浅谈厚细砂层中正循环钻孔灌注桩施工技术控制要点

许秀明 王一龙

（中国机械工业建设集团有限公司广东分公司，广东 广州 510663）

细砂层具有黏粒含量少、粒间黏聚力小及土体结构不稳定等特点，在桩基施工时易出现缩径、坍塌、孔底沉渣过厚等现象，严重时会出现埋钻、埋管、桩长不足、桩身夹砂等施工事故。该文通过对厚细砂层正循环钻孔灌注桩施工技术控制要点进行严格把控，保证桩基施工质量，提高经济效益。

1 工程背景

遵宝线改建工程SG2 标位于河北省唐山市玉田县境内，路线在K11+662.5 处跨越小河口二排干渠设中桥1座（起点桩号K11+639.97，终点桩号K11+685.03），全长45.06m，右前交角110°，桥型布置为3×13 一联装配式预应力砼简支T 梁。桥梁采用钻孔灌注桩基础，桩径为1.3m，桩长为31m～35m，设计均为摩擦桩且位于河床内。

根据地勘报告显示：桥区场地地质情况复杂，从上至下大致分布为杂填土（杂色，稍湿，松散，工程性质不均匀）、粉质黏土（灰褐色，孔隙比0.625～0.778，液性指数0.31～0.44，可塑，中压缩性土，工程性质一般）、细砂（暗黄色，中密，工程性质较好）、粉质黏土（黄褐色，孔隙比0.673～0.722，液性指数0.10～0.28，硬塑，中压缩性土），地质呈层状分布，局部细砂层厚度达15m 以上且地下水资源丰富，给桩基施工带来非常大的难度。

2 钻机选择及平台施工技术控制要点

2.1 钻机选择

结合桥区地质条件和周边环境，常规的钻孔工艺要穿过15m 厚的细砂层，极易发生塌孔、缩径现象，无法确保桩基施工质量。经项目技术人员综合考虑和技术经济对比分析，拟定了正循环钻孔灌注法的施工方法，其主要优势在于泥浆经泥浆泵以高压形式从泥浆池快速输进钻杆内腔，经钻头出浆口射出，在钻进过程中对细砂层位置进行及时护壁，有效抑制塌孔、缩径现象[1]。

2.2 钻机作业平台施工

通过桥区地形、地貌及水文条件调查分析得知，二排干渠为汛期农田的排水集水沟渠，水面平静，流水方向不明（由上下游集水量决定），平均水深3.0m。桥区永久征地范围有限，红线外为农田，临时占地难度大。综上所述，最终确定采用人工装砂袋和铺设双层防水土工布的方法在桥区上下游设置围堰。

同时，考虑最不利因素，在围堰顶部设直径600mm 的联通器管道，保证汛期水流通过。围堰施工完成后，采用大功率水泵抽水，清除淤泥及杂物，分层回填夯实素土至桩顶标高2.0m 处，且在洪水位1.2m 以上的位置搭建钻机施工平台。

3 厚细砂层中钻孔灌注桩施工技术控制要点

二排干中桥桩基采取正循环旋转钻孔灌注法，其施工方法如图1所示。

图1 钻孔灌注桩（正循环）施工流程图

3.1 施工准备

桩基施工前对场地进行平整处理，在桩基侧旁设置沉淀池并内套钢套箱，防止钻孔产生的废浆污染环境，同时，通过设置制浆池、循环池及净化处理系统达到泥浆重复使用和环保要求。泥浆循环顺序如下：泥浆制备→泥浆池→桩孔→泥浆槽→沉淀池→储浆池→桩孔。正循环回转钻机钻进前，选用膨胀土在桩孔外储浆池内搅拌成泥浆后使用，分别设置泥浆沉淀池和循环池。在钻进过程中，产生的钻碴随泥浆从孔内流入沉淀池，经沉淀后再返回孔内，形成循环沉淀净化。

3.2 测量定位

基准点必须浇筑砼固定牢靠，并采用保护装置。采用全站仪坐标法对桩的中心位置进行放样，用直径12cm、长度35cm～40cm 钢筋打入地面30cm 作为桩的中心点，保证桩位准确。从绝对标高点引入临时水准点采用米字拴桩，确保能快速、准确地恢复桩位，测定护筒口标高，并进行测量记录。

3.3 护筒埋设

护筒是保护桩基周围土体，防止土层的滑动和塌方的必要措施，也是保证钻孔后的空间尺寸精准和安装基准面水平的基准面。

护筒是由厚10mm 的钢板卷制而成的，直径比桩径大0.2m，防护长度不小于2.0m，上、下口焊接加强筋和吊环以便在桩基施工结束后拔出。测量定位后做好护桩布控，确定桩位、护筒位置，挖出底面直径比护筒大40cm 的圆坑。护筒采用十字定位法埋设，即在距离桩基1m～1.2m 处呈垂直方向埋设四个护桩，用回交的方法确定桩中心，护桩埋深≥0.5m，确保牢固。护筒顶口高出地面约30cm，周围通过黏土分层夯实来确保护筒埋设牢固。整个护筒埋设由现场施工员和测量员共同负责，确保其中轴线与桩位中心线偏差≤5cm。

为确保钻机垂直作业，护筒在竖直方向的倾斜度不大于1%。同时泥浆储存要高于地下水位，确保孔内顶部土层不因钻杆反复上下升降、机身振动而坍孔。

3.4 钻机就位

钻机安装就位时，用钻头尖对准桩中心，偏差≤2.0cm；同时，调整钻机，保证主钻杆垂直地面，垂直度偏差＜1%。

3.5 钻孔

选取不同的泥浆密度做试桩得到以下试验结果：当泥浆密度控制在1.25g/cm3以下时，出现明显缩孔现象；当泥浆密度控制在1.25g/cm3～1.35g/cm3时，护壁固孔效果较好，但砂率过大，检测达到22%，10min 沉淀厚度为85cm；当泥浆密度控制在1.35g/cm3～1.45g/cm3时，护壁固孔悬渣效果好，砂率为8%，10min 沉淀厚度为5cm～10cm,能够安全地进行细砂层钻进。综上所述，选择泥浆性能参数：泥浆密度1.40（±0.05）g/cm3，黏度25Pa·s～30Pa·s，含砂率≤10%。

钻孔：综合考虑地质情况及成孔条件，采用正循环回转钻进的方式来成孔。为增加钻头在孔底回转的稳定性，钻头选用梳齿形刀头，钻杆安装导向钢丝绳并在钻头上部带扶正器，确保钻孔垂直，钻进平稳，孔壁完整。

钻进时，主要技术参数控制范围：钻压为6kN～15kN、转速为40r/min～124r/min、泵量为600L/min～1200L/min。因此，为确保钻孔质量，钻机速度由土层性质来决定，要定期打捞钻渣，通过渣样结合地质勘察报告来确定实际地质情况，从而选择合理的钻进参数，提高工效。为避免或减少偏（斜）孔、弯（扩）孔等现象发生，要确保孔底承受的钻压不超过钻杆、钻头、压重总量的80%。

在细砂层钻孔的过程中，基座的平稳、钻杆的摆幅、钻机震动等尤为重要，一旦发现有偏差要予以修正，防止斜孔。同时，开钻时要轻压慢转，将钻进速度控制在5m/h以内（细砂层中钻进速度控制在2m/h～3m/h），在终孔前，要放慢钻进速度以便排出钻屑，减少孔底沉渣。钻孔时，由于受地层覆盖土压力的作用使自由面易产生变形，可通过选用不同的泥浆性能参数来平衡地层的侧压力，用以抑制孔壁的缩颈、坍塌以及有效地悬浮钻渣。

需要特别注意的是，每钻进2m 或遇地层变化时须捞取钻渣，确定土质并做好记录，及时调整钻进参数。为确保孔径直径和垂直度符合要求，每进尺5m～8m 要检查钻具的磨损情况及孔的竖直度，一旦发生偏差随时调整。

3.6 检孔和清孔

钻孔深度到达设计标高后，评定持力层鉴定和桩尖持力层情况。标记深度，取出桩尖位置钻渣，与地质钻探的岩样相对照，并请勘探单位确认，以验证是否符合设计要求。例如测得的孔径、垂直度、孔壁稳定性、桩端岩样和回淤等监测指标不符合设计要求时，必须改进施工工艺，拟定补救措施。经监理工程师验孔合格后，采用换浆法进行清孔。为防止坍孔，清孔时保持孔内水头。清孔后的泥浆指标满足下列要求，保证桩基成孔灌注质量[1]。泥浆密度1.30g/cm3 ～1.35g/cm3，黏度20Pa·s～24Pa·s，含砂率≤6%，胶体率≥98%。

将桩底沉渣厚度严格控制在50mm 以下，否则继续清孔，直至满足要求。清孔取样时分别从从顶、中、底进行，以平均值为准。钻孔桩基允许误差见表1。

表1 钻孔桩允许误差表

3.7 钢筋笼制作与安装

桩基所用的钢筋规格、型号、尺寸必须符合设计，预制时采用焊接，可分多节制作，安放时现场电焊拼接，要求主筋中心线顺直，相邻钢筋焊接位置按规范要求错位，错位长度不小于75cm；钢筋笼每2m 设置一道加强筋，主筋与加强筋应电焊连接以提高钢筋笼刚度；螺旋筋与主筋间点焊连接数不少于总数的25%。相邻焊接点应错位、均匀布置，其他接点可采用钢丝绑扎；导向钢筋每4m 设置一道，与主筋电焊连接，每组4 个，沿周长等分布置，相邻两组按45°错位。同一截面的主筋接头率≤0%。钢筋笼制作偏差见表2。

表2 钢筋笼制作偏差值

钢筋笼在人工扶持下缓缓落入孔内安放，如果遇到障碍，要及时探明原因并处理后才可以继续操作。严禁高起猛落、碰撞和强行下放。入孔时，钢筋笼上不得有泥土和杂物，有变形或移位的箍筋须修复后进行。钢筋笼下放设计标高后，为确保定位准确，钢筋笼笼底标高以及锚固长度，避免钢筋笼下沉和灌注砼时上浮，使用吊筋与孔口固定，吊筋长度根据实际情况计算确定。钢筋笼定位必须准确，可采用护桩进行位置校核，发现偏差及时纠正，在灌注砼过程中确保钢筋笼不变位。

3.8 导管安装

导管采用Φ30cm 导管，丝扣连接，接头处加设橡胶“O”形垫圈。

导管安放前，必须提前对导管进行水密、接头抗拉试验，便于成孔后及时灌注，防止长时间停留而出现其他质量问题。下放时，导管必须居中，螺旋接口要旋紧，防止在砼灌注过程中脱落，下口距孔底约300mm～500mm。同时，记录导管安装的顺序，以便于导管有序拆除。

3.9 灌注水下砼

砼灌注前须再次检测孔底沉渣厚度，当大于5cm 时须进行二次清孔，直至符合设计要求。

灌注所用的贮料斗要求吊装方便，开启灵活，操作简单，不漏浆，同时灌注前要检查隔水栓距浆表面高度是否在30cm 左右，过球是否方便，铁丝固定端是否牢靠，导线装置是否稳定等，其容积≥计算首批砼体积。上述全部检查合格后，可进行首批砼的灌注。

砼灌注采用提升导管法，砼在搅拌站集中生产，罐车运至现场。首批砼的方量满足导管初次埋深≥1m 和填充导管底部间隙的需要。在灌筑过程中，先往贮料斗中储存一盘砂浆，然后再倒入砼，放开隔水栓使砼向孔底落下。砼灌注要连续进行，随着孔内砼高度不断增加，导管相应地提升和拆除，直至砼灌注完毕。

当灌筑水下砼时注意以下5 点：1）贮料斗顶端高出桩顶3m 以上，确保管内砼能满足桩顶超灌0.8m 以上。2）砼灌注一旦开始要连续进行，并尽可能地缩短导管拆除的间隔时间，整体灌注时长不超过首批砼的初凝时间。当灌筑接近钢筋笼骨架时，放缓速度，减少对钢筋笼的冲击防止上浮。3）在灌注过程中要经常探明孔内砼面位置，及时将导管埋深控制在2m～6m，避免埋深过浅导致导管拨离砼面而出现断桩或过深导致导管无法拨出而出现断桩等不利情况发生。4）严控砼的材料参数，粗骨料≦40mm，水灰比在0.45 左右，坍落度在18cm～20cm；严控砼的配比，设计时将标号提高20%，并加入适量缓凝剂，初凝时间≧6h，可适当提高含砂率（宜采用40%～50%），提高砼的和易性。5）在厚细砂层中，最后水下砼灌筑在设计桩顶标高上增灌1.5m，以便凿除桩顶浮浆或松动层后，保证与承台或柱之间的联接部分的砼质量[3-4]。6）在砼灌注过程中，每根桩至少做2 组抗压试件。

拟定的桥梁桩基成孔质量标准如下：1）孔径≥设计桩径（1.3m）。2）孔的中心位置偏差≤50mm。3）倾斜度＜1%；孔内沉渣厚度≤5cm。4）孔深比设计深度超深≥5cm。

4 结论

在厚细砂层桩基钻孔施工中，施工平台的搭设、钻机合理选择、钻进成孔以及浇筑水下砼等各项施工技术要点，必须严格控制才能确保桥梁桩基的施工质量和进度。尤其是钻孔时泥浆指标泥浆密度控制在1.40（±0.05）g/cm3，黏度25Pa·s～30Pa·s，含砂率≤10%，能够有效地护壁、固孔、悬渣，防止细砂层钻孔缩径；终孔后泥浆密度控制在1.30g/cm3～1.35g/cm3，黏度20Pa·s～24Pa·s，含砂率≤6%，水下砼在设计桩顶标高上增灌1.5m，确保桩基灌注质量。二排干中桥共16 根桩基经唐山交通建设检测中心进行小应变检测均为I 类桩。希望对中小型桥梁场地受限，地质条件复杂的厚细砂层条件有水桩基施工，在修筑围堰及平台、钻孔及终孔、浇筑水下砼等各项技术控制要点提供参考。