关于砂卵石地基钻孔灌注桩施工经验的探讨

王庆峰

一、概述

安徽金寨县史河上梅山电站附近新建一公路桥，采用钻孔灌注桩基础。桥共10孔，每个承台两根灌注桩，钻孔灌注桩直径1.4m，共有22根。根据地质勘探，地面至岩层面约11m深,为砂夹卵石层，岩层面基本为新鲜基岩。灌注桩为端承桩，桩长约为12m，混凝土等级为C30水下混凝土，混凝土灌注桩需穿过砂卵层，嵌入基岩不小于1.0m。河道水位较高，砂卵石地基含砂量约在60%～70%，成孔较困难，建设单位根据工程实际情况，采用在桩位筑粘土平台，用冲击钻施工，增加护壁泥浆浓度，保证了工程质量。现就相关施工经验作简要介绍。

二、灌注桩施工

1.施工机械的选用

砂卵石地基钻孔通常采用反循环钻机(GJD－1500型)，设计要求入岩不小于1.0m。河床砂层含有较大粒径的卵石，旋转钻机不能挤碎卵石，易造成泥浆护壁塌孔，同时钻机入岩进度慢，此方案不可取。采用冲击钻 (CZ－22型)，能在砂卵石及岩石地基成孔，成孔入岩施工进度快，工程质量有保障。经比较，采用冲击钻成孔。

2.施工工艺流程

钢筋混凝土灌注桩的施工工艺流程见图1。

3.施工准备

（1）材料的选用

依据规范要求的水下混凝土指标和设计强度试配混凝土的配合比，混凝土配合比须从拌和现场的砂石水泥库中现场取样，送到水利试验单位进行检验及配合比试验，经试配后方可使用。混凝土的强度等级为C30，坍落度一般为16～22cm，砂率 40%～45%，细度模数在2.5～3.0的中砂，20～40mm碎石，水泥用量不小于350kg/m3。

依据桩身土层的性质，采用黄粘土或采购膨润土制浆，浆液的比重计划控制在1.2～1.35，浆液粘度为20～26s，含砂率≤4%，胶体率不小于95%。

根据地质勘测结果，按设计长度在加工厂制作钢筋笼，采用汽车吊入孔，桩长在12m左右，不超过15m，制作成一个整体。

（2）施工测量

利用已建立的平面和高程控制网，精确定位每根桩的平面和高程位置，作为施工控制的依据，确保桩位的准确无误。

4.汛后水位修筑平台及护筒埋设

灌注桩施工选在汛后枯水季节进行，电站下游水位相对较低，约为高程67.0m，有利于施工，但仍需在施工作业现场建造一个作业平台，平台的顶高程68.5m，能满足施工的需要。实际施工时在桩位处，采用粘土填筑一宽4m、长6m、深3m的平台，满足了护筒埋设要求，钻机就位及开孔护壁效果均比较理想。

护筒埋设：钢护筒直径1.5m，通常护筒高度1.5m，内外水位差保持在1m，为保证成孔顺利，不易坍孔，水位差宜采用较大值，取1.5m，护筒高度采用2.5m。在粘土平台用挖掘机开挖埋设护筒，由测量人员和工程技术人员负责护筒埋设的精度控制，护筒底部低于地下水位，顶部高出地面0.3m，高出地下水位1.5m。其中心轴线与桩中心偏差<50mm，且四周用粘土回填并分层夯实。在回填土上成孔时，回填土要保证回填质量，成孔时回填土不得漏水。

5.护壁泥浆

工程地层上部为松散的中粗砾砂层，地层造浆困难，孔壁不易稳定可能出现漏浆，故施工中孔内泥浆应始终保持良好的性能。采用优质泥浆护壁成孔是防止桩孔缩径和坍塌的有效措施。工程采购优质粘土制浆，就近设置泥浆池，架设泥浆泵，形成泥浆循环。为使孔壁稳定性好，钻进成孔时针对地层变化进行泥浆性能的适当调整。钻进泥浆性能指针一般为：粘度20～26s，比重1.20～1.35，含砂率小于4%。根据该工程特点，砂卵石层含砂量较大，施工护壁泥浆比重采用1.40～1.6，护壁效果好，防止了坍孔。

6.钻孔

钻孔作业分班连续进行。钻机就位前，应对钻孔前的各项准备工作进行检查，确保桩位准确无误。开钻前，向护筒内注满水，用冲击锤小冲程（1.0～1.5m）反复冲击造浆，必要时添加黄土或膨润土造浆，待护筒内泥浆保持一定浓度后开钻。

在钻孔过程中始终严格控制和保持孔内水头，高出地下水位或施工水位1.5m以上，并保持泥浆比重较大，以保持孔壁稳固。

岩层中钻进时，尽量提高孔底的泥浆比重和额度，使孔底泥浆由一般的钻渣托浮力变为握裹力，使钻头冲击下的岩块裹于泥浆中，以减少岩石的重复破碎。施工中反复投粘土、冲击和掏渣，以提高钻进速度。采用及时补浆、抽浆、掏渣的办法始终保持与孔外水面有1.5m的固定高差，以保证孔内水压的稳定和孔壁的安全。钻孔过程中，通过对钻孔泥浆中石渣判断，并报告监理部，经现场测量确定开始入岩，并记录钻入岩石内1.0 m，即可确定该钻孔完成，随后进行后续工序施工。施工记录表明，在砂卵石层中钻进速度为0.3～0.4m/h，在岩石层中钻进速度为 0.08～0.1m/h。

7.验孔、清孔

孔底标高达到设计要求后停钻，对孔位中心、孔径、孔深、垂直度、沉渣厚度等采用测量仪器、测绳、验孔器等工具进行检查，经业主签认后，换浆清孔。钻孔至设计标高后，稍提起钻具，离孔底20cm处反复冲击，采用正循环进行换浆清孔。泥浆指标1.20～1.45,黏度为19～28Pas,含砂率 4%～8%，并保持一定水头高度，防止塌孔。混凝土灌注前进行二次清孔，确保孔底沉渣和泥浆参数满足设计和规范要求。清孔后的孔底沉渣应小于5cm，泥浆指标：相对密度为1.03～1.1，粘度为 17～20 Pas，含砂率小于2%。

8.安装钢筋笼及导管

验孔、清孔并经监理工程师检查合格后，安放钢筋笼。钢筋笼在钢筋加工场按设计图下料加工完成。采用桩架垂直缓慢下放，钢筋笼安放至设计标高后，用四根Φ25定位钢筋将钢筋笼焊在护筒或钻孔平台上，以防止钢筋笼在灌注时上浮。

钢筋笼安放完成后，安放混凝土灌注导管，导管采用内径为φ350mm内壁光滑的钢管，底节长4m，普通节2m，加配1m、0.5m长的调节导管。导管安放前先试拼，并进行水密、承压和接头抗拉试验。合格后缓慢分节下放拼装，防止碰挂钢筋笼。导管长度根据孔深、漏斗高度等计算确定，导管底距孔底距离为25～40cm。

9.灌注水下混凝土

桩基混凝土采用商品混凝土拌和站集中拌和，搅拌运输车运至现场，用吊车配吊斗进行灌注。

导管下放完成后，二次清孔至孔底沉渣厚度小于5cm，满足要求后，及时快速灌注首批混凝土，初灌漏斗的容量与首盘混凝土量必须满足水下混凝土的灌注高度高出导管底≥1m。

储存量的计算：

首次灌注时储料斗内混凝土储存量应满足导管底部能一次埋入混凝土中1.0m。

V=л/4D2(H+h+0.5t)+л/4d2(0.5L-H-h)

=л/4×1.42（1+0.3+0.5×0.03）+л/4×0.352（0.5×11-1-0.3）=2.45m3

考虑1.1的充盈系数，初灌量应为:2.45×1.1=2.7m3。

V：混凝土的初存量m3；

D：桩直径，取1.4m；

d：导管内径，取0.35m；

L：钻孔深度，取11m；

H：导管埋入混凝土深度，取1.0m；

h：导管下端距灌注前孔底的高程，取0.3m；

t：灌注前孔底沉渣厚度，取0.03m。

随着混凝土的上升，相应提升和拆卸导管，但要保证管底部埋入混凝土以下2～4m，也不宜大于6m。经常检测井孔内混凝土面的位置及时调整导管的埋深，采用锤重不小于4kg的锥形测深锤进行检测。桩顶高程下4.0m采用振捣器振捣，混凝土的充盈系数不小于1.0。混凝土浇筑高程比设计桩顶高程高出1.0m，以保证混凝土强度，多余部分接桩前凿除。

三、结语

该工程灌注桩施工后，经低应变检测，全部桩质量优良，达到设计要求。实践表明，在砂卵石地层且端部需要入岩的灌注桩施工，采用冲击钻施工能保证质量与进度。通过采取换填粘土平台、采用加长护筒增加内外水位差、钻进过程中增加护壁泥浆浓度但清孔时需置换到正常浓度、冲击钻小冲程开孔等施工措施，可防止坍孔，保证施工正常进行，确保工程质量。在灌注桩浇筑后也发现，混凝土充盈系数较大，约为1.3～1.4，与在粘土层中的灌注桩有较大区别。该工程施工经验在以后类似工程中可以借鉴