市政桥梁工程中旋挖灌注桩施工技术的应用

文／黎胜 安徽省建设监理有限公司 安徽合肥 230000

引言：

市政桥梁建设施工中，基础工程施工质量直接影响市政桥梁结构的稳定性与安全性。目前，市政桥梁基础类型可分为：明挖扩大基础、桩基础、沉井基础、沉箱基础、管柱基础等。就当前现状而言，旋挖灌注桩技术是桥梁基础工程最常见的施工技术。旋挖灌注桩技术具有承载力高，施工噪声小，可以建造较大直径桩体、对地基地质条件应用范围广、工期短，造价低，对周边建筑物影响小等优点，但也有易塌孔、缩孔、孔桩偏位、隐蔽工程质量控制难度大等缺点，故应科学合理地应用好该技术。因此，进一步对旋挖灌注桩技术进行分析，总结出切实可行的施工方案，具有十分现实的意义。

1、旋挖灌注桩施工成孔方式

桥梁工程的桩基施工中，表层的淤泥和黏土由于承载力差，无法保证基础的稳定性。通过旋挖灌注桩施工，利用桩体穿过淤泥层、黏土层，到达深部的持力层，形成的桩群可以满足荷载要求，从而确保桥梁基础稳定。由于桥梁工程的旋挖灌注桩施工是在水下进行，对施工技术和现场管理提出了严格要求。以往的施工经验表明，如果方案设计不合理、施工管控不到位，很容易出现断桩、桩体倾斜、桩身夹泥等质量问题，如果未能及时处理，后期随着桥梁上部结构施工，桩基出现不均匀沉降，严重影响桥梁质量。因此，现场施工人员必须要在施工质量控制和成桩质量检验两个方面加强管理，才能保质保量地完成桥梁基础施工任务。在某桥梁施工过程中，主要选择旋挖成孔法进行施工，各成孔法与旋挖成孔法性能对比如下：（1）反循环成孔法和旋挖成孔法的对比。当施工地质为卵石层时，应使用旋挖成孔法进行施工，这要是因为使用反循环成孔法进行施工，存在通道狭窄的问题，极易产生钻杆堵塞，增加了安全事故的发生率。与此同时，反循环施工钻进过程中需要静水压力，在成孔过程中会产生大量泥浆，污染环境。而使用旋挖成孔方式，可以在干作业条件下进行施工，施工现场较为整洁。（2）正循环成孔法和旋挖成孔法的对比。相较于旋挖成孔法，在使用正循环成孔法施工过程中，泥浆循环上升速度相对较慢，导致其施工效率受到影响。（3）冲击钻成孔法和旋挖成孔法的对比。相较于冲击钻成孔法，旋挖成孔法的稳定性相对较高，在冲击钻成孔施工过程中，需要使用钢丝绳牵引钻头，在钻头自由落体过程中，会产生较大的冲击动能，不但会使桩孔出现倾斜，还会导致卡钻等问题，使其成孔质量受到影响。而旋挖钻机成孔后具有孔壁光滑、与土体间结合度高、桩基承载力高的特点。（4）沉管成孔法和旋挖成孔法的对比。在地质较软的现场施工过程中。由于静压沉管成孔法施工设备较大，极易出现机械陷落等问题，使周围桩基受到影响，相较于沉管成孔法，旋挖成孔的桩基质量更高。

2、旋挖成孔施工中的问题

2.1 成孔阶段

在桩孔钻进施工时，钻头选择、泥浆管理、清孔质量、桩孔垂直度以及钻机机型等环节质量不符合要求，会导致成孔质量受到严重影响。与此同时，在桩孔成型后，施工人员没有及时进行混凝土浇筑，也没有采取相应的安全措施对钻孔进行遮蔽，导致施工安全隐患增加。

2.2 钢筋笼制作和吊装阶段

在对钢筋笼进行制作和安装施工时，施工单位没有对钢筋笼安放位置、垂直度等因素进行控制，导致钢筋笼出现下沉或浮起等问题，最终使成孔质量受到影响。

3、市政桥梁工程中旋挖灌注桩施工技术的应用分析

3.1 施工准备

（1）钻孔施工前施工单位要对桥梁的设计图纸进行复核，复核的主要内容包括桥梁桩位的标高、位置、数量、尺寸等基本参数，并与施工场地的地形条件、地质情况核对，明确设计文件的合理性，如发现存在不合理之处，应及时向监理单位报备，修改设计文件。设计文件合格后，结合要求进行施工。（2）由项目经理组织各部门、各施工班组进行技术交底，交底方式为书面交底，交底内容主要包括施工组织安排、施工流程、施工技术、施工要求等，使所有施工人员明确自身责任，避免失误。（3）本次施工采用的原材料进场前需要对材料的出厂证、质量证明等文件进行核验，检验合格后方可进场，入场的材料进行分类存放，材料的贮藏地面可采用混凝土硬化地面，砂石料按不同尺寸分类存放，钢筋按等级分类存放，存料期间仓库内应保持通风并做好防雨、防潮措施。（4）钻孔施工中采用的机械设备有混凝土搅拌机2 台运输车辆若干、发电机1 台、吊机1 台、反循环钻机3 台等，机械在施工前应全部到位，并安排人员负责机械的检测与定期维护工作，确保机械的正常使用性能。

3.2 定位测量

在进行测量时采用全站仪，对桩基平面位置及高程进行标注。为了提升测量放样准确性，需要在首次测量完成后进行复测，保证复测数据与首次测量数据误差在允许范围内。最后采用石灰粉做好标志测量桩，以方便后续工作开展。

3.3 护筒施工

（1）护筒应坚实，避免漏水。若护筒的入土深度较大，则应利用锤击的方法将其沉入。护筒接头部位不能存在突出物，且应能抵抗拉压。（2）护筒的内径应比桩径大至少200mm，且护筒的顶部应比地面高出约30cm，同时在护筒上部设置溢浆孔。（3）护筒埋设中心与设计桩位之间的偏差不能超过20mm，且护筒倾斜度的实际偏差不能超过1%，确保护筒进入原状土层中至少20cm。（4）将护筒埋设好后，需在桩位中心设置钢筋，同时进行拉线，以为之后的桩架就位奠定良好基础。（5）护筒埋设到位并检查合格后，在其四周用黏土回填并压实，以免在钻孔过程中发生浆液漏失。

3.4 泥浆制备

钻孔施工中需要采用泥浆护壁的方式保护成孔的质量以及钻孔施工的安全，钻孔完成后还需要采用干净的水泥浆进行清孔作业，水泥浆的比例应结合设计要求确定，制备后存储于泥浆池中，泥浆池的位置在施工场地周边选取，并在周围做好防护措施，避免人员摔落，本次施工中护壁采用的泥浆密度应控制在1.10～1.15，含砂率应≤4%，胶体率应≥95%，清孔采用的泥浆密度应控制在1.03～1.10，含砂率应≤2%，胶体率应≥98%。

3.5 成孔施工

市政桥梁钻孔实施前，应保证底部无杂物。钻机准备好后，将其吊装到工作平台上，然后把钻头下放到钻孔面以下30cm 处。操作开始前，通过钻机底部安装千斤顶进行调整。钻孔有正循环和反循环两种形式，正循环速度较慢，安全性高，不易塌孔，有利于成孔。反循环速度快，主要用于地质条件比较好的情况。钻孔时，需确保钻进施工稳定和慢速，利用空压机把底部沉渣清理干净。如果下部存在较多的岩石材料，极易磨损钻头，工作效率降低。此时，应及时更换刀具，以保证施工顺利进行。此外，如果现场施工中发生停钻的情况，禁止将钻头留置在孔内，需将钻头提升到规定位置上，然后使用清水循环清洗，以防止出现埋钻现象。钻井施工中，钻机应配置一台20m3/min 的空气压缩机，以满足钻进过程中的供气和排渣处理需求。拆除钻具环节，应保证钻孔移动到规定位置，移动速度要合理，一般为8m/min 以内，才能避免出现钻头与孔壁活塞抽吸现象。此外，如果出现负荷超出技术标准要求的情况，应及时清孔，避免底部有沉渣。成孔的同时，应同时注入泥浆护壁，防止塌孔。成孔后，分两次进行清孔。清孔后，一定要对孔深、孔径、孔的垂直度进行检查。在浇筑混凝土前，进行二次清孔。

钻孔过程中的塌孔处理方案：（1）旋挖机正常速度运行时的作用力较强，周边石块受到扰动，孔口的稳定性遭到破坏，有塌孔的发展趋势，并且在此条件下无法正常安装管口护筒。此时，可用低标号混凝土予以回填，待此部分达到初凝状态后，继续旋挖施工。此方法能够有效规避钻孔过程中的土体坍塌问题。（2）旋挖钻机低速运行时，旋挖钻芯的扭矩作用显著，受此影响，周边石子由完整的形态转变为粉末状，而由于挤压力的持续存在，逐步构成了护壁。经一段时间后，待护壁成孔深度约为2m 时，碍于孔斜率偏大的缘故，孔壁的稳定性不足，自然不利于顺利成孔。为此，取适量非回填区的黏土，将其转至现场，适当洒水以便湿润，此后再向桩孔内回填。期间其他辅助工作要及时跟进，例如用截齿型筒钻低速运行，借助该设备发挥挤压密实作用，使黏土紧密嵌入回填石块的孔隙内，增强整体稳定性，起到护壁的效果。

扩孔：孔深满足要求后，进入扩孔施工环节。及时更换扩底钻头，铲斗边旋转边加压钻进，在此过程中适当伸展斗门，将产生的渣土及时转至桶式铲斗中，以便高效外运。经过一段时间的扩孔处理后，桶式铲斗闭合，向上提升钻杆，将扩孔过程中产生的渣土转至地面，进一步转运至指定地点或采取其他处理措施，按照此方法反复操作多次，直到扩孔部位形成支盘空腔为止。为了提高扩孔作业的控制水平，扩孔过程中由专员用电脑追踪，及时掌握作业情况，并予以灵活的调整，确保扩孔效果完全满足要求。

3.6 一次清孔

钻进至设计要求深度后，先暂停进尺，然后向上提拔钻具，使其与钻孔底部相距10～20cm，在此期间泥浆循环系统应正常运行，使钻盘空转，将钻孔底部的泥块和碎屑都排除干净。一次清孔完成后，应达到下列标准：钻孔底部的沉渣基本清除，可准确测定实际孔深，孔中的泥浆不存在泥块等悬浮物。通常一次清孔应持续至少30min。

3.7 钢筋笼制作安装

（1）本次施工采用的钢筋笼，在施工场地外进行加工，再通过运输车运送至施工场地进行安装，钢筋笼主要采用焊接的方式进行施工，其焊接质量要满足设计要求，接头位置采用双面搭接焊的焊接方式，主筋上接头均要进行焊接，焊接长度≥5d，钢筋笼相邻主筋进行焊接时，搭接位置应≥30d，加强筋在焊接时采用双面电弧焊的焊接方式，在主筋内侧进行焊接，严禁焊接过程中对主筋造成损伤，焊接完成及时运送至施工现场。（2）钢筋笼的安装通过吊车完成，在吊放钢筋笼时采用两点起吊的方式，第一个吊点位于钢筋笼的下部骨架，第二个吊点在钢筋笼上部1/3 处，钢筋笼吊起后在空中实现调转，然后通过吊机缓慢放入桩位中，下放过程中应匀速缓慢，不宜强制插入，避免出现钢筋笼上浮问题，安装到位后，应及时进行后续施工。

3.8 二次清孔

为了使混凝土灌注前钻孔底部的沉渣厚度符合设计要求，往往需要二次清孔。二次清孔采用气举排渣法，其具体操作方式为：利用气举排渣器进行气液混合，然后利用密度差将钻孔底部的沉渣升起并排出。二次清孔一般在钢筋笼和导管下放完完且检查合格后进行。完成二次清孔后，钻孔底部500mm 范围内泥浆的比重不能超过1.25，且含砂率不能超过6%，黏度不能超过28s，孔底沉渣厚度不能超过50mm。清孔完成后，钻孔中始终应有足够高的水头，同时需要在30min 之内进行混凝土的灌注。如果不能在30min 之内进行灌注，则要重新测试泥浆指标，若指标超出允许的范围，则需要再次清孔。

3.9 将导管安放到位

本次安装的导管内径为0.28m，每节的长度为3m，通过本次对孔的深度进行测量，若3m 导管长度较长，可以对最后的一根导管选择使用长度为2m 或者为1m 的导管。为了将孔底泥浆全部排出，同时对混凝土质量不会产生较大的影响，灌注混凝土的导管的底口距离孔底之间的距离本次控制在30cm 左右。同时，在导管的顶口安装漏斗，从而更为顺畅灌注混凝土。

3.10 水下混凝土浇筑

本次工程所用混凝土，均由附近的一处拌合站提前制作完成，完后由砼车运输至施工现场。使用C30 混凝土，砼车卸料前应安排技术人员检查有无离析、泌水等质量问题，坍落度控制在180-200mm 之间，禁止使用质量不达标的混凝土。本次工程中使用导管法灌注混凝土，现场施工管理要重点关注以下内容：（1）合理确定导管的基本参数，如直径、长度等；（2）多节导管连接时，应做好导管接口处的密封处理。并且在导管连接完完后，通入清水检验其密封效果，确定密封效果良好；（3）水下浇筑混凝土必须要保证连续作业，单桩混凝土浇筑必须一次性完成，原则上不允许中断，以保证桩体的完整性。

3.11 对旋挖灌注桩施工质量进行全面验收

为了更好提升旋挖灌注桩整体施工质量，技术人员应当对整个施工过程进行全面的动态监控分析，特别是对质量验收工作应当严格控制，确保桩位标高误差在可控的范围内。同时，对于代表性的桩体应当选择使用无破损检测技术进行全面地检测，对于重要工程、重要部位的桩体应当全部进行检测。对于设计中给出具体规定，或者技术人员施工时，对桩体质量有怀疑，则技术人员应当全面的检测，必要情况下应当选择使用钻取岩样法对桩体进行全面的检测，对于检测不合格的应当采取针对性的措施进行维修完善，在检测合格之后再进行下阶段的施工。

3.12 施工队伍交底控制要点

人为因素是制约身挖成孔灌注桩桩身混凝土灌注质量控制的重要因素，包括管理人员和施工队伍。由于施工队伍流动性大、施工人员能力参差不齐，给旋挖成孔灌注桩桩身混凝土灌注质量控制现场技术质量交底提出了更高要求。在影响大桩径、高桩身旋挖成孔灌注桩桩身混凝土灌注质量控制的各类因素中，人作为能动体具有很强的主观能动性以及对其他影响因素的判断性，但这种判断性的精确度因施工队伍能力的差异性而很难得到保证。因此，需要一个相对稳定的主体即施工管理人员将技术、质量交底的内容精炼化、常态化。例如，在混凝土灌注过程中，施工人员经常更换，所以，每次都要进行技术、质量交底，即多次交底。

4、施工注意事项

旋挖成孔灌注桩施工条件相对复杂，涉及的作业内容较多，参建人员高度重视各项细节。（1）注重现场的平整和夯实处理，使钻机能够稳定运行。（2）采取跳挖的施工方法，从而减小扰动作用；开挖过程中产生的渣土不可随意堆放，需放置在距离桩孔口7m 或是更远的位置。（3）严格控制成孔的参数，包括孔径、深度等。钻孔深度范围内存在黏土层时，有颈缩的可能，为此需要从地质条件出发，注重对注浆方法的合理化应用，并制备优质的浆液，用于维持孔壁的稳定性。（4）注浆时保证垂直，不可出现浆液顺筒壁流动的情况，否则护筒底部的土质将缺乏足够的稳固性（偏松散）。

结语：

综上所述，旋挖灌注桩基础是桥梁工程建设最常用的一种基础类型。旋挖桩施工过程中除了关注施工进度以外，还应考虑到施工工作需要完成的任务较多，施工步骤比较琐，任何一个环节出错，都会影响施工质量。因此，在旋挖机械成孔灌注桩施工的过程中，需要对钻孔施工的过程和钻机的位置、使用频率、护筒埋置深度等做好把控，减少施工过程中钻孔塌陷等质量病害的出现，同时需对成桩位置复核、钢筋笼安装检查、沉渣厚度检查等符合要求后方可进入下一工序，提高施工质量，方能到达促进工期、降低费用的效果。