严寒区浅海复杂地质钻孔灌注桩施工技术

孟祥宇

【摘 要】通过严寒地区冬季钻孔灌注桩施工实践，简要介绍冬季严寒区浅海复杂地质钻孔灌注桩施工工序，施工难点及相应的防护措施，可为今后类似工程提供借鉴。

【关键词】严寒区冬季施工钻孔灌注桩

1引言：

冬季严寒区复杂地质钻孔灌注桩施工中，混凝土生产运输时的加热保温，潮水高差较大钻进过程中护筒内外水压的平衡，护筒底部流动淤泥杂填土不稳定，护筒底漏浆和塌孔的防护。温度较低泥浆的粘度降低、胶体率下降、失水率增加、泥浆的拌合及管道加热输送等控制，灌注混凝土时对混凝土的入模温度及流動性的要求等都是冬季施工时的控制难点，施工时应采取有效的防治措施进行施工安全质量控制，预防出现事故的发生，为施工企业赢得经济效益和社会效益。

2工程概况：

丹东港临港产业园区1#公路桥桥长150m，为一联5×30m简支转连续梁桥。钻孔桩45根，其中Φ2.2m的共24根，Φ1.2m的共18根，Φ1.5m的共3根。位于丹东港大东港区拐尺码头与SK油罐区，横跨华能电厂蓄水池出口。场地的地貌单元为滨海沉积平原。桥位所在东港市属于严寒地区大陆性季风气候，冬季平均最高气温为-3.2℃，冬季平均最低气温为-11.34℃，冬季平均风力4～5级，无霜期182天，结冻期147天。桥区水道受潮落潮汐影响，潮汐为不规则半日潮，在一天内两涨两落，最高潮位7.72m，最低潮位-0.57m。

桥位处地质为杂填土、细砂、淤泥质粉质粘土、风化岩、细砂互层、卵石等，流动的淤泥杂土厚度在10m～20m左右，桩基类型为摩擦桩，且护筒长度不易过长，护筒插打在流动的淤泥杂土中极易造成护筒底漏浆、塌孔等事故。全年有效施工期不足200天。本项目计划开、竣工时间为2012年11月6日～2013年4月30日，施工工期跨越了整个冬季，为保证工期目标的顺利实现，必须进行冬季施工。

3钻孔灌注桩施工：

栈桥施工→水上平台施工→测量放线→护筒施工→钻机就位→泥浆搅拌→保温输送→钻孔→成孔质量检测→清孔→安装钢筋笼→安装水下灌注导管→检查签证→灌注桩身混凝土→成桩质量检测。

3.1钢护筒施工顺序及要点

施工流程：在钻孔平台上拼装钢护筒导向架→对接钢护筒→整体起吊钢护筒入水→调整护筒倾斜度及位置缓慢入床至稳定→安装DZ-150振动打桩机振动下沉→安装钻机开始水上钻孔桩施工。

注意要点：在钢护筒振动下沉过程中要精确定位、跟踪监测、调整，确保钢护筒插打后的垂直度和平面位置。要求钢护筒内径大于设计桩径的0.3m，在车间分节制造，在平台上对接，整体下沉，下沉过程中，随时用木楔在导向架与护筒之间调整偏差，护筒长度考虑穿过淤泥杂填土，尽可能将护筒埋置在较坚硬密实的土层中至少0.5m。其顶面位置偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。

3.2钻孔前的准备

钻机摆放位置要合理布置，开钻顺序统一安排，避免干扰。钻机组装就位时，其底座应水平、稳定，钻架及钻头竖直，钻头和桩径中心在一铅垂线上，以保证孔位正确，钻孔顺直。钻孔前对钻孔的各项准备工作进行检查，钻孔时按设计资料及实际地质情况绘制地质剖面图。安排钻孔顺序时，相邻两孔不同时进行钻孔作业或浇筑混凝土。一根桩灌注混凝土24h或混凝土桩的强度达到5MPa后，其邻孔才能开始钻孔。开钻时钻头中心与桩位中心的偏差不得大于2cm。孔内先灌注泥浆，也可直接投放粘土，用钻头以小冲程反复冲击造浆，使护筒底口以下2～3m范围内的孔壁坚实、不漏，并竖直圆顺，能起导向作用。

3.3泥浆的搅拌及输送

选择局里施工点较近的场地，挖设两个泥浆池，一个用来搅拌普通泥浆，另一个用来调制高性能泥浆。将清水注入空泥浆池内，用20%氢氧化纳（又名烧碱、火碱或片碱）溶液调节水的PH值在8-10之间，用搅拌机搅拌均匀（搅拌时间约为10-20分钟）。在配碱过程中，一定要先把氢氧化纳配制成20%水溶液，切记直接把固体氢氧化纳直接加入泥浆池中，以便充分溶解。通过水管口加入专用泥浆，要求慢慢均匀加入，一般加量为万分之三（既100方水中加入本产品30公斤），后用搅拌机搅拌，用工程漏斗测定溶液的黏度到30秒左右即可满足本工程地质。（一般情况下手感稍有粘度起线丝状即可，特殊地质根据实际情况而定）。若黏度高于30秒，可直接加水稀释：若黏度小于30秒，可能是由于搅拌时间不够，需延长搅拌时间，如果仍达不到黏度，可打开出水口补充专用泥浆料，并再用搅拌机搅拌，直至满足条件。泥浆输送管道采用大直径厚壁塑料管外包电阻丝和防水保温棉进行加热，保证泥浆在10℃左右。

泥浆性能指标控制标准如下表

3.4钻孔的过程控制

在钻进过程中，观察潮水的涨落情况，护筒内泥浆面高度与护筒外保持一致。防止因护筒内外水压差过大时，导致孔底漏浆或塌孔。钻进时，必须勤松绳，少量松绳，防止打空锤，避免钢丝绳承受过大的意外荷载而遭受破坏。勤去渣，使钻头能经常冲击新鲜地层。起落钻头时，速度宜均匀，不可过猛或骤然变速以免碰撞孔壁。钻进时，经常检查钻头的转向装置，使钻头在钻进中能只有转动。发现钢丝绳磨损严重时，及时更换。钢丝绳连接及时加固，以防掉钻。

如发现偏孔，及时回填粘土和小片石进行纠偏，回填高度高出偏孔处0.5m。钻头直径磨耗超过规定时，及时更换、修补。因故停钻时，将钻头提出孔口，再开钻时以小冲程冲击从小逐渐加大，过渡到正常冲程范围，更换钻头时，检测钻头直径，以免卡钻。为了正确提升钻头的冲程，在钢丝绳上做出醒目标记。钻头进出时，严禁孔口附近站人，防止发生钻头撞击人身事故。冲孔过程中，严格按设计要求，每钻200mm，取一次岩样，并妥善保存，以便终孔验证。

3.5特殊情况处理

防止卡钻：按照地址资料，严格掌握可能产生的底层，钻头在孔内冲砸将接近探头石时要尤其注意。如发生卡钻要防止强提、强扭和操作不当使钢丝绳疲劳断裂掉钻。发生卡钻时，要首先查明情况。例如卡钻位置的标高和卡钻原因，是不是钻孔不圆、探头石、落石或是卡在钢护筒底部、钻头卡住后有无沉渣堵住等。查明卡钻原因后，采取相应的措施。

卡钻一般处理方法有：用长护筒时可以将护筒插至卡钻处，强迫降水、清渣，确认可以保证安全时，人工下穿滑车组，利用千斤顶顶拔等办法。

防止塌孔：起落钻头和取渣筒要平稳下放，防止碰撞护筒和孔壁引起塌孔。要慎重对待护筒刃脚以下和护壁处理工作。经常观测泥浆稠度，随时注意掌握孔内外水位变化，取渣和清孔时补水。

塌孔的处理：对钻孔内严重塌孔，查明其所在部位，并针对具体情况，可采取以下处理方法：分次回填粘土坯及片石至塌方标高以上0.3～0.5m，循环反复冲砸达到重新固壁，或者采用长护筒震动下沉至塌孔位置以下，回填片石及粘土坯继续进行冲孔造壁。

3.6终孔、清孔和验收

终孔后成孔质量要求：孔内不能有浮冰，桩顶孔中心偏差≥5cm，孔径不小于设计桩径，孔深不小于设计规定，钻孔倾斜度<1%。

孔底沉渣标准：清孔后的孔底沉渣厚度，端承桩不得大于50mm，摩擦桩不得大于200mm。

终孔验收后，即可进行下放钢筋笼作业；钢筋笼下放到位后，再次对桩底沉淀进行检测，若不满足规范或设计要求，需采用混凝土灌注导管进行第二次清孔。第二次清孔后泥浆性能指标应满足灌注前泥浆性能要求。

工程实践证明，第一次清孔时，尽可能降低泥浆含砂率（控制在0.5%）以内，保持合理的粘度及相对密度，对于减小孔底沉淀厚度具有至关重要的作用。施工中将重点控制此环节。

3.7混凝土生产

混凝土的拌制生产针对混凝土搅拌站原材料、生产和运输条件进行热工计算和热工条件评估。热工计算的控制指标：混凝土入模温度l0℃以上，拌合水最高加热温度60℃，集料最高加热温度40℃。搅拌设备宜设置在气温不低于10℃的厂房或暖棚内，搅拌时间较常温延长50%。根据实际情况，在开盘前两小时，采用暖气等方式预热搅拌楼，确保设备正常运转。开盘时，应先用热水冲刷搅拌机，以保证第一盘混凝土出机温度满足出机和入模要求。

集料宜堆放在棚房或采用保温材料进行覆盖，防止出现冻块。当遇到下雪时，应及时清扫积雪，确保砂、石不被污染，含水稳定，并且无冰、雪、冻块。采用热水拌制时，水需进行检验，满足各项指标要求方可使用。拌合时加料的顺序是：先加集料和已加热的拌合水，然后再加水泥，防止出现混凝土假凝现象。

混凝土采用混凝土罐车运输，要合理配备罐车，应尽量缩短罐车到现场后等待的时间。运输时，在混凝土运输车罐体上包裹棉织物，加强保温覆盖，减少运输过程中的热量损失。混凝土运输过程中以2～4r/min的转速搅动，当罐车到达浇筑现场时，高速旋转20～30s后再进行混凝土浇筑。严格控制混凝土浇筑时塌落度，混凝土坍落度应保证在18～22cm，且具有良好的和易性和流动性。混凝土灌注时，试验人员现场控制，严禁任意加水，混凝土入模温度不低于10℃。现场出料时必须检查混凝土温度，如不满足要求，禁止使用。

3.8混凝土的灌注

水下混凝土灌注是保证钻孔桩质量最重要、最关键的工序，应认真做好各项准备工作。

灌注导管采用Φ273mm的快速卡口垂直提升导管。导管使用前进行拉力和水密试验并组拼编号，确保导管的良好状态。下放导管时仔细操作，避免刮碰钢筋笼。导管安装长度建立复核和检验制度，并做好记录。

水下混凝土尽量安排在白天及气温较高时间段进行灌注。砍球前准备足够的混凝土储备量，保证砍球后导管的埋置深度大于1m以上，一次灌注混凝土的儲备量不小于20m?，砍球前，导管距孔底的高度要适当，一般取20～40cm。

灌注过程中，注意观察导管内混凝土面下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，导管埋置深度适当，保证埋置深度不过大，宜在2～6m，导管提升缓慢，不挂钢筋笼。混凝土灌注到达钢筋笼底部时，适当放慢灌注速度，减小混凝土的冲击力，防止钢筋笼上浮。灌注作业连续进行，中途不停顿，发现问题，及时分析原因，果断采取措施，避免发生断桩事故。实际灌注的桩顶标高应比设计标高高出0.5～1.0m，并根据施工要求留置好同条件试件。灌注后及时清理孔内的剩余泥浆。

4结束语

丹东港临港产业园区1#公路桥钻孔桩施工中，通过合理的选择施工设备和进一步优化施工方案，历经了严寒区的一个冬季，顺利完成了施工任务。对所有钻孔桩都做了超声波检测，均满足设计要求，桩基质量全部合格。钻孔灌注桩是桥梁工程的基础环节，由于其施工的隐蔽性，在施工中需做好每一步记录，严把质量观，避免造成不必要的损失。

参考文献：

1、《公路桥涵施工技术规范》

2、《市政桥梁工程质量检验评定标准》