桥梁工程软土地基钻孔灌注桩施工探讨

杨梦娇

(开封市水利规划服务中心，河南 开封 475000)

1 问题的提出

钻孔灌注桩是水利桥梁工程中常见的软土基础施工形式，其桩体结构适用性强，抗震性好，对临近建筑物影响小，安全性高，而且钻孔灌注桩能够将其上部结构所传递的荷载均匀传递至深层土体，以减小基础不均匀沉降。沿淮淮北某大型水利工程桥梁长1 595 m，跨径31.50 m，上部为预应力混凝土简支连续箱梁，桥墩采用桩柱式墩，且各桥墩均为两桩两柱设计，灌注桩桩长27 m，设计桩径1.50 m，柱径1.30 m。桩式桥台结构灌注桩设计桩径1.50 m，桩长25 m，桥墩基础共设置50组直径1.50 m的钢筋混凝土灌注桩。该地区湖相沉积岩厚度相对较大，厚度均值在16.50 m以上，其中主要为砂土层，而中粗砂层粘粒和粉砂含量少，且为中密状；下密实性良好的全风化花岗岩。

钻孔灌注桩属于隐蔽性工程，成桩质量控制难度大，且因软基的特殊属性，在成桩施工过程中面临诸多质量控制难点。为保证该水利桥梁工程软土基础钻孔灌注桩施工效果，必须从护筒埋设、护壁泥浆制备、造孔清孔、水下混凝土灌注等角度出发，加强过程控制。

2 钻孔施工

在完成场地平整、测量放线、泥浆池开挖、沉淀池及排水沟设置后应确定出钻机位移路线，移动轨道，埋设好护筒并准备粘土制备护壁泥浆。

2.1 埋设护筒

为保证孔壁稳定，首先必须保证钻孔内静水压力平衡，并根据表土质量和地下水位可能产生的影响，确定护筒长度和埋设方法，并确保钻孔水头高度。护筒的应用能使钻孔内水头高度提高，并对孔壁施加静水压力，预防孔壁发生坍塌。对于地下水位较高的情况，应将护筒延伸至地下水井，以增大其静水压力；对于表土为砂土层的情况，还必须在护筒外侧增加粘土夯实，避免发生漏浆。

此水利桥梁工程护筒内水头高度应至少为1.50 m，对于地下水位变化大，且存在冰水压力的地段，必须加强水头高度调整和控制。一般而言，孔内泥浆所形成的压力必须比孔外渗流压力大，才能确保孔壁安全。钻孔灌注桩施工过程中还必须派专人进行水头高度控制。

2.2 制备泥浆

泥浆主要发挥着孔壁保护、钻渣悬浮及降低钻进阻力、清孔等作用，如果泥浆过于粘稠，则必然因护壁层增大而增加泥浆消耗，影响清孔和混凝土灌注过程；而泥浆粘稠度过小，又会降低护壁效果，增大排渣困难，引发塌孔、沉渣和缩颈等病害。此工程护壁泥浆严格按照设计要求制备，并根据钻进施工实际调整泥浆粘稠度。水利桥梁工程护壁泥浆相对密度应为1.07～1.21 g/cm3，粘度控制在16～22 Pa·s，静切力为1.00～2.50 Pa，含砂率4.00%～8.00%，胶体率90%～95%，pH值8～10，失水率<25 mL/30 min。护壁泥浆应在施工开始前提前制备足量，并在存放期间不停泵拌，并按照2次/d的频次进行泥浆性能检测。

2.3 造孔

结合此水利桥梁工程地质资料，钻孔灌注桩基长度应控制在30 m，并采用STT-1500型钻机和鼠笼型钻头以正循环法造孔。钻进过程中应随时检查出渣清孔，根据出渣加强地层地质情况判断，若所探明的地质情况与施工前地勘报告不一致，必须及时调整施工方案。为检查孔径和孔形，还应根据设计桩径采用φ8 mm和φ12 mm钢筋制作笼式井径器，并按照设计孔径确定其外径，笼式井径器的长度应控制在设计孔径的4倍左右。检测开始后，用吊机吊起笼式井径器，并使其中心、钻孔中心、起吊钢绳位于同一直线上，并将其缓缓放入孔内，若上下畅通无阻则表明孔径和孔形均符合设计要求；如果中途遇阻，则表明孔径、孔竖直度和孔斜不达标，必须进行处理。

钻杆不垂直、钻头导向段过短、土质软硬不一、孤石等均会导致造孔倾斜，结合此工程地质条件，应采用切削速度快、不粘结、排渣效果好的鼠笼型钻头，并加强钻进机械质量检测，观测护筒是否发生松动和漏水，并在钻进过程中以慢钻方式增强钻具导向。

2.4 清孔

待成孔至设计标高后检查造孔质量，合格后立即用换浆法清孔，即通过钻孔机空转达到泥浆循环目的，并配合内风管空气吸泥机进行清孔，将孔底沉渣彻底清除后检查泥浆粘稠度，若泥浆粘稠度降至设计水平以下，则结束清孔。此水利桥梁软基钻孔灌注桩清孔结束后孔底沉渣厚度应不超出30 cm，为避免发生塌孔，还应将清孔过程中孔内地下水位控制在0.50～2.00 m，并加强孔形、孔径、孔倾斜度等参数的检测，检测要求具体见表1。

表1 成孔质量检测要求表

3 水下混凝土灌注施工

3.1 灌注施工准备

在该水利桥梁施工现场较为平整的区域制作桩基钢筋笼，并将主筋按照划线逐根放置焊接，钢筋笼平整度误差应控制在5 cm以内，并使上下主筋节头错开50%，螺旋箍筋和主筋按照梅花形电焊固定。将定位垫块按照2.00 m间隔设置在钢筋笼四周，预制完成的钢筋笼通过200 t、160 t和70 t吊机进行吊装，吊点设置示意图详见图1。

图1 钢筋笼吊装时吊机和吊点布置图

按设计要求清孔后下入钢筋笼，并在其四周绑扎三角形PVC管垫块，确保保护层厚度。按照两节段进行钢筋笼吊装，相邻节段之间牢固焊接。通过汽车吊吊装，先吊起首节钢筋笼下放至0.50 m深度后通过井口钢管将其固定，再吊起上节钢筋笼并使其与焊接主筋对准后二次吊起，将横担抽出后匀速下入孔内就位。待完成钢筋笼吊装后应固定处理，避免水下混凝土浇筑过程中钢筋笼移位、上浮。

混凝土灌注应选择内径300 mm，壁厚3 mm、节段长1～2 m的导管，节段之间通过法兰盘、螺栓垫和胶垫等连接。在下入导管前必须通过密封试验检查导管严密性及圆滑顺直性，性能完好后由吊车吊入孔内，连接和拼组均在孔顶进行。为保证水下混凝土灌注的连续性，应装满一斗后灌注一次，且储料斗容量应为导管总体积的1.50倍。为实现隔水，还应在导管内安装浮球，起到阻水的目的。

3.2 水下混凝土灌注

此水利桥梁工程钻孔灌注桩水下灌注混凝土全部由混凝土拌和站集中拌制，并由搅拌车运输至施工现场，与施工现场所配备的摇臂式泵车配合进行混凝土灌注。混凝土塌落度应控制在18～22 cm，采用φ258涡轮式导管，并将导管底和孔底的距离控制在0.50 m。灌注开始后将导管固定在孔口架，安装漏斗并下放隔水塞后灌注。初灌量按照下式确定：

(1)

h1=h2γd/γw

(2)

式(1)(2)中：Vf—混凝土初始灌注量(m3)；d—灌注桩桩孔直径(m)，取1.50 m；d1—灌浆导管内径(m)，取0.25 m；H—灌浆导管埋入混凝土深度(m)，取1.0 m；h—灌注施工前灌浆导管下部实际高度(m)，取0.30 m；t—灌注施工前孔底沉渣厚(cm)；h1—灌注导管内混凝土高度(m)；h2—混凝土液面以上高度(m)，根据实际桩深27 m计；γd—泥浆浆液比重(t/m3)，取1.15 t/m3；γw—混凝土比重(t/m3)，取2.50 t/m3。

由上式得，h1=12.42 m，Vf=3.26 m3，也就是说，漏斗和储料斗容量之和必须至少为3.26 m3。水下混凝土灌注时间应至少为2.00 m/h，且灌注施工过程应保持连续，并通过测锤进行混凝土液面上升高度的测定，在液面提升的同时逐步拆卸导管，确保导管埋深。待灌注至设计高度后还应预加0.50 m高度，以保证桩头质量，待桩头混凝土达设计强度后凿除并整理钢筋。

4 结论

通过对沿淮淮北某大型水利工程桥梁软基钻孔灌注桩施工过程的分析表明，该工程区域内软土地基地质条件差，钻孔灌注桩施工过程中所面临的塌孔、缩颈、桩底沉渣等质量问题突出，必须在做好施工方案设计的基础上，加强施工工艺及施工过程控制，从地质勘测、钻孔清孔、护筒埋设、护壁泥浆制备、静水压力控制、水下混凝土灌注等方面切实保证施工质量。此水利桥梁工程软基加固工后检测结果显示，软土地基部分压实度和稳定性均达到规范要求，加固效果优良。