钻孔灌注桩施工技术在码头工程项目中的应用

2022-10-28屈建刚

四川建材 2022年10期

屈建刚

(中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西西安 710068)

0 前言

港口码头对地基的质量提出较高的要求，即必须具有承载能力强的特点，否则易引发不均匀沉降等问题。通过钻孔灌注桩施工技术的应用，有利于建设稳定可靠的码头地基，但此项施工技术的应用要点较多，其应用水平将直接影响到工程质量，因此需要加强技术探讨，把握具体的应用要点，将施工技术落实到位。

1 工程概况

某工程码头全长628 m，总宽50 m，采用高桩梁板结构。于码头前平台纵向铺设2条轨距为30 m的轨道，码头排架间距8 m，每排榀架分别为9根直径1 000 mm的PHC管桩，长度59～60 m。立足于现场施工条件，结合工程质量要求，经技术可行性、质量可靠性等多角度分析后，选用钻孔灌注桩施工技术，以此保质保量完成桩体的建设工作。

2 钻孔灌注桩施工工艺

2.1 准备工作

为快速钻孔，先做好各项准备工作，包含测量放样、现场场地整理、根据工程要求制作护筒并埋设、泥浆制备、钻机就位、搭建稳定可靠的钻孔架等。

1)场地整理。从现场施工条件出发，采取针对性的场地整理措施。桩基设置在旱地时，先将该处的树根、杂草等杂物清理干净，安排夯实处理；对于在水中的钻孔灌注桩，为了便于施工，搭建可靠的施工平台。

2)护筒的制作和埋设。以3～5 mm厚的钢板为原材料制作钢护筒。为切实提高刚度，在护筒上、下和中部外侧焊一道加劲肋。相比于钻孔桩直径，护筒直径在该基础上适当增加25 cm。待钢护筒制作成型后将其埋设到位。精细化调整护筒的轴线，使其与预先标记的桩位中心对准，提高钢护筒所处位置的准确性；护筒周边和护筒底接触紧密；护筒倾斜度≤1%。

3)泥浆的制备。制浆前，先打碎黏土，尽可能使其均匀，以便更快速地搅拌成浆，得到优质的泥浆。黏土经过打碎处理后投入护筒内，启用冲击锥，用该装置制备泥浆，过程中需密切关注黏土的实际状态，待其搅拌成泥浆后开始钻孔。施工中可能存在多余的泥浆，此部分用管导入泥浆池内，暂时存放在该处，后续可根据需求补充孔内泥浆，此方式可有效提高泥浆的利用率。

4)钻机就位。钻锥中心对准已经测放的桩位，检测并判断两者的差值，必须确保对中误差不超过5 cm，否则需进一步调整。

2.2 钻孔工艺

2.2.1 冲击钻钻孔

冲击钻孔施工示意图如图1所示。

图1 冲击钻钻孔工艺示意图

2.2.2 开钻

1)正式钻进前，向护筒内掺入适量的黏土。若施工现场的地表土层偏疏松，为提高其稳定性，还需掺入适量的小片石，再注入泥浆和清水，借助钻头的冲击作用将掺入的材料挤向孔壁，起到加固的作用。冲击振动的扰动作用较强，可能会导致邻孔已灌注的混凝土出现异常(例如无法正常凝固)，为此应合理调整施工时间，待邻孔混凝土达到特定的强度要求后方可钻孔。首先以小冲程的方式钻孔，加强检查，待孔底在护筒脚下3～4 m位置时，若现场条件允许可适当增加冲程。

2)钻机需平稳运行，为此提前对钻机就位区域做整平、夯实处理，以免因地基层面的问题而导致钻机异常运行(倾斜、下陷等)。钻机精准就位且必须有足够的稳定性，不允许在钻孔期间出现移位现象。钻孔时，及时检查钢丝绳的回弹情况，勤松动、少量松绳；严格控制孔内泥浆液面，要求其始终在护筒脚以上0.5 m或更高的部位，否则将由于泥浆面荡漾而损伤护筒脚孔壁，但不可随意增加孔内泥浆液面的高度，即需要比护筒顶面低0.3 m，否则将由于泥浆量过多而溢出。

2.2.3 抽渣

适时向孔内补浆或补水，例如在抽渣后随即冲击投放黏土，但严格控制好投放量，单次不可过多，否则会出现粘结现象。抽碴筒到达孔底后，于该处做多次的上、下提放操作，尽可能将钻渣清理出孔。此外，钻头刃口在钻井期间有持续性磨损的情况，为保证钻孔效果，每班开钻前均检查钻头直径，要求直径磨耗量≤1.5 cm，否则需修补，必要时换新。

2.3 回转钻钻孔工艺

1)初钻。泥浆泵和转盘空转一段时间，在此期间输入适量的泥浆，此后方可正式钻进。在不影响钻孔质量的前提下，接、卸钻杆动作需迅速，避免停钻时间过长，否则有明显的孔底沉淀现象。

2)钻进要点。钻进初期加强对进尺的控制，且尤为关键的是在护筒刃脚处需适当放慢速度，目的在于使该处形成稳定的泥皮，起到护壁的作用。钻至刃脚下1 m位置时，若确认无异常状况可按正常速度钻进。钻进期间由于护筒土质松软而漏浆时，适当向上提起钻锥，向其中倒入黏土，经过此处理后下钻锥倒转，通过钻锥的运转将胶泥挤入漏浆部位，起到封堵的作用。此外，钻进进尺2～3 m，过程中要及时检查钻孔的垂直度和直径，根据实测结果采取针对性的调整措施，保证钻孔精度。

3)钻孔检查及清孔。钻孔后及时检查成孔质量，通过孔深、直径、倾斜度几项指标做系统性的判断，其中倾斜度不可超过1%，其他指标的实测结果均要与设计要求一致。经过成孔检查后，清理钻孔期间堆积在孔内的石碴、泥浆，以便钢筋笼下放等后续工作的顺利进行[1]。

2.4 钢筋笼的制作和吊装

1)材料的选取。以设计图纸要求为准，挑选合适规格的钢筋，保证其种类、型号、表观形态等方面均满足要求。此外，Ⅰ级、Ⅱ级钢筋的力学性能均要符合相关规定，以免因钢筋力学性能不足而影响钢筋笼的整体质量。

2)钢筋笼的制作。钢筋笼制作时涉及调直、除锈、弯折等相关操作，均要严格依据设计图纸操作。钢筋笼的主筋尽可能保持整根，若由于长度需要采取对接措施时，优先选用搭接焊接头，搭接长度至少为5d(d为钢筋直径)，以保证搭接的稳定性。成品钢筋笼应具有顺直性，此外诸如直径、箍筋间距等各项指标均要得到有效控制，误差不可超过许可范围。

3)钢筋笼的吊装。钢筋笼外设置混凝土保护层，其厚度控制至关重要，为保证厚度的合理性，分别在上下端及中间区域按照2 m的间距设钢筋“耳环”(统一布设在横截面上)。吊装前，先用探孔器检测钻孔，判断实测结果与设计钻孔直径是否保持一致。若检测过程中发现钻孔内有不利于钢筋笼安装的障碍物，及时将其清理干净。

待各项准备工作均完成后，吊装钢筋笼，使该装置对准孔位，以缓慢的速度向下放置。下放期间遇障碍物时，采取慢起慢落的方法，或适当做正反旋转处理，若经过前述操作后仍无法取得良好的效果(钢筋笼难以正常下放)，则暂停下落，分析原因并处理。禁止强制性下放，否则会损伤钢筋笼，孔壁也易失稳。钢筋笼入孔后呈悬吊状态，需具有足够的稳定性，容许偏差不超过5 cm。

2.5 混凝土灌注施工

2.5.1 混凝土的材料要求及相关装置的制作

1)混凝土由砂石、水泥、水等材料组成，要求其级配足够合理，严格控制最大颗粒尺寸，不可偏大。此外，集料中的杂物含量也需要满足要求，否则需安排清洗和过筛处理，剔除其中的杂质，以免影响集料的正常使用。

2)混凝土灌注施工中采用到导管、漏斗、储料斗，各自均是重要的辅助装置。导管以3 mm厚的钢板为原材料，经卷制后制作成型，直径≥250 mm，具体根据桩长、桩径、灌注速度而定。导管由多个节段组成，以便快速完成各节段的搬运和拆装作业，中间节长度约为2 m，下端节可适当增加，例如4～6 m，在漏斗下方配备长度约为1 m的上端节导管。中间节法兰两端以焊接的方式稳定设置厚度为10～12 mm的法兰，以便螺栓互相连接。在一端法兰附近焊接一对小吊耳，备栓挂钢丝绳用，取4～5 mm厚的橡胶垫圈垫在上下两节法兰间。

漏斗呈圆锥形，用2～3 mm厚的钢板制作成型，在距漏斗上口15 cm的外面两侧对称焊吊环。锥形漏斗插入导管的深度通常为15 cm，具体视实际情况灵活调整。储料斗的原材料为3 mm厚钢板和加劲肋，出口设闸门，底部制作成斜坡状，在料斗出口下方设活动溜槽。

2.5.2 混凝土的拌和

钻孔灌注桩施工中，混凝土是重要的材料，在其质量控制中配合比的设计至关重要。其中，坍落度以18～22 cm为宜；骨料粒径为0.5～3 cm，材料可选择机制碎石；水灰比控制在0.5～0.6；在取用水泥时，实配标高比设计标号高10%～15%。在确定具体的配合比后，精准称量适量优质的原材料，然后按特定的顺序掺入并充分搅拌。为保证混凝土的均匀性，要求搅拌时间不小于2～2.5 min；下盘材料装入前，必须确保已经存在于搅拌机内的拌和料完全卸出。由于某些原因导致搅拌机停用时间达到30 min以上时，需要先清理搅拌机，在此前提下方可继续拌和。

2.5.3 混凝土灌注

遵循连续作业的原则，尽可能缩短每斗混凝土灌注的间隔时间[2]；合理协调，力争导管的拆除时间不超过15 min；混凝土灌注时及时检测混凝土面的高度，根据实际情况适时拆除或提升导管，全程导管埋深以2～4 m为宜，最大不超过6 m。

钻孔灌注桩混凝土施工中，需注意：①及时检测并合理控制导管下端的位置，要求其距离桩底0.3～0.4 m；②严格控制导管埋入混凝土的深度，全程均要≥1.0 m；③水下混凝土灌注施工中，以桩顶设计标高为参照基准，要求实际桩顶标高略大于该值0.5 m；④合理选择优质的导管并在混凝土灌注期间加强防护，以免因导管漏水导致断桩。

2.6 清理桩头

桩头混凝土强度达到设计值的25%时，根据计划由专员将护筒拆除，确定桩头多余的混凝土并将其凿除干净。为了保证桩头质量，宜采取手工凿除的方法，精细化施工，确保处理后的桩体达到设计标高要求。

3 成桩质量控制

1)原材料进场时，详细检验出厂合格证、化验报告等相关资料，若实际情况与资料不符，随即取样复查，禁止任何不达标的材料被投入工程施工中。

2)导管灌注是应用较为广泛的钻孔灌注水下混凝土施工方法，其应用效果较好。但从实际施工情况来看，混凝土仍有可能离析，为此需注重对配合比的优化，从源头上规避离析问题。实际施工中密切关注水泥品种、砂石料的规格及其含水率，根据实际情况对配合比做动态化的调整，确保每根桩的配合比均满足要求。在正式拌和前还需复核配合比，严格计量和测试管理，制备试件，做好信息的记录工作。

3)为避免断桩、堵管等质量问题，需加强对拌和时间、坍落度的控制。从拌和时间的角度来看，若偏短会影响混凝土的强度，坍落度控制在18～20 cm较为合适，同时灌注期间密切关注混凝土面的标高，适当向上拔起导管，保证导管的埋入深度达到要求。通常，导管在混凝土中的埋深以2～4 m为宜，禁止将导管底端完全拔出混凝土面。随着灌注进程的推进，距离桩顶标高8～10 m时，在原坍落度的基础上适当调整，减小至12～16 cm，保证桩身上部的施工质量(有足够的抗压强度)。施工时，抽动导管使混凝土面上升的力度应适中，升降幅度不可过大，否则会导致混凝土体冲刷孔壁，进而诱发孔壁下坠、桩身夹泥等质量问题[3]。每灌注2 m3时，测定一次混凝土面上升高度，根据实测结果展开计算，明确各段桩体的充盈系数，根据规定该值需在1以上。