桥梁钻孔灌注桩施工工艺及质量检测技术

2022-03-26周舟

山东交通科技 2022年1期

周舟

（湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南长沙 414000）

1 工程概况

泉州至南宁高速公路桂林至柳州段改扩建工程大端大桥工程全长547 m，上构为18×30 m 连续预应力混凝土T 梁，下构采用桩基础、肋板台、柱式墩。桥址区地质构造以泥质砂岩为主，桥址区域稳定性较好，两端桥台所处山体坡度较陡，强风化砂岩节理裂隙发育，基础开挖注意边坡防护，防护不当易造成滑坡、崩塌等不良地质现象。覆盖层厚度一般小于4 m，多为可塑、硬塑状黏土，局部混少量碎石、砂砾或卵石。本工程桥梁均采用桩基础，利用钻孔灌注桩施工，桥台桩径 1.2 m，桩长 40 m，持力层为 11-1层（粉砂层）；14#、15#墩桩径1.5 m，桩长60 m，持力层为12-2 层（黏土），其余桥墩桩径1.2 m，桩长50 m，持力层为11-1（粉砂层）。桥梁部分共有钻孔灌注桩476 根，桩径为1 200 mm、桩长为40 m的48 根，桩径为1 200 mm、桩长为50 m 的404 根，桩径为1 500 mm、桩长为60 m 的24 根。钻孔桩主筋为22 mm 和25 mm，混凝土为C45 水下混凝土。

2 钻孔灌注桩施工工艺

2.1 施工机械的选择

钻孔灌注桩常用的施工机械分为三类：回旋钻机、冲击钻机以及旋挖钻机。其中，回旋钻机适用于碎石土、砂土、黏性土、粉土等地层，可用于微风化岩层施工，具有适用范围广、装机功率大、输出扭矩大、机动灵活、功能多样等优势。同时综合分析桥区地质、水文等自然条件，最终决定采用回旋钻机进行成孔施工。其它施工辅助设备包括：履带吊、挖掘机、动力站、套管、反力叉等［1-5］。回旋钻机主要由底盘、上车、摇管器、拔管动力头、旋转动力装置等组成。主要工作原理：将压缩空气经气水分离、油雾器、气动控制阀后转化为机械能量，机械能量一部分用于钻具的推进或者提升，另一部分用于带动冲击器运动，实现凿岩动作。

2.2 施工工艺流程

利用回旋钻机进行钻孔灌注桩施工的施工工艺流程见图1。（1）需要进行施工准备和桩位放线，主要是进行场地平整，由于本工程施工辅助设备较多，因此，必须对施工通道和作业平面进行充分考虑。同时为了保证桩基定位的准确快捷，采用全站仪中的“十”字定位法来测定桩孔位置。（2）进行钻孔施工，钻孔施工顺序：设置护筒→安装钻机钻进→钻挖结束，进行第一次清孔→孔壁检测→插入钢筋笼→插入导管→进行第二次清孔→灌注水下混凝土，拔出导管→将护筒拔出，见图2。（3）完成钻孔灌注桩施工后，还需要利用超声波检测仪等对桩基质量进行检测［6-7］。

图1 钻孔灌注桩施工工艺流程

图2 钻孔施工顺序

2.3 关键施工技术

钢护筒制作与埋设：钢护筒需采用1 cm 厚的钢板制作，且内径需比桩径大0.2～0.4 m，护筒中心与桩孔中心偏差≤5 cm，倾斜度＜1%；护筒埋设顶部高度需高出地面20～30 cm，当钻孔灌注桩内存在比较明显的承压水时，需要将护筒位置调整至承压水位2 m 以上。

2.3.1 钻进施工

在钻孔施工过程中，确保回旋钻机顶部滑轮缘、钻盘中心和桩孔中心三者处在同一铅锤线上，偏差值≤2 cm；钻进时，需要严格控制不同地层的钻进参数，见表1。先轻压、慢钻，待正常钻进后再加大转速和钻压，每钻进4～6 m，需要对钻孔直径和垂直度进行检查和记录，并及时调整。

表1 不同地层成孔钻进控制参数

2.3.2 泥浆护壁

采用原土造浆，泥浆循环系统主要由泥浆循环箱、泥浆循环槽和桩孔组成。泥浆箱分为3 个隔舱，泥浆箱与桩孔间由循环槽连通，保证泥浆正常循环不外溢，结构示意见图3。在初始钻进过程中，泥浆相对密度为1.05～1.10 g/cm3，黏度为17～19 Pa·s，含沙率≤3%；在正常钻进过程中，泥浆相对密度为1.04～1.09 g/cm3，黏度为17～22 Pa·s，含沙率≤3%。

图3 泥浆循环系统

2.3.3 成孔及清孔

在成孔过程中，应注意不能超钻，当钻离至设计标高约1 m 时，要放慢钻进速度，成孔之后要用超声波检孔器或者钢筋检孔器对成孔质量（孔径、孔形、倾斜度）进行检查，同时还应该用测绳对孔深进行检查。第一次清孔利用钻具直接进行，第一次清孔后泥浆指标要求：泥浆相对密度1.1～1.15 g/cm3，含砂率≤4%，泥浆黏度18～22 Pa·s；第二次清孔泥浆指标要求：泥浆相对密度1.03～1.10 g/cm3，含砂率≤2%，泥浆黏度17～20 Pa·s。

2.3.4 混凝土灌注

采用导管法进行水下混凝土的灌注施工，导管为直径300 mm 的丝扣式导管，壁厚3 mm，每节长2.7～3.0 m，配1～2 节长0.5～1.5 m 短管，导管底距孔底高度控制在0.3～0.5 m。混凝土坍落度应控制在180～220 mm，每根桩灌注时间≥8 h，混凝土上升后，导管需逐节及时拆除，拆除时间≤15 min。

3 桩基质量无损检测

3.1 检测方法

钻孔灌注桩桩基检测方法包括静载试验、钻孔取芯、声波透射以及低应变法等方法［8-10］。为满足桩基施工全过程的检测要求，本桥所有桩基设置超声波声测管，桩径1.2 m 的桩基均设置3 根（钢管）57×3.5 的声测管，声测管沿桩长通长布置，顶部高出桩顶1 m，声测管埋设方式见图4。

图4 声测管埋设方式

声测管在钢筋笼加工过程中安装，按设计要求用加强筋固定，钢筋笼分段吊装过程中，声测管必须对正，用70×5（钢）管节连接，钢管底部应封口，以免混凝土漏入。安装声测管时每个接头必须焊好用胶带封严密合，声测管顶拟用橡胶帽或橡胶塞代替钢片进行封闭，防止灌注混凝土时进入声测管内，桩基无法检测。

3.2 检测装置参数

超声波检测装置主要由探头（主频为25～50 kHz，长度为20 cm，前置放大器频带范围为5～50 kHz）、超声仪（脉冲电压250～1 000 V，频带宽度5～50 kHz，增益＞100 db，衰减器频率为1 db，测时范围＞2 000 us）、探头升降系统、声测管等四部分组成。

3.3 检测结果

混凝土灌注施工完成并养护28 d 后，现场抽取50 根钻孔灌注桩进行超声波透射检测，根据波形、波速、频率、波幅4 个参数进行综合评定，检测结果用优秀、合格、较差以及不合格四种评价等级进行描述，见表2。从表2 可知：在50 根抽检桩中，质量达到优秀的为36 根，占比为72%；合格桩基数量为13 根，占比为26%；较差质量的桩基数量为1 根，占比为2%；不合格桩基数量为0 根。从超声波检测结果来讲，所有检测桩基均满足《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2014）中相关要求，表明钻孔灌注桩工程施工质量控制科学合理。