桥梁工程中超长钻孔灌注桩施工技术

吴晓君

随着我国经济发展，道路交通有了快速发展。桥梁作为交通的重要构成部分，其运行平稳性与安全性的重要保障就是桩基品质。钻孔灌注桩作为如今一种应用广泛的桩基建设技术，具有适应性强、操作简单等优势，借用其开展桥梁工程的建设，能提升桩基的平稳性和荷载能力，因此在桥梁工程项目中得到了充分的应用。基于此，文章对超长钻孔灌注桩基础施工技术的相关理论展开了探讨，并对其特点做了综合分析，随后就其建设筹备工作以及应用流程做了解析。文章证明了超长钻孔灌注桩是能够被有效广泛应用的，为在建或筹划阶段的桥梁桩基工程提供一些帮助。随着城市建设的发展，桥梁工程作为道路的重要构成部分，中小桥已不太能满足城市发展的需要，越来越多的大桥、特大桥待建。桩基规模也由常规尺寸向超长尺寸发展。采用超长钻孔灌注桩技术，可以提高其承载力、提升施工效率、减少施工成本。施工企业借用超长钻孔灌注桩的独特优势，能够更好地做好桥梁桩基施工。

一、工程概况

福州某桥梁位于晋安区新店镇。本桥梁工程包括新建主桥、两侧匝道桥等部分。主桥每个主墩下设9 根φ1500mm 钻孔灌注桩，总计36 根，设计桩长80m，桩基持力层处于⑨2 层；单桩承载力特征值为9500KN，单桩承载力极限值为19000kN。桩身设计强度等级为C30。

根据地勘资料，桥址所处上部土层以软土（③④及⑤）为主，局部分布松散状粉性土（③T），下部地层以中密—密实状粉（砂）性土（⑦11⑦12⑦2⑨1⑨2）为主。桩底标高-83.35m，成孔深度约为88m，桩身入⑦层长度31.8m，⑨层长度28.12m。

二、目前桥梁桩基施工技术分析

桩基是桥梁工程中非常重要的基础类型。根据桩基的施工方法、材料和形状等，可以将桩基划分为不同类型。以下介绍一下各类型桩基的特点及适用条件，以及超长钻孔灌注桩的优点。

1.桩基类型及适用条件

桥梁桩基施工有不同的类型。不同类型的桩基有各自的特点和适用范围。以下是常见的几种桩基的适用范围和最大桩长：

（1）预应力混凝土管桩

适用范围：适用于各种土质。尤其是在地下水位较高时，混凝土管桩可以有效防止桩基周围土体的流失。

最大桩长可达50m，具体取决于管段的连接方式和施工设备。

（2）钢管桩

适用范围：软土地质。钢管桩适用于浅层软土地质，能够防止桩身变形和沉降。在深层软土地质下，钢管桩能够提供更好的承载力，也具有较好的抗震能力。但在较硬的土层或岩层中，成桩质量可能受影响。

最大桩长可达40m，其长度受运输和安装设备的限制。

（3）钻孔灌注桩

适用范围：适用于各种土质，尤其适用于地下水位较高以及软弱土层。

最大桩长可达60m，具体长度受施工设备和工艺的影响。

2.钻孔灌注桩特点

钻孔灌注桩技术已经成为当前桥梁桩基施工中的代表性工艺，被不断应用于实践建设中。

相比其他桩基工艺，钻孔灌注桩技术能在各种自然环境中应用。在地质条件较差的区域，通过增加桩长以增大摩擦力，并延伸至坚硬的持力层，或扩大桩基直径，以提高桩基的负荷载力 。

但是，钻孔灌注桩技术也存在一定的缺陷，如塌孔、缩径等问题。同时，由于桩基工程具有一定的隐蔽性，很多隐患问题很难在第一时间被察觉。直到桥梁后期投入使用时，隐患问题才逐渐凸显出来。到这一阶段，再展开相关的维修和养护是极为不易的。不仅影响到桥梁的使用，也给相关企业带来经济损失。因此，在采用钻孔灌注桩技术进行桩基施工时，需要对施工进行监管，保证桩基质量。

3.超长钻孔灌注桩优点

对钻孔灌注桩工艺改进后，可以加大桩长，形成超长钻孔灌注桩。相较于其他桩基类型，其具备如下优点：

（1）较强的适用性

钻孔灌注桩施工受到的影响因素较少，地理位置、地质条件、自然气候等因素变化对其都不会产生较大影响。因此该技术适用性较强。

（2）高度的承载能力

现阶段我国的桥梁工程大多是大型桥梁，对桥梁的承载力要求较高。一般来说，大型桥梁工程的地质环境相对较复杂，导致施工员难以完全掌控，以及桥梁承载力难以准确计算。如果采用钻孔灌注桩工艺，可以通过延长桩基长度，提高桥梁承载力。

（3）良好的性价比

相比其他桩基工艺，钻孔灌注桩所需材料较少，整体投入也较小，因此经济效益较高。此外，材料较少也方便现场施工，加快工程进度。另外，其桩基质量更好，使用寿命更长，且成本相差并不大。因此钻孔灌注桩的应用范围更大，性价比更高。

（4）抗震能力强

桩基工程的抗震能力，主要取决于其结构性能以及与地基是否匹配。为了提升工程的抗震能力，在应用该技术时，技术员需要对灌注桩与地质情况的匹配度综合考虑，以提升桥梁的抗震能力。

三、施工重难点分析

本工程地质是典型的粉砂质土层，在此类土层进行成孔钻进可能会遇到以下难点：

1.土层稳定性

本工程主墩桩基桩径较大、入土较深，地质中多为饱和淤泥质黏性土（③④）及软黏土（⑤）。由于黏性土的回淤力和超孔隙水压力压缩孔壁，容易造成缩径。粉质和砂性土层容易塌孔。桩端土层的粉细砂，钻孔后水土置换，产生应力释放，孔壁会产生徐变，易引起缩孔，因此需要加强孔壁支护和控制填充物的流失。

2.钻头损耗

本工程的粉砂质土层中含有较多石英砂。石英砂硬度较高，容易损耗钻头，缩短钻头寿命，导致钻进速度变慢，甚至无法钻进。

3.水位控制

本工程所处地下水位较高，因此需要采取有效的水位控制措施，防止水浸入孔内，造成填充物流失和孔壁失稳。

四、超长钻孔灌注桩施工技术流程解析

1.钻孔设备选型

在选择钻机型号时，需要考虑钻孔深度、直径、土层性质和施工环境等因素。本项目主墩桩基桩径较大、入土深，因此，需要采用大功率、高效率的钻机，以满足深度和直径的要求。本项目采用GPS-20 工程钻机，配以气举反循环减压钻进工艺。

2.钻杆和钻头

在选择设备时，还需要考虑钻杆的强度和刚度，以满足钻孔深度和直径的要求。同时，钻头的材质和形状需要适应土层特性，以提高钻进效率和质量。

本工程选用导向性能良好的三翼双腰箍钻头。在砂层中钻头磨损极大，故采用优质的合金刀齿。并在每次成孔后，进行全面检修，根据磨损程度决定是否更换钻头刀齿。

3.筹备泥浆

超长钻孔灌注桩施工需要大量的泥浆冲刷孔壁，清除孔内堆积的岩屑和泥土。泥浆的质量和搅拌效率对于施工质量是很重要的。本工程选用优质的钠基膨润土作为人工造浆护壁，泥浆黏度32-40，比重1.34-1.45。

当泥浆达不到要求，及时投入膨润土和锯末进行补浆，以保证护壁性能。

4.创建护筒以及埋入

护筒具有稳定桩基、导向钻头等功能，因此护筒埋设是施工的核心环节。钻孔中出现位移、塌孔等事故，经常是因为埋设护筒不合理。

本工程主墩位于河中，施工前需要筑岛围堰。填土层处于开挖面以上，为了避免开挖面以上桩身与土体接触部分过大，造成超灌部分过多。项目采用壁厚为12mm，内径为1550mm，长度为6m 的钢制护筒（图1），质量约为2t。

图1 钢护筒安装

施工过程中，施工员要根据实际情况，对护筒调整和固定，以保证其稳定性。

5.钻进成孔

在钻进成孔环节，需要采用专业的设备。通过专业钻具钻进土体，再通过专业设备排出内部泥渣。在该环节，要注意如下要点：

（1）泥浆比重控制

在进孔过程中，需要确保孔内水位与泥浆稠度的配比合理。本项目的泥浆密度控制在1.3、黏度为10s左右、砾石含油率控制在6%以内，以实现深度护壁。

（2）泥浆除砂

在施工过程中，需要将泥浆中的固体颗粒分离出来，以保证泥浆的质量和稳定性。因此，需要选择合适的除砂器，提高分离效率和泥浆再利用率。

本工程选用ZX-250 型除砂机，处理颗粒等级为0.075mm，处理能力每小时约250 方。

单桩成孔方量约155m3，根据理论计算出平均每孔除砂约为100m3（除砂率约65%）。

（3）钻机速度的控制

在钻孔过程中，要对钻进速度进行控制，以确保钻孔的质量和稳定。以下是钻进速度的要求：

钻进速度：钻进速度根据土层性质和孔径大小进行调整。在粉砂质土层中，钻进速度控制在1.5-2.5m/min。

稳定性控制：在钻进过程中需要保证孔壁稳定，避免孔壁失稳和塌孔。如果孔壁不稳定，需要采取支护措施，确保施工的安全和稳定。

沉淀时间控制：在灌注混凝土前，要让泥浆沉淀一段时间，以排除孔内的泥浆，避免混凝土与泥浆混合。沉淀时间根据孔径和深度进行调整，一般控制在30-60分钟。

排土速度：在进孔中，需要及时排除孔内的土屑和岩屑，以保证孔壁稳定。排土速度需要根据孔径和土层性质进行调整，一般控制在1.5-2.5m/min。

（4）钻孔垂直度的控制

由于主墩为大孔径超长钻孔灌注桩群桩基础，因此保证垂直度是十分必要的：钻进过程中，经常用水平尺检测转盘的水平度，并采取减压慢转。遇到地层变化时，降低钻进速度，反复提钻扫孔后，再继续钻进。

6.吊装钢筋笼与安置导管

对钻孔全面检测之后，就需要开展钢筋笼制作，以及吊装钢筋笼与安置导管。在该项操作中，需要关注以下几个环节：

一是对孔口周围的杂物进行清理。在回填时，也要确保其压实度满足负荷要求；

二是选择与施工要求相匹配的吊装设备；

三是如果钢筋笼整体长度过长，需要分段吊装。此外，也要关注钢丝绳与钢筋笼之间的角度；

四是在分段吊装过程中，要注意声测管的安置。尤其在完成分段接头后，要避免混凝土灌注时，渗入声测管，造成桩身检测的困难；

五是在完成钢筋笼的安装之后，需要及时固定孔口，并检测其是否存在渗透问题。

7.混凝土灌注

在钻孔灌注桩施工中，混凝土灌注是最关键的环节。该步骤的施工质量与桩体质量直接关联。在该环节施工中，需要关注以下几点：

一是保证混凝土的流动性，其坍落度需要控制在18～22cm；

二是为了保证混凝土的和易性，在施工中，需要适当增加一些减水剂；

三是为避免卡管，优先考虑卵石，直径需控制在10mm 左右；

四是在进行灌注时，需要保证其灌注的连贯性，以确保桩基的质量。

五、结语

超长钻孔灌注桩技术可以有效提升桥梁工程的整体质量，具有其他桩基工艺不具备的优势。在应用该工艺的过程中，技术员需要基于现场实际状况，做出合理规划，按照施工流程，严格把控好每一个环节的施工质量，确保桩基工程的质量，保障桥梁使用的安全和平稳。