水上钻孔灌注桩施工技术及应用分析

(中铁六局集团天津铁路建设有限公司 天津 300000)

水上钻孔灌注桩施工技术及应用分析

刘松林

(中铁六局集团天津铁路建设有限公司 天津 300000)

通过钻孔灌注桩进行施工在工艺技术要求上相对简单，且在成本的投入上相对较少，可以在各种地质条件中所应用。因此，在施工过程中涉及到水上钻孔灌注桩施工作业在技术中如何应用，则对整个工程质量产生重要影响。基于此，在本文研究中对新建梅州至潮汕铁路站前工程段水上钻孔灌注桩施工技术以及应用进行分析。

水上作业；钻孔灌注桩；施工技术；应用分析

1.引言

钻孔灌注桩施工技术在水上作业中经常使用，其成桩的质量如何都会对整个工程质量产生重要作用。而在笔者研究中了解到，对水上钻孔灌注桩施工质量影响的因素较多，如钻孔深度较深、要求施工时间短、地质条件复杂、机械深度钻进有难度等因素。

最初，使用钻孔灌注桩技术是基于河南安阳马宿桥的应用开始得到广泛使用。刚开始只用在桥梁底座的建设上，尔后发展到港口以及摩天楼基底建设中所使用。现今，随着国内城镇化发展，在城市中所建设的大型项目逐渐增多，以钻孔灌注桩技术进行应用，则能够满足建设工程项目的需求。[1]而使用钻孔灌注桩技术则要先使用机械进行钻孔，然后以泥浆作为孔洞中的护壁，将钢筋笼络之后放入到孔洞中，最后再进行混凝土灌浆处理，以此形成桩的形式所应用。使用钻孔灌注桩非技术最大的优点则是能够将各种不同的桩长通过组合方式来增加承载力范围，具有花费成本较低、耗时较少等的特点。并且，使用钻孔灌注桩技术在任何地质条件中都能使用，也不会受季节等因素的影响。[2]所以，在国内诸多工程建设中都会使用钻孔灌注桩技术。但是，钻孔灌注桩技术在应用过程中也存在一些不足之处，如在受力方面造成的影响等，进而给实际钻孔灌注桩施工造成影响。在本文研究中对国内新建的梅州至潮汕铁路站前工程为例进行分析，其中，以枫江特大桥4#、5#墩的钻孔灌注桩施工技术与应用情况为例进行分析，以此能够对水上钻孔灌注桩施工技术等有一定了解。

2.工程概况介绍及施工之前准备工作

2.1工程概况介绍

新建梅州至潮汕铁路MSSG-4标枫江特大桥工程位于广东省揭阳市，全长1880.82m，本桥为双线桥，线间距4.6m，桥跨结构型式为箱梁和连续刚构结构，该桥采用（88+160+88）m连续刚构的形式跨越枫江，其中4#、5#墩位于枫江河内。桩基采用钻孔桩基础（均为摩擦桩），承台采用围堰法进行施工，墩身为双柱墩。而枫江特大桥4#、5#墩为（88+160+88）m连续刚构主墩，4#墩共有钻孔桩20根、直径2m、长度68m，5#墩共有钻孔桩20根、直径2m、长度77m，均为摩擦桩，桩基础混凝土等级为C35，环境作用等级为H1，所有桩均采用超声波进行检测（设置3根声测管）。而桩基所在处地质以淤泥、淤泥质黏土、粉质黏土、粉砂岩为主，个别位置存在少量粗砂及细砂。

工程所在地揭阳市地近亚热带季风气候，气候炎热多雨，太阳辐射强，日照时数多，无霜期长。流域内降水量充沛，前汛期（4-6月）多锋面雨，后汛期（7-10月初）多热带气旋雨（旧称台风雨），流域内多年降水量变幅在1810-2815mm之间。经查阅资料及长时间（2016年）观测枫江4#、5#墩所在区域常年平均水位约+0.8米，最高水位+2.0m。

2.2工程施工前准备工作

1.由于4#、5#墩位于水中，所以选择搭设栈桥平台来进行钻孔作业。

2.根据地质条件、地形特点（位于水中）及提高施工效率的原则，选择旋挖钻机进行施工。

3.因4#、5#墩位于水中，为防止污染河道准备钻渣箱用于储存钻渣。

4.护筒：由于是水上钻孔，结合4#、5#墩的地质报告，选用φ2.3m*14mm*18m的长钢护筒。

5.导管：导管内径30cm，长0.5m、1.5m、3m,根据桩长组合拼装。试拼后进行水密试压试验，经监理验收合格，方可使用。

6.料斗制作：首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部（一般为0.4m）的需要，初次下料料斗的容量至少为4.4m³，现场选用容量为5m³的料斗。

7.检查钻头尺寸是否合格。

8.按照图纸检查钢筋笼的尺寸是否合格。

9.桩长≥40m的钻孔桩采用超声波进行检测。

10.声测管加工及安装：

声测管应采用无缝钢管，内径50mm，壁厚3.0mm。桩身内埋设3根声测管，检测管沿桩身箍筋内侧等间距布置，并焊于加强骨架箍筋上，保证声测管内顺直通畅；检测管长度距桩底5cm，伸入承台内1.25m；检测管接头及底部应密封好，顶部采取措施防止砂浆堵塞管道。

11.现场使用的相关检测仪器要准备齐全，包括检孔器、泥浆比重仪、测绳、沉渣测锤等仪器。

2.3施工工艺

施工工艺流程如下：

1.准备场地：施工前搭设栈桥及钻孔平台；同时焊接钻渣箱用于盛放钻渣，在陆上挖泥浆池用于储存泥浆，采用统一护栏对泥浆池进行维护；现场机具进行标识，钻孔桩信息标识牌填写规范完整。

2.测量放线：根据设计图纸对现场进行护筒位置放样，即护筒中心与钻孔桩中心重合，施工前对钻孔桩位置进行复核，后由主管技术人员自检合格后向测量监理工程师进行报验，监理工程师批准后方可钻孔。

3.埋设护筒：埋置护筒要考虑桩位的地质和水文情况及施工现场情况，由于护筒位于平台上，为便于钻孔机械及人员通行，护筒顶与平台顶面齐平，同时孔口设置钢筋网片盖用于防止人员意外坠入孔内。为防止坍孔，漏水，漏浆，护筒底坐在天然的结实的土层上，护筒平面位置的偏差应不超5cm。结合根据地质报告选用18m长钢护筒（φ2.3m*14mm），护筒埋完之后及时测量护筒顶标高做为控制桩长的数据。

4.泥浆制备：制备泥浆选用粘性土，钻孔时如果钻出的是粘性土和亚粘土可以就地造浆。泥浆比重为1.05～1.15之间；黏度一般地层为16s～22s，松散易坍塌地层为19s～28s，由于该处钻孔桩桩长较长同时为水上作业，为防止塌孔等意外情况发生，钻孔过程中适当加大了泥浆比重。

5.钻孔：

（1）旋挖钻机钻头及钻杆根据土层情况和钻孔方式随时更换，在黏性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土地层选用回转钻头，碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层选用嵌岩钻头。因地质硬在钻进深度超过80米时，连接钻头的内钻杆承受扭力太大，SH36H旋挖机钻杆断裂，不能继续施工。所以单独采用高强度合金材料定制一根内钻杆。在进入硬层后，采用先小钻头钻进，再用大钻头成孔的方式，既提高成孔效率，由降低了对钻杆的损伤。

（2）本桥所处地质条件较差，采用泥浆护壁进行钻进。

（3）开孔施工应轻压慢进，钻头钻速不宜大于10r/min，待主动钻杆全部进入孔后，方可逐步加速正常钻进。

（4）钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度，防止卡钻和埋钻，在硬塑层钻进采用快速钻进法，提高钻进效率；在砂层等松散易坍塌地层中钻进采用慢钻速钻进，并适当增加泥浆比重和黏度；在易缩径的地层中钻进时适当增加扫孔次数，防止缩径；在硬地层钻至软地层时，适当加快钻进速度；由软地层钻至硬地层时，减速慢进。

（5）钻孔过程中应严格控制钻头升降速度，减少钻斗升降对孔壁的扰动，避免造成塌孔事故。

（6）现场盯控人员钻孔时做好钻孔记录，地质发生变化及时记录，随时检查泥浆比重，每钻进2m记录一次地质情况（第一根桩应留取渣样），发现与地质设计不符及时上报。

钻孔灌注桩成孔后必须测量孔径、孔位，检查桩底沉渣厚度，只有确认满足设计要求后，才能进行下一步工序清孔。

6.清孔：钻孔检查合格后，应迅速清孔，清孔方法采取换浆法，清孔时必须保证孔内水头、提管时避免碰撞孔壁。清孔后的泥浆性能指标满足以下要求，孔内排出或抽出的泥浆手摸无2mm～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1；黏度：17～20s；含砂率：＜2%；沉渣厚度≤5cm，清孔后的泥浆指标是从桩孔的顶、中、底部分别取样检验的平均值。不论采用何种方法清孔排渣，都必须注意保持孔内水头，防止坍孔。在第一次清孔后，利用检孔器检查孔径、垂直度和孔深是否满足设计及规范要求。由于桩长较长会影响清孔时间，为了缩短时间，保证清孔质量，本工程清孔过程中采用泥浆分离机清孔。

7.钢筋笼下放：

成型的钢筋笼平卧堆放在平整干净的地面上，堆放层数不得超过2层；钢筋笼在起吊、运输和安装时应采取措施防止变形，起吊点宜设在加强箍筋部位。钢筋笼安装采用桩架直接吊笼的方法，钢筋笼一个截面的电焊接头要错开，不大于50%。

钢筋笼安放，利用起重机起吊，应持垂直状态，对准孔位徐徐轻放，避免碰撞孔壁，下笼中若遇阻碍不得强行下放，应查明原因酌情处理后，再继续下笼；钢筋笼安装深度符合设计要求。其允许偏差±50mm；钢筋笼位置经确认后，将钢筋笼用吊筋固定在护筒上，以使钢筋笼定位，吊筋要焊接在钻孔桩最上端弯钩钢筋上，吊筋长度要根据测量数据进行确定。吊筋长度=护筒顶高程-钻孔桩最上端弯钩钢筋顶高程。

由于钢筋笼是分节制作的，在入孔时，要实行焊接（在加工厂等平地加工时可采用搭接焊或绑条焊，在现场焊接时必须采用单面绑条焊），焊接时上下节钢筋笼均要保持垂直，钢筋的焊接长度要满足规范要求的10d以上，焊接时要求对称施焊，焊缝长度和饱满度，均要满足规范要求。

由于4#、5#墩钢筋笼质量大，焊接时只利用既有加强圈无法满足要求，需对焊接时承担重量的加强圈进行加强（在原有加强圈的位置下方再焊接一道加强圈）。只有在完成上述步骤并经监理工程师检验合格后可进行下步施工。

8.导管安装：水下混凝土采用导管法进行灌注，导管在监理工程师验收合格的条件下才能使用。导管应居中稳步沉放，不能接触到钢筋笼，以免导管在提升中将钢筋笼提起，导管用卡具吊在孔口上，导管底部距桩底的距离为0.4m。

9.二次清孔：在混凝土灌注前进行二次清孔，二次清孔在钢筋笼下孔以后进行，利用导管进行循环清孔，清孔时经常上下窜动导管，以便能将孔底周围虚土清除干净。每次清孔后沉渣均少于5cm，当混凝土输送车到达孔口时停止清孔，对孔底沉淀层厚度进行检测，孔底沉渣厚度采用刻度精度为2cm的无收缩测绳悬挂4kg的圆柱金属测锤进行量测。沉渣如超出规范要求，利用导管再次进行清孔。报现场监理工程师检查，现场监理工程师批准后，立即灌注。

10.混凝土灌注：混凝土拌合采用拌合站集中拌合，运输采用混凝土罐车。坍落度控制在：180～220mm。每一辆罐车的混凝土在开始浇筑前必须对混凝土的均匀性和坍落度进行检查，确保混凝土的质量。首先计算导管顶部的贮料斗内混凝土量，必须满足首次灌注后导管能埋入混凝土中大于1.0m，施工前要仔细计算贮料斗容积，直径略大于导管内径，向导管内倾倒混凝土宜徐徐进行。[5]施工中导管内应始终充满混凝土。随着混凝土的不断浇入，及时测量混凝土顶面高度和埋管深度，及时提拔拆除导管，使导管埋入混凝土中的深度保持在2—6m间。浇注至钢筋笼底部时放慢浇注速度防止钢筋笼上浮。每根导管内的水下混凝土浇筑工作，应在该导管首批混凝土初凝前完成。混凝土的坍落度应满足设计要求，混凝土浇筑应连续进行，技术人员应对钻孔灌注桩各项原始记录及时进行整理签认。施工中每根桩按每3组/100m³的要求留置标养试件（不足100m³按100m³留取）。混凝土浇筑情况，浇筑数量，浇筑时间，导管埋深，导管拆除长度以及发生的异常情况等，应专人记录。

3.枫江特大桥工程钻孔灌注桩施工质量控制建议

3.1对成孔质量进行控制

对成孔质量进行控制和管理则在工程建设过程中非常重要。而在枫江特大桥施工过程中因施工环境存在一定难度，且要求钻孔深度较深，而在施工工期时间方面非常紧张。因该地区地质条件较为复杂，所以使用机械进行深度钻孔的话存在一定难度。因此，在该项工程施工中根据条件因素选择了钻机旋挖钻成孔方式，以此能够提高钻孔效率，提高成孔质量，在后期清孔灌注过程中选择了泥浆分离机清孔，以此圆满完成了4#基础的施工。

3.2对成桩质量进行控制

对成桩质量进行控制是基于原材料使用质量方面进行的控制，如果所使用的混凝土、水泥等材料在应用过程中存在不合格问题，那么则会对成桩质量造成严重影响。一般来说，在成桩施工过程中都会通过导管灌注的方式在水下增添混凝土，但是这种方式混造成混凝土离析问题出现。基于此，可以对混凝土等方面来进行改变，如对其强度等进行改变，也要对工程材料质量等进行严格管理，确保所使用的材料在质量上没有任何问题。

3.3对护筒埋置质量进行控制

因护筒在埋置过程中是根据实际地质情况所应用。而在该工程中需要穿过水层和淤泥层，通过振动锤镇压下去，打到硬层为止。因枫江特大桥4#、5#墩在现场施工中通常在17米左右，且在施工中会出现下层护筒边缘处塌方情况，因为地质复杂，泥浆比重未调节好，就会出现砂层处塌方现象。因此，根据钻进时出土量来判断是否有塌方。如果是正常钻进砂层时，有出土量。而未正常进尺时，可判断为有塌方现象。如果发生这种情况，不要急于钻进，一方面要调节泥浆稠度，减少塌方，另一方面可灌注低标号混凝土于塌方段，待要初凝时，可用钻头在塌方段来回转动，使混凝土充分粘结到易塌方段，形成护臂，待混凝土凝结后可继续钻进。

结束语

随着我国建筑工程项目的增多，采取钻孔灌注桩施工技术也要根据工程实际需要，以及施工技术的升级而进行转变。现今，水上钻孔灌注桩施工技术在应用过程中能够满足水上成桩施工的需要，能够将施工中所遇到的问题得到更好的解决。而在本文研究中对梅州至潮汕铁路站前工程中的枫江特大桥4#、5#墩水上钻孔灌注桩施工情况进行分析，对该工程在实际施工中的前期准备工作、施工条件、施工质量控制等进行了分析。而通过本文的研究，希望能够对国内其他工程水上钻孔灌注桩施工技术以及应用等方面提供良好借鉴，以此能够提高工程质量，实现社会效益的提高。

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1007-6344（2017）06-0254-02