钻孔灌注桩施工技术在桥梁工程中的应用

张亚

（贵州省交通科学研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550000）

0 引言

随着各领域科学技术水平的不断发展，桥梁施工技术也越来越成熟，能够更好地满足民众的日常出行需求。在众多桥梁施工技术中，钻孔灌注桩技术因具有稳定、快捷且施工期间不会对周边环境产生较大影响等优点，被广泛应用到桥梁工程中。在桥梁工程中，桩基础的施工质量对桥梁的整体运行安全起决定性作用，若是施工期间质量控制不当，很有可能造成严重的后果。因此，在钻孔灌注桩施工过程中，施工人员要根据工程的实际情况，加强质量控制，保证工程质量，同时推动我国桥梁工程的发展。

1 桩基施工技术及钻孔灌注桩

1.1 桩基施工技术

桩基施工技术多种多样，具体的施工技术要综合施工现场的多种因素合理选择。按照施工方法可以将桩基础施工技术分为灌注桩和预制桩两大类。

预制桩是通过锤击、静压等方式，将提前预制好的桩身打入土中。灌注桩则是通过机械或者人工等方式在桩位上挖孔，然后在孔内安装钢筋笼，最后灌注混凝土成桩。

灌注桩主要有挖孔灌注桩和钻孔灌注桩两种。挖孔灌注桩采用人工挖孔方式，施工过程中的安全性不好把控。挖孔灌注桩一般适用于桩基深度不超过20m，且现场地质条件稳定的工程。

钻孔灌注桩是指通过专业的钻孔设备，在指定的坐标点上钻孔，在其中放置钢筋笼、灌注混凝土而形成的桩。相较于挖孔灌注桩，钻孔灌注桩的适用范围广泛得多，其也因此被越来越多地应用在桥梁工程施工中。其多用于黏性土、砂土、砾卵石等土层，桩基入土深度大、承载力强，还可以在水下进行施工。钻孔灌注桩按照不同工艺又可分为：旋挖法、冲击钻法、正循环及反循环回转钻法等。

1.2 钻孔灌注桩的原理及常见质量缺陷

结合施工现场的地质条件进行放样，确定桩的坐标点，借助机械在地质层中钻孔，经过放置钢筋笼、灌入泥浆、灌注混凝土等环节，最终形成桩基。在钻孔灌注桩施工过程中，需要注意以下要点：钻孔完成后要及时进行清孔作业，清孔作业完毕后，需要在孔内注入泥浆，起到护壁和润滑的作用。当孔内条件达到灌注混凝土的要求时，可采用导管法灌注混凝土，由于该工序较为复杂，所以要做好对各环节的质量把控，如导管质量、泥浆质量、水泥混凝土质量等，以确保灌注施工的质量。之后还要对桩基进行相应的养护，至此，桩基础施工才算全部完成。

因为桩基础要同时承担上部结构的重力、立柱受到的横向推力、地质复杂应力等，所以桩基的施工质量很大程度上决定着桥梁的整体质量。虽然钻孔灌注桩施工技术有诸多优势，但常会出现塌孔、缩孔、钻孔偏斜、混凝土离析、坍落度不合格、桩身夹泥、分散性的蜂窝、集中气孔、桩底沉渣、桩身断裂等质量缺陷，究其原因，主要是钻孔质量问题、混凝土原材或配合比不合适、灌注工艺水平低等。因此，在钻孔灌注桩施工过程中，要严格控制各个环节的施工质量，规范施工体系，避免质量缺陷。

2 钻孔灌注桩施工技术在桥梁工程中的应用案例

2.1 工程概况

该桥梁位于我国西南某省，线路区东部为平原地形，西部为丘陵地形。桥梁总长度为3480m，分左右两幅，单幅桥梁宽度为16m，两边各设有护栏，桥面横坡向外2%。该桥梁上部结构为预应力混凝土连续箱梁，基础为钢筋混凝土灌注桩，全线共有175 根桩基础，桩的中心位置偏差控制在-100～+100m 之间，柱径约为1.8m，桩径比柱径宽0.2m。桥梁的安全等级为一级，基准使用年限为100年。

该桥梁工程路线较长、工程量大、工期短且所在地区的地质主要为粉土和粉砂，根据地质情况，采用旋挖钻机施工、泥浆护壁、导管法灌注水下混凝土。结合《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63—2007）、该地区地质勘察报告以及原位测试结果，确定地基承载力基本容许值和桩基参数（见表1）。

表1 地基承载力基本容许值及相关桩基参数表

地基土类别钻孔桩桩侧土标准值/kPa粉质黏土粗砂粉砂质泥岩（全风化）泥质粉砂岩（强风化）泥质粉砂岩（中风化）承载力基本容许值/kPa标贯值/220 260 20 60 100建议值80 220 400 120 500——140

2.2 施工机械

合理选择机械设备是保证工程进度的关键。在该工程中，除了一些常用的设备，还使用了4 台TR400D-II 型旋挖钻机，该设备稳定性好、成孔效率高、工作能力强，适用于该工程。具体施工机械见表2。

表2 机械配置表

序号数量1 2 3 4 5 6种类全站仪水准仪混凝土搅拌机混凝土运输罐车旋挖钻机炮车型号莱卡莱卡JS500洛阳中集凌宇6m3 TR400D-II型三轴运梁炮车3 6 4 8 4 2

2.3 平整场地与桩位放样

场地平整要根据实际情况开展，主要包括清除杂物、土方开挖、填换软土等。由于该工程所在区域的土质主要为粉质黏土，雨水冲刷后会发生严重的水土流失，因此应在钻进工作位置进行换土以及铺垫枕木，保证钻机在工作过程中不发生位移和倾斜。

平整工作完成后，使用全站仪放出桩位位置和桩位中心线。为方便复核桩位，对桩位设置十字护桩。量测人员复核设计图纸中的坐标及水准点数据无误后，方可进行桩位放样，最终安装调试钻机。

2.4 埋设护筒

为保护孔口地面、防止坍孔、防止钻孔过程中的沉渣回流等，需要在钻孔施工前埋设护筒。在淤泥质的粉砂层钻孔灌注桩施工中，一般通过振动沉拔锤埋置护筒。该工程中采用10mm 钢板制成的护筒，并在刃脚1m 范围内用钢板加固，防止埋置过程中护筒变形。

2.5 泥浆制备

在钻孔灌注桩施工中，泥浆起到稳定护壁、冷却钻头、悬浮钻渣的重要作用，其性能指标对钻孔质量的影响较大，泥浆性能指标见表3。为保证钻孔顺利进行，要选用优质黏土造浆护壁。在钻孔过程中，孔内水头位置要高于地下水位，并随时测定泥浆的相对密度、黏度、含砂率等性能指标。随着钻进过程中地质条件的不断变化，要随时向孔内投放黏土，以保证泥浆比重，最终满足成孔要求。在易坍塌的砂层中钻进时，可以适量掺入外加剂，以改善泥浆质量。

表3 泥浆性能指标

挖孔方式地层情况相对密度含砂率（%）黏度/（Pa·s）静切力/Pa 酸碱度/pH 胶体率（%）旋挖冲击一般地层已坍地层1.10～1.20 1.20～1.40≤4≤4 18～26 20～30 1～2.5 3～5 8～11 8～11≥95≥95

2.6 钻孔

钻孔时，旋挖钻机采用420kN·m 的动力头，桩孔净间距为9.5m。根据钻孔桩的直径需求，选取1.8m、2.5m、2.9m 三种多级钻头。为保证钻孔桩的垂直度，先采用2.5m 钻头钻进，从钢护筒顶口钻至22m 高程后，采用2.9m 钻头对钻进段进行扫孔，清除钢护筒内壁的岩土。彻底扫孔完毕后，利用导正钻头复核校对钻头中心位置，再次采用2.5m 钻头钻进。当钻进过程较慢时，先选用1.8m 截齿钻头取芯钻孔，再改用2.5m 钻头钻进至孔底设计标高位置。

2.7 一次清孔及成孔检测

钻进完毕后进行一次清孔，一次清孔作业选用循环换浆法，多次使用泥浆循环清孔，孔内钻渣会伴随泥浆液排出孔外，以此到达清孔目的。在清孔过程中，要保持浆面稳定，并及时补充泥浆，以确保泥浆的相对密度、黏度、含砂率等性能指标达标。经检测，孔内沉渣厚度小于5cm，则符合要求。

2.8 混凝土施工

2.8.1 钢筋笼制作安装

钢筋原材料、半成品与成品要根据检验状态、结果、使用部位等做好标示标牌，并分别存放。要求钢筋笼加工场地平整、排水顺畅，并做好下垫上覆工作。制作钢筋笼时，为了便于后期吊车吊装，每节钢筋笼要小于18m，主筋接焊采用双面搭接焊，且焊接接头在同一截面的数量小于50%、焊缝大于5d，加强筋圈焊接同主筋一致。钢筋笼检查指标见表4。

表4 钢筋笼检查内容

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0实际偏差/mm 3 5 2 3 -2 1 -11检查内容排间距基础、锚碇、墩台、柱间距梁、板间距灌注桩间距钢筋骨架长钢筋骨宽和高箍筋、水平筋、螺旋筋间距弯起钢筋位置柱、梁保护层厚度基础、锚碇、墩台保护层厚度板厚度检查方法尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量尺量允许偏差/mm±5±20±10±20±10±5±10±20±5±10±3 1 3 1 1 0

2.8.2 声测管的加工及布置

选取Φ54mm 钢管所制的声测管，接头处用套管连接，上端高出桩顶100cm，下端口用封底套管，管内灌满水并用塞子塞紧上端口，防止掉入异物。由于该工程桩径大于1.5m，声测管布置数量为3 根，呈三角形方式布置。声测管安装定位要准确，通过焊接的方式固定于钢筋笼内侧。

2.8.3 钢筋笼下放

为了满足长节段钢筋笼运输需求，该工程采用炮车运输。钢筋笼入场后，先测量孔口定位架标高与水平位置，然后采用320t 和50t 两台履带吊机配合施工，钢筋笼沿桩孔自然下放，下放过程中采用支撑架确保钢筋笼下放稳定。

2.8.4 混凝土灌注

该工程使用导管拔栓法进行混凝土灌注。在灌注混凝土前，要再次测量孔深，确定沉渣厚度。在满足设计要求的前提下，把大于导管直径1～1.5cm 的钢板圆栓置于漏斗颈口外，用细钢绳做牵引。混凝土达到储存量后，利用细钢绳拉动钢板栓，使泥浆排入孔内。混凝土灌入孔底后，通过孔内混凝土面高度计算导管埋置深度，导管埋入混凝土面以下1m 以上，即表明首批混凝土灌注成功，可以继续灌注。

正常灌注开始后，将大料斗换成小料斗，同时应紧凑、连续地灌注混凝土。在灌注过程中，要及时测量孔内混凝土面高度，确定导管抽拔时间和长度，导管埋入混凝土的深度需控制在2～6m，避免导管脱离混凝土面或者不易出等，同时应避免混凝土从漏斗外掉入孔底，导致混凝土面探测不准确。此外，混凝土灌注速度要控制得当，且要到混凝土面超过设计桩顶标高0.5～1m 时，才可停止灌注，这样有利于清除浮浆。

3 结论

钻孔灌注桩是一种主要的桥梁桩基础施工形式，施工中严格控制每个环节可以有效加快施工进度、降低施工成本。结合实际案例，得到以下结论：第一，平整场地与桩位放样是钻孔灌注桩施工中的关键一步，量测人员应准确复核桩位的中心位置，以确保后续工作的有效开展。第二，钻孔灌注桩施工步骤较多，各施工环节联系紧密，必须合理规划施工方案，控制好每个工序的施工质量，并要求施工人员具备丰富的施工经验，使工程质量得到最大化的保障。第三，钻孔灌注桩施工的难点在于钻孔和混凝土灌注施工，在施工过程中应根据实际问题，找到具体原因，采取针对性的完善措施，保证工程质量。