芦河特大桥水中区钻孔桩施工技术

钟 文

(中铁二局股份有限公司，四川成都610031)

1 工程概况

1.1 桥型简介

太中银铁路设计为旅客列车速度目标值160 km/h，预留200 km/h速度条件，所有桥梁结构满足200 km/h客货共线铁路技术标准，主要段落为双线电气化铁路。太中银铁路杨桥畔芦河特大桥(以下简称“芦河特大桥”)斜跨陕西省靖边县芦河，中心里程DK383+838.30，为21～32 m简支粱桥，全桥长695.96 m。位于R=4500曲线及纵坡为4.5‰的上坡道，桥台为T形实体台，高度5.47 m、4.99 m，台后设置路桥过渡段;9#～15#墩为双线圆形实体墩(墩高均为25 m)，其它桥墩采用圆端形实体墩(墩高3.5～14.5 m);基础为钻孔桩基础(9#－15#墩D=1.5 m，其余墩D=1 m)，桩长30～50 m，共计224根，9 376 m，采用冲击及旋挖钻机进行施工，均为摩擦桩，桩底置于σ0=200～300 kPa粉砂层上。

桥址处河道宽220 m，与河道呈35°斜交，9#～15#墩均位于河道中，其钻孔桩基础桩径1.5 m，桩长30～43 m，共计84根，3276 m。全桥布置如图1所示。

1.2 工程地质、水文地质情况

该桥位地区地震基本烈度6级，α=0.05g，Tg=0.35，冻结深度1.2 m。桥位处地层结构分布由上自下为新黄土、细砂、粉砂、粉砂岩。底层粉砂承载力σ0=200 kPa。

河道水较浅，水深一般在0.5～1 m。地下水及地表水对混凝土具有硫酸盐侵蚀，环境作用等级H1。桥梁范围内高程为1285.95 m以下的桩基、承台及墩身严格按《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》执行。

该桥位于陕西省靖边县杨桥畔镇境内，沙漠地形较为平缓，地势自西向东缓倾，平均海拔1290 m。

2 总体施工方案

本文主要讨论位于河道浅水中的9#－15#墩位处钻孔桩施工。由于河道中水浅、流量小，在搭设桩基施工平台时，不建施工栈桥，直接筑岛作平台，可节省施工费用;同时，考虑到桥位处地层结构，砂岩强度高，决定采用冲击钻机进行桩基成孔施工。

3 施工操作要点

3.1 施工准备

桩基施工前先行沿桥位从河岸向河中填土筑岛形成施工平台，并顺水流方向埋设4根Φ1000 mm过水涵管保证水流的正常通过。施工平台顶宽20 m，高出附近水面50～80 cm，迎水面边坡坡度按1∶1.5，背水面边坡坡度1∶1控制，用挖掘机斗将坡面夯实，从而形成钻孔平台。再由测量组将桩孔进行测量定位，并设置好护桩。

3.2 埋设护筒

采用厚10 mm的钢板制作成整体钢护筒，直径1.9 m(直径比桩径大40 cm)，长度4 m。护筒埋深要求在地面以下不小于3.7 m，顶端高出地面0.3 m。钻机就位前，用长臂挖掘机开挖至护筒埋设底标高并吊装护筒，然后检查护筒中心和垂直度，护筒中心轴线应对正测量标定的桩位中心，其偏差不得大于5 cm，并严格保持护筒的竖直位置(倾斜度＜1%)，符合要求后四周分层回填黏土。

3.3 泥浆制备

(1)泥浆原料尽可能使用膨润土，使用粘土时应符合以下要求:选用塑性指数大于25，小于0.05 mm粒径含量大于50%的粘土制浆。

(2)泥浆的循环和净化:针对钻机特点，在施工前对泥浆的循环和净化结合施工场地作合理布置。设置泥浆池、沉淀池并用循环槽连接。

桥位处表层钻孔平台土为新填，下部的粉砂层、细砂层在钻进过程中护壁不好极易坍孔，故采用了粘结性强的膨润土造浆。

3.4 钻机就位

本桥施工采用CZ－30冲击钻机钻孔，钻机就位后，调平钻机，拉好缆风绳，将钻头中心与桩位中心对齐，保证插钻正确，防止钻孔偏斜。平台部分位置承载力比较低，为避免地基局部受力产生不均匀沉陷，影响钻机稳定性和对孔壁产生压力，钻机在就位时均在其底铺放枕木，以增大受力面积。

3.5 钻进

3.5.1 开孔

检查钻机机况完好后，即可开钻。开孔时，不要急于进尺，放入粘土和小片石，低冲程、高频率、浓泥浆反复冲击，使初成孔坚实、竖直而圆顺，在后续钻孔过程中起导向作用。

用十字形钻头钻孔时，开孔前应在孔内多放一些粘土，并加适量粒径不大于15 cm的片石，顶部抛平，用低冲程冲砸(简易钻机冲程0.5～1.0 m)，泥浆比重1.4～1.6左右，钻进0.5～1.0 m，再回填粘土(如地表为砂土，第二次宜回填1∶1的粘土和碎石;如为软土和粉砂，即回填粘土和粒径不大于15 cm的片石。)继续以低冲程冲砸。如此反复两三次，必要时多重复几次。若使用一字形和管形钻头，钻孔前，宜先注入泥浆。

3.5.2 钻进

(1)钻进过程中，必须勤松绳、勤抽渣，使钻头经常冲击新鲜岩层。要经常检查泥浆比重和含砂率，并填写泥浆试验记录表。钻进时，起落钻头速度要匀速，不得过猛或骤然变速。钻孔应一次成孔，中途不得停顿。并按规范作好钻孔记录。

(2)在钻进中通过坚硬密实卵石层或基岩漂石的土层时宜采用高冲程(100 cm);在通过松散砂砾或卵石夹土层时宜采用中冲程(75 cm)。以免冲程过高引起坍孔。

(3)在钻进过程中要均匀放松钢丝绳的长度。一般在松软土层可松绳5～8 cm/次，在密实坚硬土层可松绳3～5 cm/次。以免“打空锤”。

3.5.3 注意事项

(1)冲击钻孔，为防止冲击振动使相邻孔壁坍塌或影响邻孔刚灌注的混凝土凝固，应待邻孔混凝土灌注完毕，一般经24 h(或强度达到2.5 MPa)后，方可开钻，并采用对角施钻。

(2)升降钻头时须平稳，钻头提出井口时要防止撞碰护筒、孔壁、挂钩和护筒底部。

(3)钻孔作业分班连续进行，经常对钻孔泥浆进行试验，不符合要求时随时改正，经常注意土层变化，在土层变化处均应取渣，判明土层，并填入记录中，与地质图核对。

(4)如发现有失水现象，护筒内水位缓慢下降，应补水投粘土。如泥浆太稠，进行缓慢时，应抽渣换浆。开孔时，为了使钻渣泥浆尽量挤入孔壁，一般不抽渣。待冲砸至护筒下3～4 m时(钻头顶在护筒下超过1 m时)，方可加高冲程正常冲进。4～5 m后，方可勤抽渣。钻进时随时注意，保持孔位正确。

(5)钻孔时要查看钢丝绳回弹和回转情况，耳听冲击声音，借以判断孔底情况。要掌握少松绳的原则，松多了会减低冲程，过于松少了犹如落空锤，损坏机具。松软地层时，一般每次松绳5～8 cm，均匀坚硬土层3～5 cm。

(6)钻头直径磨损不应超过1.5 cm，应经常检查，及时用耐磨焊条补焊。并常备两个钻头轮换使用、修补。为防止卡钻，一次补焊不易过多，且补焊后在原孔使用时，宜先用低冲程冲击一段时间，方可用较高冲程钻进。

(7)为保证孔形正直，钻进中应常用检孔器检孔，检孔器可用圆钢制成，其高度为钻孔直径4－6倍，直径与钻头直径相同。每钻进4～6 m检孔一次，接近及通过易缩孔土层或更换钻头前，必须经过检孔。将检孔器放到孔底后方可放入新钻头。如检孔器不能沉到原来已钻到的深度，或钢丝绳(拉紧时)的位置偏移护筒中心时，则考虑可能发生了弯孔、斜孔、或缩孔情况，应及时采取补救措施。

(8)为控制泥浆比重和抽渣次数，需及时用抽样罐放到需测探深度，取泥浆进行检验，及时向孔内灌注泥浆或投碎粘土。抽渣后，应测孔一次，再分批投粘土，直到泥浆比重达到正常为止。冲孔时每隔3～4 h，将钻头或抽渣筒在孔内上下提几次，把下面的泥浆拉上来，以护孔壁。

3.6 验孔、清孔

钻孔达到设计标高后，对孔位中心偏差、孔径、孔深、垂直度等采用测绳、检孔器等进行全面检查(允许偏差见表1)，符合设计及规范要求后，应进行清孔。其目的是在于使沉淀层尽可能减薄，提高孔底承载力，同时也为了灌注混凝土时保证质量，不出现故障。采用抽渣法清孔直到用手摸泥浆无2－3 mm大的颗粒且比重在规定指标之内时为止。清孔时及时向孔内注入清水或新鲜泥浆。灌注混凝土前进行二次清孔，采用导管连接泥浆泵，压入清浆，换浆清孔，沉渣厚度摩擦桩不超过30 cm。

清孔完毕后，用检孔器对钻孔桩成孔孔径、孔深进行检查，并报监理工程师核实地质情况，对孔径、孔深、孔位、垂直度、孔底沉渣厚度等进行检查，灌注前泥浆可以达到比重1.07～1.10、粘度18～20 s、含砂率小于1%、胶体率大于98%，合格后方可进行混凝土的灌注。

表1 钻孔桩允许偏差

3.7 钢筋笼制作与入孔

钢筋笼在加工场统一加工，采用自动滚焊成型机制作，通过自制双轮拖车运输到桩位，用汽车起重机起吊入孔。钢筋笼每2 m在笼身上均匀安装4个保护层垫块;同时将钢筋笼4根主筋延长，使其露在孔内水面以上，然后恢复桩位进行对中，对中好后再用吊筋悬吊;钢筋笼顶部通过钢筋与护筒口焊接相连，以预防钢筋笼在混凝土灌注过程中上浮。

3.8 灌注水下混凝土

水下混凝土采用直径25～30 cm钢导管，导管使用前应做水密性试验。在安装导管时检查连接丝口垫圈完好，保证其密闭性。安装导管的过程中仔细记录安装顺序和长度，作为灌桩拆管的依据。

混凝土坍落度控制在180～220 mm。灌注前用循环泥浆泵抽水冲射孔底3～5 min，翻动沉淀物，然后立即灌注水下混凝土，宜一次性连续灌注完成，不得间断。灌注过程中派专人作好混凝土灌注记录，随时测量混凝土表面高度及导管埋入混凝土的深度，保证导管任何时候埋入混凝土的深度不小于2 m，亦不大于6 m。混凝土浇筑至高出设计桩顶100 cm为止。水下混凝土灌注完毕，拆除导管，慢速将护筒拔出，回收利用。

4 钻孔桩常见问题处理

4.1 坍孔

孔口坍塌容易发现，而孔内坍塌则需仔细观察现象，如孔内水位突然下降;孔口水面冒细密的水泡;出土量显著增加，没有进尺或进尺甚小;孔深突然变浅，钻头达不到原来的孔深;钻机负荷显著增加等等，均表明孔内已有坍塌。预防和处理方法为:

(1)在松散的粉砂土、淤泥层或流砂中钻进时，应控制进尺，选用较大比重、粘度、胶体率的优质泥浆(或投入粘土、片石低锤冲击使粘土膏、片石等挤入孔壁)。

(2)如孔口坍塌，可回填重新埋设护筒再钻。或下钢护筒至未坍处以下至少1 m。

(3)孔内坍塌不严重者，可加大泥浆比重继续钻进。较严重者，可回填砂石或粘土混合物到坍塌位置以上1～2 m，甚至全部回填再钻。若坍塌埋住钻头，应先清孔，后提起钻头。

(4)严格控制冲程高度。

4.2 弯孔

在钻孔时，由于钻孔方向倾斜产生弯孔，严重者影响钢筋笼的安装和桩的质量。预防和处理方法为:

(1)安装钻机时要使转盘、底座平正。起重滑车缘与固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一根竖直线上，并经常检查校正。

(2)弯孔不严重时，可重新调整钻机继续钻进。冲击钻孔应回填粘土夹砂卵石或小片石至弯孔以上0.5 m，待沉积或用低冲程冲击密实后再钻进。不得用冲击钻头直接修孔，以免卡钻。

4.3 糊钻

冲击钻进时，可降低冲程，降低泥浆稠度，在粘土层上回填部分砂、砾石防止吸住冲击钻头。

4.4 缩孔

地层中夹有塑性土壤(俗称橡皮土)，遇水膨胀后使孔径缩小。或钻头磨损严重未及时补焊，钻出小于设计桩径的孔。遇到这种情况时，可采用上下反复扫孔的方法扩大、或回填砂粘土，待密实后重钻。

4.5 梅花孔

梅花孔或探头石(即孔形不圆有局部孔壁凸进)是冲击钻孔经常遇见的事故，其原因是:泥浆太稠，妨碍钻头转动;转向装置失灵，钻头总在一个方向上下冲击;操作时钢丝绳太松，或冲程太低，钻头得不到充分转向时间，这样就容易在基岩中形成梅花孔。在非匀质地层如漂、卵石层、堆积层等易出现探头石。当出现以上情况时，一般用强度高于基岩或探头石的碎石或片石回填重钻。

4.6 卡钻

钻头在距孔底一定高度卡住，提不上来，但向下可以活动为上卡。在孔底卡住，无法活动为下卡。卡钻后处理方法为:

(1)上下提动钻头，使之旋转，并用撬棍配合，左右反复拨动大绳，使钻头能沿下落的原道提出。

(2)用小钻头冲击卡钻一边孔壁或钻头，使钻头松动后，再起吊。

(3)先探准障碍物的位置，收紧钻头大绳，可用冲、吸的方法将卡钻处松动后提出。

(4)在无活动余地的情况下，可用强提法，强提的支撑枕木垛位置要离孔口范围远一些，以免孔口坍塌，并用保险绳，以免拉掉大绳而掉钻。具体可用滑车组、杠杆、千斤顶等办法使力拉拔钻头。在处理过程中，要继续搅拌泥浆，以防沉淀埋钻。

4.7 掉钻

掉钻后，应及时摸清情况，如孔深，钻头是否偏斜，有无坍孔等，若钻头埋住，应首先清孔，使打捞工具能接触钻头。打捞方法有以下几种:

(1)打捞叉法:当冲击钻头或冲抓钻头钢丝绳折断或钢丝绳卡松脱，在钻头上留下不少于2 m钢丝绳时，可采用叉式捞针在孔内上下提动，将短钢丝绳卡住提出钻头。

(2)钩取法:钻头上预先焊有钢筋环或打捞横梁等，可用钩子挂取。

(3)套绳法:将单绳套(或双绳套)套住冲击钻顶端。有困难时可用带有套绳的导圈，导圈固定在有刚度的杆上或抽渣筒下端，送到预先探准的位置上，将钻顶端套住，收紧套绳取出。当孔内掉进零星落物或工具时，可用电磁铁吸取或冲抓钻头取出。

5 结束语

本桥224根钻孔灌注桩(其中浅水区冲击钻成孔84根)已经全部施工完成，经检测全部为I类桩。选择上述施工工艺既保证了桩基成桩质量、加快了工程施工进度，又节省了施工成本在浅水区域软弱地层条件下，采用整体长护筒，膨润土泥浆护壁工艺快速施工超长钻孔桩的方案是正确的。

［1］黄木荣.桥梁钻孔灌注桩施工经验总结［J］.山西建筑，2009，35(15):99－100

［2］林远华.浅析桥梁工程钻孔桩施工钻机选型［J］.重庆建筑，2008(6):75

［3］林辉杰.浅谈钻孔灌注桩施工技术和质量控制［J］.科技创新导报，2008(8):33

［4］王建清，翁文浩.公路桥梁钻孔灌注桩施工工艺及质量控制［J］.科技创新导报，2009(13):107