超长钻孔灌注摩擦桩基关键施工技术

李显刚

(中铁十八局集团第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

超长钻孔灌注摩擦桩基关键施工技术

李显刚

(中铁十八局集团第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

对于开兰特大桥主墩接近120 m的超长钻孔摩擦桩基的关键施工技术进行了介绍。在桩基的施工过程中，对于传统的施工方法进行了改进和优化，对于桩基施工中可能出现的斜孔、渗漏浆和钻杆堵塞的问题，提出了合理的解决办法，从而提高了桩基的合格率。

超长钻孔灌注桩；摩擦桩；施工技术

随着交通事业的发展，桥梁的跨度也在向大跨径发展，导致中长与超长的桩基数量呈现迅速增多的趋势。同时，随着施工技术日新月异的变化，单桩的设计荷载已经能够达到数千吨，桩基也在朝着大直径和超长桩的方向发展。我国部分地区的地质条件十分复杂，如在建的位于兰考县的开兰特大桥，基岩面呈现倾斜，因此，在进行桩基施工时存在很多关键技术问题需要解决。首先，在地质条件复杂的场地上施工，目前一般采用的是超长钻孔灌注摩擦桩，但是国内外尚没有合理的力学模型来描述其作用的机理，在设计上存在一定的困难。其次，由于桩基的长度达到了百米以上，给桩基的施工及测试技术必然不同于传统的桩基施工。因此，本文对开兰特大桥超长摩擦桩成孔关键技术进行了研究，以提出合理的解决办法。

1 工程概述

开兰特大桥坐落于河南省兰考县的县三义寨乡，其为连续梁桥，跨径布置为70 m+125 m+70 m，具体的桥型布置如图1所示。每侧的主墩均采用12根φ2.0 m的钻孔灌注桩，平均桩长已达到120 m。

图1 桥型布置

工程所处位置自下而上的地质情况为：中风化基岩和凝灰岩、大层的碎石土、大层的黏土和粉质粘土、含有粉质粘土的卵石、大层的黏土、淤泥质土。本文主要对于地质条件十分复杂的北侧主墩的桩基施工进行研究，北侧主墩所处的场地岩石的强度较高、场地起伏不规则、并且岩层具有一定的倾斜度，在桩基的施工过程中非常容易出现斜孔。其场地的岩面分布情况如图2所示。

图2 岩面分布

2 钻进成孔

2.1 成孔过程

由于施工的地质条件非常复杂，要依据现场的实际情况对于钻进速度进行调整；在进入岩层之前采用具有大尺寸合金钻齿的刮刀钻头，并且加大了钻齿数量，从而使得提钻的次数减少；一旦钻头钻入岩层之后，技术人员应时刻关注返渣情况，如果发现钻入了全风化岩层，应当将钻头的刮刀更换为滚刀，调整钻进速度，以确保钻进过程中不出现斜孔[1]。

2.2 关键指标控制

1)对泥浆的控制指标进行明确，如表1所示。

表1 钻进中的泥浆指标

2)对岩样的提取与岩面的判别工作进行加强。

预计地质条件与探测得到的实际地质条件有一定出入，特别是风化的岩面，其往往要高于预计的岩面，应当依据设计中提到的终孔原则对桩基成孔的施工进行调整，从而确保桩基具有一定的安全储备[2]。

3 成孔过程中的关键问题及解决办法

受到复杂的地质条件的影响，桩基在施工的过程中会出现斜孔、渗漏浆及堵塞钻杆等状况，对于桩基的成孔质量带来的严重的负面影响。

3.1 斜孔

斜孔是桩基在施工的过程中遇到的最普遍的问题，北侧主墩桩基的施工同试桩施工的情况存在很大的不同，采用的钻机RC300在施工的开始阶段经常出现斜孔。在首轮的钻进过程中，采用5台钻机进行作业，其中2台出现了斜孔现象，其检测结果如图3和图4所示。

图3 北侧主墩1#成孔检测结果

图4 北侧主墩2#成孔检测结果

1)解决方案

对前期桩基施工过程中出现的斜孔现象进行了深入分析，项目部决定采用导向和滚筒钻相互配合的方式进行扫孔。采取上述措施之后，桩基的检测结果满足规定的要求。滚筒与筒钻如图5和图6所示。

图5 滚筒

图6 筒钻配合导向

2)预防措施

①选用具有大功率的钻机，将施工开始阶段使用的KP350钻机与中昇300钻机更换为更大功率的KTY4000钻机与ZD400钻机。

②参照探测得到的场地的地质情况，对于现场的出渣情况进行时刻的关注，做好将刮刀替换为滚刀的准备工作，与此同时增加钻头的导向器的数量。

③在通过岩层的过程中要减压慢速，并且不断的进行扫孔。为防止出现刮刀钻头钻入硬性岩面以后出现倾斜的现象，当钻头钻入全风化的岩层之后立即将刮刀钻头替换为滚刀钻头；在钻头进入强风化和全风化的岩层之后，减慢钻进速度，并且钻头每钻进0.2～0.3 m便要将钻头提起进行扫孔。

④加强监督的机制。在现场的钻孔施工过程中，安排技术人员全天候地监督，对每根桩基的施工都要做一份钻孔记录，控制好钻进速度并且及时更换钻头。现场遇到异常状况要及时地通报。

图7 北侧主墩3#成孔检测结果

图8 北侧主墩4#成孔检测结果

3)后期效果

采取上述防范措施后，施工合格率接近100%，大大减少了桩基出现斜孔的情况，其后的桩基成孔的检测结果如图7和图8所示。

3.2 渗、漏浆

在桩基施工到卵石层之后非常容易出现渗、漏浆的现象。当护筒内的浆面出现明显的瞬间下降时，便说明护筒内的浆体发生了渗漏[3]。

当钻机在钻进的过程中出现了较大面积的渗漏时，可以采用不间断向护筒内添加水泥或者刨花的方法控制渗漏，并且减慢钻机的钻进速度，从而确保泥浆能够循环[4]。

3.3 钻杆堵塞

钻机钻进的过程中有可能会遇到较大的漂石，从而造成钻杆的堵塞，甚至会导致出渣口被堵，不能够正常排渣。此时应对漂石的数量和直径进行估量，然后决定是否将刮刀拆下替换上滚刀。

4 钢筋笼施工

4.1 钢筋笼加工场地布置

制作好的钢筋笼节段采用等强的直螺纹连接工艺连接，此时需要解决不同的钢筋节段对接时的定位问题，通常采用靠膜法，其施工流程如图9所示。

将制作好的钢筋笼吊入事前清理好的存放区存放，每个钢筋笼的长度达到120 m，质量约为40 t。当存放区的钢筋笼间距为2 m时，要确保钢筋笼的加劲圈位于搁置的方木上面[5]。

4.2 起吊设备的选择

因为钢筋笼的质量已超过40 t，有必要对于钢筋笼的吊点进行特殊的设计。在每个钢筋笼的加劲箍处，分别均匀设有4个吊环与4个卡环， 4个吊环用作下放过程中的吊点，布设的卡环用于钢筋笼的固定(如图10所示)。使用配有单扁担梁的70 t履带吊进行钢筋笼底部第8节和第9节的吊装下放(如图11所示)；除此之外的钢筋笼节段使用100 t的配有矩形扁担梁的龙门吊进行吊装下放(如图12所示)。

图11 单扁担梁下放

图12 正方形扁担梁下放

5 混凝土施工

5.1 混凝土灌注施工

5.1.1 准备工作

1)灌注料斗的准备

在进行首次的混凝土灌注时，混凝土的数量应当满足能够填充导管的底部和导管的首次埋深>1.5 m的要求，孔底与导管的底部保持400 mm的距离，对其进行计算得到首次进行灌注混凝土的数量为15 m3。

2)灌注导管的准备

①导管设计及加工。导管采用Q235无缝钢管加工制作，其接头形式是丝扣式，底部的导管节段长9 m，中间的节段长2.5 m，调整节段的长度为0.5 m和1 m，壁厚10 mm，其内径为330 mm。

②导管水密性检验。混凝土的浇筑前，要对导管的水密性进行测试(如图13所示)。检验合格后，对连接好的导管编号，按顺序下放。

图13 导管水密试验

5.1.2 混凝土灌注

在灌注混凝土之前要进行二次清孔工作，待导管安放好之后，进行风管的安装，采用气举反循环进行桩基的二次清孔。在这个过程中，风压应当控制在0.5～0.8 MPa。当二次清孔作业完成以后，对孔深进行测量，保证孔底沉渣的厚度符合要求[6]。

5.2 混凝土灌注质量控制

5.2.1 混凝土原材料质量控制

对于进场的原材料进行严格的控制，加强对于原材料的检验工作，灌注用的混凝土的粉煤灰、外加剂、水、砂、石及水泥等原材料的规格与质量应当满足规范的要求。

1)水泥：采用高性能混凝土水泥，符合GB175—2007《通用硅酸盐水泥》的规定。

2)掺合料：采用Ⅱ级粉煤灰和磨细的高炉矿渣，高炉矿渣的细度不应小于400 m2/kg。

3)外加剂：禁止采用含有盐类、钾类和氯类的外加剂，在所添加的外加剂中，其氯离子的含量应小于水泥质量的万分之二，当制备高性能的混凝土时应选用高效和高性能的减水剂，其减水率应大于20%。

4)水：水中氯离子的含量应小于200 mg/L。

5)砂、石材料：应满足规范JTJ041—2000《公路桥涵施工技术规范》的规定。

5.2.2 混凝土的配制及拌合

配置混凝土时，应依据质量比进行配置，根据配料单对其进行称重，并满足表2的规定[7]。

表2 混凝土的原材料称量表

6 结语

开兰特大桥的主墩桩基共有30根，共投入5台钻机进行桩基的成孔作业，在5个月内完成了桩基的施工任务，每根桩基的平均施工天数为25 d，施工完成后所有的桩基经过检测均为Ⅰ类桩。因此，对于超长摩擦桩的施工钻机的选型是合理的，其桩基的成孔技术具有一定的先进性。

[1]周政.超长钻孔灌注桩施工及承载试验研究[D].西安:长安大学,2012:18.

[2]张冰,钱非.上海辰山植物园展览温室桩基采用摩擦钻孔灌注桩[J].上海建设科技,2011(2):48-50.

[3]王照宇,王洪涛.Φ3 m超长大直径钻孔灌注桩的关键施工技术[J].四川建筑科学研究,2010(2):147-150.

[4]孟凡莹,杨飞,杨达赖.浅析大直径深长钻孔桩在软、硬质岩层的工程实践[J].城市道桥与防洪,2009(9):133-137,234.

[5]王明,周剑钊,周晔.大直径钻孔灌注桩施工及承载力试验研究[J].公路,2009(7):120-124.

[6]刘耀东,余天庆,白应华,等.深水超长大直径钻孔灌注桩施工关键技术研究[J].华中科技大学学报(城市科学版),2009(2):57-60.

[7]邓文洪.岩溶地区超长钻孔灌注桩桩基施工及检测技术[J].铁道建筑技术,2009(2):70-73,79.

The Key Construction Technology of Ultra-long Bored Perfusion Friction Pile Foundation

LIXiangang

(China Railway Eighteen Bureau Group First Engineering Co.,Ltd.,Zhuozhou 072750,China)

This paper introduces the key construction technology of pile foundation of Kailante bridge main pier.In order to improve and optimize the traditional construction method,the author puts down the reasonable solution to the hole,slurry leakage and drill pipe blockage problem in construction and improves the rate of foundations qualification.Therefore,for the research on the key construction technology of super-long rock-socketed pile the paper has a certain practical guiding significance for similar projects.

super long bored pile;rock-socketed pile;construction technology

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2017.02.006

2017-04-01

李显刚(1982—)男，工程师，学士，研究方向：桥梁施工，电子邮箱：xinweixian2017@126.com。

U442

A

2095-5383(2017)02-0025-05