桥梁桩基工程钻孔灌注桩施工及其控制研究

2022-08-19曾昭鉴

运输经理世界 2022年8期

曾昭鉴

（龙岩交通建设集团有限公司，福建龙岩 364000）

0 引言

桩基础是桥梁工程中最为常见的基础结构形式，桩基础施工方式具有操作简洁、施工周期较短且技术较为成熟等优势，目前在桥梁工程中的应用较广。钻孔灌注桩施工技术是桩基工程中常用的技术之一。钻孔灌注桩技术在施工过程中会受到周边地质条件、地形地貌状况、施工设备等诸多因素的影响，钻孔过程中便不可避免地会出现断桩或桩身倾斜等问题。为了有效避免钻孔灌注桩施工技术在应用过程中出现质量问题，施工团队应该对钻孔灌注桩施工技术要点进行进一步的探讨，结合实际施工条件，对施工方案进行灵活调整，同时不断积累施工经验，进而有效保证桩基工程的整体施工质量。

1 工程概况

该工程涉及的东坑大桥左幅全长140m，右幅全长129.5m，上跨原省道203 以及小河沟。桥梁的左幅中心桩号为K4+452.5，右幅的中心桩号为K4+461.5。施工过程中采用的桥墩结构为柱式墩结构，其余墩台采用的是桩基础结构。施工区域地质调查情况显示，该公路桥梁的施工位置主要位于河床谷地，周边的地基结构主要为卵石层、微风化岩层结构，且普遍距离地表的深度较浅，该地区的降水量受季节变化的影响较大，加之水位变化受降水量的影响较大，存在水位暴涨暴跌的特征。在干旱季节，该地区的河流水位较低，但在雨水季节，该地区的河流水位就会暴涨。

2 桥梁桩基工程中钻孔灌注桩技术的施工流程

2.1 护筒的设置

在施工正式开始之前需要用挖掘机对施工场地进行平整处理。在钻孔之前需要将护筒埋设到提前设定好的桩位中，护筒采用δ=6mm 厚钢板焊制，其直径比桩径大200mm。为保证护筒埋设质量，需要先挖坑再埋设，且需要将护筒底部与周边区域的填土逐层夯实。除此之外，护筒埋设的深度也要控制在合理范围内。深度的设置需要根据周边的地质条件以及地下河流的状况来确定。通常情况下，深度要高于2m 但不超过4m，且应高出地面0.3m，至少高出地下水位线1m。特殊情况下，在保证钻孔灌注桩顺利施工的前提下，可以适当加深护筒埋设深度。埋设时需注意，在连接部位不允许出现突出物。

2.2 泥浆的调制和选择

泥浆材料制备过程中，需要先准备充足的黏土，根据施工需求，少量多次地进行配比试验。泥浆的原材料大多为黏土，最终制成的材料胶体率应该超过95%，配比过程中还应该控制内部含砂率，整体的酸碱性及含水量，保证泥浆材料能够满足钻孔灌注桩施工要求。

2.3 钻孔

钻孔是十分关键的施工环节，该环节的施工质量不仅与工程进度息息相关，对最终结构的稳定性也有重要影响。钻孔力度控制不当或速度控制不当，都有可能造成坍塌或报废的问题。为了避免无效施工，可通过科学合理的保存方式，将预先制备成功的泥浆置于施工现场附近备用，充分发挥泥浆对孔壁的保护作用价值。施工过程中，必须保证泥浆的准备量充足，可以根据施工条件以及钻孔需求等，在泥浆中适当添加碳酸钠等物质，以提升泥浆的黏稠度，加大对周边孔壁的保护力度，还可以根据施工场地的条件灵活调整泥浆配比，有效保证钻孔质量。钻孔施工中，为确保最终的成孔质量，应遵循以下几项钻孔原则。

第一，在成孔过程中通过泥浆保护孔壁并排出土渣，这样能加大摩擦力，降低机械设备对孔壁的冲击影响。

第二，在持续施工过程中，需要控制护筒内的水位，水位要始终高于地下水位一定的高度，但不能超过护筒的顶端，在清除杂质之后，为避免水分流失，还应该及时补充泥浆。

第三，在不同类型的地质条件下进行冲击成孔时，应结合不同地质的特性，合理控制冲击强度与泥浆的黏稠度。如砂层区域的整体结构较为疏松，应该选择较小的冲击力度进行反复冲击，以加强对孔壁的保护，保证施工质量。如果是在硬质的地层中进行冲击成孔，可以通过判断冲击后石子碎粒的直径来调整泥浆的黏稠度，如果冲击过后，石子碎颗粒的直径较小，说明冲击力过大，泥浆的黏稠度不足，需要进一步控制冲击力度、调整泥浆的黏稠度。

第四，在冲击成孔过程中，作业人员应根据实际钻进进度调整主钢丝绳的长度，使钢丝绳在冲击过程中始终处于绷紧的状态；并注意控制钢丝绳的放进速度及放进量，避免钢丝绳过于松弛或过度紧绷，导致钻孔位置偏移或其他问题。

第五，即使是在良好的施工条件下，最大冲程也要控制在6m 之内，为了准确把控冲程，可以在钢丝绳上记录长度标志。

2.4 成孔与终孔

第一，应该根据记录情况灵活控制钻孔进度。记录的指标包括钻孔时间、高程位置、进尺状况等。

第二，每次钻进一段距离后，如果该地段的地层结构变动较大，应该对石渣碎粒的形态进行记录，通过这些颗粒判断该地段的土质状况。

第三，完成钻孔之后，一般需要进行孔径、孔深、垂直度检测。检测时需要配备专门的检孔仪器，也可以根据施工经验自行制作检孔仪器，可用废弃的钢筋材料焊接成检孔仪器，需要将检孔仪器的外径与钢筋笼的外径进行对比，通常情况下，检孔仪器的外径等于钢筋笼外径+100mm。检测过程中，需要借助移动机械设备，将检孔仪器慢慢放入孔洞内并沉入底部，这样所得到的各项结果才是精准的。通过检测，确保孔深达到设计深度，即可停止钻孔施工。

2.5 清孔

在钻孔过程中，在冲击力作用下所产生的碎渣会有一部分沉入孔底，另外一部分体质较轻的则会悬浮在液体表面，还有部分碎渣会黏附在孔壁上。随着时间的推移，这些碎渣在吸收水分后自身质量加重将会持续下沉，会在孔底形成堆积。因此，在灌注混凝土之前，必须将这些堆积物质清理干净。通常情况下都是采用二次清孔法，钻孔质量经检验合格后，需要立即进行第一次清孔，清孔之后需要下放钢筋笼，如沉渣厚度超过规定值，就必须再次进行清孔。在施工过程中，需要采用换水的方式进行持续清孔，通过抽水泵的作用力持续向内注入质地较稀的泥浆，将孔内原本黏稠的泥浆全部置换完毕后，清孔工作才能结束。

2.6 加工、安放钢筋笼

由于钢筋笼的自重较大，因此需要通过大型的起吊装置以及机塔架等设备辅助施工。如果出现超长或超重钢筋笼无法同批次运输的问题，可以考虑通过分段运输的方式吊运钢筋笼。到达运输地点后，按照钢筋笼原本的组装方式，对分段部位进行二次焊接。分段长度应根据钢筋笼的整体刚度、钢筋长度以及起重设备的有效高度等因素确定，在运输过程中，应将分段钢筋笼固定，防止其在运输过程中移动，确保运输过程的安全性。

为了防止钢筋笼内部的十字支撑架出现位置偏移问题，还应该在吊装之前从内侧捆绑与钢筋笼等长的钢管。正式吊装之前，还需要对钢筋笼的骨架结构以及稳定性进行检查，确保钢筋笼的规格、骨架结构及稳定性满足质量要求。钢筋笼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。同时，由于钢筋笼的安装位置与整体结构的稳定性相关，因此必须保证安装位置精准。由于桩孔的直径较小，且成孔之后容易受到外力的影响，导致成孔的角度与基准角度之间存在度数差，因此钢筋笼吊放施工通常会占据较长的施工周期，很容易拖慢整体施工进度。考虑到这一问题，在安装钢筋笼前必须对孔径、孔深、孔型及沉渣厚度进行检查，确认合格后方可吊装钢筋笼，吊放钢筋笼时要对准孔位，垂直轻放，慢放入孔，并采取相应的加固措施，有效避免钢筋笼位置偏移。如果在施工过程中采用的是焊接方式进行钢筋笼接头，在正式焊接施工之前需要将接头的顶部向焊接变形的相反方向偏折，以免焊接部位在吊装过程中出现弯折或折断的问题。

2.7 灌注水下混凝土

灌注工作开始后，需要保证灌注的连续性，并采用探测仪器实时检测孔洞内部的混凝土面的位置（高度），根据探测数据灵活调整导管的深度，尽可能以最高的效率拆除导管，避免中间间隔过长影响灌注质量。通常情况下，导管埋设的深度需要超过2m，并控制在6m 内。灌注过程中，需要始终探测孔内的水位高度，为避免钢筋笼在浮力作用下不断上移，当灌注的混凝土顶面距钢筋笼底部的距离小于1m 时，应该立刻放缓灌注速度。当混凝土拌和物上升到钢筋笼底口4m 以上时，应适当调整导管位置，调整完成后，可以将灌注速度调整为正常速度。为了保证灌注桩的施工质量，通常情况下，灌注桩的桩顶标高应该比设计的桩顶标高高出1m 左右，多余的部分需要在连接之前完全凿除，也就是砍桩头。在灌注施工快结束时，应核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的灌注高度是否正确。若发现混凝土的灌入量少于或多于计算量，要及时向上反映并查明原因。需要注意的是，灌注施工采用的为普通的硅酸盐水泥材料，等级强度以及坍落度必须符合标准规范和设计要求，其中所配置的粗骨料也有所要求，通常情况下为直径小于40mm 的碎石材料，而内部的细骨料为河砂，水灰比也需要控制在0.55 左右。

2.8 泥浆的排放

需要通过集中收集和运输的方式排放泥浆，当泥浆沉淀距离地面标高1.5m 左右时，就需要利用挖掘机等设备，将废弃泥浆收集并转运到指定地点。

3 桥梁桩基钻孔灌注桩技术的质量控制措施

3.1 防止桩位偏移的保护措施

做好地面平整、压实等准备工作，为后续的桩位固定提供便利。尤其是在软土地段，应该通过换填硬土的方式加固地基，确保后期施工过程中的稳定性。除此之外，需要采用专业的仪器测量灌注桩的中心位置，并设置不同的节点，对该位置的施工稳定性进行试验。为保证灌注桩的稳定性，可以通过设置十字护桩的方式对其进行稳固。十字护桩的设置数量不得低于两个。施工人员还需要定期检测保护桩，及时排查是否存在偏移或其他细节问题，一旦发现位置偏移应及时采取妥善方式进行处理。在钻孔正式开始之前，还应检测中轴线的位置情况，在监理人员确认参数合格后，才能进行钻孔操作。如果施工过程中发现钻杆与中轴线的位置差距过大，应及时排查原因，调整钻杆位置。为避免位置偏移问题，可在放线定位完成后立即进行标注并尽快施工，避免因外力作用影响而导致位置偏移。

3.2 避免出现坍塌问题的质量控制措施

在钻孔过程中，为了确保周边结构的稳定性，防止坍塌现象，必须选择质量达标的护壁泥浆，制备的护壁泥浆黏度以及密度应该满足设计标准和实际施工要求。除此之外，护筒的埋设深度以及埋设牢固性也必须有保障，护筒的底部与周边应回填黏土并夯实，避免施工过程中外部的水体渗入孔内。钻孔过程中，必须通过相应装置，加强护筒与封底结构间的作用力，避免护筒被冲击力破坏。如果在松散的黏土层进行钻孔工作，应该合理控制钻孔速度，避免钻孔速度过快而引发孔位坍塌问题。

3.3 混凝土灌注质量的保障措施

第一，要保证孔内的泥浆性能满足施工指标，确保试验结果满足工程规范要求，且需要经过工程监理签字同意后，才能够进行混凝土灌注施工。

第二，正式灌注施工开始之前，还应该对导管进行压力试验，导管接口的紧密性达标才能进行施工。

第三，在灌注过程中，应该安排专门的记录人员随时测量孔深，并掌握混凝土在灌注管道内部的上升高度和速度。并且，在混凝土灌注施工过程中，必须确保灌注的连贯性，在混凝土发生初凝之前，应该结束第一批次的混凝土施工。混凝土的灌注高度应该高于设计顶的标高，通常情况下，可以高出80～100m，然后再拆除导管，并清除导管内部的泥浆及其他杂质。