钻孔灌注桩施工工艺研究

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　　摘 要：因钻孔灌注桩是隐蔽工程，因此，要求基础施工队伍在施工技术措施上要落实，并加强施工质量管理，密切注意抓好施工过程中每一个环节的质量，力争将隐患消除在成桩之前。为达到了提高施工水平的目的，本文介绍钻孔灌注桩的施工工艺，为灌注桩的质量控制提供了依据。
　　关键词：灌注桩；施工；检测
　　中图分类号：U4 文献标志码：A 文章编号：1671-7953(2009)02-0044-04
　　
　　钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收。施工中任何一个环节出现问题，都将直接影响到整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响［1］。第一它是整个工程的基础；第二它是隐蔽工程，如果出现问题处理起来比较困难，因此在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工、验收规范，核查地质和有关灌注桩方面的资料，对灌注桩在施工过程中可能会发生的一些问题进行分析后制订出施工质量标准、验收实施方案和每根桩的施工记录，以便有效地对桩基施工质量加以控制［2］。
　　
　　1 测量定位和护筒埋设
　　
　　1.1 测量定位
　　轴线及桩位放样，定位后要进行复测，定位精度误差不超过5mm。埋设护筒时由测量人员到场，用经纬仪纠正中心后方能固定护筒，保证护筒的垂直度。钻机定位、安装必须水平，现场配备水平尺，当钻进孔深达到5m左右时，用水平尺再次校核机架水平度，不合要求时随时纠正［3］。
　　1.2 埋设护筒
　　护筒采用4mm的钢板卷制而成，为防止钻进施工中护筒外圈返浆造成坍孔和护筒脱落，护筒埋入自然地面以下1～1.2m，进入原状土0.3～0.5m，护筒埋设位置应准确，其中心与桩位中心允许误差不大于20mm，并应保证护筒的垂直度和水平度。
　　
　　2 成孔技术
　　
　　2.1 隔孔施工
　　在钻机就位之前，对埋设护筒的位置、深度和垂直度进行复查，以确保桩位准确。成孔时采用隔孔跳跃式流水操作，保证安全距离不小于4d，以防止对邻桩影响。
　　2.2 确保桩身垂直成孔
　　垂直度是灌注桩顺利施工的重要条件，因此在钻架就位之后一定要检查钻机平台平整和稳固情况，确保桩身成孔垂直度。钻孔灌注桩一般采用正循环三翼刮刀钻头回转钻进成孔，原土造浆护壁，正循环两次清孔工艺。
　　2.3 钻进参数
　　根据桩孔施工地层特点及以往施工经验钻进技术参数为：压力10～30Kn，转速30～60R/min，泵量1500～1800L/min；
　　桩孔上部孔段钻进时轻压慢转，尽量减小桩孔超径。在易缩径的粘土层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径。对“硬土层”采用大压力慢转速钻进，以提高钻进效率。砂层中则用中等压力，慢转速并适当增加泵量；
　　上述方法通过实践证明是有效的，其优点虽回转阻力小，钻进较平稳，有一定的导向能力和钻进效率。
　　2.4 桩孔质量检测
　　桩孔质量参数包括：孔径、孔深、钻孔垂直度和沉渣厚度。
　　孔深：钻孔前先用水准仪确定护筒标高，并以此为基点，按设计要求的孔底标高确定孔深，以钻具长度确定孔深，孔深偏差保证在正负30cm以内。
　　沉渣厚度：沉渣厚度以第二次清孔后测定量为准。
　　孔径：孔径用孔径仪测量，若出现缩径现象应进行扫孔后，符合要求方可进行下道工序。
　　2.5 控制钻进速度和护壁泥浆指标
　　控制钻杆钻进速度，应不大于1.00m/h，护壁泥浆相对密度控制在1.2～1.3左右。清孔时进行泥浆密度复验，相对密度控制在1.15～1.2左右。
　　2.6 成孔检查
　　成孔之后对孔径、孔深和沉渣等检测指标进行复验，必须达到设计和施工规范要求后方可进行下道工序施工。
　　
　　3 护壁
　　
　　3.1 泥浆护壁技术
　　钻孔灌注桩施工一般采用原浆护壁，正循环成孔施工工艺，水下浇筑混凝土成桩。泥浆护壁是钻孔灌注桩施工技术关键之一。泥浆护壁的好坏直接关系到钻孔灌注桩的质量，施工过程严格遵照设计要求和执行《公路桥涵施工技术规范》的规定工艺和控制质量。泥浆护壁按土层的性质可以用原土造浆，即钻孔时直接注人清水使之与原位的粘土混合成护壁泥浆，也可用人工制备的泥浆。在砂层、砂夹层等易塌孔的土层中钻孔，应当用人工制备的特殊泥浆。
　　泥浆的作用是护壁、携砂、冷却钻头和润滑，其中护壁和携砂是主要的。
　　注入干净泥浆的比重应控制在1.1g/cm3左右，泥浆稠度过大会影响钻进速度，而泥浆过稀则不利于护壁和排渣。排出泥浆的比重应控制在1.2～1.4 g/cm3左右；当穿过砂夹卵石层或容易塌孔的土层时排出泥浆的比重可增大至1.3～1.5 g/cm3。泥浆除控制比重外，还应定期测定它的粘度。在不同的土层中钻孔，泥浆粘度要求是不同的，在混有砂土的淤泥层中，合适的泥浆粘度为20～23s；在砂土中为23～45s；在沙砾层中大于45。
　　3.2 泥浆的维护与管理
　　现场泥浆池体积每个150立方米，废浆池1000立方米，确保每天造孔钻进的需要。
　　泥浆性能指标：泥浆采用原土自然造浆，泥浆性能指标见下表。
　　
　　3.3 注意事项
　　钻进粘土层中时，因原土自然造浆较强，泥浆返出时，孔口部位适当加入清水，防止泥浆稠化，增加钻进速度，但由于桩孔下部所要穿过的大部分为砂层，泥浆相对密度应控制在1.20～1.30之间，以便携带砂子，保证孔壁稳定。钻进中应随时测定泥浆性能，确保注入泥浆性能指标。操作时要掌握好钻机起重钢丝绳与高压管的松紧度，减少晃动。加接钻杆前，应先将钻具提离孔底，待泥浆循环2～3min后再停泵加接钻杆［4］。
　　
　　4 清孔方法
　　
　　4.1 清孔
　　清孔是保证在不塌孔的情况下，将桩孔底部的沉渣尽量排除干净。按规范规定，清孔后孔底残留的沉渣厚度，对于端承桩不得大于l00mm，对于摩擦桩不得大于300mm。清孔方法主要有吸浆法和抽浆法两种。吸浆法的作用系借助泥浆泵的功力将孔底的残留钻渣(土、砂、砾等)在泥浆循环过程中不断排出，使孔内保持较纯的泥浆。抽浆法是用压缩空气，将高压空气经胶管及U型喷嘴端接胶管，另一端放人灌浆导管内吹动钻孔内的含水沉渣，由灌浆导管喷出。通常清孔分两次进行，既在钻孔结束后清孔一次，待钢筋笼、导管安放完毕后再清一次孔。第二次清孔后应马上灌注混凝土，中间耽搁时间不宜过长。
　　4.2 第一次清孔
　　桩孔成孔后，应进行第一次清孔，清孔时应将钻具提离孔底0.3～0.5m，缓慢回转，同时加大泵量，每隔10min停泵一次，将钻具提高3～5m来回串动几次，再开泵清孔，确保第一次清孔后孔内无泥块，相对密度达1.20左右。
　　4.3 第二次清孔
　　钢筋笼、导管下好后，要用导管进行第二次清孔，第二次清孔时间不少于30min，测定孔底沉渣小于10cm时，方可停止清孔。
　　测定孔底沉渣，应用测锤测试，测绳读数一定要准确，清孔结束后，要尽快灌注混凝土，其间隔时间不能大于30min。第二次清孔注入浆相对密度为1.10左右，漏斗粘度18～25s，第二次清孔后泥浆相对密度控制在1.15左右不超过1.20。
　　
　　5 钢筋笼的制作与吊放
　　
　　5.1 钢筋笼制作
　　钢筋笼的制作必须符合设计和施工规范要求。对钢筋笼的规格和外形尺寸进行检查，控制偏差在允许范围之内，主筋采用单面焊接，搭接长度大于等于10cm。加强筋与主筋点焊要牢固，制作钢筋笼时在同一截面上搭焊接头根数不得多于主筋总根数的50%。由于使用的钢筋不同，焊条应根据母材的材质合理选用。
　　5.2 吊筋长度计算
　　公式如下：L=L1-L2+S
　　式中L ――吊筋长度；
　　 L1――护筒的绝对标高；
　　 L2――钢筋笼顶绝对标高；
　　 S――护筒上口至固定钢管的距离。
　　5.3 钢筋笼吊放
　　钢筋笼吊放采用活吊筋，一端固定在钢筋笼上，一端用钢管固定于孔口。要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上，这是由于钢筋笼吊放后是暂时固定在钻架底梁上的。
　　5.4 钢筋笼入孔
　　钢筋笼入孔时，应对准孔位徐徐轻放，要注意钢筋笼能否顺利下放，按标准安装好保护层垫块，避免碰撞孔壁。当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成塌孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因，如果是因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。下笼过程中如遇阻，不得强行下入，应查明原因处理后继续下笼。每节钢筋笼焊接完毕后应补足接头部位的箍筋，方可继续下笼。钢筋笼吊筋固定以使钢筋笼定位，避免浇筑混凝土时钢筋笼上浮。
　　
　　6 浇筑混凝土成桩技术
　　
　　水泥应符合规范要求，采用P•O32.5r水泥并经过试验合格，严禁使用快硬型水泥，水泥必须有出厂合格证书，如果水泥出厂日期超过三个月对水泥质量有怀疑时应视不同情况进行复验，复验合格后方可使用。水泥在运输及堆放过程中应有防雨、防潮措施，不同品种、标号、生产厂家的水泥严禁使用在同一根桩混凝土中并应分别堆放。
　　6.1 混凝土搅拌
　　施工现场设混凝土搅拌站，混凝土原材料投量允许偏差：水泥、水、外加剂为±1%；砂、石±2%。原材料投料时应依次加入石、砂、水泥和外加剂，混凝土搅拌时间不小于90s。混凝土搅拌过程中应及时测试坍落度和制作试块，拌好的混凝土应及时浇筑，发现离析现象应重新搅拌；混凝土应及时浇筑，发现离析现象应重新搅拌，混凝土坍落度控制在18～22cm。
　　混凝土在搅拌时由专职试验员负责控制混凝土配制工作，加料控制在允许偏差范围之内。按规范要求制作试块，试块为150mm×150mm×150mm，每根工程桩做二组试块，脱模后放入标养室养护，28天后进行试验。
　　6.2 混凝土浇筑
　　钻孔灌注水下混凝土的施工主要是采用导管灌注，混凝土的离析现象还会存在，但良好的配合比可减少离析程度，因此，现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整。为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。导管下至距孔底0.5m处。导管使用前需进行通球和压水试验，确保无漏水、渗水时方能使用，导管接头连接处须加密封圈并上紧丝扣。为确保隔水塞顺利排出先加一定量的砂浆，剪球后不准再将导管下放孔底。初浇量要保证导管在混凝土中0.8～1.3m。混凝土坍落度采用180mm～200mm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋入深度。浇筑混凝土过程中提升导管时，由各机配备的质检员测量混凝土的液面高度并做好记录，严禁将导管提离混凝土面，导管深度控制在3～8m，不得小于2m。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m～6m，不宜大于10m和小于lm，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8m～l0m时，应及时将坍落度调小至120mm～160mm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。灌注接近桩顶标高时，应严格控制计算最后一次混凝土量，使桩顶标高比设计标高高1.0米左右。混凝土浇筑过程中应防止钢筋笼上浮，混凝土面接近钢筋笼底部时导管埋深宜保持3m左右，并适当放慢浇筑速度，当混凝土面进入钢筋笼底端1～2m时可适当提升导管，提升时要平稳避免出料冲击过大或钩带钢筋笼。
　　
　　7 结论
　　
　　为了防止钻孔灌注事故的发生，必须充分了解地质情况。充分做好准备工作，熟悉掌握每道工序的技术。随时注意施工动态，将事故消灭在萌芽状态。一旦发生事故，采用合理处理方法，以减少损失和工期延误。
　　
　　参考文献
　　［1］ 范立础.桥梁工程（上、下册）［M］.北京：人民交通出版社，1987.
　　［2］ 邵容光，夏 淦.混凝土弯梁桥［M］.北京：人民交通出版社，1994.
　　［3］ 公路桥梁设计规范（合订本）［M］.北京：人民交通出版社，1995.
　　［4］ 公路桥涵施工技术规范［S］.（JTJ041-2000）.

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