接触，如果发现护筒持续渗水应立刻停止钻孔，然后就地取材，用周边可用材料对护筒的埋设周边区域进行加固，如果以上操作措施还是无法避免护筒的不稳定性问题，就要对护筒的埋设区域进行二次加固[3]。

2.4 桩基成孔

在实际的钻孔施工过程中，如果发现护筒中排出的水分或泥浆中有气泡或者护筒突然出现不均匀沉降，这就证明筒壁已经发生了坍塌问题。导致筒壁坍塌的主要原因就是因为施工区域周边的土质凝聚力较差，这导致泥浆构成的护臂承压较大。由于钻机在钻孔过程中的旋转速度较快，钻孔过程至成孔时间较长，此过程中要经常检查护筒稳定状况，如果发现护筒埋设区域的土层较为松散，就需要对回填土进行夯实[4]。如果在灌注的过程中使用的泥浆具有较好的性能，这些泥浆就能够有效地在孔壁上形成良好的保护层。初期钻孔阶段完成后，还需要进行泥浆补灌工作，保障灌注桩基的抗压性能。钻进过程需根据地质情况合理调整钻进速度。

2.5 钢筋笼的施工

钢筋笼在施工过程中由于本身自重较大，需要通过大型的起吊装置以及机塔架等设备来进行辅助施工。如果出现超长或超重钢筋笼无法同批次运输的问题，就可以考虑将钢筋笼通过段装式的运输方式进行吊运。在到达运输地点时，需要按照原本的组建方式对不同的分段部位进行二次焊接。不同的分段范围需要根据每次运输的额定重量以及运输距离来进行划分，在运输过程中需在额定值的间隔区域中增加固定设备装置，确保运输过程中的安全及稳定。钢筋骨架的运输以及二次焊接工作必须根据相关施工标准操作规范来进行，与此同时，考虑到骨架安装的位置对整体结构稳定性带来的影响，必须要确认准确的安装位置[6]。由于钻孔孔径较为细小，容易导致孔的角度与基准角度之间存在度数差，为解决此问题，在钢筋笼施工过程中，要考虑到孔径的大小和位置，避免角度与标准角度之间的度数差过大，在固定时尽量将钢筋骨架与钻孔的位置对正，钢筋笼下放过程中需轻微旋转，并对钢筋笼加设耳筋或混凝土保护层垫块，通过加固和其它措施能够有效地避免成孔倾斜角度产生的影响[7]。

2.6 水下混凝土灌注

水下混凝土灌注过程中的原材料配比，需要通过科学的计算理论以及相关试验来进行验证，在试验过程中，混凝土的强度必须要高于设计标准。在混凝土的配比过程中，需要将水灰比控制在一定范围内，而粗骨料可以选择棱角少的砾石材料，以确保混凝土坍落度达到180～220mm之间。目前，混凝土运输的方式种类多样，可以直接采用混凝土输送泵进行灌注工作，条件允许地段也可采取混凝土罐车直接卸料的方式，这两种输送灌注的技术在桥梁工程的水下施工中应用较广。在混凝土灌注施工环节中，必须要对导管的分解长度进行有效地控制，便于后期对导管的拆卸工作，同时，也要确保每一节导管连接部位不能出现缝隙，确保导管严密性[8]。

在对水下混凝土进行灌注施工之前，必须要利用测锤以及测绳对成孔质量进行检测，测定成孔的孔径、垂直度、孔深等。需要注意的是在灌注工作之前还应该对混凝土原材料的搅拌质量进行检测并保留试块。同时，还需要考虑到孔底的沉渣厚度，摩擦桩沉渣厚度控制在300mm以内，端承桩沉渣厚度控制在100mm以内，如果沉渣的厚度不能满足规范要求，就需要二次清孔。在混凝土进行灌注前，要对导管连接进行水密承压试验和接口抗拉试验，导管入料口加隔水栓，以检测导管的密封性。导管底口距孔底控制在500mm左右，混凝土灌注前，通过计算确保料斗内混凝土量，灌注后导管底口埋深1～2m，灌注过程中导管底口严禁提出混凝土顶面，确保埋深4～6m，混凝土灌注拔管长度要经计算和实测，避免超拔导管出现断桩。灌注成桩的混凝土顶面要高出设计桩体顶面高程0.5～1m。

3 结束语

综上所述，在进行桥梁水下钻孔灌注桩施工过程中，由于受到水下环境复杂以及施工条件等多方面因素的限制和影响，会存在较大难度，导致施工质量也受到相应的影响。对此，要求开展实际施工操作的技术人员必须具备相应的丰富从业经验以及专业的施工技巧，在实际工作中认真细致，结合工程实际情况来分析应当采取怎样的施工技术方式，才能够确保钻孔施工各环节实现有效衔接，从而提升灌注桩施工的效率，确保工程质量达标。