钻孔灌注桩技术在高速公路桥梁施工中的应用探究

李建学

摘要：作为现代桥梁基础结构的主要形式，钻孔灌注桩主要承受上部结构传递的竖向荷载，并将其传递至桩体周围的介质（如土体）中，进而通过桩体与岩土产生的剪切力来维持桩顶上部结构的稳定。新时代的发展背景下，钻孔灌注桩因其适应性强、施工简便、成本较低、抗震性好等特点在现代公路桥梁建设中得到了广泛应用。鉴于此，笔者基于专业知识的学习与实践经验的总结，就钻孔灌注桩施工技术在高速公路桥梁建设中的具体应用进行简要分析，具有一定的参考性，盼为读者学习引用。

关键词：高速公路；桥梁工程；钻孔灌注桩；施工技术

1、钻孔灌注桩特点分析

1.1适用性广

钻孔灌注桩施工没有特定的地质条件与地理要求，即可在陆地使用，也可在水域使用，其成桩工艺适用于泥土、砂石以及各种基岩；施工过程受季节气候影响较小，施工现场即可在旷野、山区、也可在城市与郊区；成桩直径可小到0.3～0.6m，可大至2～4m甚至更大。

1.2承载力强

钻孔灌注桩结构尺寸的设计可根据需要桩径、桩长与最适合的承载层任意选择，以此确保桩体承载满足实际需求。当有特殊需求时，可通过变截面（如扩大底桩）的形式提高单桩承载力。实践证明；钻孔灌注桩可为桥梁上层结构提供的承载力达到5000～7000KN，且在某些特殊桥梁工程中可通过增大桩体截面积或加长桩身长度的方式使其承载了达到10000KN。

1.3抗震性好

钻孔灌注桩深入地层一定深度，即可基岩浅埋，也可嵌入基岩，具有强大而坚实、与地基结合良好的特性，促使地基为桥梁整体提供一个极大的水平承载了，进而表现出良好的抗震性能。

2、钻孔灌注施工技术

2.1工艺流程

钻孔灌注桩施工过程主要可分为成孔、清孔、混凝土灌注三大阶段，具体流程细分为：

场地准备→放线定位→护筒埋设→钻机就位→泥浆配制→钻头钻进→泥浆循环→成孔→一次清孔→钻机移位→钢筋笼吊装→导管安装→二次清孔→混凝土灌注→导管拆除→成桩检测→桩头破除。

2.2技术要点

随着技术的发展，钻孔灌注桩成孔技术（工艺）呈现出多样化形式，我国目前常用的有正、反循环、冲抓锥、潜水钻、螺旋钻、冲击钻与振动沉管等方法。基于现实情况的考虑，本文主要以反循环成孔工艺为研究对象。

所谓反循环钻进，是指冲洗液通过孔壁与钻杆间的环状空间流入钻进孔底冷却钻头并经钻杆内腔将钻渣携带至地面的施工方法，该工艺主要适用于粘土、填土、砂砾、粉土与淤泥等地质条件。反循环钻进过程中，由于钻杆内腔横截面积大大小于其与孔壁间的环状断面积，因此冲洗液上返速度可达2～3m/s，为正循环的40倍以上，增大了排渣能力，从而提升了钻孔速率，并从使用效果来看，反循环钻进优于正循环钻进。需要注意的是，对于无地下水地层与自重湿陷性黄土层而言，反循环钻进成孔则不适用。

2.2.1泥浆配制

利用泥浆的目的在于钻进过程中一边循环一边对孔壁形成一层泥浆膜，保证孔壁任何部分的静水压力>0.02MPa。实践表明，当地下水深H≥2.0m时，钻孔护壁可用清水裸孔钻进，但在钻进护筒底口存在松散层渗漏系数较大时，为确保孔内水头高度，则应考虑泥浆钻进；当地下水深H≤1.0m时，为确保钻进顺利进行，必须综合考虑护壁方法，在粉土层与粘土中钻进时，可取泥浆比重为1.02～1.04，在易塌孔土層（如砂层）中钻进时，泥浆比重则需加大至1.05～1.08。泥浆其他指标为：含砂率≤6%；胶体率≥90%；黏度测定17～20min；失水量<20ml/30min。

2.2.2钻进施工

开始钻进时，启动泥浆泵，轻按钻头逐渐加快转速，钻进过程中严格控制钻头转速与钻挖速度（具体可参考下表1），保持钻机稳定运行，以防刮拖钻孔，并仔细观察排水情况，保持孔内水位高出自然地下水位至少2.0m。钻进过程中对钻进土质需进行现场取样，当土质泥砂量较大时，说明为透水性较大的淤泥夹砂层，此时需要加入适量粘性土（或膨润土）提升泥浆稠度做好护壁工作；当为较好粘土层时，可适量灌入清水，利用孔内自造泥浆达到护壁效果，但均需控制泥浆比重在1.02～1.08范围内。

2.2.3清孔

清孔的目的是抽、换原钻孔内泥浆，降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标，清除钻渣，尽量减少孔底沉渣厚度，防止桩底存留过厚沉淀而降低桩的承载力，常用的清孔方法有抽奖法、换浆法、掏渣法、喷射法与砂浆置换钻渣法。清孔一般分两步实施，即成孔后进行第一次清孔，钢筋笼与导管安装完成后进行第二次清孔，严禁采用超钻方式代替清孔。具体质量要求为：

（1）清孔后，孔底沉渣对于端承桩应≤50mm，对于摩擦桩应≤300mm，对于摩擦端承、端承摩擦桩应≤l00mm；

（2）清孔后，灌注混凝土前泥浆性能指标应达到：孔底500mm以内的泥浆比重<1.25，含砂率≤8%，粘度≤28s。

2.2.4混凝土灌注

（1）混凝土性能参数。①原材料：粗骨料宜选用卵石，石子含泥量小于2%，以提高混凝土的流动性，防止堵管；②一般混凝土初凝时间仅3～5小时，只能满足浅孔小桩径灌注要求，而深桩灌注时间约为5～7小时，因此应加缓凝剂，使混凝土初凝时间大于8小时；③搅拌方法和搅拌时间：为使混凝土具有良好的保水性和流動性，应按合理的配合比将水泥、石子、砂子倒入料斗后，先开动搅拌机并加入30%的水，然后与拌合料一起均匀加入60%的水，最后再加入10%的水（如砂、石含水率较大时，可适当控制此部分水量），最后加水到出料时间控制在60～90秒内；④坍落度选择：坍落度应控制在180±20mm之间，混凝土灌注距桩顶约5m处时，坍落度控制在160～170mm，以确保桩顶浮浆不过高。气温高，成孔深，导管直径在250mm之内，取高值，反之取低值。

（2）混凝土灌注技术。①首批混凝土灌注：由于导管的管口埋在首批混凝土的深度要大于1m，导管的孔口离孔底的距离30～50cm，因此首批混凝土储量必须大于桩底部混凝土一次埋深1.5m所需的体积，宜取1.3的超灌量系数。开始灌注前，必须把隔水栓先放入导管用铁丝吊在水面上，然后在其上灌注水泥砂浆和混凝土（加少量砂浆，避免粗骨料卡管），只有当料斗和导管中首批混凝土的储量满足上述要求，才能剪断铁丝，使首批混凝土一次落入孔底，将导管的孔口淹没，形成隔水层。隔水栓被导管内混凝土压出导管，以保证混凝土在无水的导管中呈现原状送到孔底。以后混凝土不断地通过导管的出口，进入首批混凝土的下面，把首批混凝土及其上面的泥浆顶托上升，逐渐把桩孔用混凝土填满；②后续混凝土灌注：连续灌注时如若出现间歇现象，则应拉动导管并检查孔门返浆情况，待返浆停止后继续灌注。进入后期灌注过程时，由于孔内压力逐渐减小，致使混凝土密度出现不均匀现象，因此可采用落差调整的方式提升混凝土密实度与均匀性。另外，混凝土灌注过程中导管埋深（埋入混凝土深度）应以2～6m为宜，且最小不得小于1m；导管应勤提勤拆，控制提管速度在3m/min左右；混凝土灌注高度应比设计桩顶高出至少50cm，以此确保桩头破除后桩顶混凝土密实无杂质；③混凝土灌注速度：水下混凝土灌注应连续快速，以防塌孔或泥浆沉淀过厚，为保证顶层混凝土流动性，便于导管提升，混凝土灌注高度应>10m/h，对于桩径<2.5m的灌注桩而言，其适当灌注时间为：L<20m时为1.5～2h，L在20～40m时为2～3h，L在40～60m时为3～4h，L在60～70m时为4～5h，L在70～80m时为5～6h，L在80～100m时为7～8h，其中L桩长。

3、结语（质量控制标准）

（1）孔径：不小于设计桩径；

（2）孔位允许偏差：群桩≤10cm，單排桩≤5cm（斜桩以水平面偏差值计算）；

（3）倾斜度：直桩<1/100（挖孔<0.5/100），斜桩<设计斜度的±2.5%；

（4）孔深：摩擦桩不小于设计规定，柱桩（支撑于岩面及嵌入岩层的桩）比设计深度超深不小于50mm；

（5）孔内沉淀厚度：摩擦桩不大于设计规定或100～200mm，柱桩不大于设计规定。

参考文献

[1]申新鹏，徐建兵.浅析桥梁灌注桩施工技术[J].中国新技术新产品，2012（22）.

[2]蔡廣生.于英梅.桥梁钻孔灌注桩施工质量控制要点之我见[J].中国科技信息，2013（01）.