软土地层大直径深孔钻孔灌注桩施工方法

李占东

（辽宁省窝水库管理局有限责任公司，辽宁辽阳111000）

1 工程概况

钻孔灌注桩是一种常见的桩基础结构形式，由于桩机具有占地面积小、挤土效应小，对周边环境和建筑影响小，桩体承载力高、强度大等优点，而被广泛应用于水利、公路等基础设施中。珠海市南湾大道改造工程主线桥全长287.5 m，桩基采用钻孔灌注桩，直径有1.2，1.8 m两种，桩长51.0~82.0 m，灌注桩施工土层包括素填土、淤泥、淤泥质土、粉质黏土、中砂等，各地层桩土体特性如表1所示。基础以中风化花岗岩作为基础持力层，桩端伸入岩石层深度不小于3D（D为桩径）。

表1 各地层分布厚度及土体特性评价表

由于主线桥施工场地软土地层分布较厚，平均厚度约为45.0 m，受软土地层影响，桩基成孔过程中易出现缩孔、塌孔等问题，给桩基施工带来不利影响。

2 关键工序难点问题分析

2.1 缩颈塌孔问题

由于钻孔灌注桩施工过程中要穿越淤泥、淤泥质土等软土地层，而软土地层处于流塑、软塑状态，在水平附加力的作用下极易产生侧向位移，当孔内泥浆的水平压力和泥皮对软土的支撑力之和小于水平压力时，便会发生缩颈和塌孔情况。在冲孔过程，针对不同的地层采用不同的冲程、泥浆比重等，以求达到孔壁稳定的目的。

2.2 孔径问题

工程钻孔灌注桩孔径、孔深较大，通过对比各种成孔设备，选用了CK1800-JK6型冲孔桩机，钻孔直径为1.2～1.8 m，钻孔深100.0 m。该型钻机结构合理、垂直度精、冲击性能高、返浆效果好、钻进快，能够满足施工需求。

2.3 钢筋笼制作及吊装问题

工程钢筋笼长度为53.0～83.0 m，重量为4.9～17.9 t，考虑钢筋笼设计尺寸、机械设备的吊装能力以及施工场地条件等因素，采取在加工厂加工平台上分段制作。钢筋笼采用9.0 m标准段与下部非标准段经焊接连接而成，非标准段钢筋笼根据设计孔深确定钢筋笼长度，在钢筋笼加劲箍处设置ϕ28的三角形内支撑钢筋，防止钢筋笼在运输过程中变形，在每节钢筋笼上部设置“U”型加强吊筋。经验收合格后用平板车运至施工现场，采用25 t吊车扁担起吊法分段吊装焊接，以保证吊装作业顺利完成。

2.4 清孔问题

工程施工中，由于提钻、钢筋笼及导管安装时间较长（7~10 h），而清孔停滞时间较长会增加第一次清孔后的沉渣厚度，如不进行二次清孔则会影响桩基质量，进而影响结构安全性；如采用正循环换浆清孔，清孔效率低且沉渣清除不彻底；如采用泵吸反循环清孔，则受砂石泵扬程影响，较难实施。此工程采用气举反循环二次清孔工艺，利用空压机将空气通过管道压入孔内，泥浆在孔内与空气混合形成密度小于泥浆的浆气混合物，由于其密度小于普通泥浆，其在浮力作用下呈上升状态，因而在浆气混合物部位形成负压，下部泥浆在负压作用下继续上升填充负压区，从而继续产生浆气混合物做上升运动。由于导管内外存在浆液压差，从而产生一定流速、流量的反循环，将孔内沉渣经导管排入泥浆池，达到清孔效果。经现场检验，气举反循环清孔速度快、效果好。

3 关键工序施工工艺

3.1 护筒埋设

护筒采用16 mm的钢板制作，护筒直径比钻头直径大0.4 m，护筒长度根据钻孔桩地质和水位情况确定，此工程护筒长按2.0 m制作，在上部焊加强筋和吊耳，开出浆口。根据地质及水位情况，护筒埋设深度不小于1.5 m，且护筒顶高出地面0.2~0.5 m。

护筒埋设采用挖埋法，挖埋前先在桩位四周设置十字定位桩，桩位连线十字中心与桩位中心重合；开挖埋设护筒的圆坑，要求圆坑直径比护筒直径大0.2~0.4 m，夯实坑底软土后，通过十字定位桩将桩位引回坑底；吊装钢护筒时，要求钢护筒圆心与桩位中心重合，钢护筒中心与桩位中心位置水平偏差不大于5 cm；吊放后，用水平尺检查钢护筒的垂直度，要求钢护筒的垂直度偏差不大于1%，如垂直度达不到要求应立即进行调整，护筒调整固定后，在护筒周围分层回填黏土，要求夯填密实。

3.2 泥浆制备

工程泥浆采用孔内造浆的方式制作，将优质黏土直接投入到孔中，利用锤头冲击制造泥浆。泥浆循环系统布置在施工场地内，泥浆池与最近的桩位不小于5.0 m，并设置一定坡度。泥浆性能控制指标应符合表2的指标要求。

表2 泥浆性能控制指标

3.3 冲击成孔

冲孔钻机就位后，应将桩机底座调至水平，就位在稳定的地面上，以保证在钻进过程中保持稳定。钻机锤头中心线对准孔位中心线，偏差控制在2 cm以内。在钻孔过程中，针对不同的地层采用不同的钻进方法，钻孔方法及注意事项如下：

1）开始冲孔时，采用小冲程进行冲孔，并向孔内投放黏土夹小片石，要求孔内泥浆面保持稳定。

2）针对不同的地层冲孔时，冲击成孔操作方法：护筒刃脚以下2.0 m范围内采用小冲程约1 m，泥浆相对密度为1.2~1.4，软弱土层投入黏土块夹小片石；淤泥、淤泥质土采用小冲程约1 m，泥浆相对密度为1.3~1.4，加黏土块夹小片石；黏性土层采用中小冲程1~2 m，泵入较稀泥浆，泥浆相对密度为1.2~1.3，经常清除钻头上的泥块；中砂采用中冲程2~3 m，泥浆相对密度为1.2~1.4，投入黏土块，勤冲；岩石层采用中高冲程3~4 m，泥浆相对密度约为1.3。

3）开孔及整个冲孔过程中，应轻提、慢放，以防止孔斜，桩机要保持稳定，不能有过大晃动，冲孔过程中采用黏土悬浮泥浆作为护壁泥浆，随时保持孔内水位高度，确保不塌孔。

4）施工应符合相邻桩间距不小于4倍桩径、时间间隔大于36 h或跳孔施工，以免串浆和连孔。

5）桩机开孔后应保持连续作业，不得中途停顿，冲击过程中经常检查桩机的水平度、钢丝绳中心位置和泥浆比重等指标，如有偏差，及时进行调整。

3.4 钢筋笼制作与安装要求

1）现场使用的钢筋、焊条、声测管等规格、质量均应符合设计及有关标准的规定；钢筋笼制作过程中，钢筋的尺寸、数量及焊接的质量等应符合设计及规范要求。

2）钢筋笼采用平板车运输，钢筋笼装车后应捆绑牢固，运输中慢速行驶以免造成钢筋笼变形或发生交通事故。

3）钢筋笼起吊时应缓慢平稳，禁止钢筋笼触地或与其他物体碰撞导致钢筋笼变形，钢筋笼起吊应一次完成。

4）钢筋笼在孔口接长时，上下钢筋笼应处于垂直状态，钢筋笼搭接长度应符合规范要求，焊缝应平顺饱满，无裂纹、夹渣、焊瘤等缺陷，主筋焊接完毕后，采用梅花形点焊补全连接部位的箍筋。钢筋笼安装完毕后，高程允许偏差不得大于5 cm。

3.5 二次清孔

工程采用气举反循环法进行二次清孔，此种施工方法清孔速度快，清渣彻底，尤其对于孔径较大、孔深较深的钻孔灌注桩效果尤为明显，大大提高了施工效率。清孔注意事项：

1）清孔前对导管进行试压，试压压力为孔底静水压力的1.5倍，以不漏水为合格。

2）导管安装时，其轴线偏差不宜超过孔深的0.5%，且不宜大于10 cm。安放完毕后，导管底部至孔底的距离以30~50 cm为宜。

3）将风管插入导管内，并下放至距导管底3.0~4.0 m处，上部与空压机连接牢固，不漏气。

4）启动空压机开始送风清孔时，将空压机风量调整到8 m3/h为宜，风压调整到0.5~0.7 MPa为宜。

5）采用孔外泥浆沉淀池向孔内输入泥浆，必要时可采用另一台泥浆泵向孔内补浆。泥浆输入量不应小于导管清孔排量，保证补量充足，注入泥浆性能指标：泥浆密度不大于1.10；泥浆黏度为16~18 Pa·s。

6）认真检查孔底沉渣厚度、泥浆比重、含砂率等指标，当各项指标均符合设计及验收标准要求后方可停止清孔，气举反循环清孔示意图见图1。

3.6 水下混凝土灌注

桩基混凝土通过刚性导管进行水下灌注，灌注方法及注意事项：

图1 气举反循环二次清孔示意图

1）混凝土灌注前必须检查混凝土级别、塌落度，混凝土塌落度宜为180~220 mm，混凝土运至现场不得有离析情况。

2）水下混凝土灌注应连续，不得中途停顿，灌注过程中应及时检查孔内混凝土面高度，计算导管埋深，合理拆除导管，保证导管埋深在2.0~6.0 m范围内。

3）应保证水下混凝土的灌注时间小于混凝土的初凝时间，超灌高度宜为0.8~1.0 m，以保证桩头破除后桩顶混凝土强度满足设计要求。

4 结语

软土地层条件下钻孔灌注桩多采用回转钻削成孔方法，但当桩基需要嵌入岩层时，回转钻削方法功效较低，对于复杂软土地层条件下大直径深孔钻孔灌注桩施工，通过选择冲击成孔方式，根据不同软土地层情况控制冲程、泥浆比重等指标，分段制作、吊装钢筋笼，采用气举反循环清孔方式，严格控制水下混凝土的灌注质量，可以达到满足钻孔灌注桩施工质量及提高功效的目的。