浅析灌注桩施工技术在某高速公路中的应用

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【摘 要】在高速公路的建设中，桥梁工程所占的比重越来越大。桥梁桩基础作为地下隐蔽工程，如遇到溶洞将给施工带来很大困难，如果处理方法不当，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、梅花孔、漏浆、塌孔、断桩等事故，甚至会影响桥梁结构安全。本文试以钻孔灌注桩施工技术在某高速公路第14合同段工程中的应用实例，对其进行分析、总结，为同类工程的施工提供参考。

【关键词】灌注桩；施工技术；桩基

1、工程概述

某高速公路第14合同段桥梁工程包括特大桥1座、互通立交1处、分离式立交1处、中小桥4座、通道桥2座。桥梁设计均采用钻孔灌注桩基础，共有桩基499根，桩径分1.2m、1.3m、1.5m、1.6m、1.8m、2.0m六种，桩长38~63m，要求嵌入微风化岩大于2倍桩径，且桩底较完整的微风化岩层厚度不小于3倍桩径或4m。从地质资料反映，地层由第四系冲积层及海陆交互相沉积层、下石灰统灰岩组成，其覆盖土层厚度为16~47m，上覆土层主要有人工填土、淤泥、细砂、中砂、亚黏土、淤泥质细砂层、淤泥及粉质黏土、全风化灰岩，下伏基岩主要有强风化砂岩及弱风化灰岩、微风化灰岩等，岩溶较为发育，桥位区内地层夹多处土洞、溶洞，溶洞分布空间及深度具有一定的随机性，岩面埋深不一，强度不均匀，地质情况变化较大。最大水深约7.5m的水中桩和位于铁路两侧的陆上桩具有一定的施工难度。桩基础经过检测，82%为Ⅰ类桩，其余为Ⅱ类桩。

2、施工工艺

桩基础施工分为岸上和水中两部分，岸上桩基采用常规的钻冲孔桩工艺，水中桩基则浅水区采用筑岛法施工、深水区采用搭设水上施工平台和栈桥进行施工。桩基施工顺序：护筒埋设钻孔清孔安装钢筋笼二次清孔水下混凝土灌注桩基检测。

2.1 护筒埋设

陆地上的桩基础在放出桩位并查无地下管线后，在原地适当平整并填土压实形成工作平台，即可埋设护筒，护筒高2.0～2.5m，护筒应高出地面30cm以上，埋入土中应不少于1.5m；护筒底部和外侧四周采用黏质土回填并分层夯实，防止护筒底口处漏失泥浆。

水中桩施工时，对有冲刷影响的河床，护筒宜沉入施工期局部冲刷线以下1.0～1.5m。

2.2 泥浆处理系统

陆地上的桩基施工除现有的道路外，在每个桥墩轴位之间设置泥浆沟池，作为泥浆处理系统，泥浆沟池采用砖砌筑；水中桩则在每个桥墩的施工平台上设置一台QJ - 250型反循环电动空压机及一台BAVER - BE250型泥浆处理器排渣，并利用自行加工的泥浆罐进行排渣。排出的泥浆渣土用泥浆船运走。

2.3 钻孔

为了保证施工质量及施工进度，根据本工程的施工特点，水中及紧邻铁路的桩基采用KTL - 300型反循环回转钻机进行施工，岸上桩基采用BRM - 2型钻机及5t冲桩机配合进行施工。

成孔是控制桩基质量的关键工序。岸上桩采用常规的钻进施工工艺进行施工即可；水中桩钻孔前需对泥浆进行反循环，先往孔底注入优质的膨润土泥浆，置换出孔内的清水，钻进过程中不断补充优质泥浆。在河床冲积砂层钻进时，加大泥浆的浓度，必要时抛填黏土、片石以防漏浆，若发现有泥浆漏失，应及时补充泥浆，使孔内液面保持稳定后方可继续钻进。桩基钻进时如遇到溶洞，则按下述相应的溶洞处理措施及方案进行处理。

在溶洞区施工时，根据各溶洞发育特点、发育程度，采取如下处理措施：⑴轻微溶蚀。溶蚀发育轻微，封闭且比较小，施工中漏浆量较小的溶洞，采取加填片石和黏土挤密填筑溶洞，直至停止漏浆。⑵一般溶洞。溶洞发育明显，埋深较深，无大裂缝穿过，施工时明显漏浆。施工时采用钢护筒跟进，穿过砂层和卵石层，防止塌孔，进尺至溶洞顶板１~２ｍ时，采用轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，防止卡锤，派专人观察有无漏浆，若发现漏浆，迅速采用片石、水泥包、黄土包等堵漏，并及时补浆。在溶洞内钻进时加大泥浆比重，每进尺１~２ｍ回填一次，直至穿过溶洞。⑶复杂溶洞。溶洞发育明显，并有明显裂缝，施工时漏浆严重。采用全护筒跟进至岩层顶面，防止因漏浆量大而导致覆盖层塌孔。①上部覆盖沙层较厚时采用膨润土护壁，泥浆稠度不低于1.2g/cm3。当进尺到达岩层顶面时，用导管灌入C20水泥砂浆到孔底，然后再用吊车或直接使用钻机预埋钢护筒至岩层顶面位置，防止上部覆盖层塌孔。②灌入高标号砂浆后停钻48h，待砂浆固结钢护筒后，采用常规溶洞区桩基施工方法进行成孔施工，溶洞顶板的击穿采用短进尺，溶洞内钻进采用先回填再进尺，边回填边进尺。③对无填充物溶洞，先采用30cm的小钻头击穿顶板，让击穿后的顶板仍有一定的受力性能，然后用黏土、砂浆或低标号砼对空洞进行回填，回填密实并达到一定强度后，正常钻进施工。⑷对特大溶洞，可采用压浆等预处理方案，采用间歇性注浆方式，并加入速凝剂，以减少浆液流失，使溶洞内填充密实并达到一定强度后，方可进行桩基施工。

本工程借鉴以往溶洞处理经验，针对溶洞分布的特征、大小，采用不同的施工处理方案。⑴、当溶洞的高度H≤3m时，采用抛填片石及黏土块后冲击、挤压形成护壁穿过的抛填法处理成孔；⑵、当溶洞的高度在3m5m的溶洞和串层溶洞及相邻桩基之间有可能连通的溶洞，可采用压浆等预处理方案。

2.4 清孔

钻孔达到设计深度并经监理确认满足终孔条件后，开始清孔。清孔采用抽浆换浆法进行，钻头提起距孔底20～30cm，采用稍高的转速转动钻头，一边继续气举反循环，把孔底泥浆、钻渣混合物排出孔外，一边向孔内补充已净化后的优质泥浆，保持孔内液面稳定，直到孔内泥浆的各项指标及沉渣厚度符合规范及设计要求为止。

2.5 钢筋笼的制作和吊装

钢筋笼就近于桥墩桩位处成型，钢筋笼主筋搭接采用焊接，箍筋与主筋梅花点焊，主筋与加劲箍100%点焊牢固。在加劲箍内加焊十字撑，以加强钢筋笼结构的整体性，防止钢筋笼在吊装过程中变形。钢筋笼制作时注意安装声测管，声测管上下管口用木塞封口。在每个加劲箍四周各焊一根弓形钢筋，其外侧面宽出钢筋笼主筋7cm，以确保钢筋笼保护层满足设计要求。

钢筋笼制作完成并经监理验收合格后方可吊装，岸上桩基钢筋笼采用桩机配合汽车吊进行吊装，水中桩基钢筋笼采用桩机配合船吊进行吊装，若钢筋笼过长时可分段制作和吊装，两段钢筋笼的主筋须错开搭接、焊接连接，搭接长度应符合规范及设计要求，十字撑在钢筋笼下放过程中割除。

2.6 水下混凝土灌注

灌注水下混凝土是桩基施工的关键工序。本工程采用的混凝土由合同段自建的混凝土搅拌站集中拌和，混凝土运输至施工现场时，其各项指标必须符合规范及设计要求。岸上桩基混凝土采用汽车吊配合桩机进行灌注，水中桩基混凝土采用混凝土输送泵进行输送。混凝土下料采用φ300mm导管，导管使用前和使用一段时间后要进行水密承压和接头抗拉试验，并检查防水胶垫是否完好。导管下放至其底端距孔底30~40cm处。水下混凝土灌注前应再次检查孔内泥浆的性能指标和孔底沉淀厚度，如超过规范及设计要求，须进行二次清孔。导管内吊放混凝土柱状塞头，开塞前堵料斗应有足够的混凝土初存量才能剪塞，保证第一批混凝土灌注后导管埋管1.0m以上。本工程桩基径大、桩长、混凝土量大，浇注过程中必须保证混凝土的连续供应，并设专人测量、记录孔深，准确掌握混凝土面的上升高度，严格控制导管埋深在2~6 m的范围内，灌注后混凝土面要比设计桩顶标高高出0.5~0.8m，每根桩制作4组混凝土抗压试件。

2.7 桩基础检测

全部桩基均须进行低应变法或超声波透射法无损检测，对采用超声波透射法无损检测的桩基，施工时须预埋声测管，并采取措施确保其完好性，防止检测时探头无法下放到底而影响桩基检测。各桥桩基按规范要求的抽检频率进行抽芯检测。

3、常见事故及防治

3.1 孔壁坍塌

原因：泥浆浓度不够，护筒埋深不够，成孔速度太快，孔内水位高度不够，在地质条件较差的情况下处理不及时。技术措施：在松散砂土钻进时，控制钻进速度，选用较大密度、黏度、胶体率的优质泥浆；确定护筒埋设已进入硬土层；钻进时及时补充孔内泥浆，保证孔内水位高于承压水水位。

3.2 卡钻或卡锤

原因：钻进速度太快，地质情况不明，岩面倾斜，遇有孤石或溶洞等。技术措施：严格按操作规程进行钻孔作业，当遇有岩面倾斜或溶洞时，应采取有效措施先期进行处理后再按常规进行钻进。

3.3 孔斜

原因：当遇到岩面倾斜，一边软一边硬时，如稍有不注意就会造成孔斜。技术措施：在有倾斜状的软硬地层钻进时，吊住钻杆，控制钻进速度并低速钻进，或往孔内填入片石，改用冲击桩机将斜面硬层冲平后，再用回转钻机钻进。

3.4 沉渣过厚

原因：泥浆指标不符合要求，含砂率过大；下放钢筋笼时间过长或钢筋笼碰撞孔壁，造成塌方。技术措施：清孔时严格控制泥浆指标，保证清孔后孔内泥浆各项指标符合设计要求；尽量缩短吊装钢筋笼的时间，下放时应徐徐下放，不得快速下冲。如钢筋笼吊装完毕后，孔底沉渣厚度超出要求，采用二次清孔，直到沉渣厚度符合要求为止。

3.5 灌注混凝土时钢筋笼上浮

原因：当灌注的混凝土顶面接近钢筋骨架底部时，灌注速度太快；当钢筋笼埋深尚小而埋管过深时，混凝土灌注而产生的向上挤顶力造成；或导管偏侧，上拔时带动钢筋笼。技术措施：当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时，降低灌注速度。

3.6 断桩

原因：混凝土坍落度太小或太大，骨料不符合要求；料径太大，灌注过程未及时提升导管，造成导管堵塞；混凝土供应不及时，间歇时间过长；导管埋深过小或拔离混凝土面；提升导管时碰撞钢筋笼，使孔壁土体混入混凝土中。技术措施：经常测定混凝土的均匀性和坍落度，不符合要求不得使用；边浇灌混凝土边测量混凝土顶面高度，提升导管前核算埋管深度，避免堵管及导管脱离混凝土面；做好混凝土的供应工作，保证混凝土的连续供应；首批混凝土灌注时，采用大、小储料斗同时储料，料斗的出口应能方便快捷地开启或关闭，储料斗的体积应大于或等于首批灌注混凝土用量。

4、结语

该工程严格按照正常工序进行，对常见事故严加防范，克服了因地质复杂、溶洞多而引起的施工困难，顺利完成了桩基施工任务，在整个桩基施工过程中未出现因施工质量问题而报废的桩基，所使用的灌注桩施工技术行之有效，可推荐用于其他同类工程的建设。