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桥梁桩基钻孔灌注桩施工研究

【摘要】钻孔灌注桩是采用不同的钻孔(或挖孔)方法,在土中形成一定直径的井孔,达到设计标高后,将钢筋笼放到井孔内,再灌注混凝土。其适用范围广,可以穿越各种土层,更可以嵌入基岩,这是别的桩型很难做到的。本文详细介绍其施工技术,供工程施工参考借鉴。 

【关键词】桥梁;钻孔灌注桩;施工技术 
  1. 工程概况 
  1.1 本桥位于405k+635处,桥位处原有涵洞需拆除,新建桥梁平面位于直线上,与河流夹角80°桥梁全长18.44m。上部结构采用1×13m简支预应力混凝土空心板,下部桥台采用桩柱式台,1.2m钻孔灌注桩基础。桩基共计12根,采用单排6根。0#台和1#台的12根直径为1.2米的桩在河岸上,直接将原老涵洞左半幅拆除整平压实后,进行桩基的施工,先施工桥的左半幅。 
  1.2 该施工方法的流程是:拆除老涵洞→平整压实场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒→检查质量。钻孔桩施工顺序先0#台、01、02、03桩,1#台、11、12、13桩,左半幅小桥建成后,再施工1#台、14、15、16桩,0#台、04、05、06桩。 
  1.3 转孔灌注桩施工特点。 
  (1)施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移,因此对环境和周边建筑 物危害小。 
  (2)大直径钻孔灌注桩直径大、入土深。 
  (3)对于桩穿透的图层可以在空中作原位测试,以检测土层的性质。 
  (4)扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力。 
  (5)经常设计成一柱一桩,无需桩顶承台,简化了基础结构形式。 
  (6)钻孔灌注桩通常布桩间距大,群桩效应小。 
  (7)某些利用“挤扩支盘”钻孔灌注桩可以有效减少桩径和桩长,提高桩的承 载力,减少沉降量。 
  (8)可以穿越各种土层,更可以嵌入基岩,这是别的桩型很难做到的。 
  (9)施工设备简单轻便,能在较低的净空条件下设桩。 
  (10)钻孔灌注桩在施工中,影响成桩质量的因素较多,质量不够稳定,有时 候会发生缩径、桩身局部夹泥等现象,桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺 而变化,且又在较大程度上受施工操作影响。 
  2. 测量控制 
  根据设计施工图提供的路线的线形要素、结构平面布置图及结构图。 
  2.1 灌注桩。 
  (1)灌注桩施工钢护筒测量定位可采用全站仪极坐标法测量,并可相互校核。 
  (2)在灌注桩开钻前必须报请监理验收钢护筒的位置是否满足规范要求,在成孔过程中要严格控制钻杆的垂直度,在下放最后一节钢筋笼时一定要确保其中心位置偏位在允许范围内,并控制好桩顶标高。 
  (3)在灌注桩施工过程中,依据高程基准点准确测定各钢护筒的顶标高,以控制孔深、钢筋骨架底面和顶面高程及砼灌注的桩顶标高(钢筋骨架底面高程允许偏差为±50mm,钢筋骨架倾斜度±0.5%,骨架中心平面位置20mm,骨架顶端高程±20mm,灌注的桩顶标高应比设计高出一倍桩径以上)。 
  (4)用钢导管灌注砼,在灌注砼时,导管底部至孔底应有25~40cm空间。首批灌注砼的数量应能满足导管初次埋置深度(≥1m)和填充导管底部间隙的需要,在整个灌注时间内,出料口应伸入先前灌注的砼内至少2m,以防泥浆和水冲入管内,且不大于6m。每次测定用检测合格的测绳进行测定以控制各关键工序的深度。灌注桩施工完成后放样开挖线和开挖深度直接进行土方的开挖,超出桩顶设计标高后进行桩顶的凿除,浇筑垫层砼后精确放样出承台的轴线和模板轮廓线,当绑扎完承台钢筋后,支立模板,并再次复测承台位置和预留墩身钢筋的位置,当监理检测合格后方可进行砼的浇筑。 
  2.2 立柱施工测量。 
  (1)灌注桩施工完成后放样开挖线和开挖深度直接进行土方的开挖,超出桩顶设计标高后进行桩顶的凿除,浇筑垫层砼后精确放样出立柱的轴线和模板轮廓线,当绑扎完立柱钢筋后,支立模板,并再次复测立柱位置,当监理检测合格后方可进行砼的浇筑。 
  (2)利用全站仪架设在附近的控制网点上,采用极坐标法,按施工图纸的要求在立柱中心点进行放样。再利用全站仪架设在附近另一个控制网点上,采用极坐标法,进行校核,以确保立柱平面位置的准确。且报业主或监理,待业主或监理验收合格后方可开始下一道工序的施工。立模结束后,用同样的方法对立柱的顶面中心点位置和标高进行校核,确保立柱的平面位置和高程均满足设计和规范的要求。 
  2.3 台帽施工测量。 
  (1)立柱施工完成后,超出柱顶设计标高后进行柱顶的凿除,精确放样出台帽的轴线和模板轮廓线,当绑扎完台帽钢筋后,支立模板,并再次复测台帽位置,当监理检测合格后方可进行砼的浇筑。 
  (2)利用全站仪架设在附近的控制网点上,采用极坐标法,按施工图纸的要求在台帽底板(模)对台帽角点进行放样。再利用全站仪架设在附近另一个控制网点上,采用极坐标法,进行校核,以确保台帽平面位置的准确。利用水准仪对台帽的底标高进行控制。且报业主或监理,待业主或监理验收合格后方可开始下一道工序的施工。立模结束后,用同样的方法对台帽的顶面角点位置和标高进行校核,确保台帽的平面位置和高程均满足设计和规范的要求。 
  3. 钻孔灌注桩施工主要工序 
  3.1 钻孔灌注桩施工工艺流程 放粗样→清表→精放样→投压外护筒→钻机就位→对中开钻(钻进、成孔、 清孔) →下钢筋笼(带下内护筒) →填土袋于内外护筒之间→下导管(二次清孔) →砼浇筑 
  3.2 405k+635处小桥施工准备。 
  施工准备包括:选择钻机、钻具、场地布置等。钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备,可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。按照施工图上的地质情况,405k+635处小桥采用正循环GPS-1500钻机。   3.3 钻孔机的安装与定位。 
  (1)安装钻孔机的基础如果不稳定,施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响,因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基,用装载机推平、人工夯实,再垫上钢板或枕木加固。筑岛高度高于施工水位1.0m。 
  (2)为防止桩位不准,施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机,对有钻塔的钻孔机,先利用钻机的动力与附近的地笼配合,将钻杆移动大致定位,再用千斤顶将机架顶起,准确定位,使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上,以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后,用枕木垫平钻机横梁,并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。 
  3.4 埋设护筒。 
  (1)钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时,在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持壁地下水位高的水头,增加孔内静水压力,能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外,同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。 
  (2)护筒要求坚固耐用,不漏水,其内径应比钻孔直径大(旋转钻约大20cm),每节长度约2~3m。用钢护筒。护筒采用4mm厚钢板弯制成型,护筒的制作应有一定的强度和刚度,拼缝和接头不漏水,可在外围加强环箍。护筒埋设采用挖埋法,根据土质不同选择不同的埋深,使护筒中心和桩中心尽量在同一垂线上。就位后在四周底部分层回填粘土并夯实,夯填土应均匀对称,防止护筒位移。 
  3.5 泥浆制备。 
  钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具,增大静水压力,并在孔壁形成泥皮,隔断孔内外渗流,防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度,泥浆稠度应视地层变化和操作要求机动掌握,泥浆太稀,排渣能力小、护壁效果差;泥浆太稠会削弱钻头冲击功能,降低钻进速度。 
  3.6 钻孔。 
  (1)循环钻钻机施工,在施工中必须严格按照操作要求进行,才能保证成孔质量,首先要注意开孔质量,为此必须对好中线及垂直度,并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆,还要随时检查成孔是否有偏斜现象。所以钻好的孔应及时清孔,下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应实事先规划好,既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔,又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。 
  (2)采用三班工作制连续作业,初钻时,应稍提钻杆在护筒内打浆,开动泥浆泵进行循环,泥浆均匀后开始钻进,进尺要适当控制,在护筒刃脚处应低档慢速钻进,至刃脚下1m后,方可按土质情况以正常速度钻进,钻进中应密切注视护筒底土质是否有漏浆,并采取相应措施防止塌陷。钻进时,钻机的主吊钩宜始终空悬吊住钻具,防止钻具的全部重量由孔底承受,从而避免钻杆折断,并保证钻孔的质量。 
  (3)钻架使用时间过长,可能发生位移,或孔内有探头石和其他情况,会使所钻的孔偏离设计孔位,因此每隔两小时要用水平尺检查钻机平台一次,并及时调整钻机。设专人负责记录钻进中的一切情况,并且将钻孔原始记录如实上报项目部。 
  3.7 清孔。 
  钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此,在钻孔过程中,应随时对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时,应立即进行孔底清理,避免隔时过长以致泥浆沉淀,要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于25cm;清孔分两次进行,清孔采用掏渣与补水结合进行,主要目的是降低泥浆比重,泥浆比重逐渐降低后,泥浆向孔口溢出,进入泥浆池。第二次清孔在下放钢筋笼和导管安装完毕后进行,利用灌注混凝土的导管输入泥浆循环清孔,两次清孔间隔为2小时左右。 
  3.8 循环钻钻孔注意事项。 
  (1)校正好中心后,钻机就位,平面位置偏差应控制在5cm以内。 
  (2)在钻进过程中保持孔内水位,泥浆相对密度控制在1.2左右,以起到护壁作用,防止出现塌孔。钻进时根据地质变化及时调整进尺速度。 
  (3)钻孔达到设计标高后,进行正循换浆清孔,清孔后泥浆指标达到《技术规范》要求,相对密度1.05~1.2,粘度17~20s,含砂率小于4%。 
  (4)经监理工程师验收合格后放入钢筋笼,插入导管,核对钻进总深度,孔底沉渣厚度不大于25cm,经监理工程师验收合格后浇筑水下混凝土。 
  3.9 钢筋笼制作。 
  3.9.1 钢筋笼的分段:考虑桩长和吊车(16T)的起吊能力,对钢筋笼进行适 当加固,钢筋笼可分 3 至 4 段制作,安装时在孔口进行搭接焊焊接(单面焊、焊 接接头长度应不小于 10d) 。 
  钢筋笼制作规范要求: 
  (1)主筋间距偏差值允许+20mm。 
  (2)箍筋间距偏差为+10 mm。 
  (3)钢筋笼直径偏差为+5mm。 
  (4)钢筋笼长度偏差为+10mm。 
  3.9.2 钢筋笼的运输安装:结合桩位场地、钢筋笼集中加工用平车运输至桩 位附近。钢筋笼吊装采用三点起吊法,防止钢筋笼在立起过程中变形,第一个钢 筋笼入孔至孔口附近时用 2〔10〕扁担穿过钢筋笼担在孔口,然后吊装第二个钢第6页 共 10 页 筋笼进行焊接,最后成型放入孔内。 
  质量要求: 
  (1)焊缝长度满足规范要求为 10d,焊缝接头错开 1m。 
  (2)钢筋笼底面高程误差控制在+50mm,中心偏位不超过 50mm。 
  3.10 安放导管。 
  施工前,先对每节导管进行编号,导管采用直径 283mm,壁厚 5mm,节长 3m 快速接头的导管,导管使用前应进行水密、承压和接头抗拉试验,合格后将导管对准孔位中心,逐节连接导管,直到导管口距孔底 30~50cm 为止,为防止少 接导管,装漏斗前,用吊车缓慢下移,以确保导管满足长度要求,上口设漏斗, 安装隔水栓球。   3.11 导管提升及埋升控制。 
  灌注水下砼时,应经常探测孔内砼面高度,以控制导管埋深和桩顶高度,如控制不准,将造成导管提漏、导管埋置过深拔不出来断桩事故。因此探测是一项重要工作,应采用较为准确的方法和探测工具。施工中拟采用重锤探测法,用测绳系以重锤, 放入孔内, 凭探测者手中所提测锤在砼顶面与接触砼顶面以后不同 重量的感觉而判断。导管埋深宜控制在 2-6 米时较好,防止出现拔导管时拔不出 来或漏拔的事故。拔管前须仔细测探砼面深度。用测锤测探时,须由两人用两个 测锤测探,防止误测。导管丝扣连接必须拧紧,不得漏气,并保证拼接平直,内 壁光滑。水下砼应连续浇筑,不得中断,确保桩身质量的完整性,为保证设计桩 顶的混凝土强度,灌桩的桩顶标高应高比设计高出一定的高度,至少为 0.5 米 ~1.0 米。 
  4. 结论 
  钻孔灌注桩虽然具有低噪音、小震动、无挤土,对周围环境及邻近建筑物 影响小, 能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力,适应各种地质条件和不 同规模建筑物等优点,在桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛应用,已成 为一种重要的桩型。但随着社会经济发展的需要,钻孔灌注桩的桩长和桩径不断 加大, 单桩承载力也越来越高, 同时, 也使单柱单桩的设计成为可能。 对于长桩、 大桩, 其施工难度大, 易发生质量事故。 而单柱单桩的设计, 对桩的质量要求高, 发生质量事故后,加固处理难度大,且费用较高。因此,有必要对钻孔灌注桩的 常见质量事故加以分析,找出质量事故发生的原因,研究相应对策,尽可能防止 质量事故发生。 
  参考文献 
  [1] 匡希龙,彭富强.《桥涵工程》[M].施工技术,2008.1,65-73. 
  [2] 交通部第一公路工程局.《公路施工手册.桥涵》[M].1985.4,415-647. 
  [3] 公路桥隧设计规范汇编.《公路桥涵地基与基础计规范》(JTJ024-85)[S]. 
  [4] 李世华,罗桂连.《桥梁工程》[M].建筑工业,2007.6,109-113. 
  [5] 李新梅,赖强.《桥梁施工与养护技术》[M],工程施工,2005.11,28-36. 
  [6] 张彬.《桥梁工程施工速学手册》[M].桥梁工程,2009.1 165-174.

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