大直径超长灌注桩施工质量控制措施

袁 艳 萍

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

1 概述

钻孔灌注桩是桥梁建设上常用的一种深基础形式，具有成桩质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保的技术优势。随着我国桥梁事业的快速发展，对桥梁桩基承载力要求越来越高，桩长越来越长，直径越来越大，大直径超长桩得到了越来越广泛的应用。

大直径灌注桩桩长长，施工难度大，施工中质量控制难度大，容易导致事故频发，严重影响桥梁工期，造成工程经济损失。做好大直径超长钻孔灌注桩的施工质量控制，确保成桩质量和工程经济效益。

在某高速公路跨河大桥设计中，通车后的桥梁车辆通行量大，流动荷载大，为合理的将桥面荷载传递，桥梁桩基础决定采用大直径超长桩，以便于将荷载可靠的传递给土层深处持力层中。桥址地质条件复杂，地质为砂类土(砂砾、卵石为主)，地下水源丰富，地层松散，设计的桩身直径1.8 m，桩长72 m，穿越多个地质土层，施工中质量控制难度较大，确保桩身垂直度和混凝土质量是施工中的难点。

2 施工要点

大型桥梁桩基础施工具有极高的技术难度。在本项目中，桩身长72 m，深度相对较高，地下水含水层主要为粉土和砂土，钻孔中易发生锁孔、塌孔现象。混凝土浇筑量较大，包含水下混凝土浇筑，对施工质量要求高，垂直度允许偏差控制在桩长1%内，桩位控制在±10 mm内，孔深+300 mm内，应采取有效措施确保桩身成桩质量。

2.1 施工准备

1)钻机选型。根据对地质、水文条件、孔深、孔径等因素，选择合适钻机，本项目采用KP3500型全液压转盘式钻机，钻头选用短螺旋钻头，坚硬岩采用短螺旋勘岩钻头破岩，旋挖钻头出碴。

2)施工放样。遵循“由整体到局部”原则，先放样墩位，再由墩位控制桩放样桩位。本项目要求桩的纵横允许偏差不大于5 mm，在桩前后左右距中心2 m处设置护桩，以便于供随时进行中心和标高检测。要注意保护测量控制桩，防止桩位变动。

2.2 钻孔施工

1)泥浆制备。在大直径桩成孔施工中，由于设计的桩径大，成孔作业中容易出现塌孔等事故。在成孔作业中，关键在于采取一定比例的泥浆进行护壁。本项目中，泥浆由水、膨润土、添加剂组成，泥浆比重控制在1.2～1.4。在钻进作业中，要注意泥浆比重调整，以防止塌孔。

2)护筒埋设。本项目中，为确保成孔质量，采用双层钢护筒。钢护筒用10 mm钢板卷制，要求外护筒内径比桩径大50 cm，内护筒内径比桩径大20 cm，在护筒上中下部位各焊一道箍筋。埋设护筒(如图1所示)时，先开挖外护筒位置，从护筒四周分层回填夯实粘土，护筒埋置高度高出地面30 cm和稳定后的承压水2.0 m以上，周围回填夯实粘土处理。

3)钻机钻进。本项目中，桥址地表土比较松散，为避免钻机出现位移或沉陷，要求将机位压实后再铺设厚度20 mm钢板，以保证钻机垂直稳固。在钻机就位(如图2所示)后，将桩中心位置根据护桩使用拉十字线法定出，钻头准确对准中心点，要求误差控制在2 cm内。对于钻进作业中的倾斜度及孔位偏差控制，通过该钻机自身数控系统进行。在钻孔接近设计标高时，用测量绳进行校正，防止钻孔深度过浅或超深。

本工程地质条件复杂，在钻进中应根据不同土层选择进尺和转速，以免出现扩孔或塌孔等。在黏土层钻孔时，要依据“低档慢速、优质泥浆、大泵量”的原则进行钻进。在细砂层钻进时，要依据“轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆”的原则进行钻进，将进尺控制在0.5 m/h内。对于在护筒底口部位及不同地层交界部位进行钻进时，为避免出现扩孔、塌孔和偏斜孔等质量问题，要依据“低档慢速、小进尺”的原则进行钻进，将进尺控制在0.5 m/h内。在钻进作业中，应先慢后快，待导向部分全部进入地层后方可快速钻进。

4)清孔。钻进到设计深度时，及时检查孔深及沉渣厚度，将钻斗放至孔底旋转将虚渣清除。清孔后，再次进行孔深、孔位及垂直度检测，符合设计要求后即可进行下道工序施工，将等待时间尽量缩短，以免渣土重新沉淀。不得用加深孔深来代替清孔。

清孔一般分两次进行。第一次清孔时，要求时间不得少于30 min，采用循环换浆法，即让钻头继续在原位放慢速度空钻。在清孔过程中，为保持浆面稳定，应及时进行稀泥浆补给。循环清孔方向根据桩端持力层的土质合理确定，粉砂层使用正循环清孔，对碎石、卵砾石层、岩层则使用反循环清孔。第二次清孔时，则采用导管清孔法。由于孔径较大，为确保彻底清孔，须使用电动葫芦左右移动导管及前后移动平台。清孔作业结束后，采用吊锤法进行沉渣厚度测定。

清孔后，应尽快吊装钢筋笼，以减少成孔闭置时间。成孔后不能进行下一次施工时，在孔口盖上钢筋网及铁板盖，设置安全警示标牌，防止人员、机具等坠入孔内。

2.3 钢筋笼制作及安装

大直径超长灌注桩钢筋笼控制是保证桩基施工安全质量的关键因素。

大直径灌注桩钢筋笼钢筋规格及数量远远超过普通灌注桩，且桩长长，一般可采用孔口钢筋笼对接，也可采用整体制作，须综合考虑制作、运输、安装等环节的操作性。本项目采用整体制作，以保证钢筋笼整体性，不出现扭曲变形。为保证每根桩的施工质量，预埋3根超声波检测管，下端用钢板封底焊接，不得漏水，浇筑混凝土前在管内灌满水，上口用塞子塞住。

钢筋笼吊装(如图3所示)前，在钢筋笼上、下端及中部每隔2 m～4 m在同一截面上对称设置四个钢筋“耳环”，确保钢筋笼与孔壁保持设计保护层厚度。吊放入孔时，下落速度要均匀，切勿撞击孔壁。入孔后，牢固定位，以免在浇筑中发生掉笼或浮笼现象。

因钢筋笼重量较大，吊装时速度相对较慢，可充分利用时间在钢筋笼吊装的同时进行清孔，减少等待时间。钢筋笼吊装符合设计要求后，须尽快进行桩身混凝土浇筑。当来不及进行浇筑作业的，则须进行安全警示标牌挂设，并使用铁板覆盖。

2.4 水下混凝土浇筑

浇筑作业连续进行，一次性整体浇筑成型，中途不得中断，应尽量缩短灌注时间。在大直径钻孔桩混凝土浇筑过程中，水下灌注混凝土是关键工序，由于浇筑时间长、难度大，须严格进行浇筑过程控制，避免出现堵管、顶管、顶面混凝土初凝等问题。在混凝土上升后，阻力逐渐增大，应采取有效措施杜绝堵管、导管渗漏等现象，防止断桩事故发生。

在水下混凝土浇筑作业中，为确保混凝土浇筑密实度，须采取有效措施防止混凝土离析。在本项目施工中，采用的导管使用直径300 mm的无缝钢管制成(见图4)，上下两节为一端带螺丝导管与中间节连接，导管内壁应光滑、顺直。采用的导管中间节两端均有带螺丝导管互相连接，中间长度为2 m～4 m，下端节长度为5 m，各管节内径应大小一致，偏差控制在±2 mm内。为便于进行料斗高度调节，要求料斗下配长0.5 m上端节。在导管外壁逐节编号并标明长度，配备总数20%～30%备用导管。导管分组吊放，底口距孔底高度控制在30 cm～40 cm。导管顶部用螺栓连接料斗，使料斗与导管形成整体，料斗不宜太高，以免影响混凝土运输车直接对准料斗灌注混凝土。

大直径超长桩浇筑混凝土会产生较大的水化热，影响桩身混凝土质量。采用缓凝混凝土，适量加入粉煤灰及减水剂、缓凝剂等，以降低混凝土水化热。进行混凝土质量控制，须符合缓凝要求，进行施工配合比控制，进行混凝土拌和时间、坍落度、和易性等参数控制，必要时返回处理或废弃。混凝土坍落度控制在18 cm～22 cm(见图5)。

在浇筑(如图6所示)过程中，为确保导管在混凝土中的一定埋深(本项目要求2 m～6 m)，要设专人进行混凝土面位置和导管埋深监测。

在混凝土浇筑作业中，一边进行混凝土浇筑，一边进行导管提升和拆除。为确保混凝土经常处于流动状态，导管要进行上下倒插，能有效提高混凝土密实度。在孔口返浆不好或不返浆时，通过先下后上提动导管或使用振动器，保证管内混凝土通畅。为确保桩顶混凝土质量，在桩顶设计标高处超灌0.5 m～1.0 m。

在本项目中，成桩后的大直径超长钻孔灌注桩桩身均达到A类桩标准。

3 结语

大直径超长灌注桩在大型桥梁和高层建筑中得到了越来越广泛的应用,但随着桩身越来越长，施工难度越来越大，做好施工中的质量控制，采取有效措施提高成桩质量就尤为重要。

在大直径超长灌注桩施工中，由于桩长较长，与普通灌注桩施工有较大区别。一般施工难点在于护筒下沉、泥浆质量、钻孔及混凝土灌注方面，应采取防塌孔及防钻头掉落等措施，多方面采取有效措施，保证桩基承载力达到设计要求，确保施工质量。