铁路特大桥灌注桩桩头凿除和墩身施工质量控制汇报讲义46页 附丰富...
支建设
摘 要：在桥梁工程基础中，钻孔灌注桩被广泛使用，其成孔和混凝土灌注工艺也日益成熟。但是，钻孔灌注桩属于隐蔽工程，施工工艺较为复杂，施工影响因素多，在施工过程中，如果对其重视不够，很容易引起质量事故。结合梨香溪特大桥施工情况，在分析主墩钻孔灌注桩施工重难点的基础上，从工艺流程、钻机选型、泥浆制备、钻孔清孔、钢筋笼加工和安放、混凝土灌注等施工环节进行控制和技术分析，提出了灌注桩施工质量控制的有关措施和建议，以期为类似工程施工提供技术借鉴。
关键词：桥梁工程；钻孔灌注桩；施工技术；质量控制
中图分类号：U445.55+1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.014
1 工程概况
梨香溪特大桥是重庆沿江高速的重点控制性工程，跨越U形深沟和梨香溪河，桥长975.8 m。主桥上部采用三向预应力混凝土连续刚构，主墩采用双肢薄壁空心墩，引桥上部采用40 m的预应力混凝土连续T梁。P10和P11两主墩位于梨香溪河中，采用钻孔灌注桩基础，每个主墩24根桩基，设计桩径2.2 m，桩长30 m，水中桩基共48根，桩长计1 440 m，混凝土强度等级为C30.该桥址区从河床面自上而下为粉质黏土、黏土、强风化泥岩、中风化泥岩和无淤泥覆盖层。
2 灌注桩施工重难点分析
2.1 施工条件差
P10、P11主墩桩位处水深1～3 m，均需筑岛施工，且受长江三峡工程蓄水的影响。P11主墩紧靠悬崖，修筑临时便道工程量巨大。
2.2 工期紧
在梨香溪河枯水期内完成主墩桩基施工，在三峡工程最高蓄水到175 m前完成主墩承台施工。
2.3 单边设站，运距比较远
受场地的限制，混凝土拌和站设在两汇互通处，距P11主墩约1 h路程，配合比设计需考虑运距的影响。
2.4 成孔、灌注影響因素多
灌注桩施工环节比较多，复杂地质条件下成孔难度大，水下灌注对混凝土配合比、施工操作的要求比较高。在施工过程中，如果稍有不慎，引发意外质量事故，其处理难度比较大。成孔与水下混凝土灌注是钻孔桩顺利施工和质量控制的重点。
3 灌注桩关键施工技术
利用梨香溪河枯水期完成主墩钻孔桩施工，在三峡工程蓄水到175 m前完成主墩承台施工。借鉴同类工程施工经验，经多方案比选，决定主桥P10和P11两主墩采取筑岛作为水中钻孔施工平台。在施工前，编制了施工组织设计方案，对钻孔桩施工的关键环节进行控制，所施工的钻孔灌注桩质量合格。
3.1 筑岛土袋围堰设计与施工
3.1.1 筑岛土袋围堰设计
考虑到承台平面尺寸、梨香溪河桃花汛期水位和三峡工程175蓄水的影响，确定筑岛围堰尺寸为30 m（宽）×40 m（长），比承台设计尺寸每边宽约5 m以上。
围堰高程的计算公式是：
H=h1+h2. （1）
式（1）中：h1为施工期间流水面高程；h2为筑岛高出h1的距离，在此工程中，h2取2 m。
确定围堰结构时，要注意以下3点：①筑岛填料主要采用的是从红线内开挖的黏土；②坡脚采用片石回填，稳住坡脚，外侧用土袋码砌围堰；③土袋围堰高度与筑岛面高程一致，顶面宽1 m，围堰边坡为1∶1.75.
3.1.2 围堰施工
施工时，用挖掘机、装载机配合自卸汽车筑岛。回填土采用红线内开挖的黏土、泥岩，填筑初始粒径可放大，稳住坡脚，坡脚稳住后改填粒径小的泥岩，按照设计高程填平压实。岛面以下0.5 m内采用硬塑性黏土填筑，以提高岛面承载力。填筑完成后，在筑岛外围用土袋进行加固防护。
3.2 工艺流程
在施工过程中，采用冲击钻成孔，每台冲击钻机配1台泥浆泵清孔，采用内径为φ300 mm的导管进行水下混凝土灌注。钻孔灌注桩工艺流程如图1所示。
3.3 钻机选型
根据地层合理选用钻孔机具，既能保证钻孔速度和效率，又能取得良好的经济效益。施工区域地层以粉质黏土、黏土、强风化泥岩和中风化泥岩为主，选用冲击实心锤钻具，配备泥浆泵正循环清孔。
3.4 泥浆制备
通常情况下，泥浆制备宜选用水、黏土（或膨润土）和添加剂，按照适当配合比经试验确定，其性能指标要与钻孔方法、土层情况相适应。
一般地层泥浆相对密度为1.05～1.20，松散易坍塌地层为1.20～1.45；一般地层泥浆黏度为16～22 s，松散易坍塌地层为18～28 s，泥浆含砂率≤4%，胶体率≥96%，pH≥8，30 min失水率≤20 mL。
现场采用在孔内添加黏土进行自然造浆的方式。制备的泥浆相对密度为1.05～1.30，黏度为20～30 s，泥浆含砂率≤4%，胶体率≥96%，pH值为8～11.
3.5 钻孔
3.5.1 开钻
在护筒内钻进宜慢不宜快，反复冲击挤压，使护筒刃脚周围土密实，比如进尺太快易导致穿孔，影响护筒的稳定性。因此，开始钻进时，在孔内加黏土冲击造浆，并随进尺及时补水，以保证孔内泥浆的高度。
3.5.2 孔内一般地层钻进
穿过护筒底后，在粉质黏土、黏土、强风化泥岩等一般地层钻进时，采用中高冲程提高钻进速度，同时，应及时添加黏土造浆，随时检查、控制泥浆指标，使其与地层相适应。
3.5.3 斜层岩、砂卵石等地层钻进
遇到斜层岩或漂石时，比如孔底表面不平整，投入小片石或卵石后，采用中小冲程反复冲钻，直至岩层整平，然后继续钻进，防止卡钻和孔位倾斜的情况发生。在砂和卵石等松散层钻进时，要1∶1投入黏土和小片石（粒径不大于15 cm），以小冲程反复冲击，使泥膏片石挤入孔壁。必要时，重复回填反复冲击两三次，在孔壁稳定的情况下钻进。
钻孔至设计深度后，与地勘报告核对，两者数据相一致后共同确认终孔，否则由设计单位最终确定桩长。终孔后，采用外径2.2 m、长度6 m的检孔器检查孔径和孔形。
3.6 清孔
确认终孔后，用比例较小的泥浆或清水送至孔底进行清孔。首次清孔应达到从孔口返出的泥浆中无沙粒、泥块、泥皮的标准，泥浆的相对密度≤1.25.
灌注导管安装完后，利用导管二次清孔。二次清孔以沉淀厚度≤50 mm，孔底泥浆样相对密度为1.03～1.10，黏度17～20 Pa·s，含砂率<2%为准。二次清孔耗时1～2 h。
3.7 钢筋笼加工及其安放
钢筋笼采用胎架法分段加工，主筋为48根φ28 mm钢筋。分段加工的钢筋笼用板车从加工场运至现场，用吊车在孔口吊装拼接，接头采用等强滚扎直螺纹连接。
用2根吊筋和2根φ50 mm钢管在孔口固定钢筋笼，防止偏位和灌注中上浮的情况发生。
为了精准检测灌注桩的施工质量，每根桩按照设计埋设4根内径50 mm、壁厚3 mm的声测管。声测管采用外套接頭联接，并与钢筋笼主筋连成整体，随钢筋笼一起沉放到位。声测管下端用钢板封闭，安装好声测管后，向管内注入清水，上端加焊封盖，确保在灌注混凝土的过程中泥浆或水泥浆不进入。
3.8 导管安放
采用内径300 mm、壁厚10 mm的钢导管灌注混凝土。导管一般长2 m，最下端一节导管长6 m，并配备3根分别长1 m、0.5 m、0.3 m的短导管用于调节导管柱总长，使导管底与孔底保持规定的高度。导管采用螺纹接头联接，橡胶O形密封圈密封。使用导管前，需进行水密承压和接头抗拉试验，水密试验压力不小于孔内水深1.3倍的压力。
在施工过程中，将导管用吊车放入孔内居中，距孔底300～400 mm。导管全部入孔后，记录导管下放总长和导管下口距离孔底的高度。
3.9 水下混凝土灌注
3.9.1 配合比
桩身混凝土采用C30水下混凝土，在拌和站集中拌制，坍落度为180～220 mm，配合比如表1所示。
式（2）（3）中：D为桩孔直径；H1为桩孔底至导管底端的间距；H2为导管初次埋置深度；d为导管内径；h1为桩孔内混凝土到达初次埋置深度时，导管内混凝土桩平衡导管外压力所需的高度；HW为桩孔内泥浆的深度；γw为泥浆的重度；γc为混凝土的重度。
在该工程中，取H1为0.3 m，H2为1.0 m，d为300 mm，h1为13.75 m，HW为30 m，γw为1.1，γc为2.4，按照式（2）（3）计算，首批灌注混凝土为5.97 m3。
3.9.3 混凝土灌注
经过二次清孔，沉淀厚度和泥浆 各项指标符合要求后，及时进行水下混凝土灌注。用4.5 m3的储料斗和10 m3的混凝土罐车进行首批混凝土灌注，保证首批灌注量和导管埋深。首灌混凝土下入后，观察孔内返浆情况，并立即测定孔内混凝土高度，计算导管埋深，并做好记录。
首批混凝土灌注正常后，紧凑、连续地进行后续混凝土灌注，严禁中途停工。在灌注过程中，用测锤探测混凝土面的上升高度，并适时用吊车提升拆卸导管，保持导管合理埋深在2～6 m。同时，观察返浆情况，以准确分析和判定孔内情况。为了确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上超灌80 cm，后期开挖后凿至设计标高。
4 质量控制措施
为了确保主墩灌注桩的施工质量，在施工过程中，针对钻孔、清孔、混凝土供应、水下灌注等关键环节制定了详尽的质量控制措施，严格控制，取得了良好的控制效果。具体的质量控制措施有以下几点：①严格落实三级技术交底，明确施工操作要点和质量要求；按照工序流程图，连续监控关键工序和关键点；严格工序把关，确保每道工序合格。②针对灌注桩施工容易出现坍孔、钢筋笼上浮和偏位、桩身夹泥、断桩等情况，制定了详尽的应急预防措施，并齐备各种应急资源。③优化群桩施工顺序，采用隔桩跳打施工。根据不同地层灵活控制钻进速度和泥浆指标，施工中未出现偏孔、卡钻、埋钻和塌孔的情况。每钻进2 m或地层变化时，捞取钻碴判断地质情况，做好地质柱状图标识，及时填写钻孔施工记录。④采用多点吊装安放钢筋笼，避免斜向安放引起的孔壁坍塌；采用吊筋和钢管在孔口十字牢牢固定钢筋笼，以防偏位；控制灌注的速度和导管提升，防止钢筋笼上浮和偏位，成桩检测钢筋笼偏差均合格。⑤针对拌和站设站比较远的情况，在配合比设计时，综合考虑了远距离运输和灌注时间，选用聚羧酸系高效缓凝减水剂进行配比设计。⑥安排专人负责混凝土灌注，每次拔管前，探测孔内混凝土高度，保证导管合理埋深。设置井口灌注架，确保顶部灌注压力，并超灌0.8～1.0 m。桩顶最后一节长管拔管速度要慢，防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下形成泥心。通过对桩头的开挖检测，桩头混凝土密实。灌注时，按照规定频率留置混凝土试件，28 d抗压强度均满足设计要求。⑦同根主筋牢固固定声测管，确保不出现漏浆、堵管、变形等现象。按照规定龄期采用声波透射法检测，桩身完整且均为I类桩。
5 结论和建议
编制切实可行的钻孔灌注桩施工技术方案和质量控制措施，保证灌注桩能够按期、高效、经济完成。考虑到具体施工情况，笔者特提出以下几点建议，以供参考：①建立健全的质保体系，确保工程有效运行。严格三级交底，强化过程控制，是桥梁桩基工程按期、保质、顺利完成的关键。②重视砂、石、外加剂等材料的优选和进场控制，根据设计、施工规范和现场条件等，设计并拌和出满足运输和灌注时间且性能良好的混凝土，是顺利进行水下混凝土灌注的前提。③根据地层合理选用成孔机具，并根据不同地层灵活控制成孔速度和泥浆指标，防止出现偏孔、卡钻、埋钻和塌孔的情况。另外，要制订详尽、切实可行的塌孔、卡钻等突发事故的应急预案，落实相关的人、材、机等资源。④清孔作为灌注桩的一个重要环节，清孔效果直接影响到灌注的顺利程度和桩基的承载力。为了保证清孔质量，应尽量缩短终孔至清孔的时间，减小孔内泥浆的沉淀厚度。⑤安排熟练工人下放钢筋笼，严格控制钢筋笼顶面标高，并做好孔口固定，控制灌注速度和导管提升，有效防止钢筋笼上浮和偏位。按规定精心埋设声测管，以提高桩检的准确度。⑥安排专人进行水下混凝土灌注，勤测混凝土面的上升高度，并适时用吊车提升拆卸导管，控制导管合理埋深，超灌50 cm以上，确保桩顶混凝土质量。
参考文献
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〔编辑：白洁〕
