路桥工程项目钻孔灌注桩施工技术措施分析

2024-03-20郭瑞

运输经理世界 2024年2期

郭瑞

（山西省吉县公路管理段，山西临汾 041000）

0 引言

桩基础能够为路桥工程提供承载力，确保路桥结构的稳定性。在桩基础施工中，钻孔灌注桩是常见的桩基类型，但在实际施工中，钢护筒垂直度、钻进成孔质量、钢筋笼上浮及水下混凝土浇筑过程中的细节控制，均会影响桩基施工整体质量。基于此，结合太原市某路桥工程实际情况，对钻孔灌注桩施工技术措施进行研究，并总结技术经验，为路桥工程桩基施工提供参考。

1 工程概况

某路桥工程位于山西省太原市境内，全线总里程5.5km，双向四车道设计，该路桥工程共6 座桥梁，各桥梁桩基工程量如表1 所示。综合分析项目现场地质情况及周边环境，经多方研讨决定在桩基施工中采用钻孔灌注桩施工技术。

表1 山西省太原市某路桥工程桩基工程量

2 钻孔灌注桩施工技术措施

2.1 施工准备

为保证钻孔灌注桩施工技术的顺利实施，保证施工质量，该项目充分做好了施工准备工作，具体如表2所示[1]。

表2 山西省太原市某路桥工程桩基施工准备工作

2.2 埋设钢护筒

该项目采用的护筒材质为A3 钢板，钢板厚度8～10mm，护筒内径比桩径大200mm。钻进设备就位后，以图1 所示的桩位十字中心线为辅助，使钻机的导向尖与十字线的中心位置相对应，持续钻进至护筒埋深。之后，缓慢起吊钢护筒，将其置于钻孔中，卸掉钻斗，利用钻杆方口对护筒四周进行加压固定，使护筒均匀缓慢下放至既定深度。在该项目施工中，钢护筒允许偏差参数如下：埋深2～4m，较地面高出0.3m，较桩顶设计高程高出1m；护筒平面允许误差±50mm，垂直倾斜误差不高于1%。

图1 钢护筒桩位中心十字线

2.3 泥浆制备

在钻孔灌注桩施工中，泥浆主要起护壁作用，使孔壁更加稳定，使钻进的泥渣能够在泥浆中悬浮。泥浆具有高黏性、高密度和低渗透性特点，可以在钻进时润滑钻头，合理控制钻孔速度，避免塌孔事故，使钻孔施工高质、高效开展。

泥浆主要由水、黏土、添加剂等材料混合而成，其中水应采用施工用水，确保水中无杂质，pH 值介于7～8 之间；黏土的塑性指数不低于25，粒径不高于0.005mm，相对密度介于1.1～1.5g/cm3之间；添加剂的作用是使泥浆更加分散，避免其凝积下沉，所用添加剂包括纯碱、丹宁液、拷胶液等。

进行泥浆制备时以配比试验为依据，合理确定泥浆配比，将黏土打碎，以提高泥浆的均匀性[2]。在该项目施工中，为提高施工效率，采取两个排桩共用泥浆池的方式，泥浆池和沉淀池利用挖掘机开挖，确保二者相互分离且连通，在护筒口和沉淀池间挖设泥浆沟。经地质勘查，在塌陷风险较高的地层将泥浆性能指标控制如下：黏度16～20，相对密度1.1～1.5g/cm3，含砂率不高于4%。为确保施工作业安全，在泥浆池周围设置密目安全网，高度1.2m，在醒目位置悬挂安全警示标语。

2.4 钻孔施工

将一定量的砂浆注入孔内后组织钻进施工，结合现场地质结构特点，合理控制钻进速度，在开孔阶段，以低转速钻进，达到覆盖层时减压钻进，加强泥浆性能指标检验，调整孔内泥浆浓度，合理控制钻进速度和泥浆排放量。

为保证钻进施工质量，该项目按如下技术要点进行钻孔施工：

第一，确定冲击钻孔的冲程。根据土层结构确定合适的冲程，以保证钻孔效果和施工质量[3]。对不同土层结构采取不同冲程，如漂石、基岩、密实卵石层等结构，采取高冲程；松散砂砾层、砂卵石层，采取中等冲程；易塌陷土层，如风化层、砾砂石层或黏性土层，采取中等或低冲程，并提高泥浆黏度和相对密度。

第二，处理不平整地层。若钻进地层的岩石结构不平整，应事先放置一定量的黏土和片石，填平表面后再冲击钻进，以免因表面不平整导致塌孔和斜孔等问题。

第三，控制钻绳长度。钻进过程中应均匀钻进放绳，并根据不同地质结构控制松绳长度。在软土层中钻进时，速度应较快，每次松绳5～8cm；在硬土层中钻进时，速度应较慢，每次松绳3～5cm。控制好松绳的长度非常关键，过短会出现空锤现象，钻架、钻机和钢丝绳将承受较大荷载，可能引发安全事故。

第四，控制冲程长度。为避免孔壁破损、孔壁不圆或卡钻等问题，在该项目中，对于任何土层结构，冲程均控制在6m 以内。对于中途掏渣暂停钻进的情况，继续钻进时从低冲程逐渐加大至正常冲程，以避免卡钻问题。

第五，钻进施工安全防护措施。要求作业人员在起吊钻头时保持平稳，减少对孔壁和护筒的干扰；设置钻进施工安全区域，禁止非作业人员入内；停止钻进时，于钻孔上方增加保护装置，并将钻头吊出，防止出现埋钻情况。

2.5 成孔检查及清孔施工

钻孔到设计深度后，由技术人员检查成孔质量，包括孔位、孔深、孔径等技术参数，具体成孔质量标准如表3 所示[4]。

表3 山西省太原市某路桥工程桩基成孔质量标准

经成孔质量检查，该项目所有桩孔均符合质量要求，随后进行清孔施工，调整泥浆参数和孔底的沉渣。第一次清孔方法为换浆法，清孔后保证泥浆相对密度介于1.03～1.10g/cm3之间，黏度介于17～20Pa·s 之间，含砂率在2%以下，胶体率在98%以上。第二次清孔在安装完钢筋笼与导管之后进行，目的在于将放置钢筋笼时脱落在底部的泥皮与沉淀物清理干净。清孔操作需应用泥浆分离器（ZX-200），利用空压机通过反循环排渣，将孔内沉渣清除，在泥浆分离器的辅助下，向孔内循环清浆液，反复循环操作，确保清孔后泥浆达到上述性能标准。

2.6 钢筋笼施工

施工人员需要根据施工设计图纸的要求，严格按照钢筋笼制作、焊接、绑扎等工序进行操作。在材料进场时，需要对钢筋材料进行全面检查，剔除存在锈蚀、弯折等问题的钢筋材料，并将符合要求的钢筋吊放至指定位置存放，避免环境因素导致钢筋锈蚀或污染。为保证分段骨架的稳定性，应将不同长度的钢筋错开布置，保证钢筋笼制作过程的稳定性和可靠性。在该项目中，为确保钢筋连接牢固、可靠，对于直径超过25mm 的钢筋采取机械连接方式，对于直径小于或等于25mm 的钢筋采取焊接搭接方式。

在吊运过程中，密切关注钢筋笼的状态和位置，避免发生不正常的晃动或偏移，确保操作安全、顺利。出现任何异常情况均应立即停止操作，并采取相应的措施处理。在该项目中，下放钢筋笼时，确保钢筋笼的中心位置和桩中心位置相对应，钢筋笼入孔后焊接米字型钢管，将其作为保证钢筋笼稳定的骨架。

2.7 安装声测管

声测管用于施工后检测桩基施工质量，在该项目中，对单桩长度大于40m 的桩基埋设声测管，桩径在1500mm 及以下埋设3 根，桩径在1500mm 以上则埋设4 根。声测管材质为钢材（SCG50×1.2-QY），外径尺寸为50mm，厚度为1.2mm。安装声测管时，先使用木塞封闭管底，在钢筋笼内侧每间隔2m 使用铁丝固定，沿桩身全程埋设声测管，确保管内无异物，完成声测管埋设后在顶部位置设置防尘套，避免杂物落入其中。同时，应严格控制声测管和桩底的距离，不可少于0.05m，超出桩顶不少于0.6m，并使用液压钳挤压连接各声测管。

2.8 安装导管

该项目所用导管为钢材质，管壁厚度为3mm，导管内径在200～350mm 之间，每节导管的长度为2m 并配合0.5m 与1m 的短管一同使用，确保各节段之间具有良好的密合性。孔底最下方一段的导管，长度为3～6m，管和管之间以法兰方式连接，连接完成后检查漏水漏气情况。在水面下30cm 位置设置隔水栓，浇筑混凝土后，将隔水栓的连接绳剪断。完成导管安装后，确保导管底部距离孔底250～400mm，在该项目中，为了更好地控制导管下方深度，先将导管放置在底部，再提起250～400mm。

2.9 二次清孔施工

二次清孔方法为正循环法，将泥浆泵管插入导管中，使其距离孔底20cm。启动泥浆泵，使泥浆从导管底部进入孔洞，同时调整导管位置，保证泥浆充分覆盖孔底，实现沉渣置换。在循环泥浆的过程中，及时补充新鲜泥浆，以保持足够的泥浆量，避免孔底发生塌陷，持续进行清孔操作，直到孔底沉渣参数满足设计要求。完成二次清孔后，由监理工程师进行质量检验，确保合格后组织水下混凝土浇筑施工。

2.10 水下混凝土施工

该项目桩基混凝土强度为C30，由集料斗向导管内浇筑混凝土。浇筑过程中缓慢提起导管，确保最终混凝土浇筑高度大于桩长的5% 且不低于2m。在水下混凝土距离钢筋笼底部约1m 时，适当降低浇筑速度，以免钢筋笼上浮。提升到最后一段较长的导管时，适当降低提升速度，防止桩顶泥浆进入导管。在水下混凝土初凝前将导管缓慢、垂直、平稳拔出，对钢护筒进行冲洗、养护。