桥梁桩基钻孔灌注桩施工技术研究

马洪金

摘要 文章以某桥梁为例，从钢护筒制作、旋挖成孔工艺、钢筋笼制作安装、旋挖桩清孔、沉渣清理及检测、混凝土水下浇筑等方面，对钻孔灌注桩施工技术进行研究，案例桩基经过低应变质量检测，所有检测桩均符合完整性和载承能力要求，显示所应用的钻孔灌注桩施工技术有效。文章梳理相关技术要点，仅供同类桥梁钻孔灌注桩施工参考。

关键词 桥梁桩基；钻孔灌注桩；桩基施工；技术要点；质量控制

中图分类号 U445.551文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）10-0120-03

0 引言

在公路基建能力和桥梁建设技术快速发展的背景下，钻孔灌注桩桥梁的桩基以其载承性能优、适应性强、抗震功效好等技术优势，在桥梁建设领域获得了广泛应用。钻孔灌注桩施工过程中的主要工序包括桩孔排土、清理去除孔内泥沙、装配置放钢筋笼、浇注混凝土等，属于隐蔽工程。该文将以某桥梁为例，深入阐述钻孔灌注桩在桥梁桩基中的运用。

1 工程概况

案例是城市次干道上的一座桥梁，设计桥宽31 m，桥梁安全级别一级，设计使用年限是100年，西段上部采取钢混组合梁结构，分为左右两幅，横截面配置为3.50 m（人行道和栏杆）+11.50 m（行车道）+1.00 m（隔离带）+11.50 m（行车道）+11.50 m（行车道），下部采用整体墙桥墩设计，上设排架小墩柱13个，钢梁与小墩柱的交接柱头采取扩展截面设计，重力式桥台，桩基和承台桩应用C30混凝土，桥墩应用C40混凝土，东段上部结构的北南两幅均采取预应力混凝土装配式空心板，梁下是重力桥台。

2 桩型确定及施工安排

（1）桩型。结合案例桥梁的载荷特点和桥址区地质勘察结果，案例桩基采用钻孔灌注桩基础，桥址区地质勘察结果显示，以第6层中风化岩作为桩基持力层较为适合，经过设计计算，桩端在钻孔勘察深度内打入承力层1 m以上。

（2）成孔。桩址所在区域的上部土层（如粘性土、人工填土层）对桩基技术状态和施工操作的影响不大，但随着深度进展，尤其穿过全～强风化岩层进入中风化岩层，成桩难度随之增大，其中穿越硅化夹层和强～中风化砂岩时，须借助冲击辅助钻进，采用旋挖钻孔机，由于场地内需要揭露的岩层中存在分布不均匀硅化砂岩及钙质砂岩夹层，决定采用冲击钻机配合钻进。根据区域岩土层的具体情况和考虑承台高度和桩尖插入持力层的深度要求，决定承台采取1.50 m埋深，插桩长度取15.6 m，桩径取1.2 m[1]。

（3）桩基平面。整个工程共有86根直径为1 200 mm的桩基。为保证旋挖操作的顺利进行，在埋设护筒前，桩基承台位置需要以黄土换填，并夯实分层，拟配备4台旋挖装备现场作业。

（4）机械设备。旋挖及灌注浆施工装备与机具配备具体见表1所示。旋挖钻孔装备主要选用XR-320系列钻机。

（5）人员安排。旋挖及灌注浆施工的主要人员配置具体见表2所示[2]。

3 钻孔灌注桩施工技术要点

3.1 护筒制作

钻孔前，为保障打桩机垂直钻孔，防止打桩机和吊锤在孔口周围施工时产生的载荷和冲击力导致塌孔，需要安装钢护筒。埋设护筒时，先利用挖掘机挖出护筒坑。旋挖钻机钻孔时，孔径应大于钻头直径20 cm，护筒的长度考虑桩所在地质和其水位情况，护筒顶部应超出地下水位1.5 m以上，或高于地面0.3 m，以保证孔内泥浆液面一直高于孔外水位。埋设护筒的桩位允许偏差不可超过5 cm，倾斜度不可大于1%。待混凝土强度满足设计强度的25%后，才能拆除钢护筒。

该项目采用内径1 400 mm、厚6 cm和高600 cm的钢护筒。依据勘察报告可知，孔口标高最大相差6.06 m，所以选择6.00 m护筒长，并在护筒上开一个泥浆溢流口。埋设护筒时，应严格控制护筒的垂直度，确保成孔质量[3]。

3.2 旋挖成孔工艺

（1）护壁。根据地勘报告，桩端承力层选择第6层中风化岩层，其深度至少在地表以下16 m区域。灌注桩施工在5—6月进行，该地5—7月属于多雨季节，为了保证钻孔灌注桩的施工安全与质量，该工程采用泥浆进行护壁作业，避免塌孔和延误工期。施工场地狭窄，排架墩之间的最小距离还不到10 m，因此无法在筑岛场地挖掘泥浆池。案例施工过程中现场制备2个铁皮泥浆池，泥浆池位于桩位附近，规格为10.0 m×8.0 m×1.5 m，泥浆循环利用，采用三级沉淀，周围配置栏杆密目网进行封闭。根据钻机功效、地质、孔位等条件选择配置泥浆，当盖覆层较厚、地质复杂而导致护筒无法沉入岩层时，需应用PHP泥浆。施工区处于粉砂土层、砂质土层或地下水位高的场地时，选用功效良好的水泥配制泥浆制作形成护壁，以控制悬浮钻渣、地下水、稳定孔壁及避免坍塌孔。

（2）钻孔。采用旋挖钻机成孔施工中，成孔的垂直度由专人观察和电子设备进行控制。在钻进过程中，应严格控制钻进速度，防止因速度过快而发生塌孔事故，并且泥浆检测指标必须合格，若不符合要求，应及时进行调节，以确保成孔质量。

（3）桩孔与孔径垂直度检测。在吊装钢筋笼前，需要检测桩孔与孔径的垂直度。采用2种方法进行现场检测，一种方法是保持钻头垂直度，由桩顶向桩底插入，如果没有障碍物，表明桩孔与孔径垂直度符合要求，如果有障碍物，则分析原因，重新钻孔。另一种方法是制备1个长6 m且与施工桩径相同的钢笼，然后使用吊车进行吊放。测试过程中如果无障碍物，表明桩孔与孔径垂直度符合要求。如果钢筋笼置放不下，表明已经发生缩颈现象[4]。

3.3 制作鋼筋笼及安装

（1）制作平台。先对场地进行硬化处理，再用钢筋焊接简易支架，面积通常为15～10 m之间。

（2）吊装钢筋笼。因钢筋笼都在岸上加工，为确保钢筋笼运输至施工现场不会损坏，将钢筋笼分两段制备运输，到达现场后再使用机械连接成整体，该技术可缩短钢筋笼放置时间，极大地增强施工效率，降低塌孔隐患和孔内沉渣量。

（3）吊筋配置。一般多选用0.6 cm径值，具有良好焊接性的HPB235圆钢制作吊筋。通过计算，0.6 cm圆钢吊筋的起吊能力在15 260.4 N左右，相当于承受1.557 t的重量，符合吊装钢筋笼的需求。吊筋应设置在钢筋箍上，吊筋的一端通过双面焊牢固地焊接在钢筋笼主筋上，其另一端则应该焊接成环形，以方便运输。钢筋笼使用25 t汽车吊开展吊装，并设置双吊点，吊点应位于加劲箍位置。吊装钢筋笼时，应对准孔位并控制好垂直度，再慢慢下落，杜绝暴力置放钢筋笼，避免钢筋笼形变[5]。

3.4 旋挖桩清孔

第一次清孔，正循环清孔技术成本远低于气举反循环和泵吸反循环清孔技术。第一次清孔目的是把孔内多余颗粒排出孔外，因此对沉渣厚度无定量要求。采用正循环清孔，泥浆密度在1.20～1.40之间能够满足要求。二次清孔，待泥浆比重降至1.10～1.20后开展清孔。案例工程采用泵吸反循环、气举反循环及正循环3种清孔技术对1、3、5号桩开展清孔，并对其清孔功效开展分析。不同清孔技术的功效对比结果见表3所示[6]。

通过分析表3数据，我们能够看到：

（1）该项目采用正循环清孔法对1号、3号和5号旋挖桩开展了5个小时清孔，旋挖桩的直径均为120 cm，由检测发现，沉渣厚度大约7 cm，不符合旋挖桩清孔标准。

（2）由表3可知，泵吸反循环清孔技术和气举反循环清孔技术测出的沉渣厚度均不超过50 cm，符合质量要求，并且气举反循环技术不但比泵吸反循环耗时少，而且沉渣厚度比较低，表明气举反循环的清孔速度相对快，清孔质量相对更好。

（3）泵吸反循环和气举反循环清孔技术都符合质量要求，但从清孔技术对比可以看出，泵吸反循环方法比气举反循环方法的成本更低，安全性也更高。结合成本和安全等因素，显然泵吸反循环清孔技术的实用性更好，所以案例工程最终选择泵吸反循环技术开展清孔施工。其操作流程具体见图1所示[7]。

第二次清孔时，不仅要确保沉渣厚度符合要求，泥浆功效指标也不容忽视。终止清孔泥浆的含砂率<3%，黏度为16～20 s，相对密度通常在1.05～1.10之间取值，当沉渣及各项指标都满足要求后，即开展水下混凝土浇筑。

3.5 沉渣清理及检测

测量沉渣厚度时，所采用测量方法必须正确，若测量方法不当，就无法有效控制沉渣的厚度。案例选用吊绳测量法检测孔底沉渣。第1次测量时，先将重3 kg的测量锤放入孔内，当将到达孔底时，慢慢下落至沉渣层顶面，并记录第1次测得的沉渣厚度。第2次测量时，仍然下放测量锤，直至测量锤沉至孔底，记录测量深度。两次检测结果的差值，即为所测量的沉渣厚度。经过计算，沉渣厚度检测值为35 cm，符合要求。

3.6 混凝土水下浇筑工艺

经过二次清孔处理，沉渣厚度符合设计要求后，及时进行混凝土水下浇筑，选择C30水下混凝土，在180～220 mm范围控制坍落度。浇筑混凝土前，导管底部与孔底的距离应控制在0.30 m左右，第一批混凝土的导管埋深应高于0.80 m。正式作业前需要组装导管，并做好水密性试验[8]。

混凝土的初灌量是3 m?，因为桩长不同大约存在0.2 m?的浮动量。在注浆过程中，需要根据桩长准确计算导管长度，导管埋深应控制在2～6 m。该项目桩长16 m，通过计算，导管应分别采用4 m、2 m、4 m和6 m长度。在水下混凝土灌注施工中，要控制好导管與孔底的距离、混凝土质量、混凝土浇筑速度以及导管埋深等易于导致塌孔事故的关键因素，以保障浇筑成桩质量。

4 检测方式

由于桩的声波透射、钻孔取芯、静载试验等检测方法费用很高，且耗时较长。考虑到工期和成本，该项目选择低应变方法来检测成桩的质量和完整性。因为桩直径为120 cm，根据桩中心对称配置3～4个测量点。该桩是实心桩，桩检测量点配置在距桩中心2/3处。

该项目采用基桩动测仪进行检测，用小锤敲击桩顶，敲击一个桩的次数不可少于10次。初始激励时间与桩体阻抗变化位置的反射抵达时间的时差Δt，以及应力波在混凝土桩体中的波速C，推导出阻抗变压的位置。基于该速度曲线的波动，判断桩体的阻抗变化强度。案例抽取了10根桩开展桩基低应变检测，其检测结果具体见表4所示。

该项目波速为4 000 m/s，所测得的低应变曲线波形平稳均衡，不存在显著突变，表明桩体无显著缺陷。案例桩基的低应变检测结果显示：Ⅰ类桩8根，Ⅱ类桩2根，所有检测桩均符合完整性要求。

5 结语

综上所述，该文以某城市次干道桥梁改建工程为背景，基于对旋挖成孔灌注桩的工艺技术的梳理研究，介绍了所应用的灌注桩特点、施工部署、装备及作业人员安排等技术点，从钢护筒制作、旋挖成孔工艺、钢筋笼制作安装、旋挖桩清孔、沉渣清理及检测、混凝土水下浇筑等方面论述了钻孔灌注桩施工技术要点，并通过桩基低应变检测结果验证了所应用的钻孔灌注桩施工技术的适用性和有效性。

参考文献

[1]常亚杰. 钻孔灌注桩水下混凝土配合比设计及施工工艺研究[D]. 郑州：郑州大学， 2017.

[2]唐浩. 大直径冲孔灌注桩施工技术研究[D]. 广州：华南理工大学， 2016.

[3]向泽. 冲孔灌注桩施工技术研究[D]. 重庆：西南大学， 2015.

[4]常锋. 机械成孔灌注桩基础施工质量控制措施研究[D]. 大连：大连理工大学， 2015.

[5]于长海. 大直径钻孔灌注桩施工技术及桩底注浆研究[D]. 西安：长安大学， 2009.

[6]李海永. 低应变反射波法检测桩身完整性探讨[J]. 建筑监督检测与造价， 2017（4）： 64-67.

[7]李亮宾. 桥梁灌注桩施工技术研究[J]. 交通标准化， 2014（6）： 69-71.

[8]贾艳杰. 公路桥梁钻孔灌注桩施工主要质量缺陷及处理方法[J]. 交通世界（建养. 机械）， 2013（10）： 228-229.