深水桩基础钻孔灌注桩施工分析
2017-09-04
1. 前言
随着交通需求的增长，桥梁跨度的增大以及基础入水深度的增加，尤其是近年来海湾、海峡、跨江大桥不断建设，深水基础的形式不断创新，由最初的沉箱、沉井基础，发展到管柱基础、各种组合基础，再到各类桩基础、钟形基础、双承台管柱基础、多柱基础、地下连续墙基础等形式，以适应纷繁复杂的建设条件。国外许多国家在桥梁建设中很多采用直径2～4m的大直径钻孔灌注桩，而且往往采用扩孔方法，直径可达3～4m，这标志着桥梁基础工程技术已取得了很大的发展。我国桩基础应用在世界居于首位，探索先进的深水基础施工技术更具有重要意义。本文以某大桥为例，探讨了桥梁深水桩基础钻孔灌注桩施工技术。
2. 冲击钻孔主要工序及要点
2.1 为防止冲击振动使邻孔壁坍塌或影响邻孔刚灌注砼的凝固，应注意：避免相邻两孔同时开孔；待邻孔砼灌注完毕，一般经24h后，强度达到2.5MPa方可开孔。
2.2 开孔前应在护筒内投入粘土，投入方量与粘土质量有关，一般按护筒内水体积的1.1倍投入。用钻头高频率低冲程造浆。
2.3 钻孔操作时要求操作人员注意察看钢丝绳回弹及回转情况，耳听冲击声音，借以判断孔底情况。要掌握“勤松绳、少松绳、勤抽查”的原则。停机时应将钻头提起，防止沉碴埋钻。墩位处应常备打捞钩，一旦掉钻或卡钻，必须及时处理。
2.4 在不同的地层，采取不同的冲程，在同一地层，为防止出现“十字槽”。应间隔一定时间有意识地改变冲程。
2.5 当孔内泥浆含量增大，钻进速度明显减慢时，应清除钻碴一次。根据地层情况采用两种清碴方法。
2.5.1 在砂土层中采用泥浆正循环清碴，本方法要求泥浆在排出护筒口，流入泥浆池的过程中，有足够长度的循环槽，使钻碴沉淀于槽内，并及时铲出槽外，纯净泥浆通过泥浆泵压回孔底，循环时间与钻碴数量、孔深、孔径成正比。
2.5.2 在岩层中，因钻碴颗粒较粗，为避免重复破碎，提高钻孔速度，拟用掏碴桶清碴。
掏碴桶可选用球瓣活底掏碴桶，一般每钻进0.6～1.0m掏碴一次，每次抽3～4筒，或抽至泥浆内钻碴明显减小，无粗颗粒，比重降至正常为止。
2.6 在冲击成孔过程中，为提高成孔效率，应保证在冲程范围内钻头能够以最大的冲击力且保持经常性地冲击新鲜土层。必须勤于观察，做出正确判断，及时调整。
2.7 注意保持孔内超压。防止塌孔最主要的办法就是保持钻孔中泥浆对孔壁有一定的向外压力。在整个钻孔过程中，任何时候都必须保持孔中有稳定的水头压力。一般孔内水位宜比孔外水位高出1.5～2.0m，当孔外水位发生变化时，应密切观察孔内水位变化及测量孔深，检查孔壁有无破坏，发现问题及时采取措施处理。
3. 清孔及检孔注意事项
终孔后及时清理，不能停歇过久，以免使泥浆、钻渣沉淀增多而造成清孔工作的困难甚至塌孔。
4. 钢筋笼制作、安装质量控制
4.1 钢筋笼制作：钢筋骨架保护层、钢筋笼焊接、声测管安装等应符合规范要求。
4.2 钢筋笼运输、安装：钢筋笼节段在码头位置下水装船，运输至墩位附近，利用80t浮吊整体起吊直立，钢筋笼吊装应采用专用吊具，防止钢筋笼变形。
4.3 钢筋笼的吊装：吊入桩孔时，动作要慢，对准孔中心，对准孔位轻放、慢放。防止刮孔壁。下放过程中，注意观察孔内水位情况，如有异样，立即停止，检查是否塌孔。钢筋笼下放到位后，应与护筒、钻机等连接牢固，防止在混凝土灌注过程中，发生掉笼或浮笼现象。钢筋笼就位后，其底面高程与设计高程偏差±5cm，平面中心偏差±2cm，钢筋骨架垂直度允许偏差为骨架长度1%。
5. 导管设置注意事项
5.1 封孔导管使用前应预拼，并作水密试验，试压压力取最长孔深孔底水压力的1.3倍。
5.2 封孔导管使用前应作预拉试验，预拉拉力取最长导管的自重及导管内充满混凝土的重量计（扣除浮力）。
5.3 导管上口设储料斗，储料数量应满足首批混凝土入孔后，导管埋入深度不得小于1m，并不宜大于6m。
5.4 导管入孔后值班技术人员做好测量标记并测量孔深。
5.5 导管安装完毕，检查孔底沉淀情况。若孔底沉碴厚度大于50mm，利用水封导管采用气举法进行二次清孔。 6. 灌注桩身水下混凝注意事项
6.1 混凝土灌注工作应连续不间断进行，万一发生混凝土灌注中断事故，应根据导管的埋置深度，间断、少量提升导管，并立即排除故障。
6.2 灌注过程中，必须对每根桩做好灌注记录，并按规定留取混凝土试件，每100m3应制取2组试件，且每根桩一般不少于4组试件。试件放入试验室标养池内养护，养护28d后试压其抗压强度。
6.3 钻孔桩除进行常规质量检测外，尚须进行如下质量检测：钻孔桩混凝土强度达到设计规定后，对桩进行超声波检测。
7. 钻孔灌注桩施工质量控制和质量分析
7.1 本工程钻孔灌注桩施工主要问题分析。
7.1.1 在钻进过程中如遇洪水或高潮水位时，水位变化势必剧烈，会给钻进时带来较大的坍孔风险。
7.1.2 深水环境下施工，泥浆指标下降，携渣能力差，易造成钻孔进尺慢，且根据桥址地质情况、砂层较厚，易发生坍孔现象。
7.1.3 主桥桩基均为长桩，将导致钻进困难，甚至出现掉钻头现象；成孔后可能出现斜孔、偏孔等现象。
7.1.4 混凝土灌注过程中，由于混凝土和易性较差、混凝土发生离析，或因导管埋深过大、导管提空等，导致断桩。
7.1.5 由于本工程钻孔深度大，成孔周期长，在钻孔过程中极易出现缩径和护筒底部漏浆等现象。
7.1.6 由于本工程钻孔灌注桩具有桩长、桩径大、混凝土方量大等特点，在混凝土灌注过程中易发生混凝土堵管现象。
7.2 施工过程中采取的主要保证措施。
7.2.1 防塌孔措施。
（1）配备大功率、性能好的钻机，选择合理的钻进参数如泥浆性能指标、钻压、钻速等。
（2）由具备丰富施工经验的技术工人参与施工，强调以预防为主的指导思想，避免塌孔事故的发生。因为上游的铁路桥施工单位也是中铁大桥局，故选择在上游铁路桥的施工队伍，对桥位处的地质情况较熟悉。
（3）根据不同土层选择与之相适应的钻进方法。
（4）当河床水位变化时，或钻至砂砾土层漏浆严重时，及时调整孔内水头，保证孔内水头在任何时候均比最高洪水位或最高潮位高1.5～2.0m。
（5）钻孔施工过程中采用优质膨润土造浆，在钻孔壁面形成一层富有韧性的胶合薄膜，以保证孔壁的稳定。
7.2.2 防掉钻头、偏斜孔措施。
钻孔施工中采用加扶正圈导正、全孔减压钻进的防斜措施，扶正圈直径比设计桩径小20cm，扶正圈的位置放在离钻头腰带5～6m处，必要时也可每钻进20～30m，加一个扶正圈，以保持钻具的导向性。采用减压钻进，即钻机的主吊钩始终要承受部分钻具的重力，而孔底承受的钻压不超过钻具重力之和（扣除浮力）的80%。
7.2.3 防缩径措施。
（1）使用与钻孔直径相匹配的钻头以反循环工艺钻进成孔。
（2）在淤泥层和淤泥质黏土层钻进时，采用小钻压、中等转速钻进成孔，并控制进尺，以防止钻孔缩径。
（3）在粉质黏土层采用中等钻压、中等转速钻进成孔，并注意扫孔。
（4）在粉细砂层采用大钻压、低转速钻进成孔，并控制进尺。
（5）当出现缩径时，加大泥浆比重，以稳定孔壁。在淤泥层和淤泥质黏土地层钻进时，容易产生缩径问题，钻进时应注意，每进尺以定深度后，上下提放钻头，重新扫孔，确保成孔直径。
（6）根据试验孔的钻进参数、孔径检测匹配情况，适当调整钻头直径及钻进参数，以期达到设计要求。
7.2.4 成孔质量检测保证措施。
采用超声波孔壁测定仪对孔壁形状和尺寸进行检查和量测，能较准确地发现桩孔的问题所在，然后采取补救措施，保证成孔质量。
7.2.5 混凝土浇筑质量保证措施。
（1）终孔前进行严格的清孔，使泥浆指标达到相应的要求。
（2）尽量保证各项工序的连续性，严格控制混凝土流量和下放速度，保持均匀的流量和流速。保证灌注的连续性，尽量缩短混凝土泵送的间歇时间。如存在其他问题混凝土在短时间内（0.5～1h）不能搅拌到位时，混凝土泵储料斗内应储备满斗混凝土，间隔10min泵送两个行程，使混凝土减少泌水率，或放慢放料速度。应及时清理混凝土储料斗中残余干硬混凝土。混凝土导管不宜埋置过深，拆除导管应迅速及时，拆除后导管要检查密封圈好坏，及时更换密封圈，并保证导管有足够的安全埋管深度。测算混凝土上升高度和导管埋深要勤、要准。
（3）选择合理的混凝土配合比，力求和易性好、稳定性好、可翻动性好、自密性能好。
7.3 钻孔灌注成桩质量检测和分析。
桩基础属于隐蔽工程。为了保证基础的安全可靠，桩基的质量检测至关重要。
7.3.1 钻孔质量偏差
钻孔灌注桩的孔位、孔径、倾斜度、孔深、沉淀厚度及清孔后泥浆指标控制标准间表1。
7.3.2 混凝土抗压强度试件。
在灌注混凝土时，每根桩应制作2～4组（每组3块）的混凝土试块。试块在标准条件下养护，标养到期应进行强度测试，经测试，所有混凝土试块强度均符合设计要求。
8. 结束语
施工平台搭设后，经现场的位移和沉降观测，结果与有限元分析结果十分吻合，很好地达到了预期的目的和效果，证明了施工平台设计的合理性。按照提出的质量控制措施指导施工，已施工的部分钻孔灌注桩，桩身连续完整无缺陷，全部是I类桩；桩的倾斜度、轴线偏位等均100%控制在规范允许值范围内，桩身混凝土100%合格。表明所提出的针对本工程深水钻孔灌注桩施工技术措施是切实有效的。
参考文献
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[文章编号]1006-7619（2013）11-23-991
