冲击式钻孔灌注桩在桥梁桩基施工中的应用

路明东 周 岩 孙得治 李佳璐 马 英

（1.甘肃建投临夏建设管理有限公司，甘肃 临夏 731100；2.甘肃省建筑科学研究院(集团)有限公司，甘肃 兰州 730000；3.甘肃建投科技研发有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

钻孔灌注桩是目前桥梁桩基工程中最常见的基础类型之一，具有造价相对较低、承载力大、稳定性好、沉降量小、施工机械简单、场地要求局限性小、受地下水位影响较小等诸多优点。根据钻孔灌注桩施工机械（冲击钻、循环钻和旋挖钻）的不同，可将钻孔灌注桩分为冲击式、循环式和旋挖式三种类型。其中，冲击式钻孔灌注桩技术具有对地基地质条件应用范围较广、适应性强、穿硬土层能力强、可以建造大直径桩体等优点[1]，但存在易发生塌孔或缩孔、孔洞位置偏移、隐蔽工程质量难以查验等不足，在施工过程中需要严格控制施工机械组合和施工工艺。本文以实际工程为例，对冲击式钻孔灌注桩的施工工艺进行探讨，并梳理总结冲击式钻孔灌注桩的质量控制措施，以期为类似工程的施工提供参考。

1 冲击式钻孔灌注桩技术原理和特点

1.1 技术原理

冲击式钻孔灌注桩以冲击钻机为核心设备，通过机架、卷扬机，将带刃的冲击锤提高至一定高度，让其自由下落冲击土层、切削破碎岩层进行钻进，然后通过泥浆护壁和悬浮钻渣成孔，放入钢筋笼，水下浇筑混凝土成桩[2]。

1.2 技术特点

冲击式钻孔灌注桩在各种地层都具有较好的适用性，可用于各种黏土、砂土、卵石层以及基岩层等地层，相对于地质较硬、有卵石、岩石等较硬地层具有明显优势。但是，冲击式钻孔冲击振动时噪音大，对周围环境影响显著，动力功率大，移动不便，施工时需另设置泥浆池、沉淀池等配套设施。

2 工程概况

甘肃省临夏市新建一环城路立交桥匝道桥梁，共包含CA、CB两条匝道，其中CA匝道桥梁全长472.8m，CB匝道桥梁全长438.3m，上部采用普通钢筋混凝土连续箱梁，下部采用群桩基础。桩基均采用水下C30混凝土，钻孔灌注成桩。其中，部分桥墩承台尺寸为6.5m×2.5m，承台厚2.5m，下设2根Ф1.5m钻孔桩，桩长41m；其他部分承台尺寸5.4m×5.4m，承台厚2.0m，下设4根Φ1.2m钻孔桩，桩长38m；桥台为一字形桥台，桥台承台尺寸1010cm×520cm×200cm，承台下布置4根Ф1.2m钻孔桩基础，桩长41m。项目桩基共计132根，均按摩擦桩设计，穿越的地层覆盖层为耕土、素填土、坡积粉质黏土、卵石、强风化泥岩、中风化泥岩等（勘察该层未揭穿）。由于项目地层条件复杂，且穿越平均厚度8.61m卵石层、6.13m强风化泥岩以及部分中风化泥岩层，经组织专家开会讨论，决定采用冲击式钻孔灌注桩工艺。

3 施工工艺流程

冲击式钻孔灌注桩工艺流程如图1所示。

图1 钻孔灌注桩施工工艺流程图

3.1 施工准备与测量放线

根据设计文件，结合项目水文地质条件，编制施工方案、作业指导书及应急预案，组织全体施工人员进行安全技术交底，并对设备、机械操作人员等进行岗前安全培训。整理、夯实施工现场场地，进行三通一平，并组织测量人员建立项目施工测量控制网，确定桩位中心位置，然后引出四个方向的护桩[3]。放线完成后，报监理工程师进行复核，合格后方可转入下道工序。为了检验地质条件、验证冲击钻成孔的可行性，确保成桩质量，选择冲击钻机在设计桩位进行试桩，总结试桩过程中数据及指标，以指导后期施工。

3.2 泥浆制备

泥浆在后期钻孔过程中起着护壁与悬浮钻渣的作用[4]。为了满足项目钻孔时泥浆制备与后期水下混凝土浇筑时存储需要，在项目桥墩附近砌筑15m×10m×2m泥浆池，泥浆池四周用铁丝网封闭并悬挂安全警示标牌。单个泥浆池容量为300m3，可满足3根钻孔桩同时作业时的泥浆循环需要。钻孔桩施工泥浆采用黏性较好的黏土，并加入外加剂（膨润土与纤维素），按一定比例加水调制。泥浆制备后需对其各项性能指标进行测定。

3.3 钢护筒埋设与钻机就位

根据钻孔桩桩位中心埋设桩基钻孔钢护筒，该项目钢护筒由厚度为20mm 钢板卷制而成，长4m，埋设深度3.7m，露出地面0.3m。埋设钢护筒时，中心应与桩位中心重合，平面允许误差不大于50mm，竖直倾斜度不大于1%，钢护筒埋设完后及时覆盖孔口，对钻机进行检查，确保无误即进行钻机就位。钻机就位时，用方木或型钢支垫底座，用吊锤使钻头中心对准桩孔中心。就位后，复核钻机基础底部是否牢固，并校正钻头的垂直度，满足要求后开始钻孔。

3.4 钻孔作业

刚开始钻孔时，用冲击锥以小冲程反复冲击造浆、开孔，把泥膏、石块挤向孔壁，以加固护筒底口，使初成孔的孔壁坚实、竖直、圆顺，能起到导向作用，并防止孔口坍塌[5]。当孔底在护筒底口下3～4m后，方可进行正常的冲击。

在冲击成孔过程中，孔内水泥浆水平面须高出护筒脚至少50cm，但比护筒顶面低30cm，冲击过程中应定期、定深度对孔深、孔径、泥浆性能进行检查。钻孔应连续施工，一次成孔。特殊情况必须停时，应将钻头提出，以防埋钻，同时在孔口加护盖，并及时检查补水补浆。停钻后再钻时，同样也需由低冲程逐渐加高到正常冲程。

3.5 检孔与清孔

当冲击钻孔深度达到设计深度后，立即对孔深、孔径、孔形以及孔底沉渣量进行检查，确认满足相关要求后即可终孔，并报监理工程师检查认可。检查合格后进行一次清孔，在清孔时，根据孔内水位高度及时向孔内进行补浆，保持孔内水位高于地下水位2m以上。

3.6 钢筋笼加工及下放

按照设计文件，生产制造钢筋笼。该项目钢筋加工在项目预制梁场钢筋加工车间内进行，采用长线法在胎架上制作完成。钢筋笼按设计图纸绑扎成型后，为了检测钻孔桩质量，需在内侧圆周布置4根声测管，声测管按设计要求埋设到桩底。

该项目钢筋笼采用分节下放，主筋接长采用直螺纹套筒连接。钢筋笼的起吊竖立采用大小双钩起吊，大钩吊钢筋笼上端、小钩吊钢筋笼下端，将钢筋笼水平吊起后，大钩起、小钩落，使钢筋笼逐步竖立。钢筋笼竖立后，采用25T吊机下放钢筋笼，下放前对孔口定位架标高与水平位置进行测量检查，检查合格后，沿桩孔自然下放钢筋笼，并用支撑架在孔口对钢筋笼进行一定的支撑，确保钢筋笼下放时稳定、可靠。

3.7 二次清孔

为清除孔底沉渣并确保水下混凝土浇筑质量，采用换浆法进行二次清孔，循环时应注意保持泥浆水头并补充优质泥浆防止塌空。清孔结束后，现场技术人员检查验收合格后，报监理工程师现场检验合格后立即进行水下混凝土浇筑作业，间隔时间越短越好。

3.8 水下混凝土浇筑

由于水下混凝土无法振捣，混凝土应保持足够和易性，当桩径＜1.5m 时，坍落度宜为180～220mm，当桩径≥1.5m时，坍落度宜为160～200mm，并充分考虑气温、运距及施工时间所造成的坍落度损失。混凝土运送至现场后，再次进行坍落度检测，观察混凝土是否发生离析，确认合格方可进行浇筑。该项目混凝土由周边混凝土搅拌站供应，经混凝土罐车运输至墩位桩基附近，采用垂直导管法进行浇筑，具体施工流程见图2。

图2 水下混凝土浇筑工艺流程图

对导管及接头进行试验检查，确认性能满足要求后安装导管，导管底部离孔底30～50cm。导管安装完毕后，在导管内安放隔水栓。待储料斗和漏斗储满混凝土后，开始水下浇筑混凝土，浇筑连续进行，在初凝前完成整桩浇筑。首批混凝土储量控制准确，下落时要有一定的冲击力，能把泥浆从导管中排出，同时满足导管初次埋置深度要求[6]。之后，循环进行导管提升与混凝土浇筑作业，直至达到规定标高。

水下浇筑混凝土时，要设置专人指挥导管的提升，并对混凝土浇筑面的标高进行测量，计算确认导管在混凝土中埋深大于2m且小于6m。当混凝土浇筑至规定标高5m以内时，不再提升导管。待混凝土浇筑完成一次性提出导管。最后提出导管要匀速、缓慢，避免出现空洞、泥芯等。

3.9 桩头凿除

混凝土桩基成桩后，设置桩顶设计标高以上20～30cm处为桩顶面破除标高，使用风镐、液压凿及起重装置凿除钻头超浇筑的混凝土及浮浆。凿除时应保证钢筋完整，严禁将桩头主筋局部弯折造成损伤及无法校正。最后至少预留10cm以上采用人工凿除，确保桩顶面平整、密实，与桩轴线基本垂直。凿除时及凿除后必须对声测管进行保护，不得破坏声测管，且防止杂物堵塞声测管。桩头凿除后，以声测管作为检测通道，采用超声脉冲检测法进行桩基检测，判断桩基是否存在缺陷，确定桩基的连续性、完整性、均匀性，以及混凝土强度等级。

4 质量控制措施

4.1 建立科学完善的质量保证体系

科学完善的质量保证体系是保证冲击式钻孔灌注桩施工质量的重要保证。首先要确定项目的质量管理目标，对冲击式钻孔灌注桩整体及其分项工程提出明确的质量管理目标。同时在业主、监理及质检站的指导监督下，建立项目质量管理体系，实行项目经理负责制，并明确各岗位的质量管理责任。提出原材料、钢筋笼、护筒、成孔及成桩的质量标准，为后期的质量管理提供依据，并制定相应的质量保证措施。

4.2 编制常见问题处理作业指导书

项目冲击式钻孔灌注桩作业穿越地层复杂，且涉及水下混凝土浇筑，易发生如坍孔、钻孔偏斜弯曲、扩孔及缩孔、沉渣厚度超标、混凝土堵管、断桩、卡钻、钢筋笼上浮、掉钻落物、糊钻和埋钻、导管进水处理、声测管堵塞等施工问题[7]。因此，施工作业前，要明确冲击式钻孔灌注桩的施工控制要点，再梳理总结以往工程类似施工案例，结合项目设计文件、水文地质条件及施工条件，分析冲击式钻孔灌注桩施工时可能存在的问题，制定相应的预防及处理措施，编制详细的冲击式钻孔灌注桩常见施工问题处理作业指导书，以使后期出现施工问题后能得到实时有效的解决。

4.3 严格要求进行技术交底

冲击式钻孔灌注桩施工工艺较为复杂，质量控制要点多。为了让施工人员明确项目的施工条件、具体施工要求、施工要点及关键施工技术，保证工程成桩质量，在施工之前，应严格要求进行技术交底。由技术人员结合设计文件及专项施工方案编制技术交底书，并经总工程师审批签字后进行技术交底。技术交底的主要内容应包括桩基的施工方法、技术要点、质量要求、验收标准、施工中的注意事项、应急措施及其他需注意细节等。同时，还要对电焊工、起重工、各类机械设备操作人员等特种工进行岗前安全培训。并定期召开质量安全会议、定期组织检查。

4.4 强化施工过程监督管理

可从原材料、施工技术及检查验收多个方面出发加强对冲击式钻孔灌注桩施工过程监督管理。在原材料的进货、检验、试验、进仓、登记、标识、使用过程中，按照质量体系的标准与要求及材料使用相关制度文件，层层把关，确保原材料质量。在钻孔成桩时，坚持预防为主的质量控制方针，制定质量与安全防范措施，强化施工过程的监督检查，确保关键工序的质量[8]。分部分项工程施工工序作业完成后，按照施工工艺要求，需要进行报验检查的，采用业主、监理公司提供或认可的专用检查验收表格严格按照“三检质”程序进行质量检查监督验收。

5 结束语

本文以实际工程项目为例，对冲击式钻孔灌注桥梁桩基应用的施工工艺进行了分析讨论。冲击式钻孔灌注桩在复杂地层进行桩基施工时，应结合工程实际情况，制定切实可行的施工方法，建立完善的质量保证体系，规范施工工艺，强化施工过程管理控制，从而保证桩基整体质量，提高项目综合效益。