钻孔灌注桩技术在路桥施工中的应用分析

2022-08-19杨渊

运输经理世界 2022年8期

杨渊

（秭归县公路管理局，湖北宜昌 443600）

0 引言

近年来，在国家社会经济高速发展的背景下，作为基础建设领域的重要建筑类型，路桥工程的建设数量不断增加。钻孔灌注桩技术是目前应用于路桥建设领域的重要技术，其具有施工工序简单、操作便捷、适应能力强、施工成本不高等优势。要保证桩基础施工质量，采用该技术施工时必须严格执行施工工艺标准、把握施工要点。

1 钻孔灌注桩技术概述

钻孔灌注桩技术主要是指，通过机械设备钻孔、钢管挤土或者人力挖掘等方式形成桩孔，之后在桩孔中下放钢筋笼、灌注混凝土形成桩体的施工技术。目前，该技术分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等不同的成孔施工方式。与传统的沉入桩施工相比，钻孔灌注桩施工不需要使用锤击法施工，现场施工产生的噪声和震动较小，对周围环境的影响不大。该技术在不同地基结构上都可应用，能建造直径较大的桩体，比预制桩的应用范围更广泛。但钻孔灌注桩的现场施工工序比较多，成孔速度不快，施工时间较长，钻孔产生的泥渣存在污染环境的风险，因此在施工过程中需要做好施工管理工作。此外，由于采用混凝土浇筑的方式进行桩体施工，因此要保证混凝土材料的质量，以免材料质量不达标影响桩体的承重性能。

2 钻孔灌注桩施工管理要点

为保证钻孔灌注桩的施工质量，必须强化现场施工管理，从施工细节入手，减少安全生产风险，提高现场安全管理、施工管理的有效性。要在正式钻孔之前，对相关设备进行全面的检查，重点检查卷扬机、泥浆泵、水泵、滑车等电气设备是否能正常工作，还要对设备的润滑部位进行检查，经检查合格才能正式启动。若采用液压电动正反循环式钻机，需要注意检查钻机的润滑油、液压油等油路是否通畅，为钻机注满油料之后，要检查关闭口的严密性。此外，在钻机的皮带等转动部位要设立防护罩，保证设备运作中的安全性；所使用的电力线路都要具备防水性能。

进行钻孔灌注桩施工时，现场钻机作业必须由具备操作资格和上岗证的人员负责，避免闲人进入操作室，操作人员当班时不能擅自脱岗。更换钻机钻杆、钻头时要快速操作，并检查连接部位的牢固性。做好孔洞的加盖防护，避免工具、杂物掉落到钻孔孔洞中。需要冲击钻孔施工时，选用钻椎、钢丝绳和卷扬机等合适的配套设备，保证现场施工的安全系数，并及时检查钢丝绳的损坏情况，如果断丝超过5%，必须及时更换钢丝绳，以充分保证安全生产。在钻孔施工过程中，遇到生产故障需及时排查，禁止施工人员擅自下到钻孔内进行故障排查，若确实需要下钻孔内进行故障排查，必须增设护筒等防护设施，并安排具备丰富经验的专业人员下钻孔内故障排查与处理。

钻孔过程中使用的泥浆要符合环境保护要求，同时要使用泥浆循环净化系统，减少对周围环境的影响。钻机停钻时，不能将钻头停放在钻孔内，必须将钻头提出孔外，放置在专业钻架上。在钻孔过程中，要指定专业的技术人员实时观察钻孔内的水位高度、泥浆稠度等指标，避免发生坍孔事故。吊装钢筋笼时，注意根据钢筋笼的大小和起吊高度等数据设置扁担梁，并由专人在现场指挥吊装，且要避免吊装范围内存在电线等障碍物。进行水下混凝土灌注时，必须搭设灌注作业平台，选用配套的提升设备和混凝土灌注导管等，确保现场施工安全后才能正式组织后续施工。进行灌注施工时，如果需要夜间施工，必须保证交通、照明、用电等各方面的安全性，并要求有管理人员在施工现场监督，确保夜间作业生产。

3 钻孔灌注桩施工工艺和技术要点

3.1 钻孔灌注桩施工工艺

一是打桩基阶段。国内路桥施工中常见的成孔方式是利用机械设备钻孔。如果设备在钻孔中遇到硬度较高的岩层，不能强行推进作业，需要采用相应的措施打通岩层后，再推进钻孔作业，避免损坏钻孔机械设备。成孔后，需要由专业技术人员测量每个桩基成孔数据，比对设计要求，在桩基周围设置和桩基大小相匹配的护栏，同时做好排渣及清理工作。需要注意的是，在岩层开挖施工中，遇到强度较高的阻碍岩层时，如果采用爆破作业方法进行处理，一定要结合岩层的厚度、倾角等数据制定爆破方案，还要在正式爆破作业之前进行试验，避免爆破作业时威力过大，破坏成孔的孔壁和尺寸。如果桩底的岩层倾斜角度过大，要对桩底进行打磨作业，将桩位的倾斜率控制在允许范围。

二是桩基清渣阶段。在桩基成孔施工完成后，一般要对照设计要求，多挖出30cm 左右的高度，以防止施工作业的深度不足。进行桩孔底部清渣时，可采用抽浆法、换浆法等，将底部的钻渣、淤泥等清理干净，保证孔底和桩底紧固连接。

三是安装钢筋笼。在成孔施工、排渣作业完成后，要根据实际的成孔尺寸，制作钢筋笼。钢筋笼基本结构成型后，采用吊车设备将其运输、吊装至现场进行焊接施工，一般先进行单面焊接，再逐步对钢筋笼结构内部的连接部位进行焊接处理，保证焊接表面平整，不可存在凹陷或焊瘤。

四是混凝土灌注。如果成孔内部的地下水上升速度过快，达到6mm/min 以上时，应视为水下桩，采取水下混凝土灌注工艺。进行混凝土灌注时，孔内的水位至少应与孔外地下水水位同高，如果成孔孔壁的岩层土质强度不够，容易出现坍塌问题时，一定要保证成孔内的水位高出孔外的地下水水位1～1.5m。

3.2 钻孔灌注桩施工技术要点

一是要注意混凝土泥浆的材料选配。进行混凝土的原材料选配时，要求混凝土中的含泥量小于2%，这样才能保证混凝土泥浆具有良好的流动性，不会出现堵管问题。混凝土灌注后的初凝时间为3～5h。这个时间比较适合孔深比较浅、直径比较小的钻孔灌注桩施工。在灌注时间较长的深桩灌注施工中，需要在混凝土泥浆中添加缓凝剂，将混凝土的初凝时间延长到8h 以上。为保证混凝土泥浆的流动性和保水性，需要严格控制水泥、砂石的配比。在进行砂石、水泥等混凝土原材料的搅拌时，一次性加入原材料进行拌和操作，其间严格控制拌和时间，保证拌和均匀，保证混凝土泥浆质量，进而保证浇筑桩质量。二是要注意控制钻孔打桩的施工顺序。常见的钻孔灌注桩打桩施工顺序为：其一，由一侧向单一方面打；其二，从中间开始，向四周的各个方向打桩；其三，从中间开始，向两个相对的方向进行对称式打桩。由于打桩的施工先后顺序会直接对打桩的速度、桩基成型质量等带来影响，因此要注意对打桩方向的设计。确定打桩方式时，要统筹钻孔周围地基土壤的地质指标数据、桩间距情况、打桩机性能和工期要求等，综合分析后再确定打桩的顺序。

4 钻孔灌注桩技术在路桥工程中的应用

路桥工程的基础在于桩基，如果桩基施工质量不合格，就可能导致坍桥等严重的安全事故。因此，在桩基施工中采用钻孔灌注技术施工时，要严格执行技术标准与施工工序，控制好每个施工环节的质量，以有效保证钻孔灌注桩的整体施工质量，保证路桥项目施工质量合格。该技术的施工工艺流程如下。

4.1 施工准备阶段

第一，在正式开始钻孔灌注桩施工之前，要彻底清理施工现场的各种垃圾和杂物，保证施工现场干净、整洁，并对地面进行一定的平整处理，保证地面无坑洼。第二，布设好现场施工区域，设定专门的材料堆放保管区域，严格执行材料管理制度，保证材料的质量，同时做好对材料的质量抽检工作。第三，在钻机安装过程中，综合考虑施工区域的地质条件、地下水情况等因素，为需要设置扶正器的钻机设置相关的辅助区域，保证钻孔机在工作中始终保持90的角度，位置误差控制在2cm 范围内。

4.2 埋设孔壁护筒

开展钻孔工作之前，为保证孔壁的稳定和牢固，避免孔壁在外力作用下出现坍塌，便于后续顺利施工作业，要开展孔壁护筒埋设施工。埋设孔壁护筒能保证孔深在一定数值之后，不会因为地下水的静水压力导致孔壁土陷入孔内部。孔壁护筒按材质可分为木护筒、钢护筒和钢筋混凝土护筒等。无论采用何种材质的护筒，在埋设前都要对其质量进行检查，保证护筒的坚固性及密封性，且孔壁的内径要大于钻孔的直径，埋设时要保证垂直安装，不能出现倾斜、偏移的情况，以有效隔绝地表水。一般护筒的埋设深度不小于1.5m，顶端要超出地表30cm 左右，并设置溢浆口。护筒的中心要和桩基础中心处于同一位置，以提高钻孔施工的精度，避免钻孔位置出现偏差。

4.3 泥浆制备

采用冲击钻孔、冲抓钻孔和回转钻削成孔等方法时，可采用泥浆护壁施工工艺。制备泥浆时，要结合钻孔设计的需要，制定科学的水土配比，可添加高质量膨胀土，这样能更好地保证泥浆的质量。制备过程中，要控制泥浆的浓度，浓度以适合钻孔顺利推进为适宜，这样不仅能润滑钻头，便于钻孔，还能发挥护壁的作用。

4.4 钻孔与清孔

在灌注桩钻孔施工中，要合理、科学地设计钻孔施工的各个环节，按照钻孔设计的注意事项进行现场施工，这样才能有效提高施工效率。钻孔的深度、孔径和质量都要满足设计要求，不然后续施工无法顺利进行。在钻孔之前，必须进行钻机的校准和调整，保证钻机的稳定运行。在钻孔钻进的初期，要控制好钻机的速度和方向，以均匀的动力增加钻进的冲程。在钻孔过程中还要记录好钻进数据，及时根据钻进的实际情况进行调整，保证顺利钻进。每钻进3m 就要对钻机进行垂直度检查，检查基座偏移情况，发现偏斜及时调整，避免钻进方向出现偏移。钻孔深度达到设计标高后，应对孔深、孔径等进行检查，符合成孔质量标准后方可进行清孔。可采用换浆、抽浆、掏渣等方法进行清孔。清孔排渣时，严禁用加深钻孔深度的方法代替清孔。

4.5 钢筋笼施工

完成清孔之后，要进行钢筋笼制作。制作钢筋笼时，要设置专门的钢筋笼加工制作平台，需保证加工场地和制作平台平整。在进行钢筋笼施工时，要注意在箍筋上套上混凝土预制块，将竖向间距控制在2m左右，横向设置4 处以上，以增加钢筋笼保护层的厚度。在钢筋笼安装过程中，要严格控制安装的倾斜角度，避免钢筋笼安装时出现松动、摆动和倾斜等问题，导致钢筋笼和孔壁相撞损坏孔壁。

4.6 灌注混凝土

在钻孔灌注桩施工中，混凝土浇筑施工对桩基质量有直接影响。因此，要格外注重该环节的施工质量。必须按照设计方案要求，确定混凝土的配合比，控制好混凝土的初凝时间，并保证混凝土的强度等级在42MPa 以上。同时，混凝土拌和物的和易性能要达标，以免混凝土在运输中出现离析、泌水等问题。在混凝土灌注过程中，混凝土要始终保持良好的流动状态，坍落度应保证在18～22cm 范围。导管法在进行水下混凝土灌注施工中较为常见，采用导管法时，必须使用闭水性能合格的导管，在混凝土灌注过程中，需要保证灌注作业的连续性，一次性完成。在混凝土灌注过程中，为避免钢筋笼上浮，要在混凝土顶面距离钢筋笼底部1m 左右的施工区域开始减缓灌注速度，以持续稳定的速度进行灌注，在混凝土灌注超过钢筋笼底部4m 后，才能逐步提高灌注速度。

5 钻孔灌注桩施工中应着重关注的事项

5.1 断桩情况

在钻孔灌注桩施工区域处于地面下不同硬度地层的交接区域时，经常会出现断桩的情况，一般表现为贯穿全截面的水平向裂缝。造成此类问题的原因有：桩间距过小，一个桩打桩过程中产生的挤压力会对邻近的桩体产生影响；钻孔遇到不同硬度的土层时，因为土层传递和吸收打桩作用力的能力不同，会导致桩体受到的影响不同；灌注桩的混凝土终凝时间不够，桩体的抗挤压能力不强，承受不了太大的外力等。想要有效避免断桩问题，就要在设计中加大桩间距，避免相邻桩相互影响。发生断桩后，要及时拔出桩柱体，对桩孔进行清理之后，利用钢筋加固法进行连接，再重新灌注混凝土。

5.2 吊脚桩情况

吊脚桩是指桩底部的混凝土悬空或混进了泥沙形成松软层。主要原因是灌注桩的桩底强度不足，在沉管作业中因外力作用而出现变形等被破坏的情况，导致泥沙混入混凝土，进入桩管。在施工过程中出现吊脚桩问题，必须及时拔出纠正，并将桩孔填砂后重打。在灌注桩施工中，如果地下水位偏高，进行沉管作业时要加注1m 的混凝土来增加灌注压力，从而避免出现吊脚桩问题。

5.3 作业误差情况

钻孔灌注桩施工中，钻孔是十分重要的作业环节。在钻孔施工中一定要注意控制钻机的速度和方向，避免钻孔位置出现偏差，避免钻机卡钻后钻进不顺畅以及桩体出现混凝土灌注不连续等问题。只有减少每个环节的施工误差，才能有效保证整体施工的精度。钻孔遇到坚硬石层产生卡钻时，可采用水下爆破法进行石层破碎。若钻机出现机械故障，导致钻头长时间停留在泥浆中，要及时插入高压水管置换泥浆。