浅析桥梁灌注桩施工工艺技术管理

罗志玲，王琦凯

［1.湖北瑞洪工程管理有限公司，湖北 荆门 448000；2.湖北省漳河工程管理局（湖北省漳河土木工程设计院），湖北 荆门 448124］

1 工程概况

对外交通专用公路沿线共设桥梁6 座，其中8m×30m（跨径）两座。桥墩最大高度55m，桩径为1.2m 和1.8m 两种规格，最大桩深47m。桥梁主要设计参数如下。

设计荷载：公路－I 级、挂车－1600kN。

设计车速：40km/h。

桥面宽度：标准宽度8m（行车道）+2×0.5m（防撞护栏），曲线段设超高加宽。

地震动峰值加速度系数：0.12g。

设计洪水频率：1/100。

通航等级：不通航。

2 桩基施工

桩基础是一种深基础，其原理在于借助承台联结若干根桩的顶部成为一个整体，以此共同承受动静荷载的。其中桩一种基础构件，桩基础中的桩常被称之为基桩。桩常被竖直或倾斜设置于土中，其作用在于，能够将桩所承受的荷载传递到承载力较强的岩土层上，且传递中能够穿透软弱的高压缩性土层或水。

原施工方案桩基为钻孔灌注桩，但实际施工环节，由于黏土有限，且桥梁工程水文等实际地质条件符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041—2000）“挖孔灌注桩”适用于无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层的特点，部分桩孔采用人工挖孔灌注桩施工[1]这一内容。但由于桩基深度较大，人工挖孔施工难度较大。钻孔灌注桩与人工挖孔灌注桩两种不同的施工工艺具有各自的适用范围、施工工艺、优缺点等，下文分别进行了对比。

2.1 适用范围及优缺点

2.1.1 钻孔灌注桩

在我国众多种类公路桥梁基础中，钻孔灌注桩基础地位举足轻重。其具有抗震性能强、承载力大、施工噪音小、可以解决特殊地基承载力等诸多优势。但另一方面，灌注桩地下施工也存在意外因素多、工程质量难控制等劣势，极易因监管措施不当等因素造成质量及施工问题。因此，施工中必须严格监管钻孔灌注桩基础施工质量[2]。

2.1.2 人工挖孔灌注桩

这一工艺具有施工设备及操作简单、无须占用过多场地施工、降低对周围建筑影响、施工质量可靠等技术优势，不仅能够适应全面开展工作的需求，还能够有效缩短工期，同时也具有降低造价等重要作用，目前已在基础施工环节得到广泛运用。人工挖孔灌注桩适宜用于土质较好、地下水位较低的黏土、亚黏土、含少量砂卵石的黏土层，软土、流砂、地下水位较高、涌水量大则不宜采用。

2.2 施工工艺技术

2.2.1 钻孔灌注桩

（1）施工准备。

这一环节主要有桩位放样，平整场地，施工便道敷设、护筒加工，钢筋骨架加工准备等环节。

在正式施工前，施工单位要结合施工场地实际情况采取不同的处理措施，对于坡面的钻孔桩处理成平面，以便钻机就位。

（2）埋设护筒。

本桥桩位分布于旱地及河床，护筒用厚6mm 钢板卷制焊接而成，长度制成2.5m 和3.5m 两种规格。其中少部分位于河床中的桩基础，钻孔平台外围用砂包作为围堰，里面人工填筑粘土，护筒埋深不少于3m。主要分布于旱地上的桩基础，埋深不少于2m。其中护筒外壁周围的耕植土需要挖除，范围以0.5～1.0 为宜，分层夯填粘土至护筒底0.5m 以下，以防冲击钻孔时在护筒脚等位置出现冒水、冒泥浆等问题，并能够使护筒保持稳定。护筒中心、桩位中心要处于同一位置，偏差以小于等于5cm 为宜，护筒壁倾斜度以不大于1%为宜。

（3）泥浆的制作。

在制备泥浆前需提前将黏土打碎，这不仅能够使黏土在搅拌中更易成浆，还能够减少成浆时间，且不影响泥浆质量。搅拌好的泥浆贮存泥浆池，用管子导入孔内，以便随时补充孔内泥浆。

（4）安装钻机。

在旱地施工环节要以木方衬垫桩机，在河床施工环节，钻孔平台可通过人工筑岛搭建，高度以水面之上1.5m 为宜，这样才能够保证平台稳定且能够有效应对冲刷。

钻机要被安装于钻孔的某一侧，且要保持稳定，其支承垫木不得压在孔口钢护筒上。泥浆池尺寸不小于5m×8m，中间隔开，两侧分别作沉淀池和净化泥浆池，净化泥浆池中泥浆可循环使用，泥浆槽长度不小于5m，利于钻孔及清孔时沉碴掏碴。

在调试钻机时，要使用钻锥起吊滑轮缘，并将钻锥和桩孔中心保持在同一垂线，稳定好钻机和扒杆揽风绳。

（5）钻机钻进：①本工程覆土层为第四系亚黏土、亚砂土、细砂、有机质土局部分布。钻孔时需以小冲程及慢速保持钻锥稳定，进而保障初开孔牢固可靠，使钻锥坚直时能发挥引导作用，并且同时在孔内加水、投入粘土，用小冲程来回冲击造浆。同时钻进过程中为避免碰撞护筒，钻锥在孔中竖直稳定时才可适当提速。②钻机钻进的过程中，泥浆过浓则会影响进度，过稀则易造成塌孔等问题。因此要随时检查孔中泥浆，使之各项指标能够一直符合要求。③钻机钻进的过程中，要及时捞渣取样，以此进一步确定施工地实际地质分布，并根据地层情况合理设置冲程。在钻孔过程中，每钻进5m 就要对钻机吊绳中心为进行检查，以此及时发现、调整因振动产生的位移。同时为防止出现钻出斜孔的问题，需要检查钻机平稳情况，并同时对钻头直径，转向装置，孔内泥浆进行检查，使钻头在钻孔时能保持自由转动。同时为防止缩孔，当钻头损失导致小于桩直径的，要立刻开展修补工作。④钻头钻进过程中，施工单位要做好技术交底及交接工作，及时填写钻孔施工记录，保持连续三班作业并就钻进情况及后续注意事项进行交接，进而能够根据钻进感觉和快慢情况以及取样分析判明地层变化。⑤如果因故停钻，为防止出现埋钻问题，需要以孔口护盖，并严禁钻锥留在孔内。⑥钻头钻进过程中，如因钻孔排渣、提钻、除土或其他原因停钻时，为防止坍孔，需要保持孔内水头符合规定，且泥浆密度、粘度要符合质量标准及施工要求。

（6）检孔：①在钻进中，常用以钢筋笼制成检孔器进行检孔操作，其外径要与设计孔径相等，长度以设计孔径4～6 倍为宜，本桥桩基直径为1.2m 和1.8m，所以本桥的钢筋笼检孔器按6m 制作，在孔深达到10m 后，每冲进2m 下放检孔器按要求检查钻进中和终孔的孔径。②通过检孔器检查时，其重点在于检查孔的中心位置、孔径、孔深、倾斜度、孔内沉淀层厚度，且要保持检查的及时性。如若在检查中发现各项技术指标在允许偏差范围外时，要予以及时有效处理。

（7）清孔。

本桥采用泥浆泵循环法清孔。开始清孔时，泥浆比重不得小于1.2。清孔时，泥浆泵出浆口在孔内上下提动时保持垂直，并在向下时不放到孔底，距孔底20～30cm，不破坏护壁泥皮，防止孔底透水。清孔时加长清孔时间，循环清孔时在泥浆槽加勤掏碴。清孔分两次进行，清孔达到孔底沉淀厚度符合标准，泥浆含量减少到符合要求为止。清孔结束后，尽快灌注混凝土，其间隔时间不能大于30min，超过时要重新测淤，二次清孔后的泥浆比重控制在小于或等于1.10，以确保孔壁稳定。

（8）下钢筋笼：①钢筋笼采用16t 汽车起重机吊入孔内，钢筋笼分段制作时，在孔口焊接。②定位钢筋设在钢筋骨架外侧，每隔2m 沿圆周等距离布置四根，以保证混凝土保护层均匀，保护层厚度5cm。③钢筋笼入孔时，要对准孔位并徐徐轻放，以此减少孔壁碰撞现象发生，下笼中遇阻不得强行下放、晃动，需要查明原因并在妥善解决后继续操作。④下好钢筋笼后，应拉好护筒定位的十字线，调整好钢筋笼的中心位置。

（9）混凝土的拌合。

混凝土标号符合设计要求，配合比设计时坍坍落度取18～22cm；混凝土从拌和楼拌制，混凝土搅拌罐车运输至灌注桩部位，经溜槽、漏斗和导管入仓。

（10）灌注水下混凝土。

在上述清孔和钢筋笼下好后应在30min 内进行浇筑混凝土，因孔内无法振捣，须采用自密实混凝土，如因其他原因推迟浇筑，后续浇筑应重新检、清孔的钢筋笼定位方可浇筑。混凝土灌注要连续进行，混凝土罐车运输时，合理安排运输间和灌注时间，使一车混凝土灌注完后与下一混凝土罐车混凝土时间间隔不得超过30min。注意掌握灌注混凝土时埋管深度情况，专人负责测量记录计算，控制拨管速度，防止导管拨出混凝土面。

（11）施工作业顺序。

钻孔施工顺序遵循以下原则：桩遵循相邻两孔施工原则，两孔中心距要维持在≥4d，或最少时间间隔不小于36h 的原则进行隔孔或跳孔施工。为便于施工尽可能减少搬迁时间和辅助时间。

2.2.2 人工挖孔灌注桩

（1）挖孔桩的开挖：①在开挖挖孔桩时，开挖线要结合设计桩径及护壁厚度等数据在地面放出，井圈第一节护壁要在向下挖深1m 处浇筑。井圈要高出地面，以20cm 为宜，且要做以加厚处理，10cm 最为适宜。在这一环节后，要将桩位纵横中心线测放到井圈上，并测出孔口控制高程，以此为后续挖掘工作中能够更好控制高程提供帮助，且要求第一井圈的中心线与设计轴线的偏差不得大于2cm。井圈高出地面的优势还在于，能够有效防止施工进程中地表水进入井内。②在浇筑钢筋混凝土护壁时，应使设计的配筋和混凝土强度得到保障。上下节护壁的搭接长度以大于50mm 为宜，每节护壁模板应于施工完成后养护24h 在拆除。当发现护壁存在蜂窝、漏水等问题使，要及时采取补强措施，以此避免事故发生。③在下一节井孔土方开挖操作前，要先找到井孔中心点，常用手段为用垂球在井口吊线。在找到中心点后，要在井孔底部打一短木桩，将桩中心投影到木桩顶上，以此为据开挖第二节护壁土方，同时施工单位要在开挖操作中对地质变化予以密切关注。④扩大头的施工，人工挖孔灌注桩的特点在于它下部扩大头的施工，扩大头的开挖深度深、直径大，所以在施工过程中，应该先监测土质是否已达到设计要求的持力层，经验证，土质确实以达到设计要求的承载力土层时，方可进行扩孔，扩孔时，要特别注意安全，并保证设计要求的深度和直径。在扩大头施工完毕后，为减少土层坍塌概率，就要求施工单位紧凑设计清渣、验收和浇筑混凝土工序。

（2）混凝土的浇筑：在成孔后，应马上开展混凝土浇筑施工。钢筋笼的加工、制作和安装与常规灌注桩施工相。但在混凝土浇筑环节，浇筑混凝土的落差高度超过2m 时，应使用串通，即下料要从桩的一侧操作，人工摊铺并振捣以保证密实性，并能保证浇筑的连续性，避免断桩发生；在有地下水时，可用导管进行水下混凝土浇筑。

（3）施工过程的难点与重点：①地下水问题。在人工挖孔灌注桩施工环节，地下水对于施工影响较大。为此当地下水位不大时，施工单位可采取单桩桩内抽水这一手段解决；当地下水位较大时，施工单位可采取多桩同时抽水法来降低地下水，以此解决施工难点；假如地下含水量丰富且桩设计深度不大时，施工单位可考虑在场地四面设置井点排水。②流沙层问题。在人工开挖孔灌注桩时，细砂、粉砂层地质极易在地下水作用下形成流砂，甚至会诱发井漏，进而发展成为更为严重质量问题及安全事故，因此施工单位要对流沙层这一问题采取有效解决措施。为此在问题较轻时，可采取缩短挖孔层深这一手段，将正常的1m 左右一段改为0.3～0.5m，并以随挖随检的手段检查随护壁；在问题严重时则可采用下这一常用手段，钢护筒与钢模板相似，以孔外径为直径，分为4～6 段圆弧。③淤泥质土层问题。当施工环节如遇淤泥质等软弱土层，常采用木模板做支档、缩短开挖深度、及时验收浇筑混凝土护壁等措施予以解决。④混凝土浇筑问题。人工挖孔灌注桩在混凝土浇筑时由于桩深较深，最深可达80m，孔径有限，因此混凝土浇灌时，存在难以操作，作业人员必须下孔内去振捣，危险性较大；当混凝土落差高度超过2m 以上时，必须加设串槽，孔内应增设安全照明及通风管道设施，确保作业人员生命安全。

3 结语

在钻孔灌注桩施工环节，常见有护筒冒水、孔壁坍陷、缩颈等问题，会影响到桩基质量，需要施工人员和质检人员以及监理人员加强责任心，加强每一环节的质量控制，严格按照规范验收；人工挖孔灌注桩施工中桩体直径、垂直度、混凝土浇筑质量均能得到有效保证，但挖孔过程中的人员安全风险较机械成孔要大，孔内作业的安全措施一定要到位，严格按照方案及时支护。选择何种方法施工，要根据地质条件、周围环境等因素确定。

在桥梁施工环节，管理人员要具备极强的管理意识，以此提升协调、统筹等工作效率，进而能够在施工中及时发现问题，并通过针对性的措施予以妥善处理。同时技术人员要具备极强的劳动技能，掌握并熟练运用桥梁各部位施工工艺，强化对施工关键环节及重要工序质量、施工过程等环节的控制力度，保证工程质量，确保施工安全。