瓯北大桥钻孔灌注桩施工技术阐述

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摘要： 以瓯北大桥大桥钻孔灌注桩工程为例,介绍其施工工艺,钻孔灌注桩因其对各种土层的适性强、无挤土效应、无噪音、承载力高等优点，在建设工程的基础中得到了广泛应用。总结超长钻孔灌注桩的设备选型、成孔、成桩、桩基承载力试验等施工工艺，为今后桩基的施工工作提供经验。

关键词 钻孔灌注桩 ；施工技术 ；嵌岩

中图分类号：U445.551 文献标识码：A文章编号：

1、工程概况

瓯北大桥全长1073.568m，由主桥、江中引桥、三江片引桥、瓯北片引桥四部分组成。主通航孔斜拉桥长275m，跨径布置为（125+150）m，桥宽35m，采用独塔双索面叠合梁斜拉桥形式。主塔为钻石型，塔高102.2m。主梁采用钢-混凝土叠合梁，斜拉索采用扭绞型平行钢丝斜拉索。主桥主墩桩基采用22Φ2500cm嵌岩桩，桩长49.5m；承台尺寸54.25mX26mX5m。

2、施工工艺

2.1施工前必须全面掌握钻孔灌注桩的施工工艺，因钻孔设备不同，其施工工艺流程也不一样。现以冲击成孔为例，其主要施工工艺流程为：施工准备测量放线埋设护筒钻机就位钻孔清孔清孔检查安放钢筋笼吊放导管检查沉渣厚度灌注砼拆除导管桩头处理检查验收。

2.2开工前施工单位结合场区内的具体情况编制施工方案，提前报送监理部进行审查。对现场施工人员进行图纸和施工方案交底。认真做好测量放线工作。测量定位是整项工作的关键，它关系到孔位的准确性，钻孔的垂直度及基准面的标高的至关因素。偏差要严格控制在设计或规范允许范围内。钻机就位时必须保持平整稳固、不倾斜和位移，并采取一定的固定措施放止钻进过程中位移和摇晃。钻机就位时，应采取措施保证钻具中心和护筒中心重合，其偏不大于2 cm。护筒有导正钻具、控制桩位、防止孔口坍塌、固定钢筋笼等作用。护筒内径比桩直径宜大10～15 cm，并视地面情况而定。护筒壁厚由4～10mm厚钢板经卷制焊接而成，护筒底口应超过杂填土深度；埋置时护筒中心轴线对正桩位中心，其偏差不宜大于20 cm，护筒用土回填夯实。钻机是钻孔及灌注混凝土的支架，要安装平整稳固、安全，并具有一定的刚度，在钻孔中或其它操作时，不易产生位移和晃动。应根据工程地质资料和设计资料选用适当的钻机种类、型号，并配合适用的钻头。在钻孔过程中，成孔中心必须对准桩位中心，钻机架必须保持平稳，不发生位移、倾斜和沉陷。

2.3原料选用与砼灌注

砼骨料宜优先选用砾石或卵石，最大粒径40mm，砂石含泥量小于2%的，以提高砼的流动性，防止堵管。导管直径在250～350mm，视桩径大小而定。砼配合比通过试验确定，坍落度砼宜为180～220mm。砼运至灌注点时，应检查其均匀性和坍落度，如不符合要求应进行二拌合，二次拌合后仍不符合要求时不得使用。首批砼灌注数量使导管埋入砼深度不宜小于1m，应连续灌注，严禁中途停止，在灌注过程中，应经常测探孔内砼面的位置，及时调整导管埋深，导管埋深宜控制在2～6m。在砼灌注过程中，应时刻注意观测孔内泥浆返出情况，倾听导管内砼下落声音，如有异常必须采取相应处理措施。在灌注砼过程中宜使导管在一定范围内上下窜动，并及时转动，防止起拔导管困难。在灌注将近结束时，核对砼的灌入数量，以确保所测量砼的灌注高度是否正确。 砼灌注分为首批砼灌注与后续砼灌注及后期灌注三个过程。在前一过程中，砼灌注量，砼面至孔底高度，都与导管内径及桩直径有关。孔径越大，首批灌注的砼量越多。首批砼在下落过程中，受的阻力大，常出现导管中堵满砼，此时应稍拉导管，晃动漏斗，这样能使砼顺利下滑至孔底，下满后，继续向漏斗加入砼，进行后续灌注，这个过程要保持灌注的连续性，不能出现间断。在后续灌注中，当出现非连续性灌注时，漏斗中的砼下落后，应当牵动导管，并观察孔口返浆情况，直至孔口不再返浆，再向漏斗中加入砼。在砼灌注后期，由于孔内压力较小，往往上部砼不如下部密实，这时应提高漏斗增大落差。

3 本工程钻孔桩施工特点及难点

1）钻孔桩成孔难度大。本工程桩基直径2.5m，最大设计桩长为49.5m，成孔深度达133.15 m，钻孔垂直度控制难度大；地质资料显示，覆盖层除部分土层为黏土层外，大部分地层为砂层或粉砂层，钻进及清孔过程中容易出现塌孔情况，对泥浆性能要求高

2）桩基嵌岩深度大，基岩强度高，入岩钻进施工难度大、风险高。P24～P27墩桩基设计要求5 m且基岩强度高达77 MPa，入岩钻进极易发生断钻杆事故，故对钻头、钻杆以及钻机性能要求非常高。

3）混凝土灌注施工难。每根桩混凝土方量大，混凝土采用强度等级高（C40）且有耐久性

要求的高性能海工混凝土，相应造成混凝土黏度大，灌注施工难。

4钻孔灌注桩施工

4.1钻机及主要配套设备

1）钻机

主塔基础采用22根直径为2.5米的钻孔灌注桩基础，桩长49.5米，设计嵌岩深度5m，采用冲击钻配合龙门吊、汽车泵施工。施工前首先根据桩位布置情况及设计承台尺寸搭设钻孔灌注桩施工平台，60T龙门吊覆盖整个钻孔桩平台，另有两条施工行车平台用来运输混凝土及钢筋笼。投入JK-CJK10T型冲击钻8台，最大同时钻孔钻机6台，采用黑旋风配合空压机利用反循环工艺清空，60T龙门吊下方钢筋笼，43m汽车泵浇筑混凝土。

2）钻头配置。根据地质情况，主要配备2种形式的钻头：刮刀钻头及滚刀钻头，分别用于覆盖层（黏土层、砂层）及岩层的钻进。另外配备一定数量的“菠萝头”钻头，主要用于高强度基岩（一般大于70 MPa）的钻进，以加快入岩钻进速度。

3)泥浆净化器。泥浆净化器选用ZX-200型，总功率48 kW，泥浆处理能力200 m3/h，分率程度≥74μm，除砂率≥90%，脱水率≥80%。

4）空压机。空压机选用OG160F型，排气量19.5 m3/min，工作压力1.25 MPa，功率160 kW。

4.2钻进成孔

本工程桩基为变径桩，钢护筒内桩径为φ2.3 m，钢护筒以下部分桩径为φ2.0 m。钻进成孔施工主要分3个阶段：护筒内钻进阶段、护筒外覆盖层钻进阶段及入岩钻进阶段。根据本工程特点及墩位处地质情况，采用优质淡水泥浆护壁、气举反循环、大配重减压钻进施工工

4.2.1护筒内钻进

由于有护筒的防护，护筒内地层采用高转速、清水护壁进行钻进施工，在清水补充速度及风艺。包沉没比能够满足要求的情况下，可尽量加快进尺速度（2～3 m/h），为缩短成孔周期争取时间.护筒内钻进过程中，每进尺3 m（一节钻杆长度）钻头要提升几次进行扫孔，以确保φ2.0 m三翼刮刀钻头挡圈外φ30 mm钢丝绳清除掉护筒内壁的黏土，以确保护筒内成桩直径。护筒内钻进完成后，进行护筒内造浆。

4.2.2护筒外覆盖层钻进

当护筒内泥浆的各项性能指标符合要求后，才能开始正式进尺。在护筒底口附近地层采用慢速钻进，以形成稳定孔壁，每小时进尺控制在0.5～1 m。当钻出护筒底口5 m后恢复正常钻进，根据不同土层特点，选择不同的钻速和进尺。砂层中采用大气量、中小钻压、中低转速钻进，进尺控制在2 m/h左右；黏土层中进行钻压控制，中高转速钻进，进尺1.0～1.5 m/h，并适当降低泥浆黏度，避免糊钻，且每钻进一个回次的单根钻杆要及时进行扫孔，以保证钻孔直径满足要求。

4.2.3入岩钻进

当钻至基岩面时，提钻并将刮刀钻头更换为φ2.0 m滚刀钻头（8T），加配重15 t。入岩钻进前先进行气举反循环清孔，把更换φ2.0 m滚刀钻头过程中刮落的泥皮及沉渣吸干净。由于基岩面可能倾斜或局部软硬不均，为了避免斜孔，入岩钻进开始时首先要轻压慢钻，待找平孔底岩面后再采用进入正常减压钻进（15～20 t稳压钻进），按每天进尺0.7～1.5 m控制钻进速度。入岩钻进过程中，若发生异常情况，如跳钻、钻杆扭距过大等，应立即停止进尺，待查明原因后再继续钻进。

4.2.4清孔

1）第一次清孔。终孔后，及时进行清孔。清孔时将钻具提离孔底约15 cm，缓慢旋转钻头，通过气举反循环吸出孔底钻渣，同时补充稀释泥浆进行泥浆调整，通过反复循环使清孔的泥浆性能指标达到清孔泥浆指标。清孔过程中保持孔内水头，防止塌孔。经检测孔内泥浆指标符合要求后，再次复测孔深，然后停机拆除钻杆、移走钻机，尽快安排进行混凝土灌注。

2）第二次清孔。在钢筋笼和导管安装好，混凝土浇注之前，进行孔底沉渣的厚度的测量，若沉渣厚度超出设计规定值时，要进行二次清孔。二次清孔亦采用气举反循环法，在导管内接1根内径4 cm的送风钢管，风管入水深度约40 m，导管顶端密封，预留进风管及出浆管。清孔时吊机移动导管在孔底的位置，直到孔底沉渣厚度不超过设计规定值及规范要求方可进行混凝土浇筑。

4.2.5钻进施工操作要点

1）钻进及提升拆除钻杆的过程中始终维持护筒内外水头差不小于2 m，以保证孔壁稳定。

2）加接钻杆时，先停止钻进，将钻具提离孔底8～10 cm，维持泥浆循环5 min以上，以清除孔底沉渣并将管道内的钻渣排净，然后再加接钻杆。

3）接长钻杆时，钻杆连接螺栓应拧紧上牢，并认真检查密封圈，以防钻杆接头漏水漏气，使反循环无法正常工作。

4）在正常钻进过程中，为了保证钻孔的垂直度，采用减压钻进，始终让加在孔底的钻压小于钻具总质量（扣除泥浆浮力）的80%。

5）钻进过程中定期对钻头和钻杆进行检查，防止由于螺栓的脱落或钻头的磨损严重造成钻

过程中的事故。

6）钻进过程中保证孔口的安全，孔内不得掉入任何铁件以保证钻孔施工的顺利进行。

7）钻孔过程应连续操作。详细、真实、准确地填写钻孔原始记录，钻进中发现异常情况及时上报处理。

8）提钻时注意操作轻、稳，防止钻头拖刮孔壁或护筒刃脚。注意起重压力的变化，当钻头上升到护筒底口，如果负荷加大则可能发生卡钻，此时可转动钻头，轻轻上提或将钻头下放换一方向再上提，不可强拉，以致使护筒底口内卷甚至塌孔。

4.3钢筋笼吊装及砼浇筑

4.3.1 钢筋笼吊装。 在下钢筋笼之前，利用捞浆筒把孔底的沉积物捞干净，孔底沉积物与孔内泥浆的比重可利用仪器进行测试，然后作好孔深测量。在钢筋笼吊装之前应严格检查钢筋笼焊接与绑扎的牢固程度，该钢筋笼是否完全符合设计标准要求。由于该座大桥孔深较大，钢筋笼成形长度为 18m，分两节吊装，所以必须固定好吊点。 为保证钢筋笼在孔内的保护层尺寸，应在钢筋笼每 2m 长一段焊接钢筋棒保护层，确保钢筋笼的垂直度和砼保护层厚度。当第一节钢筋笼下至孔内时，利用吊车牵引固定已下人孔内钢筋笼，然后在钢筋笼，然后在钢筋笼内穿人工字钢，使钢筋笼固定在孔口管之上，再进行第二节的吊装焊接，焊接长度不少于 75，在焊接时必须保持整体垂直度，以免下笼时卡孔。 当钢筋笼下到孔底后可即时把孔口钢筋笼进行固定，检查保护握的标准间距。

4.3.2 灌柱桩砼浇筑。 在浇筑砼之前必须计算好砼的第一次需求，等于导管总容量与漏斗总容量之和的二倍以上。从而能使漏斗导管内砼从导管底部翻出，并且可将导管端被砼埋深 2-5m 之内。 砼浇筑采用水下直升导管法对口浇筑，导管直径选用 220mm 以上，为能使导管提升方便，每节导管长度应≤2 m，长短搭配，最短应≥0.75 m，导管节头采用胶皮垫圈密封，垫圈的厚度不得小于 0.3，法兰盘连接螺栓不得少于 6 组，在下导管时必须严格检查导管法法兰盘接头螺栓，不得产生漏水漏浆现象，否则会产生泥浆与砼混合造成桩柱夹泥，严重者可能形成断桩。导管下设与漏斗内砼同时进入导管内利用砂袋的整体性与砼的自重把导管内的泥浆挤压出导管，形成导管内砼柱状，保证后续浇筑砼不与泥浆掺混。 砼浇筑时砼面上升速度应保持在 3 m/h 以上，浇筑后期适当增高漏斗高度，增大导管内外的压差，并时常提长导管，提升高度不得大于 0.5 m，使砼顺利灌入，直到浇出孔口面，但必须是砼流出孔口面为终，砼终凝前人工清除表层 50的砼。 并把灌注桩内的所有钢筋清理干净，进行表层养护。

4.3.3混凝土生产方式季施工保温措施。 由于砼施工时间在冬季，所以除砼拌和时注意保温，在砼运输、入仓时也采取保温措施。在砼浇注过程中，保温措施成为保证质量的关键问题。为确保砼浇注质量，对砼拌和系统搭设暖棚进行保温，暖棚采用脚手架杆框架结构，用保温棚布保温，棚内采用铁炉加温，砼浇注用水均采用热水供应，砼拌和用水温度控制不超过 40℃，砂石料也进行分量加热并搭设暖棚。混凝土冬季施工措施应按照 SDJ207-82 规定执行。为保证工程质量和工程质量和工程进度，制定以下冬季施工具体措施：

1) 砼拌和站用架杆搭设暖棚，内设火炉，保证棚内温度在 10℃以上；在水箱底部放置炭火，控制水温在 35℃左右。 棚内挂温度计检测，测水温用温度计。

2 )砂石、骨料用架杆搭设暖棚加为，砼拌和应注意不能掺混冰霜，表面不能结冻，料堆应有足够的储备和堆高，水泥平台搭设暖棚，保证不被雨雪浸湿结块。 施工用水直接从库中抽取，设置两个连通的水源箱，水源箱底部架设火炉，保证搅拌用水水温在 40℃以下。当外界是温度在-10℃以下且运距较远时， 采用在运输车厢外侧焊接放置煤块的矩形槽口，放置炭火，保证砼温度，运输过程中用篷布覆盖。

以钻孔施工平台是全桥工程最重要的大型临时工程结构之一，主要功能是为桩基础及承台施工作业提供水上工作平台。68#墩是瓯江大桥北引桥第九联~第十三联移动模架施工的起始墩，是项目总体施工计划中得重要节点。经过项目对该结构的安全、合理、先进性分析，制定相应的施工方案，进行平台施工。该水中钻孔平台成功完工，并为项目下一步施工工作的开展打下了良好的基 提高其密实度。

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