桥梁水下钻孔灌注桩施工技术研究与应用

2023-01-10刘方李云浩

工程建设与设计 2022年17期

刘方，李云浩

（济南城建集团有限公司，济南 250031）

1 引言

在进行水下钻孔灌注桩施工时，由于水下环境的复杂性、施工条件等诸多因素的制约和影响，会增加施工难度，从而影响工程质量[1]。因此，在实际施工中，技术人员要具有丰富的实践经验和专业的施工技术，并结合工程的实际情况分析应该采取什么样的施工技术方式，才能确保钻孔施工各环节实现有效衔接，从而提升灌注桩施工的效率，确保工程质量达标。

2 钻孔灌注桩施工技术的优势

2.1 抗震和承载力优良

钻孔灌注桩法是一种能使桥面结构和基础之间达到较好的结合，提高基础稳定性的方法。通过加固地基，并与桥面上部基础进行组合，可以增强桥面上部结构的承载力，提高整体的抗震能力。

2.2 操作简便、成本低

随着施工技术的进步，钻孔灌注桩的施工工艺日趋成熟，在桥梁工程中得到了广泛的应用。合理配置施工人员、材料和机械设备，既能确保施工质量，又能降低造价。该技术具有操作简便、易于掌握的特点，可以加速施工，保证项目的按时完成。

3 钻孔灌注桩法施工技术要点

3.1 施工准备阶段

为了保证工程施工的顺利进行，在施工之前必须进行以下工作：首先，根据设计图纸和施工现场的实际情况制订相应的施工方案和应急处理方案，并明确施工流程，解决施工中存在的问题。对于工程地质、水文地质或技术状况等十分复杂的灌注桩，在进行施工之前必须进行工艺试验，并获得相应的技术参数。其次，通过对施工人员进行培训，使施工人员了解灌注桩的施工工艺、注意事项和常见问题，从而提高施工质量[2]。再次，加强对建筑材料的管理，由专业的技术人员负责材料的采购，并在进场之前进行质量检查，以保证其质量符合有关规范要求。最后，在工程勘察、设计和施工环节中，技术人员要注意对桩位误差的控制，保证桩位误差在规定的范围内[3]。

3.2 埋置护筒

护筒采用钢板制作，并按安装地点选择尺寸、长度和壁厚符合要求的护筒。在正式安装护筒之前，施工单位必须通过放样确定其坐标，以确保护筒的埋设位置与设计图纸一致。准确标明桩位，使护筒与桩心的水平误差≤50 mm，护筒垂直倾斜率不能超过1/100，深水地基的护筒垂直倾斜不得超过1/150，但可以适当调整水平误差，使其不大于0.8 cm。护筒的直径应大于桩身，厚度应视地质情况而定。通常旱地或筑岛埋设深度为2～4 m，护筒顶部应高于地表30 cm。护筒的内径比钻头的直径要大20 cm。如有需要，若在水中或特殊条件下需参照设计要求或桩位的水文、地质参数进行计算后确定深度，护筒顶端需高出水面1.0～2.0 m。

3.3 泥浆的配制

在桥梁钻孔灌注桩施工过程中，所需要的泥浆量非常大。泥浆的作用是保护孔壁和悬浮泥渣，因此，需确保泥浆的质量。在开展泥浆制备作业时，要求施工作业人员根据工程现场的实际情况，科学应用有限的资源，以此为基础，根据配合比要求，开展泥浆制备作业。通常来讲，钻孔灌注桩所使用的泥浆主要由水、黏土以及添加剂配制而成，通过搅拌机器或者人工的方式对其进行搅拌而成，将搅拌好的泥浆存至泥浆池中，然后通过泥浆泵将泥浆传输至每个钻孔中。

通过试验确定水泥浆的配合比，将水泥、软土、膨润土、添加剂等按配合比配制出水泥浆，以保证钻井液性能与钻孔工艺和土层条件相匹配。为了更好地保护周边环境，防止泥浆污染环境，进行钻井作业时，必须对废弃的泥浆进行相应的处理，然后用车辆将它们运送到荒废地区。

3.4 钻孔

钻进是钻孔灌注桩工艺的关键环节。为了保证施工质量，在钻进之前要做好充分的准备，以避免出现钻孔中断的情况。首先，根据孔径、孔深、桩位处的地质水文条件、施工环境等因素，选择合适的钻机机型和施工技术。无论采用何种钻孔技术，都必须保证开孔位置的精确性[4]。在开凿过程中，要缓慢钻孔，直到部分或全部钻头钻入地层。

在钻孔施工过程中，如果护筒中排出的水分或泥浆中有气泡或者护筒突然出现不均匀沉降，证明筒壁已经发生了坍塌问题[5]。筒壁坍塌的主要原因是施工区域周边的土质黏聚力较小，导致泥浆构成的护臂承压较大[6]。由于钻机在钻孔过程中的旋转速度较快，钻孔过程至成孔时间较长，此过程中要经常检查护筒的稳定性，如果发现护筒埋设区域的土层较为松散，需要对回填土进行夯实。

在前期钻孔阶段结束后，为了保证桩基础的抗压能力，必须进行泥浆补水。在钻井工艺中，要依据地层条件进行合理的钻孔速率调节[7]。在钻机安装之前，钻机的基座要平整，并保证其稳定，保证在钻井施工期间，钻机不会发生位移、塌方。孔洞位置要精确，保证孔壁垂直、光滑、牢固，开孔时要轻压慢进，钻机的速度不得超过10 r/min，在所有的主动钻杆都进入孔洞后，才能加快钻进。在钻孔作业时，停止钻井和取渣作业后，必须及时向钻孔中注入大量的泥浆。保证钻头的起落速度一致，不能有突然的变化，也不能有太大的压力，当孔内渣土被挖出来时，必须把它移开，不能有任何的堆积，也不能影响到孔壁，防止塌孔[8]。在钻进期间，要经常检查钻孔的直径、垂直度，并将其变化情况与地质剖面进行对比，定期派人进行地质资料、钻进速度、泥浆状况等检查。根据土层的不同，钻压、钻速、泥浆的比例、泥浆的比重、泥浆的比重都有很大的差异，在土层中进行钻孔时，推荐使用较慢的钻速，并在孔内增加泥浆的比重和水头。在施工过程中，如果出现钻孔倾斜、扩孔、缩孔等不正常情况，要立即查明原因，并采取相应的措施。

当钻孔达到设计高度后，首先检查孔径、孔深和孔眼倾角，达到标准后，进行清孔，清除孔底残留的钻渣，提高桩体的承载力。根据设计规范、钻孔工艺、机械设备状况、地层条件等因素，选择适宜的钻孔方法。在清孔排渣时，应注意控制孔内的水头，防止塌孔。清孔完成后，将由专门的人员进行沉渣厚度的检测，确保达到设计要求后，才能进行下一步的工作。

3.5 钢筋笼施工

钢筋笼由吊车起吊放入孔洞内。在钢筋笼外侧对称放置数量充足、牢固的防护层垫片，垫片应由与桩身混凝土相同等级的混凝土预制。为了防止钢筋骨架在浇筑时出现上浮现象，必须在钢筋笼的上端设置相应的拉杆或拉环，同时还要对准中心线，防止钢筋框架的运动和倾斜。按照工程中钻孔灌注桩的设计要求，制作钢筋笼，焊接完毕后，对钢筋笼进行平整度测量，保证误差不超过5 cm。钢筋笼尺寸达到要求后，应进行全面清洗，采用分段式安装方法将其固定在适当的地方。

在钢筋笼制造期间，施工人员应加强对有关原料的质量检验。如果发现钢筋材料没有任何质量问题或者性能上的问题，可以在靠近钻孔的地方进行钢筋笼的制造，以便于以后钢筋笼的吊装工作。在笼体主筋、箍筋的加工中，施工人员要选择合适的焊接工艺。在钢筋笼成型并且质量检验合格后，可按工程施工中钻孔灌注桩的施工规模决定钢筋笼的处置方法，分为分段或不分段。大型钢筋笼一般采用分段法，利用吊装机械进行吊装。只有在达到一定的高度后，才能进行安装。注意在施工时，工人应注意钢筋笼与地面之间的间距，并应满足有关规范，防止钢筋笼发生倾斜，并防止钢筋笼接触钻孔。当钢筋笼进入安装施工区后，首先要对钢筋笼定位参数进行核实，当满足要求后，对钢筋笼的对应部分进行焊接。

3.6 混凝土灌注

完成钢筋笼安装作业后，进行导管下放施工。在下放导管前，首先应对导管的水密承压、接头抗拉性能进行检测，同时还要检测孔底部分的沉淀厚度和泥浆情况是否满足施工要求，在确保上述各项内容符合标准要求的前提下，才能进行混凝土灌注作业。混凝土灌注过程中的原材料配比需要通过实验室试验结果确定，并严格按照混凝土配比进行配制，以确保混凝土质量。在试验过程中，混凝土的强度必须高于设计标准。在混凝土的配比过程中，需要将水灰比控制在一定范围内，而粗骨料可以选择棱角少的砾石材料，以确保混凝土具有良好的和易性，坍落度控制在180～220 mm。目前，混凝土灌注的方式种类多样，可以直接采用混凝土输送泵进行灌注工作，条件允许地段也可采取混凝土罐车直接卸料的方式。这两种输送灌注的技术在桥梁工程的桩基施工中应用较广。在混凝土灌注施工环节中，必须要对导管的分解长度进行有效控制，便于后期对导管的拆卸工作，同时，也要确保每一节导管连接部位不能出现缝隙，确保导管的严密性。

在对水下混凝土进行灌注施工之前，必须先利用测锤以及测绳对成孔质量进行检测，测定成孔的孔径、垂直度、孔深、沉渣厚度等。需要注意的是，在灌注工作之前还应对混凝土原材料的搅拌质量进行检测并保留试块。同时，还需要考虑孔底的沉渣厚度，摩擦桩沉渣厚度控制在300 mm以内，端承桩沉渣厚度控制在100 mm以内，如果沉渣的厚度不能满足规范要求，需要进行二次清孔。在混凝土进行灌注前，要对导管连接进行水密承压试验和接口抗拉试验，导管入料口加隔水栓，以检测导管的密封性。导管底口距孔底控制在约500 mm。混凝土灌注前，通过计算确保料斗内混凝土量，灌注后导管底口埋深1～2 m，灌注过程中导管底口严禁提出混凝土顶面，确保埋深4～6 m，混凝土灌注拔管长度要经计算和实测，避免超拔导管出现断桩。灌注成桩的混凝土顶面要高出设计桩体顶面高程0.5～1 m，以确保桩头灌注质量。

水下混凝土灌注时，首先将混凝土运输至施工现场的灌注位置，同时需对混凝土的均匀性、坍落度等进行检测，若检测结果不满足灌注要求，应进行二次拌和，如仍不满足灌注要求，严禁用于灌注施工中。在灌注过程中，导管口和孔底的间距应控制在0.3～0.5 m，导管一次性埋置于混凝土灌注面1 m以下，一般要求导管埋深在2～6 m，整个灌注过程应保持连续，与此同时，还要严控导管的提拔速度，避免因提拔过猛而将导管移出混凝土灌注面。