大直径超深钻孔桩施工技术要点

严赪强

（中国铁路上海局集团有限公司上海铁路枢纽工程建设指挥部，上海 200040）

0 引言

近几年，我国的桥梁建设由“大”向“强”进行发展，作为“定海神针”的超大型工程桥梁，桩基逐步向大桩径、深桩长发展。嘉绍大桥于2013 年建成通车，其桩直径为Φ3.8m；平潭海峡公铁大桥在2020 年建成通车，其桩直径已达Φ4.5m。为了确保大直径钻孔桩的施工质量，本文以沪苏湖铁路青浦大桥（金泽桥段）5#桩为例，总结了大直径钻孔桩的施工要点，并针对工程建设中易出现的问题，给出了防治措施。

1 工程概况

沪苏湖铁路发端于上海市，西达浙江省湖州市，经苏州市吴江区，全长163.708km。青浦特大桥（金泽桥段）跨太浦河连续梁拱桥，跨越三级航道，设计2 个主墩和2 个边墩，长448m，跨径为112m+224m+112m。主梁采用双箱直腹板截面，墩身采用钢筋混凝土实体墩，墩高10.35m。主墩身基础承台尺寸为28.2m×23.2m×8m，采用30 根2m 直径钻孔灌注桩，桩长128.5m，属于大直径深长钻孔桩。

青浦特大桥（金泽桥段）线路通过地区地势低平，地形平坦，开阔，河网交织，湖荡密布，地面高程1.2～3.5m，水位高程约2.0m，水深4～7m，主要的地质情况自上而下为：淤泥质土、粉质黏土、粉质黏土、粉砂、粉土、粉质黏土、粉土。

2 施工准备

基于青浦特大桥（金泽桥段）5#墩桩基的长度、直径以及地质情况综合考虑，采用FXZ-400 型12 寸电动履带式反循环钻机钻孔，吊车安装钢筋笼。该工程采用的浇筑方法为水下浇筑法。

青浦特大桥（金泽桥段）5#墩钻孔前，先搭设钻孔平台，钻孔平台尺寸为23.2m×28.2m，四周设置8m 宽的钢栈桥。钻孔平台及场地尺寸应满足钻机位置、泥浆循环系统、混凝土运输车辆等配套工程的要求。

3 施工技术要点

3.1 桩位放样

测量员根据桩的位置坐标，使用测量仪器放样。桩位放样完成后，由项目测量负责人审核。以桩的中心作为交叉线的中心点，确定保护桩在交叉线上的位置，然后在施工平台上喷涂漆料标记保护桩的点位，并使用钢板覆盖，以此确保桩点位清晰。

3.2 埋设护筒

孔口设直径2.4m 钢护筒，钢护筒长度6～8m，水中钢护筒入持力层2m，孔口标高高出施工水位2m，护筒钢板采用16mm Q235 钢板制成，护筒顶部和底部安装20～30cm 高的加劲板，加劲板与护筒满焊联结，采用振动锤埋设护筒，埋设的过程中，应当及时检查护筒，保证中心偏位＜50mm、倾斜度＜1%。

3.3 钻机就位

在钻机安装完毕后，应保证钻机的基座、钻机的状况良好、无电气安全隐患、电机外壳应按规定接地。试验合格后，将钻机移至桩位，安装钻机时应当调整垂直钻架，并使钻机中心、桩径保持同一垂直线[1]。

3.4 泥浆的制备及循环净化

（1）泥浆池的设置。青浦特大桥（金泽桥段）5#墩设置两组泥浆箱，泥浆箱由3m×6m×2.25m 沉淀箱和一个3m×6m×1.5m 的循环箱组成。灌注过程中，多余的泥浆通过泥浆运输船运输至指定弃置点。

（2）造浆。选定用膨润土作为造浆原料，在调制泥浆前，根据初步拟定的泥浆比重1.13 进行了估算，造浆每方需用膨润土量约292.5kg。

（3）泥浆指标。泥浆入孔时，应检测以下各项指标：①黏度：25MPa·s；②泥浆比重：1.13；③PH 值：＞6.5；④含砂率：新制泥浆3%；胶体率：≥95%。

3.5 钻孔施工

（1）钻孔：在打孔的时候，先把钻头从地面上提起来30cm，再加满足够的水，然后关掉阀门，打开真空管，让空气和水流通，最后打开真空泵，就会产生负压。当泥浆泵装满水后，就关掉真空泵并打开泥浆泵。当泥浆泵出口的真空压强大于0.2MPa 时，应开启出口控制阀，使水泥浆进入污水池，形成一个反向循环。

当平衡架移动到钻导架下端时，停止钻盘旋转，等待泥浆循环3min，继续反向循环，直到到达孔底。基本排干后，关闭泥浆泵，将钻头从井底提起，伸出钻杆，继续低速钻进至套管下2m，然后继续以6～8m/h 的正常速度钻进。

（2）钻进：当平衡架移动至钻架滑道时，钻头应该停止旋转，待泥浆循环一定时间，然后再进行反向循环，直至底部的淤渣全部清除后，才能停止。将钻头从孔底提起，以替换长的钻杆。在钻孔过程中，要时常检查和记录地层产生的变化，并核对地质剖面情况。在钻孔过程中，及时检查钻机的位置以及钻机和钻杆的垂直度[2]。

（3）终孔：当钻到目标高度时，把钻头从钻孔底部移出10cm，然后转盘均匀地转动，直到钻渣全部清除为止。钻孔过程中，每隔2m 收集一袋钻渣样品并彻底冲洗干净。渣样应收集并存放在渣样袋中，以备地质变化时使用，并在钻孔记录表中注明取样的堆数、位置和时间，将钻渣样品编号保存，并制作地质核实对照表，以确保现场地质条件符合设计要求。

（4）泥浆指数检查：钻孔过程中，每次入井、地层变化处、钻孔前和注入前，都要检查泥浆的比重和含砂量。同时，根据不同地层调整钻速和钻压，确保钻进过程顺利。

3.6 成孔质量检查

成孔后，应对其进行进一步检查，检查具体内容包括孔深、孔位中心、直径、倾斜度、沉积厚度等。孔深检查合格后，进行孔清理工作，如表1 所示。

表1 钻孔质量检查表

用直尺对沿直线和垂直方向上的孔位中心位置误差进行测量。孔径、孔深、斜率由智能超声成孔质量检测仪器进行检测，并对其进行验收。用测绳和测头对渣厚量进行检验。成孔检查结束后，向监理报告，确定钻孔的质量[3]。

3.7 第一次清孔

采用吸泥法清孔，持续进行净化循环。清孔时，应符合下列标准：①孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm 颗粒；②泥浆比重1.08；③含砂率＜2%；④黏度为18mPa·s；⑤沉渣厚度摩擦桩≤20cm。

3.8 钢筋笼加工及吊放

（1）钢筋笼应提前在指定的加工厂制造生产。相邻对接段间距应≥1.5m，且每段中的接头数应≤50%。钢筋笼应每2m 安装一圈混凝土垫块，避免浇筑混凝土时与孔壁接触（间距7cm）。其次，用雨布覆盖，以避免雨水等外部环境因素引起的质量问题。

（2）按照设计要求，对声测管进行合理的布置，并在焊接后将其与钢筋笼的主筋进行牢固地连接。混凝土浇筑后，导管仍应保持清洁。为达到该效果，施工时必须采取措施保护管口，即管口必须高出施工平台100mm 以上，以防杂物进入。声测管就位后，向内部注水，顶部端口用木塞牢牢密封，防止泥浆或其他碎屑进入导管。

（3）钢筋笼的制作和安装是一项非常精细的工作。钢筋笼主筋与钢筋箍筋必须焊接牢固，成型后必须进行全面质量检查。钢筋笼吊装，其平面位置偏差≤10cm，其底部高度偏差在±10cm。钢筋笼外对称设置垫块，以调整钢筋保护层的厚度[4]。

（4）为避免钢筋笼容易浮起，为了保证钢筋笼的稳定，需在钢筋笼的上端设置吊环或固定杆。

3.9 导管安装

（1）导管的选用及检查。导管采用Φ300mm 灌注导管，壁厚10mm，标准截面长度3m，配有0.5m、1m 和1.5m 的调节段，用于调节导管的长度和料斗的高度。导管采用螺纹式进行连接。在两个法兰盘中间垫1 个厚度为4～5mm 的橡胶密封垫圈。在将导管放下之前，应检查导管是否有损伤、密封圈和卡扣是否正常、内壁是否平整、接头是否牢固。接着进行防水、拉伸连接的试验，具体的试验方法为：①将场地平整，每隔1m 放1 块方木，并将其平整；②将导管安装并放置在方板上，每五根连接成一根，并安装前后盖；③在导管中注入70%的水，并与空气进气管相连接，输入约2275kPa 的设计压力；④在恒压状态下来回滚动导管，保持15min 压力，观察接头有无渗漏，有无变形，并检查导管的密封性、耐压性和拉伸特性。

（2）导管长度的计算和吊放。导管的长度应根据实际孔底标高和孔板框架之间的距离进行配置，以确保最终导管底部距离孔底30～50cm。组装时，对导管的内壁及法兰表面进行仔细地清洁及杂质检测。保证吊车在钻孔的中央位置，并对下降速率进行控制，以避免钢筋笼骨架被卡住。

3.10 二次清孔及灌注水下混凝土

浇筑混凝土前需要二次清洁。混凝土在成孔质量控制合格后方可浇筑。浇注前，再次测量沉积物的厚度。

（1）清洗步骤如下：①钢筋笼下放后，将浇筑导管下放至孔底100mm 处；②将风管从浇注管降下，距离喷嘴底部45～50m；③引出气压管的另一端，并将其连接到空气压缩机上；④将接渣篮置于出渣口下方，保证泥浆高度，防止塌孔；⑤操作空气压缩机进行孔清洁。风量和气压的范围从小到大。正常风量为8m3/h，气压为0.4～0.7MPa；⑥测量孔内沉积物的厚度和泥浆的比重。确认符合质量标准后，首先关闭空压机，拆下风管盖，拆下气压管，进行正常加注。

（2）二次清孔合格后，安装大料斗，浇筑封底混凝土。封底首盘混凝土以直径2.0m，首盘混凝土导管埋深≥1m 进行计算，最终确定为7.9m3，封底采用4m3大料斗，15m3罐连续浇筑，保证复封顺畅。

（3）水下混凝土应由专用混凝土运输车进行运输，并使用料斗和导管浇筑。进入漏斗的混凝土坍落度控制在180～220mm，和易性好。

（4）第一批混凝土浇筑完成后，取下大漏斗，用小漏斗浇筑。灌装要紧凑、连续，不能停顿。导管拆除的中断时间应尽可能短，填充应在10h 内完成。在整个浇筑过程中，导管埋入混凝土的深度至少要达到2.0m，并且必须控制在6m 以内。

（5）混凝土浇筑完毕后，应将最后一节导管慢慢提起。导管拆除后，必须在混凝土初凝前拆除钢护筒[5]。

3.11 成桩检测

按设计要求，对该桩基础进行了超声探伤。桩体混凝土均匀、完整，混凝土强度和桩基承载能力测试达到设计要求，均为I 类桩。

4 问题防范与处理

考虑到大直径钻孔桩施工条件恶劣、地质条件复杂，在开工前，必须对以下问题进行全面地分析，并采取相应的防范措施。

（1）塌孔。其特征为孔内的水位下降快，小气泡密集，进尺缓慢，钻机负荷大幅度增加。因此，必须控制钻孔速度，选择黏度较高的泥浆。孔口坍塌时，立即拆除套管，回填钻孔，重新安装套管后再钻孔。如果坑内有塌方，确定塌方位置，并用砾石和黄土混合料回填。在回填物沉积并压实后继续进行钻孔。清孔时，由专人补充水和泥浆，确保孔内水头达到要求。水必须放慢速度，通过水箱或水池进入井内，以避免冲刷井壁。

（2）缩颈。缩颈主要是由于塑性土的膨胀引起的，在孔的形成过程中，孔壁形成泥壳，引起膨胀。应采用优质泥浆，减少水分流失，提高钻孔速度。在钻孔或操作时，在导向器的外面焊接一定量的合金刀片以清洁孔。如果收窄，可上下重复扫描使孔径变大。

（3）钻孔漏浆。在高渗透性砂岩和流沙地层中，尤其是在地下水地层中，钻孔时会有薄的泥浆从孔壁中排出，因此应使用优质泥浆。此外，如果护筒埋的太浅，没有完全压实回填，护筒制作不精良，接缝不是密封的，水压过高，水柱压力太高，都会导致泥浆在孔壁渗透，需按相关规范进行处理。如果接缝处泥浆泄漏很少，潜水员可以用棉花等填料封堵接缝，密封接缝。如果渗水严重，应将护筒挖出，修补后重新埋入。

5 结束语

综上所述，本文以沪苏湖铁路青浦特大桥（金泽桥段）5#桩基为例，对其钻孔灌注桩施工中的关键环节及技术要点进行了分析，并针对工程建设中易出现的问题，提出了防范与处理措施。大直径钻孔桩在铁道、桥梁等工程中应用科学的施工技术，使桩基工程质量得到了极大地改善，为桥梁施工创造了良好的条件。在以后类似工程中，施工人员应当优化施工的流程，提高施工的质量。