城市道路桥梁钻孔桩灌注桩施工及其质量问题处理要点

陈君炜

(柳州高速公路运营有限公司，广西 柳州 545000)

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，城市道路桥梁工程日益增多，桩基础应用也越来越多，钻孔灌注桩适应于各种土层和基岩施工，具有成桩直径和桩长灵活、单桩承载力大的优点，是一种很好的、值得推广的地基加固处理方法。

1 钻孔桩灌注桩的适用性分析

我国桩基础的应用以20世纪50年代初期为分界线，在此前以木桩为主，后逐渐被钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩所取代。1963年河南安阳修建冯宿桥，采用传统打井方法，以人工转动磨盘的方式钻孔，开辟了钻孔灌注桩先河。

钻孔灌注桩分为人工钻孔与机械钻孔两大施工方法，近几十年来，随着钻孔桩设计、机械设备、施工工艺和方法的深入研究，无论在理论上还是在实践中均趋于成熟，不同成桩方法的适用范围不同，具体如表1所示：

表1 钻孔灌注桩不同成桩方法的适用范围表

钻孔灌注桩在我国城市道路桥梁中的应用具有诸多优势：(1)适用性广，可用于陆地，也可用于水域，施工不受季节气候影响，可施工0.3～0.6 m直径的小桩、2～4 m直径的桩，也可施工更大直径的桩；(2)承载能力大，可根据需要桩长、桩径以及承载层选择任何尺寸，切实保证桩承载力满足要求；(3)成本相对较低，与预制桩相比，钻孔桩有利于节省钢材、木材，造价低；(4)环境污染小，在城市建设中，与预制桩相比，钻孔桩对于周边环境的影响相对较小，产生的噪音与浓烟较少。

2 城市道路桥梁钻孔桩灌注桩施工工艺

城市道路桥梁钻孔桩灌注桩施工，由于所选择的成孔方式不一，施工地质条件不同，相应的施工工艺也有所差别。在施工前，需确定具体的施工工艺，作为安排施工和各工序进度的依据，由于钻孔桩灌注桩施工方法众多，本文仅以正、反循环回转钻与冲击钻为例作具体分析：

2.1 正循环回转钻

正循环回转钻基本原理如图1所示，施工流程如图2所示，其成桩直径在1.8 m内，当成桩直径<8 m，钻进成孔效果好。根据施工实践可知，正循环自然带渣能力偏弱，因此施工中必须重视泥浆基本指标的控制。

1.钻头；2.泥浆循环方向；3.沉淀池；4.泥浆池；5.泥浆泵；6.水龙头；7.钻杆；8.钻机回转装置图1 正循环回转钻基本原理图

图2 正循环回转钻施工流程图

2.2 反循环回转钻

反循环回转钻成孔按其原理可分为泵吸、气举、喷射(射流)反循环三种，其基本原理分别如图3～5所示。

1.钻杆；2钻头.；3.旋转台盘；4.液压马达；5.液压泵；6.方型传动杆；7.砂石泵；8.吸渣软管；9.真空柜；10.真空泵；11.真空软管；12.冷却水槽；13.泥浆沉淀池图3 泵吸反循环示意图

1.气密式旋转接头；2.气密式传动杆；3.气密式钻杆；4.喷射嘴；5.钻锤；6.压送胶管；7.转盘；8.油压泵；9.空压机；10.压气胶管；11.泥浆沉淀池图4 气举反循环示意图

1.旋转盘；2.射水；3.沉淀池 图5 喷射反循环示意图

反循环回转钻施工机械作业时产生的噪音小、效率高，一般天然泥浆就可以起到保护孔壁的作用，但是在工程现场地下水位较高时，不便于施工，具体施工流程如图6所示。在实际作业中需根据孔深、岩土条件、钻头的类型等合理确定钻进速度，保证钻进作业的顺利完成。

图6 反循环回转钻施工流程示意图

2.3 冲击钻

冲击钻施工，主要是通过钢丝绳将重锤(如：洛阳锤)拉起，达到设计最高点后，放松钢丝绳，实现重锤的自然下落，利用冲击的作用破碎桩底岩土，孔底岩渣在泵抽吸下排出孔外。冲击钻施工方法适用范围广，桩孔直径最大可达2.5 m，钻孔深度最大达100 m。冲击钻施工工艺流程如图7所示，其在破碎带有裂隙的坚硬岩土时效果较好，能耗小，利用冲击钻作业而成的桩孔可能不能形成非常标准的圆形截面，在钻进过程中需予以注意，切实保证作业质量。

图7 冲击钻施工工艺流程示意图

3 城市道路桥梁钻孔桩灌注桩施工常见质量问题及其处理要点

3.1 钻进施工常见质量问题及其处理要点

3.1.1 钻孔遭遇较硬岩石处理

钻孔遭遇较硬岩石，需在第一时间查明地质资料，应保证桩基的长度，如岩石太坚硬不能钻进，则可与设计及业主、监理工程师等相关各方协商，以支承桩或嵌岩桩对孔进行终孔，但嵌岩深度应满足设计要求。

3.1.2 坍孔处理

钻孔时，若是孔壁内水位突然上升、骤降，出渣量增加，却不见进尺，可初步判断为坍孔，采用探测锤进行探测。

坍孔原因分析主要有四种：泥浆性能不达标；护筒底脚漏水；施工不当；护筒周围堆放重物等。一旦发生坍孔事故，必须在第一时间确定原因，并采取针对性的处理方法，如改善泥浆性能、加高水头、深埋护筒等。

3.1.3 钻机卡钻、脱落钻物处理

冲击钻孔时，若是新钻锤直径过大、遇探头石、孔内掉入物件等，均会导致卡钻等事故的出现，具体处理方法为：

(1)卡钻严禁强提，可以小锤冲击等方式松动钻渣，及时打捞掉落钻物，搁置时间不宜过长，防止出现坍孔事故；

(2)若是钻锤无法打捞，则必须与各参建单位共同研究终孔、重新开孔方案。

3.2 灌注施工常见质量问题及其处理要点

3.2.1 导管进水

(1)初灌导管进水：主要原因有首批混凝土储量不足、导管底口与孔底相距过大等。对此需提出导管，吸出散落在孔底的混凝土，若是需要则提出钢筋笼，复钻清孔，重新灌注。

(2)中期导管进水：主要原因有导管接头不严、导管提升过猛、导管底口超出原混凝土面等，对此需拔换原管重新下新管，抽干新管内泥水后，方可继续灌注。

3.2.2 塞管

(1)初灌导管堵塞：主要原因有隔水栓卡管、混凝土坍落度过小等，对此需采用长杆冲捣管内混凝土，抖动吊绳或提升迅速下落振冲。若是采取上述方法后混凝土依旧无法下落，则需重新吊装导管、灌注。

(2)中期导管堵塞：此时孔内混凝土已初凝，需拔出导管，重新钻孔成桩。

3.2.3 埋管

埋管事故出现的主要原因有导管埋深过大、导管内外混凝土已初凝、提管过猛等。

(1)预防措施：严格控制埋管深度，以6～8 m为宜，或是三节管长以内；在导管上安装附着式振动器，防止混凝土过早初凝；首批混凝土掺入缓凝剂；控制好提升导管的力度，不得过猛。

(2)处理措施：初时可以滑车、千斤顶试拔，若无法拔出，凡并非混凝土初凝所致的情况，均可派潜水工在水下将导管齐混凝土面切断，重新下导管灌注，上下断层间做好补强。

3.2.4 桩身夹泥断桩

此种事故基本为上述各种情况引发的次生结果，对于桩身夹泥断桩，需开展深入探查，明确实际情况，做好压浆补强等处理工作。

4 实例探析

4.1 工程概况

本文以桂梧高速公路贺州连线城市景观大道为例展开分析。此道路为改造工程，由一级路改建为城市主干道。在原高速路中，设有1座6×20 m大桥跨越沙田河，改造方案如下：保留现状大桥为主车道，两侧各增1座大桥作为辅道、人行道。新建大桥跨径6×20 m，每幅桥宽12.25 m，桥长126.04 m，先简支后结构连续结构，桥台采用埋置式台，柱式墩、桩基础。

4.2 钻孔桩灌注桩施工工艺

4.2.1 施工流程

本工程钻孔桩灌注桩采用冲击钻方法，具体施工工艺流程如下页图8所示。

图8 钻孔桩灌注桩施工工艺流程图

4.2.2 施工技术要点

4.2.2.1 施工准备

施工前需做好以下准备工作：搭设钢栈桥；护筒制作、桩位放样、护筒埋设；泥浆制备，钻机就位，底部垫平，本工程施工机械设备如下页表2所示；做好班组人员的技术安全交底工作。

表2 施工机械设备表

4.2.2.2 钻进

钻机安装就位后，启动泥浆泵、钻机，开始钻孔。

桩基护筒底脚下2～4 m为河床表面较松散，可以浓泥浆小冲程、高频率反复冲砸，保证孔壁牢固；砂、卵石夹土等松散层钻进，可按1∶1投黏土、小片石，以小冲程反复冲击。

若是在钻进时，遭遇流砂，可适当增加黏土比例，确保孔壁牢固；遭遇漂石或岩层，可投黏土、小片石，表面垫平后以十字形钻锥冲击。钻进时，应经常检查孔位、孔形、孔倾斜度，及时纠偏。按时检查泥浆指标，钻进过程泥浆性能要求如表3所示。

表3 泥浆性能指标表

4.2.2.3 钻进过程排渣以及清孔

桩基采用泥浆泵配合排渣清孔，清孔排渣时注意孔内原有水头，防止坍孔；清孔后，从孔口、孔中部、孔底提出泥浆平均值应符合质量标准要求。

4.2.2.4 钢筋笼制作、安装、下放

钢筋笼在钢筋加工场加工、现场安装，以一辆25 t吊车吊装入孔。钢筋笼分三节制作，第一节入孔后，挂于施工平台上，吊车吊起第二节钢筋笼进行接长，接长完毕后整体下放入孔；如此反复，完成第二、三节的钢筋笼接长及下放。由于是水上平台施工，考虑到钢筋笼的定位，在完成第二、三节钢筋笼下放，需要加接一节钢筋笼吊环下放，完成后整体固定在施工平台上。同一节内钢筋笼接长以直螺纹套筒连接，节与节之间采用双面搭接焊连接，焊缝的质量应符合规范要求。

4.2.2.5 安装导管

拟准备φ250 mm快速接头导管30节，每节2.7 m，准备1个容积6.0 m3的漏斗。导管安装前进行水密承压、接头抗拉试验；导管事先编好顺序，每次使用均检查安全螺钉、橡胶垫圈、拆装工具等，必要时再做充水试验。

4.2.2.6 二次清孔

钢筋笼、导管安装，易致孔底沉渣超标，在灌注水下混凝土前需对泥浆各项指标加以检查，若是不达标，则需进行二次清孔，采用导管法，利用导管上口压入合格泥浆，置换孔底沉渣，各项指标检验达标后，调整导管高度，开始水下混凝土灌注施工。

4.2.2.7 灌注水下混凝土

本桥C30水下混凝土设计坍落度为180～220 mm，理论配合比为：水泥(P.042.5)∶砂(0～4.75 mm)∶碎石(4.75～31.5 mm)∶水∶减水剂∶粉煤灰=375 kg∶822 kg∶945 kg∶190 kg∶9.135 kg∶60 kg。

采用直升导管法灌注水下混凝土，混凝土灌注导管采用内径φ250 mm型快速接头导管，首批混凝土灌注前应检查导管底口至孔底间的距离，控制在35～45 cm，灌入首批混凝土后使导管在混凝土内埋深至少1 m。灌注开始后，应紧凑、连续进行，严禁中途停工；灌注快结束时，核对混凝土灌入数量，确定灌注高度。

4.2.2.8 凿除桩头

当桩头处于深水中时，可在混凝土终凝前用射水法冲松混凝土，如图9，在混凝土终凝前插入射水管，射水管下端焊有一菱形钢板，下端封闭，再在射水管下端焊一根与钢管成45°的出水管，射水管中通水把混凝土冲松，使射水口以上混凝土集料与水泥砂浆分离，拔出射水管，待混凝土达到设计强度的70%以上，清除松动的混凝土，设计桩顶以上50 cm混凝土待终凝后用风镐凿除。

1.桩顶设计标高；2.三角架；3.输水管；4.推钳；5.桩基工作平台；6.高压水泵；7.护筒 图9 射水冲松桩头混凝土示意图(cm)

没有上述设备时，可在水中围堰搭设完毕后，把围堰内的水抽干，用风镐凿除。

4.2.2.9 桩基检测

浇筑桩基之前预埋检测管，对于所有成桩在达到检测日期时必须进行检查和检测，必要时可进行抽芯取样直接检测，其质量必须严格符合施工规范和检查标准的要求。检测方法采用超声波检测。

4.3 钻孔灌注桩施工质量保证措施

(1)施工开始前，落实好技术交底工作，熟悉设计图纸、施工工艺、质量要求等。

(2)放样准确，钢栈桥稳固。

(3)钢筋电焊工、机械工需持证上岗。

(4)原材料经检验合格方可投入使用，确保材料质量满足要求。

(5)钻孔施工中必须检孔，一旦发现偏差及时纠正。

(6)桩底必须支撑在设计要求的持力层上，每桩做好隐蔽检查。

(7)钻孔时密切观察土层、岩层变化，一旦发现异常及时通知相关负责人，质量检验程序图如图10所示。

图10 质量检验程序图

5 结语

目前在我国城市桥梁工程建设中，钻孔灌注桩已经成为了主要桩型，应用广泛。在实际桥梁桩基施工中，合理的施工工艺是保证工程质量的前提，因此必须合理选择成桩方法，合理确定施工流程，落实好每道工序，明确施工中易出现的事故及其预防、处理方法，切实保证桩基质量满足要求，为后续作业奠定良好基础。