超长钻孔灌注桩基浇筑质量控制方法

李小军

(中铁二十三局集团第六工程有限公司, 重庆 401120)

重庆市地处我国西部，地理位置和气候特征造就了重庆市堆积体、孤石形成的洞室地质的特殊工程性质。随着我国经济不断发展，新一轮西部大开发的强力推进，在此类复杂环境下的桥梁建设日渐增多，其深厚覆盖层及滑坡对建筑物的危害也越来越引起人们的重视。

目前，在堆积体和深厚覆盖层地区建筑物下部结构大多采用桩基础结构形式。在工程建设中，桩基础能够很好满足在各种复杂地质条件下的基础施工，同时具有较好的强度、刚度和稳定性。超长桩基础因其群桩甚至是单桩竖向承载力较高、竖向刚度较大、不均匀沉降不会过大、抵抗竖向荷载和侧向荷载能力强等突出优点而广泛应用于各种控制变形要求高的桥梁基础中。

超长桩基具有施工难度大，安全、质量风险高的特点。在桩基础的施工阶段，由于施工单位管理水平差异、施工人员素质参差不齐以及施工技术不尽完善、适用，会不可避免地留下质量隐患，甚至会造成的一些重大的安全事故。

近年来，施工中容易出现钢筋笼偏位、桩基缩径，或者直径在40 cm左右的钻渣在进行二次清孔时易堵塞导管，在混凝土浇筑中出现断桩、夹渣，桩基密实度和垂直度无法保证等问题[1]。以上问题的出现对混凝土浇筑施工造成严重影响。本文以西溪河特大桥右幅P12号墩桩基施工为工程依托，提出了基于本工程实际的浇筑质量控制的施工方法。

1 工程概况及施工技术特点

1.1 工程概况

重庆巫溪至陕西镇坪高速公路(重庆)西溪河特大桥为分离式双幅桥。单幅桥面净宽12.5 m，设计荷载采用公路-Ⅰ级。如图1所示，桥型布置为T梁+连续刚构+T梁布置，其引桥P12号墩基础为2根φ2.0 m钻孔灌注桩基，桩中心间距为7.2 m，设计桩长为92 m。

图1 重庆西溪河特大桥右幅立面布置

桥址区地层岩性主要为3种岩性，以页岩为主，层理发育。其中第四系崩坡基层碎块石土，主要分布于巫溪岸及镇坪岸，土石分级为Ⅳ级；第四系冲洪积卵石土，主要分布于西溪河河床，土石分级为Ⅲ级硬土；第四系残坡积层，含碎石粉质黏土及志留系上统徐家坝群页岩、砂岩、泥岩，分布于全桥范围内。P12墩桩基础区域有厚度达80 m左右第四系堆积体，其堆积碎石直径一般2～100 cm之间，有些超过200 cm，结构中密。

1.2 施工技术特点

(1)对于深覆盖层堆积体地区桩基施工方法的选择大都处于经验阶段，没有进行系统的分析研究，而对于施工过程中常见问题的分析及相应对策也有待于进一步完善。

(2)钢筋笼的加工、存放和运输都有很高的要求，其质量会大大影响施工进度，对后续的钢筋笼下方和定位施工起着关键作用。混凝土浇筑串管、流管等运输保证也是需加强重视的。

(3)导管下放浇筑时的自身垂直度及密封不牢固很可能会使在水下浇筑混凝土时导致卡管等问题[2]。超长灌注桩基位于岩层区域，岩层区域存在岩层裂隙，浇筑时会从裂隙间大量流失混凝土浆，产生很大的混凝土浪费与质量问题。

(4)由于桩位区域属于斜坡堆积体，常年受雨水侵蚀，地下水丰富。钻孔及灌注混凝土施工常在水下进行，施工人员不能直接接触到且不清楚水中的情况，可能发生桩基浇筑密实度无法得到保障等问题。

(5)深覆盖层堆积体地区桩基施工成桩质量检测方法大多采用传统的检测方法，如何选用适合深覆盖层堆积体地区的桩基成桩检测方法，以便更快速高效地进行施工监控和成桩质量检测。

2 桩基浇筑施工工艺

根据现场实际情况和技术方案比选，本文对此类特殊环境桩基浇筑工艺进行了总结阐述，提出了适合本工程的创新性施工工艺。

2.1 施工流程

冲击钻成孔灌注桩施工流程如图2所示。

图2 桩基础浇筑施工流程

2.2 成孔后验收与准备

2.2.1 施工准备

施工场地应满足施工要求，施工平台提前搭设及检查，按施工需要组织各相关人员和机械设备进场，并确保各机械工作正常。

按照设计要求在厂内将钢筋笼各分段制作好，且需通过严格的质量检验和监理工程师核对好后才能用运输车运输至现场指定位置堆放。确保运输过程中对钢筋笼无损坏，运输过程中标志牌不得刮掉，便于校对检验。

2.2.2 清孔检查及验收

验收上一道工序，主要是对成孔质量在规定时间内是否满足下一道工序的开展进行验收，保证孔低沉渣在理论和所需控制范围内。清孔合格后，若4 h之内不能马上浇筑混凝土，或再次检查其成渣厚度大于3 cm的话，则需要再次清孔。确保一次清孔的质量达设计要求，为二次清孔打好基础。

2.3 钢筋笼施工

2.3.1 钢筋笼加工

钢筋笼在钢筋加工场集中加工绑扎，其钢筋连接采用优质45#碳素结构钢制成的直螺纹套筒。在钢筋笼加工前应将钢筋进行调直并去除鳞屑等。

钢筋笼尺寸应符合设计要求，在骨架主筋外侧设置耳筋以此来控制保护层厚度，在环向每2 m对称安装4个。应该对每组绑扎及焊接成型后钢筋笼，悬挂写明桩号及钢筋笼节段号等信息的标志牌。尤其对于地面标高不同的定位钢筋骨架更应标志清楚。

2.3.2 声测管安装

在钢筋笼内侧按设计要求布置声测管，即采用φ57 mm，壁厚3 mm的镀锌钢管所制作的4根声测管在笼内侧对称布置。声测管采用丝扣式接头，将顶部连续接长到平齐施工平台并封闭顶部。声测管按2 m一道采用U型卡在钢筋笼上固定牢固。安装声测管的同时向管内注水，以此确保声测管无漏水且质量完好。声测管安装垂直度偏差应在0.5%范围内，且应使声测管接头处孔壁有圆滑平顺过渡面。如图3所示。

图3 声测管安装示意

为保证工程整体进度目标，缩短桩基工作完成时间与承台工作开始时间之间的时距，所有桩基声测管露出地面0.5 m，加快桩基检测速度。每根声测管比设计图纸加长1.5 m。

2.3.3 钢筋笼定位

首先通过定位钢筋搭接长度、孔口标高及设计桩顶等数据确定钢筋笼最顶端定位筋的长度，经计算检查确认无误后才可焊接定位筋。在定位钢筋顶端设置顶吊圈，将2根工字钢平行的放入顶吊圈底下，钢筋笼被2个工字钢支撑的型钢拖住并固定。

2个工字钢之间间距应超过导管外径30 cm以上。卸下吊绳后，将工字钢和支撑型钢用短钢筋相连焊牢。用焊接顶吊圈来标志定位筋所在，并将其焊接在平行的两根工字钢上，有效避免钢筋笼被孔中导管和其他设备碰撞而使其位置偏移或掉入孔中，同样也可防止因混凝土浇筑导致的钢筋笼上浮[3]。灌注桩钢筋骨架制作和安装质量执行标准见表1。

表1 灌注桩钢筋骨架制作和安装质量标准 单位：mm

2.3.4 钢筋笼吊装

现场采用30 t级汽车吊进行此桩基钢筋笼吊装。为防止钢筋笼因起吊时受力不均匀而发生变形，即采用2点式吊装方案。

按铅锤姿态来看，第一吊点的位置在钢筋笼顶端加固筋处，第二吊点在钢筋笼底端往上的三分点上。起吊时，先等第一吊点位置起吊到有足够高度时再提起第二吊点，两点起吊速度互相配合，直至钢筋笼到合适位置并沿长度方向垂直孔面，即可解除第二吊点，并检查钢筋笼在吊起过程中是否弯曲，若发现问题，应及时调整，保证钢筋笼顺直。扶正钢筋笼并缓缓进入孔口内，以防摆动撞着孔壁，如下放受阻禁止强行下入，应及时采取措施。严格谨慎的放入钢筋笼，当位置到达第一吊点附近的加固筋处时，通过设置型钢从加劲箍下方穿过，将钢筋笼临时支撑在孔口，且型钢下部设置厚度超过护筒外露长度20～30 cm的枕木+型钢组合支撑，作为骨架支承的型钢不得与护筒直接接触，如图4所示。

图4 钢筋笼骨架支撑体系示意

此节段钢筋笼吊装完后，挪开临时支撑，将钢筋笼继续下方至第一吊点位置的加劲箍处，并按以上所述暂时支撑，至此第一节钢筋笼吊装完毕，第二节吊装即重复之前的操作，保证上、下2节钢筋笼处在同一竖直线上即可，如图5所示。

图5 钢筋笼吊装示意

为保证超长桩基钢筋笼的吊装安全，在每节段骨架最上端的加强箍筋处加焊1处加强箍筋，2排箍筋焊点错开，如图6所示。

图6 加强箍筋焊点位置示意

2.4 浇筑施工准备

2.4.1 安放导管

导管采用专用的螺旋丝扣导管，配置3套符合现场的标准型孔径的导管。导管应具有足够强度，且内壁面应光滑平顺、局部无凹凸。应先对导管壁厚进行称重检查是否满足使用要求，随后对旧导管进行试压。安装导管应先进行试拼装，再进行水密性试验检验导管是否合格[4]。

导管安装与下放作业时，将导管用固定卡盘逐节接长，同时使用汽车吊及专业吊具铅锤下放导管至距孔底大概30 cm即可。

拼装和下方导管过程中应严格记录好其各分节实际尺寸等参数和保证正确的各分节组合顺序。根据设计要求提供专业吊具，使其能方便地调整导管位置并固定，进而提高施工效率。应小心轻放导管，保持铅垂下放至孔底，以防钢筋笼受到碰撞。下放过程中，记录好节数及参数，下放到孔底设计位置后，应确保实际长度与理论长度吻合，误差要控制到规范范围内。导管接长应逐一检查橡胶密封圈是否完好，导管法兰应拧紧。

2.4.2 二次清孔

导管安装完毕后，应再次检查孔底沉渣是否满足要求，采用沉淀盒放到孔底的方法，检查沉渣厚度是否超过5 cm。若发现不符合要求，即进行二次清孔，采用正循环压浆法，禁止继续钻进加大孔深来替代清孔。

前阶段清孔采用高流量高黏度泥浆循环措施，使孔内粗颗粒及孔渣浮在孔口。在清孔过程中，安排专人负责全程的孔渣捞取，并实时测量是否沉渣厚度降到要求值和泥浆含砂率是否变化，以便作出调整。清孔后期使用低黏度泥浆进行压浆清孔。在清孔前期，若出现孔内无粗砂粒且含砂率过低，而后期确因为使用低黏度泥浆清孔导致出现孔底沉渣反而变厚的现象，这表明前阶段清孔使用的泥浆黏度还不够，使砂粒悬浮在泥浆里无法浮在孔口，则清孔未成功。清孔后，分别从桩孔底部、中部和顶部泥浆中取样试验并取3者试验平均值作为试验结果。

清孔质量应达到如下要求：孔内泥浆相对密度1.03～1.15 g/cm3，胶体率大于98%，含砂率低于2%，黏度在18 Pa·s左右，泥浆相对密度低于1.10。沉渣厚度应小于5 cm。二次清孔成果需交工程监理检查是否合格，并签字确认，随后在规定时间内灌注水下混凝土。

2.5 水下混凝土浇筑

2.5.1 混凝土生产与运输

根据设计桩身混凝土的强度，在项目部试验室进行水下混凝土配合比试验和设计，并确保整桩灌注时间不超过首批混凝土的初凝时间，并报监理工程师检验认可后实施。

2.5.1.1 混凝土配合比优化

混凝土配合比原材料主要包括拌合水、胶结材、外加剂、骨料等。充分考虑桩基受水影响，水下混凝土通常要求更高强度等级，本桩基水下混凝土强度等级采C30，但按照C35强度等级来优化设计[5]。对水泥用量及性能、水灰比、水胶比、粗细骨料、砂率、外加剂、掺合料等各项原材料进行配合比优化实验，最终能够设计确定出满足本桩基各项性能要求的水下混凝土配合比。

混凝土通过确定的配合比在拌合站集中拌合。保证混凝土最优的黏聚性与和易性[6]，其混凝土坍落度控制在18～22 cm之间。

2.5.1.2 混凝土运输

运输混凝土应防止混凝土振动及减少运输时间，来避免降低其流动性能和发生离析，导致浇筑时产生堵管现象。

2.5.2 桩身混凝土灌注

2.5.2.1 首批混凝土封底

首批混凝土浇筑采用剪球法。把隔水球安装在漏斗下，将所需量混凝土浇筑在漏斗内，然后通过切断隔水球铁丝使混凝土落至孔底埋住导管，应保证首批混凝土量满足要求，且导管底部始终被混凝土填充和首次埋置深度超过1.0 m。

2.5.2.2 混凝土正常灌注

在完成首批混凝土浇筑即封底后，不应停顿，应继续浇筑混凝土，保证连续性。使导管埋深始终保持在2～6 m范围内，如超过6 m则及时提升导管，以此循序渐进的浇筑[7]。若出现混凝土浇筑不连续时，为确保混凝土正常翻浆，因在浇筑过程中上下提动导管，保证间隔15 min进行一次。

每次拆管前，孔内混凝土面应采用不低于4 kg重量的测锤进行数据测量，边浇边提导管的同时根据导管现有长度来确定拆除多余导管的长度，但导管埋深应始终保持在上述范围内，确保灌注质量。

当混凝土浇筑到离孔口5 m以内时，应放慢浇筑和提管速度，直至浇至超过桩顶设计高程0.8 m，则可消除沉渣对混凝土的影响，也能使桩顶质量得到保证。整桩灌注时间不应超过首批混凝土的初凝时间。浇筑完成后，应注意将导管先提拔和反插，然后连续将导管垂直提出，这样桩芯混凝土密实度更能得到保证。浇筑完成待强度满足要求后，按桩顶标高所在位置破桩头(图7)。

图7 水下灌注混凝土施工工艺流程

2.5.3 混凝土浇筑注意事项

水下混凝土浇筑前，应严格填写成孔和钢筋笼质量检查相关表格，应确保100%合格方可浇筑混凝土。

在浇筑混凝土时，每工作班换班时都应制作试件，且保证每根桩留取至少3组试件。应对试件进行标准养护，待强度达到后进行强度测试，将测试数据填入试验报告单中。

每次上提导管前，必须测量混凝土标高，确保导管在有效埋深范围内，方可提导管。谨慎并慢慢上提导管，通过安装防护加劲板和护罩来防止导管上提过程中挂住钢筋笼，造成不必要的损失。上提导管时，对导管埋深和导管内外混凝土面的高差应进行专门精确测量，对混凝土浇筑量和混凝土面相对两者之间的标高也应实时记录，并填入水下混凝土浇筑记录表中。以此分析扩孔率，及时发现浇筑过程中的问题并报告施工负责人，及时进行处理。

本桩混凝土浇筑完后，应清理好漏斗和导管等机具设备，并检查是否有问题，以便直接给下一桩孔使用。灌注过程中，导管拆除间隔时间应尽量缩短。浇筑混凝土完毕后，在初凝时应将定位钢筋及时切断，使混凝土正常收缩，而不被钢筋笼所影响钢筋混凝土正常的粘结力。

2.6 浇筑施工常见问题及处理措施

在本文此类地质条件下进行桩基灌注施工，由于施工相关经验不足和对这方面研究少，往往会出现很多问题。常常发生导管堵管等相关问题[8]，也时常出现混凝土流失及断桩等危害。根据施工经验和理论知识的分析总结，给出这些问题系统的处理方法。

2.6.1 导管问题

导管堵管可能受导管法兰盘接缝处漏、渗水 导管裂缝、气泡隔离、混凝土级配与水灰比、灌桩不连续等诸多因素影响。根据不同情况通常采用许多处理办法：

(1)混凝土刚开始浇筑时，若因压水导致渗漏水出现，则应立即提出导管并进行处理，以免后续造成大问题。

(2)在浇筑完首批混凝土后，其导管口处在混凝土中很深的位置发生导管堵塞，采用提升导管来达到减轻水压的效果，进而能够使导管内混凝土继续浇筑。

(3)若浇筑到桩井四分点附件位置时发生导管堵塞，需迅将导管提起来，将导管内已浇混凝土全部清空并作全面处理，若强行灌注，可能导致发生断桩和本桩此位置强度无法满足要求，导致整桩质量大大降低。

(4)若浇筑到中间至距孔口7 m这段区域位置时导管堵塞且浇筑无法继续时，采用抽水并开挖的又不能解决，可采取措施挽救此桩并避免损失巨大：①若混凝土未初凝，提出导管，在规定时间内把导管内混凝土排除干净，解决好其他导管问题，并重新将导管放入原混凝土中，浇筑前需保证导管内水抽取干净，再重新浇筑混凝土;②若混凝土已初凝，若继续采用上述办法浇筑，可能导致断桩。应采取换用较小直径(小于钢筋笼直径)冲击钻钻头钻入混凝土，使其露出新鲜混凝土，同时清理出碎渣，重新用更高强度混凝土压水浇筑。

(5)若浇筑到至孔口5 m这段范围内导管堵塞，应马上从混凝土中提出导管，根据施工情况，可采取下整护筒、围堰开挖护坡等办法进行处理。

2.6.2 混凝土浇筑漏浆与断桩

(1)漏浆处理。在浇筑混凝土完毕后，若察觉到混凝土面下降，则桩孔出现漏浆。需再次补充浇筑混凝土到合适位置，再观察其变化情况，待稳定后拔出导管，这样能够避免因混凝土面下降导致的断桩危害[9]。

(2)断桩处理。若断桩情况出现在浇筑混凝土首封或首封才完毕后，应马上停止灌注，吊出钢筋笼，重新利用冲击钻钻孔，重复之前操作，再将混凝土重新浇筑。若在护筒内发生断桩且混凝土已终凝，即停止浇筑混凝土，待浇筑的混凝土到达15天后强度后，抽干并清除护筒内泥浆，清除掺杂在混凝土中的泥浆，露出新鲜的混凝土面，并对其凿毛处理，将钢筋上泥浆清除干净，然后通过护筒为模板继续浇筑混凝土，使其形成整体。

2.7 成桩检测

桩身质量和承载能力是确保桩基质量的重要因素，主要对桩基竖向单桩承载力和完整性进行检测[10-11]。进行检测桩基前，应先将桩身存在的淤塞不断冲洗至孔底。待桩身混凝土强度到达设计规范7d强度即进行检测，结合目前趋势，本桩采用无损超声波检测，以到达Ⅰ类桩为目标，质量检测标准如表2所示。检测方法[12]有：

表2 钻孔桩质量检测标准

(1)单桩制取混凝土试件至少5组进行强度试验。

(2)采用钻杆垂线法和探孔器设备测定孔型、孔径及桩基垂直度，监理工程师及时复查检测结果。

(3)待桩身强度不小于15 MPa且超过设计强度70%，需对桩开展超声波完整性检测。

(4)按设计要求在桩中钻芯取样检测，对桩身混凝土浇筑的质量进行检查。

最后，对成桩还应进行桩身应力观测和桩侧土摩阻力测量。

3 结束语

结合重庆西溪河特大桥右幅P12号墩桩基浇筑施工，本文系统地阐述了钢筋笼施工、水下混凝土浇筑和成桩检测技术。针对在此复杂地质环境下钢筋笼施工及定位与下方、水下混凝土配合比优化设计、浇筑和质量控制技术进行创新，很好地解决了钢筋笼偏位、桩基缩径、导管堵管、漏浆、断桩等问题。经过实践证明，本文介绍的方法效果较好。经过成桩检测，检测桩基承载能力与桩身质量结论是桩基质量较好，为Ⅰ类桩。