生物碎屑粉质粘土地层中桥桩施工的质量控制要点

奚江

（中铁十六局集团第三工程有限公司）

1 工程概况及地质条件

本桥为海口美演高速演丰互通I 匝道上跨海文高速公路及J 集散道跨线桥，桥梁共计六墩五跨总长96m，桩基设计为摩擦桩，桩径1.2m，桩长28～32m，共计12 根。桥址处地势较平缓，两处墩位紧邻海文高速，中间墩位位于海文高速中央分隔带内，海文高速日车流量近3 万，因此该桥具有施工难度大、安全隐患高等特点。

桥梁所处地质情况复杂，桩基深度范围内地质由上往下为高液限软土层、粘土层、砂砾层及生物碎屑粉质粘土层，由于地势海拔接近海平面，故地下水位很高，地质又松软，成孔过程孔壁极不稳定，故无法采用人工挖孔工艺，而选择钻孔灌注桩作为施工的基本方案。

2 钻孔方法的比选

钻孔方法的选择主要考虑三个方面，分别是地理位置的安全性、地质方面的合理性、进度的保障性，考虑到施工位于既有公路中间及两侧，为保证既有线路上行车的安全性，需采用护壁最稳定的钻孔工艺，桥址处地质又属于极易坍塌的类型，故综合考虑采用冲击钻最为合适。

3 钻孔过程中的控制要点

生物碎屑粉质粘土层深度在桩基的21～33m 段，其产生原因是多年前火山爆发，岩浆覆盖植被所致，故其具有离散、松软、透水等特点，在桩基钻进过程中容易发生泥浆流失、孔壁收缩、塌孔等事故，造成极大的安全隐患、质量问题和经济损失，为此在施工前应充分评估钻进阶段可能遇到的问题，通过以下几个控制要点来降低事故发生概率。

3.1 获得真实地质情况

首先采用实际桩位的钻探来确定该桩地质情况，尤其要掌握好生物碎屑粉质粘土层的情况，通过真实的地质勘探数据做好各层施工前的准备工作。

3.2 制作合理的护壁泥浆

考虑不同地质情况，孔壁自稳性能的不同，泥浆也要通过不同的调配来满足各个阶段的需求。为保证钻孔过程中浆液的最佳护壁效果和其合理的流失率，通过调配膨润土、纤维素及烧碱等自拌造浆获得合适的泥浆比重及需求粘度，通过不同配比的各组实验结果比较，获得了不同地质段最佳的泥浆比重，其中粘土段的泥浆比重1.1，砂砾层的泥浆比重1.25，生物碎屑粉质粘土层的泥浆比重1.33，淤泥质土的泥浆比重1.2。

3.3 准备嵌缝回填料

生物碎屑粉质粘土层的空隙和孔隙情况复杂，当钻头进入该层时，泥浆将会随之流失，故需要在进入该层前0.5m 深度时回填约1m 深度的回填料，用于钻入过程中将回填料挤入起到填隙的效果，以填充空隙提高整体密实性，挤入孔隙阻隔泥浆流失，使泥浆能包裹护面从而支撑泥浆和地下水的压力差，达到孔壁稳定的效果。

为满足填隙和粘黏要求，回填料的材料以6～9cm直径片石、1～3cm 碎石及粘土混合而成，依需求其掺比分为三种配合比，片石：碎石：粘土=5：2：3，该配比适合空隙较大段；片石：碎石：粘土=3：3：4，该配比适合空隙较小段；片石：碎石：粘土=1：4：5，该配比适合细微孔隙段。通过钻探记录及实际钻孔情况，采用不同配比的混合料来满足不同层隙情况的需求。

3.4 钻头的选取

不同牙瓣数的钻头在钻进过程中对孔壁的扰动和挤压效果不一样，本桥的桩基在钻孔过程中又将回填填隙混合料，故准备三瓣牙和四瓣牙两种类型的钻头，分别用于初始钻进挤压和往后护壁挤压过程中使用。

3.5 钻孔过程中的操作注意事项

桩基钻进过程中为保证孔壁稳定，除了护筒埋设及泥浆护壁之外，关键之一是保证钻头重心稳定，故在钻机就位时要稳固机身，保证钻杆垂直度，在钻进过程中应实时观察冲绳情况，上提后的钻头需及时清理泥块和石块，保证钻头的重心稳定，杜绝出现因偏载造成孔壁的刮擦[1]；二是强调操作过程中钻头合理的下冲高度，实施合理的冲击力度，尤其在软硬交接、遇到孤石时更应如此，以满足均匀挤压孔壁增强孔壁密实度而不破坏孔壁完整性。

4 钢筋笼的制作及安装控制要点

桩基钢筋笼的安装过程会影响孔壁的稳定，故需要通过钢筋笼加工优化及安装措施两个方面来减少安装时对孔壁的扰动，最大限度保护孔壁。

4.1 钢筋笼的制作

钢筋笼的制作除依据设计图纸及规范要求之外，还需要考虑采用哪种加工方式来严格控制笼体外径尺寸、吊装时笼体受力段如何加强防止变形、如何减少笼体接头以缩短下笼时间等措施。本桥围绕这些问题提出采用桩基钢筋，主筋采用12m 长钢筋，笼体采用滚笼机进行制作，在吊点处及笼身每隔6m 段采用20mm 直径钢筋做十字对撑，通过主筋上安装轮式混凝土垫块控制保护层这一系列措施进行控制，达到了符合要求的笼形和笼径，减少了一个钢筋笼接头断面而缩短了下笼时间，增加了笼体刚度防止其吊装过程变形。轮式混凝土垫块的使用不仅保证了保护层，同时极大减少了与孔壁的摩擦，让钢筋笼在桩孔内安装更加顺利，最大限度减少对孔壁的扰动，维护了桩孔的稳定。

4.2 钢筋笼的安装

钢筋笼在安装过程中，最重要的是控制下笼的时长和下笼过程中笼体整体垂直度。本桥桩基钢筋笼接头断面共2 个，主筋采用机械套筒连接施工工艺，过长的下笼时间会带来漏浆和缩孔等隐患，故为缩短套筒连接的时间，通过增加安装人员和设备来满足。笼体的垂直度不良不仅会造成钢筋笼与孔壁之间不必要的摩擦，还会给套筒连接带来不必要的麻烦，故需严格控制起吊后的钢筋笼垂直度，并对已安装进桩孔内的钢筋笼采用两根型钢钢担水平对称支撑笼体，从而保证了钢筋笼间良好的对接，高质量的钢筋笼连接即是高效的钢筋笼安装。

5 桩基灌注过程的质量控制要点

5.1 灌注设备的准备

桩基灌注采用导管灌注法，考虑桩基直径为1.2m，采用直径25cm 的导管，容积2m3的料斗，使用前需做水密性实验，保证管道严密性符合要求，不会出现漏气漏浆现象。

5.2 清孔的标准

项目桥桩设计为摩擦桩，清孔标准按沉渣不超过10㎝计，泥浆比重控制在1.1 内。

5.3 混凝土的控制

首先保证混凝土供应的连续性，通过设计方量、运输距离及灌注速度合理安排车辆；再次严格控制混凝土和易性，尤其是塌落度需满足灌注需要，塌落度一般控制在(180±20)mm；一根桩设计方量为28m3，需满足正常情况下整个灌注期内首灌的混凝土不会初凝。

5.4 首灌的控制

首灌的目的是翻浆埋管，用首灌混凝土完全置换桩底沉渣及泥浆，保证桩底的整体质量，灌注前将导管底部悬空高度控制在40～60cm 范围，以满足混凝土正常出管翻浆，料斗装塞待混凝土装满后再提斗塞，为预防出浆口泥浆溢流需做好土壁围挡，为防止首灌翻浆对料斗及导管的偏载挤压力，需将料斗四面加撑。

5.5 灌注过程中埋管的控制

为减少管道与混凝土间的摩擦力，防止管道无法拔出和发生刮钢筋笼现象，同时保证管道管底距离混凝土面有足够的安全距离，整个灌注过程中要求埋管深度保持在2～6m。

5.6 特殊情况的防范及处理

桩基灌注过程中常遇到导管卡笼情况，严重的可导致导管无法拔出、桩基灌注失败的严重后果。为防止管道卡笼除控制导管埋深外，还需要控制混凝土的灌注速度、导管插拔幅度并实时观察导管居中位置情况，出现导管倾斜后应第一时间进行纠正，防止混凝土偏载挤压导管发生卡笼事件[2]。若发生卡笼现象，应先预判卡住的大致位置，利用导管扳手进行顺逆时针的扭转导管，以达到脱离笼体的目的。

5.7 桩顶的质量保证

灌注桩桩顶的混凝土是首灌翻浆的混凝土，其内不仅含有桩底沉渣、泥块及泥浆等渣质，还有较多的混凝土浮浆，其内骨料较少，承载力较差，故为保证桩头实体质量，采用超灌1m 来去除桩基实体范围内的缺陷。

6 桩基检测结果

在整个桩基施工过程中，通过严格控制成孔及灌注的质量保证措施，完成了所有桩基的施工，其中部分桩基检测报告见表1。

通过对所有桩基的超声波检测，得出该桥所有桩基都是I 类桩的结论[3]，说明在施工成孔过程中及桩基灌注过程中，采用的质量控制要点措施对桩基质量起到了很好的效果，证明了所作的措施完全可以满足该地质施工需要。

表1 部分桩基检测数据

7 结束语

通过本项目桥桩的施工，得到了位于生物碎屑粉质粘土层地质段桩基施工质量的控制要点。首先对当地的地质水文做了详细了解，再针对每个地质层及过渡层采用合理的钻孔及护壁措施，然后对笼体安装实施合理的预防及过程控制，最后通过灌注过程中的隐患严防和关键点把控完成了高质量的孔桩。