超长灌注桩群桩基础施工控制要点探讨

刘洪田

超长灌注桩群桩在施工中，对各项施工参数、技术指标的要求较普通钻孔灌注桩更加严格，这就要求施工技术人员具有更精湛的技术水平和较强的组织协调能力，本文通过对济南市某新建高速公路黄河特大桥超长灌注桩群桩基础施工实践展开讨论，全面阐述了超长灌注桩群桩基础施工经验和控制重点。

一、本项目超长灌注桩概述与特点

济南市某新建高速公路跨黄河特大桥悬索桥46#墩索塔群桩基础共56颗，采用C35水下混凝土，桩径2.0m，桩长95m，符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）规定的桩长≥90m的灌注桩为超长灌注桩的标准。该群桩桩位位于黄河北岸大堤内滩地上，与黄河岸边最近直线距离约为60m。地质以粉砂土、粉质黏土、粉土和砂土为主，自上至下呈不均匀分布状态，地下水位较高，地质情况复杂多变。同时本项目临近黄河，必须保证避免对黄河流域生态环境的人为破坏。

二、超长灌注桩施工控制要点

1.做好施工前的整体现场布局工作

（1）由于本桥超长灌注桩桩位所处位置的特殊性，需要在施工前对施工现场进行认真规划和详细布局，既要保护生态环境，又要做到正常施工不受到影响，打破施工现场施工空间的局限性，将现场有限作业空间通过优化布局、合理安排，做到有条不紊。首先组织全体参建人员认真学习中共中央印发的《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》，贯彻落实在黄河流域施工对生态环境的保护要求，提高全体参建人员对黄河流域生态环境的保护意识。

（2）由于该桩位属于群桩基础，在施工过程中难免会造成施工现场脏乱差的问题，如何确保黄河生态环境不被污染和破坏成为施工前需要必须考虑和解决的一个头等难题。本项目通过组织监理、施工技术管理人员召开专题会议讨论，同时充分征求了黄河水务管理部门的意见，决定布设两个大型整体泥浆池（每个泥浆池包括一个储浆池和一个沉淀池），由该群桩共用，在各桩基之间采取布设管道的方式，使各桩基之间相互连通，为加快泥浆重复利用效率，在每个泥浆池安放一台泥水分离机，同时将施工现场除了泥浆管道外的地方全部用水泥混凝土进行了硬化处理，最大限度的降低了钻孔灌注桩因泥浆带来的环境污染这一难题。

2.严格控制钻孔垂直度

（1）超长灌注桩钻进过程中，钻杆摆动幅度的大小、钻机底部不均匀沉降以及钻进过程中同一层面遇到不同性质的岩层造成钻头的不均匀进尺等都有可能造成钻孔的倾斜，本项目超长桩设计桩顶标高位于原地面-13m的位置，实际钻进深度达到了108m，在钻进过程中稍有倾斜就会造成桩孔的较大倾斜，本项目选择FXZ-450型四动力大扭矩反循环回旋钻机，对地面进行了硬化处理，从钻机层面解决了地层不均匀沉降带来的钻孔垂直度偏差问题。

（2）为确保钻孔垂直度符合规范要求，考虑到该桩位地质复杂性，钻机应保持足够的钻压力，成孔时采用了导向圈导向，并增加了配重，采取减压钻进，钻机主吊钩始终承受部分钻具重力，孔底承受的钻压控制在不超过钻具重力之和(扣除浮力)的80%。

（3）开始钻进时，先轻压慢钻，待钻头正常工作后，调整压力，当进入密实砂层时，钻进进尺逐步调慢，保持钻机动力头施加在钻杆上的动力为恒压动力，防止钻杆变形。

（4）在钻进时，经常检查钻孔进尺和泥浆循环情况，认真仔细观察进尺和排水出渣的情况，排量减少或出水中含渣量较多时，就要控制钻进速度，防止因循环泥浆相对密度大而中断反循环。钻孔钻进速度可参照下表数据。

（5）本项目采用了智能化手段实时控制各项钻进指标，为控制钻孔精度，本项目在钻机上安装了北斗定位灌注桩成孔信息化系统。借助北斗定位系统，实现了钻机姿态自动调整与钻机位置监测，对成孔垂直度进行实时监测并自动修正。通过智信息能化控制手段适时调整钻进指标，确保了钻孔垂直度在规范允许范围内。

表1 钻孔钻进指标控制表

3.严防坍孔

由于超长灌注桩桩长较长加之复杂的地层条件，造成钻孔各项控制指标较为复杂，成孔时间较长，加之钻进过程中需要多次加长钻杆，无疑加重了对孔壁的扰动，成孔后清孔静置时间较长等因素均会造成桩孔坍孔风险，因此在成孔过程中防止坍孔成为了重点关注的内容之一。

（1）钻头升降速度控制在0.75～0.80m/s,在粉砂层或亚砂土层中时，升降速度需要更加放缓进尺。泥浆初次注入时，垂直向桩孔中间进行注浆，并向孔内补充适量泥浆，以稳定孔内水头高度，防止孔内水头变化造成水压失稳导致坍孔的发生。

（2）接换钻杆时，钻头不得碰撞孔壁，重新钻进前,将钻头提离孔底0.2m～0.3m,且待泥浆循环正常后钻进。

（3）确保泥浆各项指标符合规范标准规定的各项指标要求，为确保孔壁的稳定性，间隔不超过6小时在泥浆孔处检测一次泥浆指标。

4.钢筋笼安放精度和固定措施

在超长灌注桩的施工中，钢筋笼的安装精度和防上浮措施是必须要考虑的问题，钢筋笼的安装精度严重影响着桩基整体受力和桩身的质量，本项目超长灌注桩钢筋笼安放和固定采用了自主研发的钻孔灌注桩辅助平台和四角定位器两种辅助设备，用以确保钢筋笼安装的精度和防止灌注过程中钢筋笼上浮。

（1）灌注桩作业辅助平台（见图1），根据孔径大小制作而成，由厚钢板平台和平台四周的对称可伸缩的用于吊挂钢筋笼的四个挂钩组成。灌注桩辅助平台主要起到两个作用，一是，固定钢筋笼使其在灌注混凝土过程中不上浮，二是，为灌注作业人员提供平整安全的作业平台。

图1 灌注桩作业辅助平台

（2）四角定位器（见图2），采用铝合金材料制作的一组两个对称四分之一钢筋笼内箍圈外径相同的扇形支撑，根据钢筋笼主筋直径的大小选择4根壁厚4mm的钢管下部焊接套丝筒，长度视现场需要而定。

图2 四角定位器

（3）当钢筋笼下放至孔口时，根据钢筋根数将钢筋笼四等份，将四根钢管套筒与钢筋笼主筋拧紧固定牢固，当钢筋笼下放至设计标高时，将四角定位器套至四根钢管上面并固定，用线绳将四个护桩对称拉起，用吊车配合吊起钢筋笼，人工调整将定位器中心与线绳十字交叉点重合后，调整灌注桩辅助作业平台上的四根钢筋笼吊挂装置的伸出长度，将钢筋笼固定到灌注桩辅助平台上，将卡盘置于灌注桩辅助平台后再进行导管下放工作，至此钢筋笼对正固定完毕。

5.水下混凝土灌注控制要点

超长灌注桩的灌注较普通灌注桩要求的各项技术指标更加严格，因为一旦在灌注过程中出现了不利情况就会给问题的解决到来较大困难，如果处置时间过长，就会导致混凝土结块、初凝，带来断桩的风险。所以，超长灌注桩的灌注对整个施工团队是一个巨大挑战。

（1）由于桩顶标高位于原地面以下较深的位置，单从理论上计算很难确定混凝土需要灌注到的高度，为快速准确地确定混凝土面是否已经灌注到了设计标高，本项目配备了混凝土超灌提醒仪，混凝土灌时，当传感器信息传递到地面设备黄灯报警时即提示需要降低混凝土的灌注速度，绿灯报警时，即混凝土浇筑至规定标高，可停止混凝土灌注。

（2）通过严格计算控制首盘混凝土的灌注量，首批混凝土采用储料斗浇筑，储料斗容积大于初灌导管最低埋深混凝土体积一定富余系数，本项目按照储料斗容积不小于导管初次埋深1.5m所需的混凝土方量进行设计。

（3）加强混凝土灌注过程中对混凝土面高度和灌注量的测量和记录工作，从而预估导管埋，导管埋深应控制在2～6m，在确保能将导管顺利提升的前提下，根据现场实际情况适当放宽导管的埋深，最大埋深不超过9m。

（4）拆卸导管前，认真测量混凝土面位置，确认埋置深度安全后，方可提升导管拆卸，提升导管时，采用上下插拔的方式，确保导管周围混凝土均匀密实，确保混凝土充盈系数不小于1.0。

三、超长灌注桩常见问题及预防措施

1.水塞和气塞效应导致堵管

（1）在超长灌注桩灌注过程中如果操作不慎将形成水塞效应和气塞效应。导管接头处密封不好或焊缝有砂眼而漏水较多,在灌注过程中容易产生水塞效应，引起混凝土堵塞导管。如果混凝土卸料出口与漏斗之间落差较大，灌注速度较快，易将大量空气带入导管中产生高压气塞,形成气塞效应堵管，如果气塞挤破导管焊缝或导管垫子，导致漏水则会引起水塞效应而堵管。

（2）针对以上问题，必须提前做好预防措施。一旦由上述两种原因造成堵管，只有拔出导管重新进行灌注，所以在混凝土灌注时必须严防以上问题的发生。

预防措施：

①应通过计算确定导管所需承受的压力，新导管在使用前必须通过水压试验检测合格后方能使用，以检验导管连接部位的密封效果，不使用弯曲或不同心的导管。

②尽量采用直径较大的导管，混凝土卸料口应尽量贴近料斗，以防止落差过大将空气带入导管，混凝土灌注过程中应经常提动导管。

2.泥浆密度过大造成堵管

当泥浆密度过大，混凝土灌注压力小于导管外泥浆重力，导致混凝土顶升力不足造成混凝土被挤在导管中而堵管，若堵塞时间较长就会产生埋管的风险。

预防措施：提高清孔质量，通过试验检测泥浆各项指标，待试验检测确认泥浆各项指标符合要求后方可进行灌注施工。

如果发生以上问题，可向孔内加适量水稀释泥浆，同时应上下插拔抖动导管，尽量使孔内泥浆稀释均匀，从而使混凝土下落。

3.埋管

导管无法拔出称为埋管。原因一般是导管埋入混凝土过深，导管内外混凝土初凝使导管与混凝土的摩阻力过大，或提管过猛将导管拉断。

预防方法：严格控制埋管深度不超过6米，最大不超过9米，经常抖动导管，防止导管周围混凝土过早初凝，首批混凝土掺入缓凝剂，加快灌注速度。导管接头螺栓事先检查是否牢固可靠，提升导管时不可猛拔。

发生以上问题时，初时可用吊车试拔，如仍拔不出，表层混凝土尚未初凝时，可另下一根导管，按处理漏水事故方法处理，再灌混凝土，如表面混凝土已初凝，则按断桩处理。

四、结语

超长灌注桩群桩施工不确定性因素较多，在不同的施工阶段易发生不可预见的问题，本文通过超长灌注桩群桩施工实例全面阐述了超长灌注桩施工中容易忽视和发生的问题，为后续超长灌注桩的施工提供了指导参考。