钻孔灌注桩施工技术在公路桥梁工程中的应用

邱堂堂，马雷

（1.中交通力建设股份有限公司，西安 710076；2.中交第二公路工程局有限公司，西安 710076）

1 引言

由于地质、水文条件的特殊性，桥梁工程中常面临在深水中施工桥墩的情况，施工干扰因素多，必须在安全的前提下进行桥梁深水桩基础施工。 因此，深入研究深水区桩基施工技术具有重要意义， 本文围绕钻孔灌注桩基础的施工技术进行具体阐述[1-2]。

2 工程概况

普尔隆澜沧江大桥桥梁， 桥长为371.48 m， 跨径组合为20m+20m+（75 m+140 m+75 m）+20 m+20 m，交角为90°。 桥梁下部采用一字台，1 号、6 号桥墩为柱式墩，2 号、5 号桥墩为实体墩，3 号、4 号桥墩为空心墩，桥墩采用桩基础，水深为40 m；桥梁上部结构采用装配式预应力混凝土简支T 梁和预应力混凝土变截面连续刚构。

3 深水钻孔灌注桩施工难点及处理措施

本项目桩基直径大，长度长，且地质较为复杂，桩底岩层破碎、穿越串珠状溶洞，成孔难度大。

针对钻孔灌注桩施工难点，提出如下处理措施：（1）配套专门的导向架，作为下放钢护筒时的辅助装置，以便准确控制钢护筒的垂直度；（2） 钢护筒底口和顶口均设置加强抱箍，自然下放钢护筒后用振动锤施加外力， 在不引起钢护筒变形的前提下打设到位；（3）成孔设备采用大型冲击钻机，原因在于此设备对特殊施工条件的适应性强，即使地层的强度较高，也依然能够正常成孔；（4）钻孔过程中及时监测孔深，根据监测结果采取管控措施。 提前准备溶洞填充材料，钻孔期间遇到溶洞时进行填充；（5）严格控制导管埋深，完整记录施工信息，给质量管控和问题处理提供数据参考。

4 钻孔灌注桩施工技术的应用

4.1 钻孔平台的搭建

1#、2#主墩钻孔桩平台分别采用3×3 排φ1 000 mm×12 mm钢管桩、4×2 排φ1 000 mm×12 mm 钢管桩，设斜撑以提升平台的稳定性。 基础上设置2HM588 mm×300 mm 主横梁，上方依次铺设贝雷梁、25a@750 mm 纵向分配梁、预制桥面板。 钻孔平台搭建成型后，安放护筒沉放导向架[3]。

4.2 护筒沉放

采用后场卷塑的方式， 将直径3.0 m 的护筒现场沉放到位。 护筒沉放设备采用履带吊和千斤顶，由专员在现场指挥，分节接高，平稳下放。 在钻孔平台顶面放置门架，先用履带吊接高各节段直至形成完整的钢护筒， 再通过千斤顶缓慢下放至泥面，无法继续下放时，用振动锤振激护筒，通过外力作用使钢护筒嵌入覆盖层。

4.3 钻进成孔

1）泥浆制备及使用：泥浆护壁钻孔，根据泥浆制备、钻孔护壁、泥浆回收再利用多项要求建造泥浆循环系统，循环利用泥浆以最大限度发挥材料的利用价值。 对于无利用价值的废弃泥浆，排放至沉淀池进行沉淀，用储渣箱收集，通过运渣车将无用泥浆运输至指定场所进行处理。 若钻孔过程中频繁出现泥浆沉淀堵管的情况，调整为PHP 泥浆护壁钻孔的施工方法。

2）钻进：冲击钻低锤密击，最大冲程不超过4~6 m，避免空锤。 钻孔施工人员及时检查孔位、孔径、孔壁及孔深，若与设计要求存在偏差，需要及时纠偏。 间隔跳桩钻进，减弱对相邻已成孔桩基的破坏。

3）终孔：钻进至设计桩底标高以下约5 cm 时，结束钻孔，捞取渣样， 进行检验以保证钻孔的各项尺寸均达标以及孔内沉渣量在许可范围内。

4）清孔：采用二次清孔工艺，成孔结束后用掏渣桶进行第一次清孔，主要是将孔内的大泥团石块清理干净，钢筋笼和导管全部下放到位后， 再用掏渣斗进行二次清孔， 要求渣土厚度≤50 mm， 同时孔内泥浆性能指标符合以下要求： 比重1.15~1.2、含砂率≤6%、黏度≤22 Pa·s，二次清洞后，在30 min内灌注水下混凝土，如不能及时灌注，需采取遮盖措施，防止洞内杂物堆积。

4.4 钢筋笼吊装

用平车将加工好的钢筋笼运到指定桩位， 采用汽车起重的方式起吊钢筋笼。 钢筋笼的尺寸、形态、稳定性各方面均要满足要求，主筋和加强箍筋全部焊接。 超声波检测管布置在钢丝笼的内侧四周，并与主筋进行焊接，使成桩的质量更容易被检测出来。 检测管材安装到位后，将水注入其中，并用钢板将检测管材的上下两口分别封死，这样就可以杜绝水泥浆料的进入。 钢筋笼的各节端头及内环加固圈处均采用钢筋焊接的方法，以避免运输、起吊过程中钢筋笼发生变形。 提起钢筋笼，将支撑物剪断后，吊至洞口位置。 钢筋笼吊装和入孔均要准确，下放过程中不与孔壁发生碰触，地面高程偏差不超过±10 cm，平面位置偏差≤10 cm。 为防护钢筋笼，在其外侧对称布置与保护层同等厚度的垫块。

4.5 导管的加工和安装

4.5.1 导管加工

导管由无缝钢管加工成型，规格为288 mm×9 mm，中间节长度为2.5 m，底节长度为4 m，调整节长度为0.5 m。 导管的接头形式为丝扣式接头，要求接头稳定可靠并具有严密性。

4.5.2 导管质量检验

通过水密性试验和抗拉拔试验检验导管， 评价接头密封性能和抗拉强度。

水密试验前，按式（1）计算导管壁可承受的最大内压力Pmax（kPa），要求试验水压不低于Pmax：

式中，γc为混凝土重度，取24 kN/m3；hcmax为导管内混凝土柱最大高度，m；γw为孔内泥浆重度，取12 kN/m3；Hw为孔内泥浆深度，m。

导管水密性试验时，用高压水泵以1.4~2.0 MPa 以上的压力向导管内注高压水，注水后至少持荷15 min，检验导管是否存在泄漏。 导管水密性试验原理如图1 所示。

图1 导管水密性试验原理示意图

4.5.3 导管下放

钢筋笼安装到位且通过质量检验后， 开始安放混凝土灌注导管。 安装时，护筒顶口的导管限位卡板的中心应与钻孔中心对齐，下放底节导管，再依次布置剩余的各节导管，导管顶部用卡板卡住，接头处装密封圈，丝扣处涂抹黄油。

混凝土灌注导管下放到位后， 导管底口距孔底30~50 cm为宜，并根据平台顶面标高和孔底标高计算导管长度，判断是否满足设计要求。 此外，在下放导管后需重新测量孔底沉渣厚度和孔深，若沉渣量超标，采用空压机和风管以气举反循环的方法进行清孔。 清孔效果满足要求后，撤除清孔装置，尽快灌注水下混凝土。

4.6 水下混凝土灌注

搅拌站根据钻孔灌注桩的施工要求拌制C35 水下混凝土，通过性能检验后用运输车输送至指定桩基处， 用汽车泵泵送。钻孔灌注桩的水下混凝土灌注采用砍球法， 应准备足量的混凝土以满足首批混凝土灌注的用料要求，再测量导管的埋深并进行控制， 应保证埋深不少于1 m。 若顺利完成首批混凝土灌注，则连续进行剩余部分的施工，直至完成整根桩的灌注为止。

灌注期间置换的泥浆经由连通管到达其他待钻钢护筒，回收泥浆从而循环利用， 但桩顶以上含水泥浆的废浆缺乏回收再利用的价值，视为废料，用砂石泵抽至泥浆箱进行处理。混凝土的顶面标高达到设计要求后，结束灌注，拆除导管。 混凝土灌注顶面应比设计标高高出0.5~1.0 m，保证桩头的施工质量。

桩基混凝土灌注采用输送车和导管进行，连续灌注，期间密切观察管孔内水位升降和管内混凝土下降情况，在合适的时机提升导管以及拆除导管；防止混凝土从料斗顶溢出；根据混凝土灌注进度灵活控制导管的埋深，灌注全过程中导管的埋深应稳定在2~6 m。 混凝土的埋管时间以2~2.5 h 为宜，提升导管时应保证导管的轴线处于居中位置，不与周边设施碰触。 若提升过程中出现导管法兰卡挂钢筋骨架的情况，以转动导管的方法脱困，再将导管调整至中心位置，继续提升。拆除导管的时间最多为15 min，条件允许时尽可能在5 min 内完成，否则因拆管时间过长而导致浆液固结，引起堵管问题。 拆除混凝土灌注导管后，及时清理残留的浆液，以便重复使用导管。

若导管内灌注的混凝土夹杂空气而不够饱满时， 应徐徐灌入混凝土进行补充，切不可快速地灌入混凝土，以免导管内产生高气压柱，反而引起堵管问题[4]。

5 钻孔灌注桩施工范围内溶洞的处理方法

5.1 拋填法

钻穿溶洞漏浆时，投入片石和黄土，用钻头冲击从而将填充材料挤入溶洞和岩溶裂隙内， 必要时可向黄土和片石中掺加适量水泥、烧碱等辅助材料，利用此类混合料提升孔壁的稳定性。

抛填法处理溶洞的要点如下。

1）片石与黏土的比例为3∶7，若掺加锯末，其用量取黏土用量的10%。

2）片石的粒径为15~50 cm，强度＞30 MPa，以石灰岩或花岗岩为宜。 黏土应装袋，根据溶洞处理时的黏土用量要求投放。 片石、黏土袋、水泥分层间隔掺加，也可在此基础上增加锯末，回填高度应在溶洞顶板以上1 m 的位置。

3）若护筒内水位或地表沉降量异常变化，表明钻孔灌注桩有漏浆的情况，应及时处理。 施工人员注重主动预防，如根据地质柱状图判断钻孔灌注桩当前的施工位置， 确定对应的地质条件，若接近溶洞，应增加观测频率，主动防控异常情况。施工人员根据钻头撞击岩层的响声和手握撞击主绳的感觉，综合判断当前施工位置是否接近溶岩层，如果靠近，主绳会有1~2 cm 的松弛。在钻穿岩溶地层上壳漏浆时，除及时采取填补处理方法外，为使洞内水位保持稳定，还需要补充水分。

5.2 灌注混凝土填充法

低标号混凝土填埋后，经一段时间间歇性固结混凝土，再经冲击钻孔，如遇倾斜岩面或钻穿溶洞，发生漏浆现象，其要点如下。

1）填充混凝土的强度等级为C20，向混凝土中掺入早强剂，加快混凝土强度的提升速度，尽快提高混凝土的早期强度后，将缩短溶洞处理时间。

2）对于倾斜岩面，回填贫混凝土至与倾斜岩面顶面齐平的位置，从而更便捷地校正孔位；对于溶洞处，应回填至比溶洞顶板高出50 cm 的位置。

3）回填混凝土后，等待48 h，使混凝土的强度达到设计强度的70%， 若由于环境因素或其他因素的影响而导致混凝土在48 h 未达到强度要求时，需延长时间，此后方可重新开钻。

6 结语

深水桥墩是公路桥梁工程的重难点施工内容， 需要应对特殊的地质条件和水文条件， 在安全的前提下建设高质量的深水桥墩。 在本文中，结合桥梁工程实例，分析了深水区大直径钻孔灌注桩施工技术， 确定主要的施工工序以及具体施工方法，同时提出深水钻孔灌注桩施工场地内溶洞的处理方法，有效减少干扰因素，建成的钻孔灌注桩质量可靠，能够给桥梁工程的顺利施工和竣工后的安全运营打好基础。